DE3782660T2 - Kaelteerzeugung durch teilexpansion der luft fuer die tieftemperatur-luftzerlegung. - Google Patents

Kaelteerzeugung durch teilexpansion der luft fuer die tieftemperatur-luftzerlegung.

Info

Publication number
DE3782660T2
DE3782660T2 DE8888901516T DE3782660T DE3782660T2 DE 3782660 T2 DE3782660 T2 DE 3782660T2 DE 8888901516 T DE8888901516 T DE 8888901516T DE 3782660 T DE3782660 T DE 3782660T DE 3782660 T2 DE3782660 T2 DE 3782660T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
liquid
air
column
fraction
argon
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.)
Expired - Fee Related
Application number
DE8888901516T
Other languages
English (en)
Other versions
DE3782660D1 (de
Inventor
Donald Charles Erickson
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.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Application granted granted Critical
Publication of DE3782660D1 publication Critical patent/DE3782660D1/de
Publication of DE3782660T2 publication Critical patent/DE3782660T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related 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
    • F25J3/04151—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
    • 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
    • F25J3/04006—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
    • F25J3/04103—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 using solely hydrostatic liquid head
    • 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
    • F25J3/04406—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 a dual pressure main column system
    • F25J3/04412—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 a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • 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
    • F25J3/04406—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 a dual pressure main column system
    • F25J3/04418—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 a dual pressure main column system with thermally overlapping high and low pressure columns
    • 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
    • F25J3/04666—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system
    • F25J3/04672—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser
    • F25J3/04678—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser cooled by oxygen enriched liquid from high pressure column bottoms
    • 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
    • F25J3/04666—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system
    • F25J3/04672—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser
    • F25J3/0469—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser and an intermediate re-boiler/condenser
    • 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
    • F25J3/04715—The auxiliary column system simultaneously produces 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
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/08—Processes or apparatus using separation by rectification in a triple pressure main column system
    • 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
    • F25J2200/50—Processes or apparatus using separation by rectification using multiple (re-)boiler-condensers at different heights of the 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
    • F25J2200/50—Processes or apparatus using separation by rectification using multiple (re-)boiler-condensers at different heights of the column
    • F25J2200/54—Processes or apparatus using separation by rectification using multiple (re-)boiler-condensers at different heights of the column in the low pressure column of a double pressure main column system
    • 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
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • 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
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • F25J2205/04—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum in the feed line, i.e. upstream of the fractionation step
    • 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
    • F25J2235/02—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams using a pump in general or hydrostatic pressure increase
    • 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
    • F25J2245/40—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream 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
    • 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
    • F25J2250/40—One fluid 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
    • 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
    • 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
    • F25J2250/52—One fluid being oxygen enriched compared to air, e.g. "crude oxygen"
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S62/00—Refrigeration
    • Y10S62/923—Inert gas
    • Y10S62/924—Argon

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Description

  • Diese Erfindung betrifft Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 15 und eine Vorrichtung gemäß dem Anspruch 20 zur Trennung von Luft durch fraktionierte Tieftemperatur-Destillation in Sauerstoff beliebiger Reinheit und gegebenenfalls als Koprodukt Argon. Die Erfindung ermöglicht eine beachtliche Reduzierung der Energie, die bisher für diese Produkte erforderlich war, indem ein neues Kühlverfahren einbezogen wird, welches die Effizienz der fraktionierten Destillationen erhöht.
  • Konventionelle Tieftemperatur-Luftzerlegungsprozesse beziehen normalerweise zumindest zwei fraktionierte Destillationssäulen ein: Eine "Niederdruck" (LP)-Säule, von welcher ein fluides Sauerstoff-Bodenprodukt einer bestimmten Reinheit plus ein gasförmiges Stickstoff-Kopfprodukt abgezogen werden, sowie eine "Hochdruck-Rektifiziervorrichtung", welche die eingespeiste Luft entgegennimmt, Aufkochen für die LP-Säule und Flüssigstickstoff (LN&sub2;)-Rückfluß für beide Säulen durch indirekten Austausch von latenter Wärme zwischen den beiden Säulen zur Verfügung stellt, und mit Sauerstoff angereicherte flüssige Luft als Bodenprodukt (Kesselflüssigkeit) zur Verfügung stellt, welche anschließend in die LP-Säule eingespeist wird.
  • Die üblichen Flußschemata stellen den Hauptteil der nötigen Kühlung für den gesamten Trennprozeß in einer von zwei üblichen Weisen zur Verfügung: Entweder durch Arbeitsexpansion eines Teils des Kopfstickstoffs der HP-Rektifiziervorrichtung, um den Druck abzubauen (leicht unterhalb den Kopfdruck der LP-Säule), oder durch Expansion eines Teils der eingespeisten Luft auf einen LP-Säulen-Zwischenhöhendruck. Das US-Patent 3 327 488 stellt die obigen beiden Verfahren in dem gleichen Flußschema dar, obwohl aus wirtschaftlichen Gründen zweckmäßigerweise nur das eine oder das andere verwendet wird.
  • Die Kühlung gleicht Wärmelecks, Ineffizienz des Wärmetauschers und andere Effekte aus. Auch mit den modernsten und effizientesten Expandern ist immer noch ein Expanderfluß von zwischen ungefähr 8 und 15% des Einlaß-Luftstroms erforderlich, um die notwendige Kühlung abhängig von der Größe und der Konstruktion der Trennanlage zur Verfügung zu stellen. Dieser Strom stellt einen Verlust an Verfahrenseffizienz dar, der auf verschiedene Weisen erkennbar werden kann: Geringere Rückgewinnung und/oder Reinheit des Sauerstoffs, als es anders möglich wäre; geringere Rückgewinnung und/oder Reinheit des Argons; höherer apparativer Aufwand (und Kapitalaufwand), um akzeptable Rückgewinnungen und Reinheiten zu erzielen; oder niedrigerer O&sub2;-Lieferdruck, als dies anders möglich wäre.
  • Die üblichen Kühltechniken haben keine vorteilhafte Wirkung auf die Betriebseffizienz der fraktionierten Destillationssäulen. Die Säuleneffizienz wird durch das enge Beieinanderliegen der Betriebslinie und der Gleichgewichtslinie angedeutet, d. h., durch das Fehlen der Durchmischung von Strömen stark unterschiedlicher Zusammensetzung und/oder Temperatur.
  • Eine neue Kühltechnik, die mit den Destillationssäulen zusammenwirkt, um diese effizienter zu betreiben, wäre sogar dann vorteilhaft, wenn die Kühltechnik per se nicht effizienter wäre als die konventionellen Kühltechniken. Dieses ist eine Aufgabenstellung der vorliegenden Offenbarung.
  • Ein alternatives Mittel, um eine Kühlung vorzusehen, ist im Stand der Technik offenbart worden, welche vorteilhafterweise mit einer Destillationssäule zusammenwirken kann. Wie in dem US-Patent 4 543 115 und dem britischen Patent l 271 419 offenbart wird, ist es möglich, einen Teil der zugeführten Luft arbeitsleistend auf einen Zwischendruck zu expandieren, welcher hinreichend höher ist als der Druck der LP-Säule, so daß die teilweise expandierte Luft latente Wärme mit der Zwischenhöhenflüssigkeit der LP-Säule in einem Zwischenhöhenaufkocher austauschen wird. Die Luft kondensiert vollkommen, während Zwischenhöhenaufkochen für die LP-Säule zur Verfügung gestellt wird. Die flüssige Luft wird nachfolgend auf den Druck der LP-Säule entspannt und auf einer Höhe oberhalb der Höhe des Zwischenhöhenaufkochens eingespeist. Die LP-Säule wird wegen des Zwischenhöhenaufkochens unter dem Einspeisungspunkt effizienter betrieben. Andererseits macht das verringerte Druckverhältnis der Expansion der Kühlungsluft einen größeren Massenfluß erforderlich, um eine gegebene Kühlleistung zu erhalten. Folglich läuft mehr Luft an der HP-Rektifiziereinrichtung vorbei, und die Trennung wird schwieriger. Dieser Effekt hebt irgendwelche Vorteile aus der verbesserten Effizienz der LP-Säule auf. Insgesamt hat das Fehlen eines thermodynamischen Nettovorteils zusammen mit dem Nachteil der erforderlichen zusätzlichen Ausrüstungskomponente (dem Zwischenaufkocher) verhindert, daß diese Kühltechnik während der 15 Jahre seit deren Veröffentlichung in irgendwelchen bekannten Anwendungen benutzt wurde.
  • Was benötigt wird, und eine Aufgabe dieser Erfindung ist, sind Verbesserungen dieser Art von Kühlung für einen Luftzerlegungsprozeß, welcher ferner die Betriebseffizienz der Säule verbessert, die Luftmenge verringert, die zum Einspeisen in dem Expander erforderlich ist, und welche die Anzahl und die Kosten zusätzlicher Kapital- Ausrüstung verringert. Zusätzlich ist es wünschenswert, diese Verbesserungen in Flußschemata für die Erzeugung von hochreinem Sauerstoff plus Koprodukt Argon zusätzlich zu den eher konventionellen Flußschemata für die Erzeugung von Sauerstoff mit niedriger oder mittlerer Reinheit oder hochreinem Stickstoff zu erhalten.
  • Es ist bekannt, den Boden der LP-Säule durch Austausch latenter Wärme mit irgendeinem der folgenden drei Gase auf zukochen: Kopf-N&sub2; von der HP-Rektifiziervorrichtung; teilweise kondensierende eingespeiste Luft (US-Patente 3 113 854, 3 371 496, 3 327 489, 3 688 513 und 4 578 095); oder vollständig kondensierende eingespeiste Luft (US-Patente 3 210 951, 4 208 199 und 4 410 343). Gleichermaßen ist es bekannt, das flüssige Sauerstoff-Bodenprodukt der LP-Säule durch Austausch latenter Wärme mit einem der gleichen drei Gase zu einem gasförmigen Sauerstoffprodukt zu verdampfen. Die US-Patente 3 113 854, 3 371 496, 3 327 489 und 4 560 398 offenbaren eine teilweise Kondensation LOX-BOIL, während 3 210 951, 4 133 662, 4 410 343 und 4 507 134 die vollständige Kondensation LOX-BOIL offenbaren.
  • Die US-Patente 3 210 951 und 4 410 343 zeigen beide einen einzigen Wärmeaustauscher, in dem ungefähr 40 bis 56% der eingespeisten Luft vollständig kondensiert werden, um sowohl LOX-BOIL als auch Aufkochen der LP-Säule zur Verfügung zu stellen; und dann wird die flüssige Luft aufgeteilt und beiden Säulen zugeführt.
  • Wenn die LP-Säule wieder durch N&sub2; von der HP-Rektifiziervorrichtung aufgekocht wird, während LOX-BOIL über die Luftkondensation stattfindet, ist der LOX-BOIL-Druck etwas größer als der Bodendruck der LP-Säule. Obwohl dieser Druckanstieg durch eine Pumpe für flüssigen Sauerstoff bewerkstelligt werden könnte, ist es ein bevorzugtes Verfahren, den barometrischen oder hydrostatischen Kopf einer Säule für flüssigen Sauerstoff zu verwenden, d. h. Aufkochen des LOX auf einer zweckmäßigerweise niedrigeren Höhe als der Bodenaufkocher der LP-Säule. Dieses wird in den US-Patenten 4 133 662, 4 507 134, 4 560 398 und der Südafrikanischen Anmeldung 845 542, datiert mit dem 18. Juli 1984, angemeldet durch Izumichi und Ohyama, offenbart.
  • Es ist bekannt, den Druck der Bodenflüssigkeit der HP-Rektifiervorrichtung (Kesselflüssigkeit) zu verringern und dann Rückfluß der HP-Rektifiziervorrichtung zu bewirken, indem latente Wärme zwischen dem Kopfdampf der HP-Rektifiziervorrichtung und der druckverringerten Kesselflüssigkeit ausgetauscht wird. Die verdampfte Kesselflüssigkeit wird anschließend der LP-Säule zugeführt. Dieses wird in den US- Patenten 4 410 343, 4 439 220 und 4 582 518 offenbart.
  • Es ist bekannt, die durch den Kühlexpander erhaltene Arbeit zur zusätzlichen Kompression eines Teils der komprimierten zugeführten Luft am warmen Ende einzusetzen. Die zusätzliche komprimierte Luft kann dann zur üblichen Kühlung (deutsche Patentanmeldung 28 54 508, veröffentlicht am 19.6.1980 und angemeldet durch Rohde) oder durch TC LOX-BOIL (US-Patent 4 133 662, UDSSR-Patent 756 150 und die Südafrikanische Anmeldung 845 542 (supra)) verwendet werden.
  • Wenn einer Destillationssäule ein Zwischenrückfluß zugesetzt wird, ermöglicht die anfänglich zugesetzte Menge eine virtuell Eins-Zu-Eins Herabsetzung des Kopfrückflusses (für eine bestimmte Wiedergewinnung und Reinheit). Der Vorteil durch den Zwischenrückfluß wächst fortwährend an, jemehr zugesetzt wird, bis ein "Pinch" erreicht ist: Die Betriebskurve nähert sich eng an die Gleichgewichtskurve an. Weitere Zusätze des Zwischenrückflusses über diesen Punkt hinaus verkleinern den Nutzen, d. h. bewirken keine weitere Verringerung in der Menge des erforderlichen Kopfrückflusses. Für ein Lufttrennverfahren, bei dem flüssige Luft als Zwischenrückfluß verwendet wird, liegt die optimale Menge an zurückgeleiteter flüssiger Luft sowohl für die LP-Säule als auch die HP-Rektifiziervorrichtung bei ca. 5 bis 10% der eingespeisten Luft. Größere Strömungsmengen der flüssigen Luft bewirken keine weitere Herabsetzung des Kopfrückflußerfordernisses.
  • Folglich bewirkt die Luftteilexpansionskühlung (AIRPER), wie im Stand der Technik offenbart, zusammengefaßt (1) eine vorteilhafte Verringerung des Kopfrückflußerfordernisses für die LP-Säule; (2) keine Änderung des Kopfrückflußerfordernisses für die HP-Rektifiziervorrichtung; (3) ein unvorteilhaftes Absinken des Aufkochens durch die HP-Rektifiziervorrichtung und den unteren Bereich der LP-Säule; und (4) einen unvorteilhaften Zuwachs an Kapital-Ausrüstung.
  • Die Kombination von AIRPER-Kühlung plus warmer Kompansion der Kühlluft wurde durch den Anmelder in dem US-Patent 4 670 031 offenbart, das der WO 86/06462 entspricht.
  • Die fraktionelle Destillation bezieht sich auf das Verfahren zur Trennung von Mischungen von zwei oder mehr flüchtigen Substanzen in zumindest zwei Fraktionen unterschiedlicher Flüchtigkeit und Zusammensetzung durch Dampf-Flüssigkeits- Gegenstromkontakt, wobei eine Reihe von Verdampfungen und Kondensationen auftritt. Die "Zwischenhöhe" einer fraktionierten Destillationssäule bezeichnet einen Ort mit Dampf- Flüssigkeits-Gegenstromkontaktstation(en) sowohl oberhalb als auch unterhalb davon. Die "vollständige Kondensation" bezeichnet die Kondensation im wesentlichen des gesamten Dampfes, so daß die Flüssigkeitszusammensetzung für eine Mehrkomponenten-Mischung angenähert gleich der Dampfzusammensetzung ist, beispielsweise für die Hauptkomponente ungefähr innerhalb von 1 oder 2%. Das schließt das Abziehen geringer Mengen von Dampf nicht aus, z. B. um Spuren von gasförmigen Verunreinigungen, wie zum Beispiel Helium oder Wasserstoff, abzuziehen.
  • Gemäß einem ersten, im Patentanspruch 1 definierten Aspekt der Erfindung, wird die Luftteilexpansions-Kühltechnik (AIR- PER) verbessert, indem die flüssige Luft in zwei ungefähr gleiche Teile (nicht größer als in einem 3:1-Verhältnis) aufgeteilt und jeweils eine der HP-Rektifiziervorrichtung und der LP-Säule als jeweilige Zwischenrückflüsse zugeführt wird. Dieses vermindert die Anforderungen an den Kopfrückfluß für die HP-Rektifiziervorrichtung zusätzlich zum Reduzieren der Anforderungen des Kopfrückflusses für die LP-Säule, und folglich ist die Gesamtverringerung größer. Dieses ist für Flußschemata wichtig, die ansonsten beim LN&sub2;-Rückfluß unzulänglich sind, wie etwa Verfahren, die wesentliche Mengen an HP-GN&sub2;- Koprodukt erfordern oder Flußschemata für hochreinen O&sub2; mit dem Koprodukt Argon, worin auch PC-LOX-BOIL erwünscht ist. Da die kondensierte Luft auf einem Zwischendruck (zwischen dem der HP-Rektifiziervorrichtung und der LP-Säule) ist, ist es notwendig, zunächst den Druck der zu der HP-Rektifiziervorrichtung zu leitenden Fraktion zu erhöhen.
  • Gemäß einem zweiten, durch den Anspruch 15 definierten Aspekt der Erfindung, wird die AIRPER-Technik auch verbessert, indem das Druckverhältnis der Expansion maximiert wird, welches die Massenströmungsgeschwindigkeit durch den Expander (und folglich die Menge des wiederaufgekochten Materials, das an der HP-Rektifiziervorrichtung und dem unteren Bereich der LP- Säule vorbeiläuft) minimiert. Die wichtigste Maßnahme, um dieses zustandezubringen, ist, die Luft bei der niedrigsten möglichen Temperatur zu kondensieren, die aus der Blickrichtung der Zuführung des benötigten Zwischenaufkochens für die LP-Säule (auch als "N&sub2;-Abzugs- oder Entfernungssäule" bezeichnet) möglich ist. Um dieses vorzunehmen, sollte die teilweise expandierte Luft vorzugsweise durch Austausch latenter Wärme mit einer oder beiden von zwei nachfolgend aufgeführten Flüssigkeiten kondensiert werden: Druckreduzierte Kesselflüssigkeit und/oder Flüssigkeit von der LP-Säule ungefähr von der gleichen Höhe wie der Zuführhöhe der Kesselflüssigkeit (diese Kesselflüssigkeit kann zumindest teilweise an diesem Punkt in Abhängigkeit von dem Rest des Flußschemas verdampft werden).
  • Jede der oben aufgeführten Maßnahmen bringt einzeln eine wesentliche Verbesserung für ein Lufttrennverfahren mit AIRPER-Kühlung. Besonders bevorzugt sind Verfahren, die beide Maßnahmen einbeziehen, wobei sehr wesentliche Zuwächse in der Destillationseffizienz im Vergleich mit üblichen Verfahren erzielt werden. Die erforderliche Massenströmungsgeschwindigkeit durch den Kühlexpander kann vorteilhafterweise durch warmes Kompandieren weiter reduziert werden, was ebenfalls bevorzugt wird. Jedoch ergibt dieses nur eine minimale relative Verbesserung im Vergleich mit üblichen Flußschemata, weil sie ebenfalls das warme Kompandieren der Expander-Speisung einbeziehen können.
  • Zusammenfassend werden ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Tieftemperatur-Trennung von Luft zu einem Sauerstoffprodukt plus gegebenenfalls Roh-Argon als Koprodukt mit den folgenden Merkmalen offenbart:
  • a) eine nicht kondensierte Fraktion der zugeführten Luft wird in eine Hochdruck(HP)-Rektifiziervorrichtung eingespeist;
  • b) von der HP-Rektifiziervorrichtung wird Kopfflüssigkeit abgezogen, und zumindest ein Teil davon wird in eine Niederdruck-Stickstoffentnahmesäule als deren Kopfrückfluß eingespeist;
  • c) eine kleinere Fraktion der eingespeisten Luft wird auf einen Zwischendruck arbeitsexpandiert;
  • d) die expandierte Luft wird durch Austausch latenter Wärme mit Zwischenhöhenflüssigkeit der N&sub2;-Entnahmesäule und/oder zumindest einem Teil der Bodenflüssigkeit (Kesselflüssigkeit) der HP-Rektifiziervorrichtung kondensiert; und
  • e) die resultierende flüssige Luft wird in zumindest zwei Fraktionen aufgeteilt, und eine Fraktion wird in eine Zwischenrückflußhöhe der HP-Rektifiziervorrichtung und eine andere in die N&sub2;-Entnahmesäule eingespeist.
  • Die obige verbesserte Kühltechnik findet bei jedem Typ von fraktionellem Luftdestillationsverfahren vorteilhafte Anwendung: Bei primärem Sauerstoff- oder Stickstoffprodukt, bei primärem Gas- und/oder Flüssigkeitsprodukt; und bei jeder O&sub2;- Reinheit, einschließlich besonders hochreinem O&sub2; einschließlich Roh-Argon als Koprodukt.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Fig. 1 ist ein vereinfachtes schematisches Flußschema eines Verfahrens zur Erzeugung von Sauerstoff mit niedriger Reinheit (bis zu ungefähr 97% Reinheit), das PC-LOX-BOIL, PC-Aufkochen der LP-Säule, AIRPER mit aufgeteilter flüssiger Luft (LAIRSPLIT) einbezieht, wobei die expandierte Luft verwendet wird, um Zwischenhöhenflüssigkeit von der Einspeisungshöhe der LP-Säule zu verdampfen. Fig. 2 zeigt ein ähnliches Flußschema, worin die expandierte Luft die druckreduzierte Kesselflüssigkeit teilweise verdampft und die beiden Teilkondensationstauscher zu einem kombiniert sind. Die Fig. 3 stellt die Anwendung von AIRPER für ein Doppeldruck-Flußschema für hochreines O&sub2; (99,5% Reinheit) dar, das einen Nebenarm für Argon aufweist; es zeigt sich, daß es mit verbesserter AIRPER möglich wird, sowohl die Argonrückgewinnung zu steigern als auch den O&sub2;-Lieferdruck über PC-LOX- BOIL zu steigern, während die O&sub2;-Rückgewinnung vollständig beibehalten wird. Die Fig. 4 zeigt, daß die verbesserte AIRPER-Technik auch für Flußschemata für hochreinen Dreifach- Druck O&sub2; anwendbar ist. Die Fig. 5 stellt alternative Mittel zur Anwendung von AIRPER für Flußschemata für hochreines Doppel-Druck O&sub2; nach der Fig. 3 dar. In Fig. 5 ist die gesteigerte Gesamt-Verfahrenseffizienz als beachtliche Menge an hochreinem N&sub2; als Koprodukt gegenüber einem gesteigerten O&sub2;-Druck realisiert.
    • Beste Weise zur Ausführung der Erfindung
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird unter Druck gesetzte Luft, die, vorzugsweise im warmen Zustand getrocknet und gereinigt worden ist, z. B. mit Molekularsieben, in eine kleinere Fraktion, die zusätzlich durch einen Kompressor 101 komprimiert wird, und eine größere Fraktion aufgeteilt, die im Haupttauscher 102 bis nahe an den Taupunkt abgekühlt wird. Die größere Fraktion wird anschließend dem Verdampfer 103 zur teilweisen Kondensation von flüssigem Sauerstoff und anschließend dem Bodenaufkocher 104 der LP-N&sub2;-Trennsäule 105 zugeleitet. Die teilweise kondensierte Luft wird dann gegebenenfalls in einem Phasenseparator 106 getrennt, wobei zumindest die Dampffraktion der HP-Rektifiziervorrichtung 107 zugeführt wird. Der Kopfdampf der HP-Rektifiziervorrichtung liefert ein Zwischenaufkochen für die LP-Säule 105 am Zwischenaufkocher 108; das resultierende flüssige N&sub2; wird zur Rückführung sowohl für die Rektifiziervorrichtung 107 als auch die LP-Säule 105 verwendet, nachdem es im Wärmetauscher 109 unterkühlt und durch ein Ventil 110 druckreduziert worden ist. Gegebenenfalls kann ein Phasenseparator 111 verwendet werden, um sicherzustellen, daß der Säule 105 nur Flüssigkeit zugeführt wird. Die Boden- oder Kesselflüssigkeit von der Rektifiziervorrichtung 107, die mit Flüssigkeit vom Separator 106 kombiniert wird, wird ebenfalls gekühlt, über das Ventil 112 druckreduziert und in die LP-Säule 105 eingespeist. Die Kühlluft von dem Kompressor 101 wird teilweise abgekühlt und anschließend in einer Turbine 113, die den Kompressor 101 antreibt, auf einen Zwischendruck arbeitsexpandiert. Wenn die Luft aus der Turbine 113 noch merklich überhitzt ist, kann sie gegebenenfalls weiter gekühlt werden; ansonsten wird sie direkt zu dem Zwischenaufkocher 114 geleitet, wo sie vollständig kondensiert wird, während der LP-Säule 105 auf der Höhe des Einspeisungsbodens Zwischenaufkochen zugeführt wird. Die flüssige Luft wird in zwei Fraktionen aufgeteilt, die jeweils zwischen 4 und 12% der zugeführten Luft enthalten. Eine Fraktion wird über das Ventil 115 druckreduziert und der LP-Säule 105 auf einer Zwischenrückflußhöhe zugeführt; der Druck der anderen Fraktion wird über die Pumpe 116 erhöht, und sie wird der HP-Rektifiziervorrichtung 107 auf einer Zwischenhöhe zugeführt. Die Fraktion der Säule 105 kann gegebenenfalls im Wärmetauscher 109 unterkühlt werden, und die Fraktion der Rektifiziereinrichtung 107 kann gegebenenfalls im Wärmetauscher 117 aufgeheizt werden. Das Flüssigsauerstoff-Bodenprodukt von der LP-Säule 105 wird über die Pumpe 118 oder andere Fördermittel in Abhängigkeit von den relativen Höhen des Aufkochers 104 und des Verdampfers 103 zu dem Verdampfer 103 gebracht. Gasförmiger Sauerstoff und Stickstoff werden über den Haupttauscher 102 abgezogen. Andere mögliche, nicht gezeigte Koprodukte enthalten flüssigen Sauerstoff aus dem Sumpf des Verdampfers 103, flüssigen Stickstoff oder gasförmigen Stickstoff unter hohem Druck.
  • Die Fig. 2 stellt ein zu Fig. 1 sehr ähnliches Flußschema mit lediglich zwei wesentlichen Änderungen dar: Der Aufkocher 204 gemäß Fig. 2 kombiniert sowohl die Aufkoch- als auch die LOX-BOIL-Funktionen, welche jeweils durch die Aufkocher 103 und 104 nach Fig. 1 ausgeführt werden; und ein Austauscher 214 für latente Wärme kondensiert die teilweise expandierte Luft gegen druckreduzierte Kühlflüssigkeit (welche dabei teilweise verdampft wird), und nicht gegen die Zwischenhöhen- Einspeisungsflüssigkeit der LP-Säule wie nach Fig. 1. Weniger wesentliche Änderungen sind, daß der Tauscher 209 die Funktionen der beiden Wärmetauscher 109 und 117 gemäß Fig. 1 kombiniert, und daß der Tauscher 202 in zwei Abschnitten statt einem dargestellt wird. Andere Komponenten der 200-er- Serie entsprechen der Beschreibung, die bereits für die entsprechenden Komponenten der 100-er-Serie gegeben worden ist und werden nicht wiederholt.
  • Die Fig. 3 stellt die Anwendung der verbesserten AIRPER- Kühlung für die übliche Doppeldruck-Säulenkonfiguration mit einem Argon-Nebenarm dar. Komprimierte, gereinigte und getrocknete Luft wird aufgeteilt und eine kleinere Fraktion zu einem warmen Kompander 301 und der Rest zu dem Haupttauscher 302 geleitet. Die gekühlte größere Fraktion kondensiert teilweise in dem LOX-BOIL 303, und die Dampffraktion wird nach der Phasentrennung in einem Separator 306 zu der HP-Rektifiziervorrichtung 307 geleitet. Der Kopfdampf von der HP- Rektifiziervorrichtung 307 kocht die Niederdruck-N&sub2;-Trennsäule 305 am Aufkocher 304 auf, wobei sich flüssiger N&sub2; ergibt, der über eine Unterkühleinrichtung 309 und ein Druckentlastungsventil plus gegebenenfalls einem Phasenseparator 311 sowohl zur Rektifiziereinrichtung 307 als auch zur Säule 305 zurückgeleitet wird. Die Säule 319 des Argon-Nebenarms steht mit der Säule 305 in einer Höhe in Verbindung, auf der im wesentlichen sämtlicher N&sub2; entfernt und ferner das Argon für eine nachfolgende Verarbeitung auf ungefähr 95% Reinheit konzentriert worden ist. Die komprimierte kleinere Luftfraktion vom Kompressor 301 wird um den minimalen Betrag abgekühlt, der notwendig ist, um den Haupttauscher 302 zu kompensieren, dann im Expander 313, welcher den Kompressor 301 antreibt, arbeitsexpandiert und anschließend (gegebenenfalls nach weiterem Kühlen) in dem Tauscher 314 für latente Wärme gegen verdampfende Kesselflüssigkeit kondensiert, welche über das Ventil 312 druckentlastet worden ist. Der Separator 321 speist die Dampffraktion in die Säule 305 ein, und die flüssige Fraktion wird gegebenenfalls über das Ventil 322 in die Rückflußvorrichtung für den Nebenarm 319 geleitet. Der Rückflußkondensator 320 stellt flüssigen Rückfluß für den Nebenarm 319 zur Verfügung und verdampft ferner die Kesselflüssigkeit, bevor sie in die Säule 305 eingespeist wird. Vorzugsweise bezieht die Rückflußvorrichtung zumindest eine Stufe 324 für einen Dampf-Flüssigkeits-Gegenstromkontakt, z. B. einen Siebboden, und einen zweiten Dampfeinspeisungspfad für die Säule 305 ein (jeweils eine von oberhalb und unterhalb der Gegenstromkontaktstufe). Die relativen Mengen des Dampfflusses durch die beiden Dampfwege können über das Ventil 323 gesteuert werden. Es ist die Funktion der Kontaktstufe 324, es der Dampfeinspeisung von unterhalb der Kontaktstufe 324 zu ermöglichen, den maximal möglichen O&sub2;-Gehalt aufzuweisen, wodurch die Aufkochrate durch den Nebenarm 319 maximiert und die Argon-Rückgewinnung erhöht werden. Der hochreine flüssige Sauerstoff in dem Sumpf der Säule 305 wird durch eine Einrichtung 318 zur Druckbeaufschlagung (welche vorzugsweise lediglich ein Absperrventil in einer hydrostatischen Kopfsäule ist) im Druck gesteigert und in dem LOX-BOIL Verdampfer 303 zu einem gasförmigen Sauerstoffprodukt verdampft und anschließend abgezogen.
  • Übliche Flußschemata für hochreines O&sub2; mit einem Argon-Nebenarm können PC-LOX-BOIL nicht vorteilhaft verwenden, weil die O&sub2;-Rückgewinnung (und häufig auch die Argon-Rückgewinnung) durch die erforderliche teilweise Kondensation von ungefähr 25% der eingespeisten Luft übermäßig reduziert wird. Folglich ist der ansonsten aus dieser Luft verfügbare LN&sub2;-Rückfluß nicht länger verfügbar, und die Rückgewinnung wird beeinträchtigt. Mit der offenbarten verbesserter AIRPER sind die LN&sub2;-Rückflußanforderungen größtenteils herabgesetzt, so daß die PC-LOX-BOIL zum ersten Mal vorteilhaft wird. Auch durch die aufeinanderfolgende Verdampfung der Kesselflüssigkeit in zwei oder drei Schritten, wodurch zwei oder drei Dampfströme unterschiedlicher Zusammensetzung in die LP-Säule eingespeist werden, arbeitet die Säule sehr effizient, und durch den Nebenarm 319 ist ein maximales Aufkochen möglich.
  • Die Fig. 4 stellt die Erzeugung von hochreinem O&sub2; und Argon als Koprodukt in einer Säulenanordnung mit drei Drücken im Gegensatz zur Anordnung mit zwei Drücken gemäß Fig. 3 dar. Die Sauerstoff-Argon-Trennung wird in einer getrennten Säule bewerkstelligt, die bei einem noch niedrigeren Druck als die Niederdruck-N&sub2;-Trennsäule 305 gemäß Fig. 3 betrieben wird. Da die N&sub2;-Trennsäule 405 gemäß Fig. 4 durch die teilweise Kondensation von Luft im Aufkocher 404 aufgekocht wird, kann sie mit den gleichen sehr niedrigen Einspeisungsdrücken im Bereich von 379 bis 517 kPa (55 bis 75 psia) wie in den Fig. 1 und 2 betrieben werden, gegenüber dem für Fig. 3 typischen Einspeisungsdruckbereich von 517 bis 621 kPa (75 bis 90 psia). Die Komponenten 401, 402, 404-407, und 409-416 sind in ihrer Funktion zu den zuvor beschriebenen Komponenten der 100-er, 200-er und 300-er Reihen ähnlich. Die Argonsäule 419 enthält sowohl Abzugsabschnitte als auch Rektifizierabschnitte und ebenfalls zwei Rückflußkondensatoren 424 und 420. Druckreduzierte Kesselflüssigkeit von dem Ventil 412 wird teilweise in den Kondenser 424 verdampft und anschließend durch den Separator 421 und das Ventil 423 in eine flüssige Fraktion mit noch höherem O&sub2;-Gehalt und eine dampfförmige Fraktion getrennt, welche in die Säule 405 auf der gleichen Höhe wie die Zwischenflüssigkeit eingespeist wird, die zum Kondensieren der AIRPER-Luft im Zwischenaufkocher 414 verwendet wird. Die Flüssigkeit von dem Ventil 423 wird in den Zwischenrückflußkondensator 420 verdampft und auch zu einer niedrigeren Höhe der Säule 405 geleitet (wegen ihres höheren O&sub2;-Gehalts). Der Säule 419 wird eine flüssige Sauerstoff- Argon-Mischung von einer Zwischenhöhe der Säule 405 über ein Fördermittel 425 eingespeist. Obwohl die Säule 419 bei einem niedrigeren Druck ist als die Säule 405, z. B. 110 kPa (16 psia) im Gegensatz zu 145 kPa (21 psia), kann dennoch ein Fördermittel 420 erforderlich sein, um wegen der Höhenunterschiede als Flüssigkeitspumpe zu dienen. Von dem gasförmigen Sauerstoffprodukt wird soviel wie möglich von dem Sumpf der Säule 405 bei ungefähr 152 kPa (22 psia) abgezogen. Von der Säule 419 wird flüssiger Sauerstoff als Bodenprodukt zu dem Sumpf der Säule 405 über ein Fördermittel 418 gefördert, welches wiederum einfach ein Steuerventil oder ein Absperrventil sein kann, wenn die jeweiligen Höhen hinreichend unterschiedlich sind (hydrostatische Köpfe), jedoch anderenfalls eine Flüssigkeitspumpe ist. Unter den Umständen, daß nicht das gesamte O&sub2;-Produkt im Aufkocher 404 in Gas umgewandelt werden kann, z. B., wenn merkliche Mengen an N&sub2; als Koprodukt erwünscht sind, kann etwas oder sämtliches O&sub2;-Produkt bei niedrigerem Druck von dem Sumpf der Säule 419 abgezogen werden.
  • Eine vorteilhafte Maßnahme, welche verwendet werden kann, um die Notwendigkeit, etwas gasförmiges O&sub2;-Produkt aus der Säule 419 zu entnehmen, zu vermindern oder zu vermeiden, ist es, einen zusätzlichen, extern angetriebenen Kompressor 426 in die Kühlluftleitung entweder vor oder nach dem Kompressor 401 und gegebenenfalls auch einen Kühler 427 einzubeziehen. Durch weiteres Vergrößern des Expansionsdruckverhältnisses wird die erforderliche Massenflußrate durch den Expander 413 zusätzlich verringert, wobei weitere Luft zum Antreiben des Aufkochers 404 verfügbar gemacht wird. Der erforderliche Kompressor ist sehr klein, da er nur eine kleine Fraktion (10 bis 15%) der eingespeisten Luft komprimiert, welche bereits auf Druck ist, wobei sein Energiebedarf nur in der Größenordnung von 1 oder 2% der Hauptluftkompressorenergie ist. Er stellt eine gute variable Reserve für Bedingungen bei Störungen oder bei nicht normalen Umgebungsbedingungen zur Verfügung und reduziert folglich den in der verbleibenden Apparatur notwendigen Reservespielraum. Demnach kann er in sämtlichen Flußschemata mit AIRPER, und nicht nur in denen mit drei Drücken, vorteilhaft sein.
  • Während die Fig. 3 und 4 die bevorzugten Verfahren darstellen, um einen Rückfluß für den Argon-Rektifikationsbereich vorzusehen, wobei die folgende Verdampfung von Kesselflüssigkeit einbezogen wird, wird es zu beachten sein, daß andere Rückflußtechniken, wie z. B. der direkte Austausch von latenter Wärme von dem Dampf der Argon-Rektifiziervorrichtung zu der Zwischenhöhenflüssigkeit der N&sub2;-Trennsäule, möglich sind. Obwohl die Fig. 1 bis 4 zufällig sämtlich eine teilweise Kondensation der eingespeisten Luft vor dem Eintreten in die HP-Rektifiziereinrichtung darstellen, ist dieses keinesfalls ein allgemeines Erfordernis. Die Fig. 5 stellt ein Flußschema dar, in dem die größere Fraktion der eingespeisten Luft direkt ohne die zwischengeschaltete teilweise Kondensation in die HP-Rektifiziervorrichtung eingespeist wird.
  • Bezugnehmend auf Fig. 5 wird die atmospherische Luft unter Verwendung üblicher Komponenten, wie etwa einem Hauptluftkompressor 540, einem Kondensationskühler 539 und einem Molekularsiebtrockner/CO&sub2;-Absorber 538, komprimiert, gereinigt und gekühlt. Eine größere Fraktion wird anschließend durch den Hauptwärmetauscher 502 zu der HP-Rektifiziervorrichtung 507 geleitet, während eine kleinere Fraktion (ungefähr 10 bis 20% der eingespeisten Luft, und besonders bevorzugt ungefähr 15%) weiter in dem warmen Kompressor 501 komprimiert, in den Tauschern 537 und 502 gekühlt, in dem Expander 513 (welcher den Kompressor 501 antreibt) arbeitsexpandiert und anschließend zu dem AIRPER-Tauscher 514 für latente Wärme geleitet wird, wo sie im wesentlichen vollkommen kondensiert wird. Die resultierende flüssige Luft wird in zwei Ströme getrennt: Einer wird durch die Pumpe 516 auf den Druck der HP-Rektifiziervorrichtung 507 angehoben und auf einer Zwischenrückflußhöhe in die HP-Rektifiziervorrichtung 507 eingespeist; und der andere wird näherungsweise auf den Druck der LP-Säule 505 abgesenkt und durch eine Einrichtung 515 zur Druckentlastung auf einer Zwischenrückflußhöhe dieser Säule eingespeist.
  • Die HP-Rektifiziervorrichtung 507 wird an ihrem oberen Ende durch den Tauscher 504 für latente Wärme mit Rückfluß versorgt, welcher auch die LP-Säule 505 aufkocht und das O&sub2;- Produkt verdampft. Die Luft und die flüssige Luft, die in die HP-Rektifiziervorrichtung 507 eingespeist werden, werden dadurch zu einem N&sub2;-Kopfprodukt und einem unreinen O&sub2;-Bodenprodukt (Kesselflüssigkeit) rektifiziert. Ein Teil des N&sub2;- Kopfprodukts von ungefähr 99%-iger Reinheit wird als Flüssigkeit durch den Kühler 509, eine Einrichtung 510 zur Druckentlastung und gegebenenfalls einen Phasenseparator 511 und schließlich in den Kopf der LP-Säule 505 als Rückflußflüssigkeit geleitet. Das N&sub2;-Koprodukt wird typischerweise in höherer Reinheit gewünscht und kann folglich weiter in der HP-Rektifiziervorrichtung 507 durch eine zusätzliche Zone 536 mit Dampf-Flüssigkeits-Gegenstromkontakt gereinigt werden. Die N&sub2;- Flüssigkeit mit wesentlich höherer Reinheit (99,99% oder mehr) wird oberhalb dieser Zone abgezogen, anschließend durch eine Einrichtung 535 zur Druckentlastung im Druck reduziert und wird in dem Tauscher 534 für latente Wärme verdampft. Der Tauscher 534 wird durch Kondensieren des Dampfs von dem Argon-Nebenarm 519 aufgeheizt. Obwohl Kopfdampf verwendbar ist, wird es bevorzugt, daß Zwischendampf vom Nebenarm 519 verwendet und ein Zwischenrückfluß zu dem Nebenarm 519 zurückgeführt wird. Das von dem Nebenarm 519 rückgewonnene Argon wird ungeachtet dessen gesteigert, ob der Tauscher 534 zum Kondensieren des Kopfes oder des Zwischendampfes verwendet wird, jedoch wird ein höherer Druck für das N&sub2;-Koprodukt erhalten (ungefähr 50 psia), wenn der Zwischendampf verwendet wird. Mit dieser "Flüssigstickstoff-Verdampfung" (LINBOIL)-Technik können ungefähr 20% der eingespeisten Luftströmung als hochreines N&sub2;-Koprodukt bei 50 psia erhalten werden, während die gesamte Rückgewinnung von hochreinem O&sub2; und ebenfalls eine hohe Rückgewinnung an Rohargon beibehalten werden.
  • Der Rest von Fig. 5 stellt eine "sequentielle KELBOIL"-Technik zum Zuführen von Kühlung sowohl für den AIRPER-Tauscher 514 als auch den Rückflußkühler 520 des Argon-Nebenarm dar, während die Kesselflüssigkeit gleichzeitig in drei Ströme unterschiedlicher Zusammensetzung aufgeteilt wird, um die Zuführung für die unterschiedliche Höhen der LP-Säulen 505 zu optimieren. Nach dem Kühlen in dem Kühler 509 wird eine Fraktion der Kesselflüssigkeit direkt über das Ventil 531 in die LP-Säule 505 gespeist; und der Rest wird über das Ventil 512 dem Tauscher 514 zugeführt. Die teilweise verdampfte Kesselflüssigkeit vom Tauscher 514 wird ferner in zwei Ströme aufgeteilt, wobei zumindest der größte Teil des Dampfes über das Ventil 532 in die LP-Säule 505 gespeist und zumindest der größte Teil der Flüssigkeit über das Ventil 522 in den Tauscher 520 eingespeist werden. Der letztere Strom wird nach einer weiteren Verdampfung letztlich über eine Leitung 533 in die LP-Säule 505 eingeführt. Es wird jedoch zu beachten sein, daß auch andere Mittel zur Kühlung der Tauscher 514, 520 verwendbar sind, z. B. könnten einer oder beide direkt mit der Flüssigkeit der LP-Säule 505 latente Wärme austauschen. Auch kann in Fig. 3 die gleiche sequentielle KELBOIL-Technik, die in Fig. 5 dargestellt ist, verwendet werden.
  • Zusammengefaßt minimiert die AIRPER-Technik die kombinierte Anforderung der Säule 505 und der Rektifiziervorrichtung 507 für den LN&sub2;-Rückfluß, so daß LN&sub2; als Koprodukt frei wird; und die LIN-BOIL-Technik ermöglicht es, daß das N&sub2;-Koprodukt bei einem beträchtlichen Druckniveau erhalten wird. Selbstverständlich sind andere zweckmäßige Ausführungsformen aus einer Kombination von AIRPER und LIN-BOIL möglich: Zum Beispiel kann das unter Druck gesetzte N&sub2; zur Erzeugung von mehr Kälte expandiert werden und folglich die Koprodukt-Flüssigkeiten erhöhen; oder das expandierende N&sub2; könnte verwendet werden, um einen Kältekompressor anzutreiben, um den O&sub2;-Druck, die O&sub2;- Reinheit und/oder die Argon-Rückgewinnung zu steigern.
  • Die offenbarten Verbesserungen sind bei industriellen Tieftemperatur-Lufttrennprozessen jeder Art, insbesondere jenen zur O&sub2;-Erzeugung, in dem angenäherten Kapazitätsbereich von 50 bis 5.000 t pro Tag und bei beliebiger Reinheit anwendbar.

Claims (23)

1. Verfahren zur Tieftemperatur-Destillation von komprimierter Luft zu einem Sauerstoffprodukt plus gegebenenfalls Roh-Argon als Koprodukt, mit den folgenden Schritten:
a) zumindest ein unkondensierter Teil einer größeren Fraktion der zugeführten Luft wird einer Hochdruckrektifiziervorrichtung zugeführt;
b) von der HP-Rektifiziervorrichtung wird Kopfflüssigkeit abgezogen, und zumindest ein Teil davon wird in eine Niederdruck-Stickstofftrennsäule als Kopfrückfluß eingespeist;
c) eine kleinere Fraktion der zugeführten Luft wird auf einen Zwischendruck arbeitsexpandiert;
d) die kleinere Fraktion der Luft wird einem Tauscher für latente Wärme zur vollständigen Kondensation zugeleitet;
gekennzeichnet durch:
e) der Tauscher für latente Wärme wird durch Zwischenhöhenflüssigkeit der N&sub2;-Trennsäule und/oder zumindest einem Teil der Bodenflüssigkeit (Kesselflüssigkeit) der HP-Rektifiziervorrichtung gekühlt;
f) die resultierende flüssige Luft wird zumindest in zwei Fraktionen aufgeteilt, welche Strömungsverhältnisse innerhalb eines Faktors 3 zueinander haben;
g) eine Fraktion wird auf einer Zwischen-Rückflußhöhe der N&sub2;-Trennsäule eingespeist; und
h) die andere Fraktion wird unter Druck gesetzt und auf einer Zwischenhöhe in die HP-Rektifiziervorrichtung eingespeist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ferner die größere Fraktion der zugeführten Luft direkt ohne vorherige teilweise Kondensation in die HP-Rektifiziervorrichtung eingespeist wird, wobei
a) die kleinere Fraktion der arbeitszuexpandierenden Luft vor der Arbeitsexpansion komprimiert wird; und
b) der Kompressionsschritt wird mit der in dem Expansionsschritt erzeugten Arbeit angetrieben.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, a) daß ein Teil der komprimierten Luft vor der Zuführung der nicht kondensierten Fraktion in die HP-Rektifiziervorrichtung (107) teilweise kondensiert wird;
b) daß ein Flüssigsauerstoff-Bodenprodukt von der N&sub2;-Trennsäule durch Austausch latenter Wärme mit der teilweise kondensierenden Luft verdampft wird; und
c) daß N&sub2;-Trennsäulen-Bodenaufkochen und/oder gasförmiges Sauerstoffprodukt von dem verdampfenden flüssigen Sauerstoff zur Verfügung gestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, a) daß die Kesselflüssigkeit ungefähr auf den Druck der N&sub2;- Trennsäule druckreduziert wird;
b) daß die druckreduzierte Kesselflüssigkeit dem Luftkondensationsschritt zugeführt wird;
c) daß die Kesselflüssigkeit durch Austausch latenter Wärme mit kondensierender Luft teilweise verdampft wird;
d) daß zumindest die Dampffraktion der teilweise verdampften Kesselflüssigkeit in die N&sub2;-Trennsäule eingespeist wird;
e) daß teilweise arbeitsexpandierte Luft durch den Austauschschritt der latenten Wärme in einer Menge kondensiert wird, welche zwischen ungefähr 10 und 24% der komprimierten Zuführluft liegt; und
f) daß getrennte Ströme flüssiger Luft als Zwischenrückfluß der HP-Rektifiziervorrichtung und der N&sub2;-Trennsäule zugeführt werden, welche jeweils zwischen ungefähr 5 und 12% der komprimierten Zuführluft liegen.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet:
a) daß die kleinere Fraktion der zu arbeitsexpandierenden Luft vor der Arbeitsexpansion zusätzlich komprimiert wird;
b) daß die Kompression mit der durch die Expansion erzeugten Arbeit angetrieben wird; und
c) daß zwischen dem Kopfdampf der HP-Rektifiziervorrichtung und der Zwischenhöhenflüssigkeit der N&sub2;-Trennsäule latente Wärme ausgetauscht wird, wodurch ein Kopfrückfluß für die HP-Rektifiziervorrichtung und Zwischenaufkochen für die N&sub2;-Trennsäule zur Verfügung gestellt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, a) daß eine Destillationssäule für Argon vorgesehen ist, welche mit einer flüssigen Sauerstoff-Argon-Mischung von der N&sub2;-Trennsäule gespeist wird; und
b) daß die Argon-Säule durch Austausch latenter Wärme mit dem Kopfdampf der HP-Rektifiziervorrichtung auf gekocht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, a) daß die kleinere Fraktion der zu arbeitsexpandierenden Luft vor der Arbeitsexpansion zusätzlich komprimiert wird;
b) daß die Kompression mit der durch die Expansion erzeugten Arbeit angetrieben wird;
c) daß der Kopf der Argonsäule durch Austausch latenter Wärme mit teilweise verdampfenden, druckreduzierten Kesselflüssigkeit mit Rückfluß versehen wird;
d) daß eine Zwischenhöhe der Argonsäule durch Austausch latenter Wärme mit der verbleibenden, nicht verdampften Kesselflüssigkeit mit einem Rückfluß versehen wird; und
e) daß die Dampfströme von den Schritten c) und d) auf verschiedenen Höhen der N&sub2;-Trennsäule eingespeist werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, a) daß die kleinere Fraktion der Luft, die arbeitsexpandiert werden soll, vor der Arbeitsexpansion zusätzlich komprimiert wird;
b) daß die Kompression mit einer externen Energiequelle angetrieben wird;
c) daß der Zuführbereich der N&sub2;-Trennsäule als die Höhe ausgewählt wird, aus welcher Zwischenhöhenflüssigkeit für den Austausch latenter Wärme mit expandierter Luft erhalten wird; und
d) daß zumindest eine größere Fraktion des gasförmigen Sauerstoffprodukts durch Austausch latenter Wärme mit teilweise kondensierender Luft verdampft wird.
9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, a) daß der Boden der N&sub2;-Trennsäule durch Austausch latenter Wärme mit dem Kopfdampf der HP-Rektifiziereinrichtung aufgekocht wird;
b) daß eine Argon-Nebenarmsäule in Dampf- und Flüssigkeitsverbindung mit der N&sub2;-Trennsäule vorgesehen wird;
c) daß Roh-Argon von dem Nebenarm abgezogen wird; und
d) daß der Druck des flüssigen Sauerstoffbodenprodukts von der N&sub2;-Trennsäule erhöht wird, bevor es durch Austausch latenter Wärme mit teilweise kondensierender Zuführluft verdampft wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, a) daß der Verdampfer für flüssigen Sauerstoff in einer niedrigeren Höhe als der Boden der N&sub2;-Trennsäule angeordnet wird, wodurch zumindest ein Teil dieser Drucksteigerung durch den hydrostatischen Kopf des flüssigen Sauerstoffs erhalten wird;
b) daß die druckreduzierte Kesselflüssigkeit in zumindest zwei aufeinanderfolgenden Stufen durch Austausch latenter Wärme mit dem Dampf der Argon-Nebenarmsäule zumindest teilweise verdampft wird, wodurch ein Rückfluß für die Argon-Nebenarmsäule und zumindest zwei Dampfströme mit unterschiedlicher Zusammensetzung zur Verfügung gestellt werden; und
c) daß die beiden Dampfströme auf verschiedenen Höhen der N&sub2;-Trennsäule eingespeist werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenhöhenflüssigkeit der N&sub2;-Trennsäule von dem gleichen Gleichgewichtszustand durch Austausch latenter Wärme mit expandierter Luft aufgekocht wird wie die gegebenenfalls verdampfte Kesselflüssigkeit von der Einspeisungshöhe.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, a) daß die kleinere Fraktion der zugeführten, zu arbeitsexpandierenden Luft zusätzlich zumindest einmal vor der Arbeitsexpansion komprimiert wird;
b) daß die kleinere Fraktion nach dem Komprimieren, aber vor dem Expandieren gekühlt wird, und
c) daß eine der zusätzlichen Kompressionen durch aus der Expansion erhaltene Arbeit und eine andere durch eine externe Energiequelle angetrieben werden.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, a) daß eine aus der Nähe des Bodens der LP-Säule erhaltene Argon-Sauerstoff-Mischung in einer Argon-Rektifiziervorrichtung zu Roh-Argon-Kopfprodukt rektifiziert wird;
und
b) daß zumindest ein Teil des Rückflusses für die Argon- Rektifiziervorrichtung durch Austausch latenter Wärme mit einem Teil des LN&sub2;-Kopfprodukts der HP-Rektifizier- Einrichtung zur Verfügung gestellt wird, nachdem das LN&sub2; teilweise druckreduziert worden ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückfluß für die Argon-Rektifiziervorrichtung auf einer mittleren Höhe erfolgt und daß ferner Rückfluß für die Argon-Rektifiziervorrichtung am Kopf vorgesehen wird.
15. Verfahren zur Erzeugung von Sauerstoff und/oder Stickstoff und Roh-Argon als Koprodukt aus komprimierter Luft durch fraktionelle Destillation mit den folgenden Merkmalen:
a) eine nicht-kondensierte größere Fraktion der komprimierter Luft wird zu flüssigem Stickstoff als Kopfprodukt und mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit als Bodenprodukt (Kesselflüssigkeit) rektifiziert;
b) eine kleinere Fraktion der komprimierten Luft wird auf einem Zwischendruck arbeitsexpandiert;
c) die Kesselflüssigkeit wird druckreduziert und zumindest teilweise verdampft;
d) die zumindest teilweise verdampfte Kesselflüssigkeit wird in einer Niederdruck-Destillationssäule zu einem gasförmigen Kopf-N&sub2; und flüssigem O&sub2; als Bodenprodukt destilliert;
dadurch gekennzeichnet, e) daß die expandierte Luft aus dem Schritt b) durch Austausch latenter Wärme mit der verdampfenden Kesselflüssigkeit aus Schritt c) kondensiert wird; und
f) daß die kondensierte Luft dem Rektifikations- und/oder Destillationsschritt a), d) zugeführt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, a) daß die kleinere Fraktion der Luft vor der Expansion zusätzlich komprimiert wird; und
b) daß die zusätzliche Kompression durch aus der Expansion erhaltene Arbeit angetrieben wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, a) daß die kondensierte Luft in zwei angenähert gleiche Fraktionen aufgeteilt wird;
b) daß eine Fraktion der Niederdrucksäule (505) in einer mittleren Höhe zugeführt wird; und
c) daß der Druck der verbleibenden Fraktion erhöht wird und diese einer Zwischenhöhe der Hochdruck-Rektifiziervorrichtung zugeführt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, a) daß die komprimierte Luft vor dem Zuführen der nicht kondensierten Fraktion in die HP-Rektifiziervorrichtung teilweise kondensiert wird; und
b) daß flüssiger Sauerstoff als Bodenprodukt von der LP- Säule durch Austausch latenter Wärme mit der teilweise kondensierenden komprimierten Luft verdampft wird; und
c) daß zumindest Aufkochen des Bodens der LP-Säule und/oder gasförmiges Sauerstoffprodukt von dem verdampfendem flüssigen Sauerstoff zur Verfügung gestellt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, a) daß die kleinere, ein zweites Mal zu expandierende Luftfraktion vor der Expansion durch einen extern angetriebenen Kompressor komprimiert wird; und
b) daß die kleinere Fraktion nach beiden Kompressionen und vor der Expansion gekühlt wird.
20. Vorrichtung zur fraktionierten Tieftemperatur-Destillation von komprimierter Luft mit Gen folgenden Merkmalen:
a) einer Hochdrucksäule (107; 207; 307; 407; 507), welcher eine nicht kondensierte größere Fraktion der komprimierten Luft zugeführt wird,
b) einer Niederdrucksäule (105; 205; 305; 405; 505), welcher flüssiger N&sub2; von dem Kopfprodukt der HP-Säule zugeleitet wird;
c) einem Arbeitsexpander (113; 213; 313; 413; 513), welchem eine kleinere Fraktion der komprimierten Luft nach teilweiser Kühlung (202) zugeführt wird;
gekennzeichnet durch:
d) mindestens einen Tauscher (114; 214, 314; 414; 514) für latente Wärme, welchem die expandierte Luft sowie druckreduzierte Kesselflüssigkeit oder Speisungshöhe-Flüssigkeit der LP-Säule zugeführt wird;
e) einer Einrichtung zum Aufteilen der kondensierten Luft von dem Tauscher für latente Wärme in zwei Fraktionen;
f) einer Einrichtung (115; 215; 315; 415; 515) zum Zuführen einer der flüssigen Fraktionen zu einer Zwischenhöhe der LP-Säule; und
g) einer Einrichtung (116; 216; 316; 416; 516), um die verbleibende Fraktion unter Druck zu setzen und sie einer Zwischenhöhe der HP-Säule zuzuführen.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Druckbeaufschlagung eine Flüssigkeitspumpe ist, und ferner gekennzeichnet durch einen Tauscher (103, 303) für latente Wärme, um flüssigen Bodenprodukt-Sauerstoff von der LP-Säule durch teilweise Kondensation der größeren Luftfraktion zu verdampfen.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch
a) eine Argon-Sauerstoff-Rektifiziervorrichtung (319; 419; 519), welcher eine Sauerstoff-Argon-Mischung aus der Nähe des Bodens der LP-Säule zugeführt wird; und
b) einen Rückflußkühler (534) für die Argonsauerstoff Rektifiziervorrichtung, welchem teilweise druckreduziertes LN&sub2; als Kopfprodukt von der HP-Rektifiziervorrichtung zugeführt wird.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der LN&sub2;-Rückflußkühler (534) der Argon-Rektifiziervorrichtung (519) Zwischenhöhen-Rückfluß zuführt, und
daß zusätzlich ein Kopf-Rückflußkondensator (520) für die Argon-Sauerstoff-Rektifiziervorrichtung vorgesehen ist, dem eine von der druckreduzierten Kesselflüssigkeit erhaltene flüssige Fraktion und/oder Zwischenhöhen-Flüssigkeit von der LP-Säule zugeführt wird.
DE8888901516T 1986-12-24 1987-12-24 Kaelteerzeugung durch teilexpansion der luft fuer die tieftemperatur-luftzerlegung. Expired - Fee Related DE3782660T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/946,484 US4777803A (en) 1986-12-24 1986-12-24 Air partial expansion refrigeration for cryogenic air separation
PCT/US1987/003481 WO1988005148A1 (en) 1986-12-24 1987-12-24 Air partial expansion refrigeration for cryogenic air separation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3782660D1 DE3782660D1 (de) 1992-12-17
DE3782660T2 true DE3782660T2 (de) 1993-06-03

Family

ID=25484539

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE8888901516T Expired - Fee Related DE3782660T2 (de) 1986-12-24 1987-12-24 Kaelteerzeugung durch teilexpansion der luft fuer die tieftemperatur-luftzerlegung.

Country Status (7)

Country Link
US (1) US4777803A (de)
EP (1) EP0338022B1 (de)
JP (1) JPH02501850A (de)
AT (1) ATE82383T1 (de)
AU (1) AU592489B2 (de)
DE (1) DE3782660T2 (de)
WO (1) WO1988005148A1 (de)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5114452A (en) * 1990-06-27 1992-05-19 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation Cryogenic air separation system for producing elevated pressure product gas
US5098456A (en) * 1990-06-27 1992-03-24 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation Cryogenic air separation system with dual feed air side condensers
US5108476A (en) * 1990-06-27 1992-04-28 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation Cryogenic air separation system with dual temperature feed turboexpansion
US5170630A (en) * 1991-06-24 1992-12-15 The Boc Group, Inc. Process and apparatus for producing nitrogen of ultra-high purity
US5315833A (en) * 1991-10-15 1994-05-31 Liquid Air Engineering Corporation Process for the mixed production of high and low purity oxygen
US5222365A (en) * 1992-02-24 1993-06-29 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system for producing high pressure nitrogen product
JP3315747B2 (ja) * 1993-02-15 2002-08-19 株式会社東芝 リセット機能付ｄラッチ回路
US5365741A (en) * 1993-05-13 1994-11-22 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system with liquid oxygen boiler
US5379598A (en) * 1993-08-23 1995-01-10 The Boc Group, Inc. Cryogenic rectification process and apparatus for vaporizing a pumped liquid product
US5546767A (en) * 1995-09-29 1996-08-20 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system for producing dual purity oxygen
GB9623519D0 (en) * 1996-11-11 1997-01-08 Boc Group Plc Air separation
GB9806293D0 (en) * 1998-03-24 1998-05-20 Boc Group Plc Separation of air
US6000239A (en) * 1998-07-10 1999-12-14 Praxair Technology, Inc. Cryogenic air separation system with high ratio turboexpansion
FR2787561A1 (fr) * 1998-12-22 2000-06-23 Air Liquide Procede de separation d'air par distillation cryogenique
US9279613B2 (en) * 2010-03-19 2016-03-08 Praxair Technology, Inc. Air separation method and apparatus
JP6842334B2 (ja) * 2017-03-29 2021-03-17 大陽日酸株式会社 空気分離方法、及び空気分離装置
JP2020521098A (ja) 2017-05-16 2020-07-16 イーバート，テレンス，ジェイ． 気体を液化するための装置およびプロセス
CN109405414A (zh) * 2018-11-27 2019-03-01 薛鲁 液体空分装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1271419A (en) * 1969-08-16 1972-04-19 Bernard Ramsey Bligh Air distillation process
SU756150A1 (ru) * 1977-04-21 1980-08-15 Viktor P Belyakov Способ разделения воздуха 1
DE2854508C2 (de) * 1978-12-16 1981-12-03 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung eines Gasgemisches
US4604116A (en) * 1982-09-13 1986-08-05 Erickson Donald C High pressure oxygen pumped LOX rectifier
US4578095A (en) * 1984-08-20 1986-03-25 Erickson Donald C Low energy high purity oxygen plus argon
US4582518A (en) * 1984-09-26 1986-04-15 Erickson Donald C Nitrogen production by low energy distillation
US4594085A (en) * 1984-11-15 1986-06-10 Union Carbide Corporation Hybrid nitrogen generator with auxiliary reboiler drive
US4670031A (en) * 1985-04-29 1987-06-02 Erickson Donald C Increased argon recovery from air distillation
US4662917A (en) * 1986-05-30 1987-05-05 Air Products And Chemicals, Inc. Process for the separation of air
EP0269342B1 (de) * 1986-11-24 1991-06-12 The BOC Group plc Luftverflüssigung

Also Published As

Publication number Publication date
WO1988005148A1 (en) 1988-07-14
US4777803A (en) 1988-10-18
EP0338022B1 (de) 1992-11-11
JPH02501850A (ja) 1990-06-21
EP0338022A1 (de) 1989-10-25
EP0338022A4 (de) 1989-11-07
AU1296588A (en) 1988-07-27
DE3782660D1 (de) 1992-12-17
AU592489B2 (en) 1990-01-11
ATE82383T1 (de) 1992-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3874731T2 (de) Kryogene luftspaltung mit einem aufkocher mit totalkondensation durch kompression/expansion.
DE68908187T2 (de) Zwischenrückstrom, erzeugt von einer rektifikationsflüssigkeit für unterhalb der umgebungsbedingungen arbeitende, in kaskade geschaltete rektifikationskolonnen.
DE3782660T2 (de) Kaelteerzeugung durch teilexpansion der luft fuer die tieftemperatur-luftzerlegung.
DE69214693T2 (de) Verfahren zur Herstellung von gasförmigem Sauerstoff unter Druck
DE69404106T2 (de) Lufttrennungsschemas für die Koproduktion von Sauerstoff und Stickstoff als Gas- und/oder Flüssigprodukt
DE69100475T2 (de) Stickstoffgasgenerator bestehend aus einer Dreifachdistillationskolonne mit mehreren Verdampfern/Kondensoren.
DE69304948T2 (de) Tieftemperaturluftzerlegung für die Herstellung von gasförmigem Sauerstoff
DE69214409T2 (de) Verfahren und Apparat zur Herstellung unreinen Sauerstoffs
DE69208418T2 (de) Verfahren und Anlage zur gemischten Herstellung von Sauerstoff hoher und niederer Reinheit
DE69100239T2 (de) Herstellung von ultrahochreinem Sauerstoff bei der Tieftemperatur-Luftzerlegung.
DE69413918T2 (de) Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE69205424T2 (de) Verfahren und Vorrichtung für die Luftzerlegung durch Rektifikation.
DE69304977T2 (de) Tieftemperatur-Rektifikationssystem mit Dreifachkolonne
EP1134525B1 (de) Verfahren zur Gewinnung von gasförmigem und flüssigem Stickstoff mit variablem Anteil des Flüssigprodukts
DE3146335C2 (de) Verfahren zum Erzeugen von Sauerstoff-Produktgas
DE69310429T2 (de) Verfahren zur Herstellung von Hochdruck-Stickstoff und Sauerstoff
DE68903676T2 (de) Regelverfahren zum maximieren der argon-rueckgewinnung in kryogenen lufttrennungseinheiten.
DE69201522T2 (de) Hochdruck-Lufttrennungsverfahren mit Gewinnung von Flüssigkeit.
DE69503848T2 (de) Lufttrennung
DE69414517T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft für die Herstellung von Stickstoff unter erhöhtem Druck mittels gepumpten flüssigen Stickstoffs
DE69320116T2 (de) Lufttrennung
DE69503095T2 (de) Lufttrennung
DE69301557T2 (de) Hybrider Luft und Stickstoff Kreislaufverflüssiger
DE69111099T2 (de) Herstellung von sauerstoffarmem Argon aus Luft.
DE69209835T2 (de) Einsäulenluftzerlegungszyklus und dessen Integration in Gasturbinen

Legal Events

Date Code Title Description
8339 Ceased/non-payment of the annual fee
8364 No opposition during term of opposition