DE3855487T2 - Argon-Sauerstoffgemischtrennung - Google Patents

Argon-Sauerstoffgemischtrennung

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Zerlegung von Gemischen, die Stickstoff, Sauerstoff und Argon aufweisen, durch kryogene Destillation. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer strukturierten Packung bei der kryogenen Destillation, wenn Argon in Konzentrationen zwischen 0,6 und 75 Vol.-% vorhanden ist.
  • Viele Verfahren zur Zerlegung von Luft durch kryogene Destillation in seine Bestandteile sind bekannt, repräsentativ für diese sind die US-A 3,729,943, US-A-4,533,375; US-A- 4,578,095; US-A-4,604, 116; US-A-4,605,427 und die US-A-4,670,031.
  • Außerdem sind Beispiele für strukturierte oder gerichtete Packung in der Technik bekannt, repräsentativ für diese sind die US-A-4, 128,684, US-A-4, 186,159, US-A-4,296,050, US-A- 4,455,339, US-A-4,497,751, US-A-4,497,752 und die US-A-4,497,753.
  • Die WO-A-8706329 offenbart ein Verfahren zur kryogenen Destillation von Luft in einem integrierten Mehrkolonnen-Destillationssystem mit einer Hochdruck-, einer Niederdruckund einer Argon-Seiten-Kolonne. Auf Seite 10, Zeilen 7/9 wird angegeben: "Die Einrichtung zur Erzielung des Dampf-Flüssigkeitsgehalts im Gegenstrom kann jede im Stand der Technik bekannte sein: Siebböden, Blasenkappen, Packung (ungeordnet oder strukturiert), Drahtgewebe oder ähnliches." Strukturierte Packungen, wie sie bei der vorliegenden Anmeldung benötigt werden, wurden vorher noch nicht bei der kryogenen Destillation von Luft verwendet. Die strukturierte Packung, welche vorher verwendet wurde, verstärkte nicht die Vermischung von Fliissigkeit und/oder Dampf in einer Richtung, die senkrecht zur Hauptverfahrens-Strömungsrichtung lag.
  • Ein Beispiel für eine solche nicht-verstärkende strukturierte Packung sind Raschig-Ringe. Diese werden vertikal und in regelmäßiger Weise in der Kolonne installiert, wodurch Flüssigkeit sich im wesentlich vertikal nach unten und Dampf sich im wesentlichen nach oben bewegen wird, wobei keine merkliche Vermischung von Flüssigkeit und/oder Dampf in einer Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung stattfindet.
  • Ein weiteres Beispiel für eine solche nicht-verstarkende strukturierte Packung ist dasjenige, von dem Alekseev et al in Chemical and Petroleum Engineering, Dez.1974, Seiten 1070- 1073, Khimicheskoe i Neftyanoe Mashinostroenie, Nr.9, Seiten 18-19, 1966, Chemical and Petroleum Engineering, 1968, Seiten 304-306, Reliability and Safety of Air Separation Plant, Seiten 17-27, Anhang 1973-1 zum Bulletin de L'Institut International de Froid, Technological Institute of Refrigeration, IIR-Commission A3, Brighton, England, 1973, Seiten 18-27; Khimicheskoe i Neftyanoe Mashinostroenie, Nr.4, Seiten 16 - 17,1968; und "Mashinostroenie", 1972, Seiten 3-6, 103-107 und 124-131 berichten. Diese Packung umfaßt eine Reihe von Röhren, die gebündelt oder auf sonstige Weise so aufgebaut sind, daß der offene Querschnitt dieser Röhren senkrecht zur Richtung der Flüssigkeits und Dampfströmung liegt (d.h. die Röhren erstrecken sich in Strömungsrichtung). Die Röhren können aus festem oder perforiertem Material aufgebaut sein. In jedem Fall werden der Dampf und die Flüssigkeit frei durch den Bereich hindurchgehen, der die Summe aller offenen Querschnitte der Röhren in Strömungsrichtung umfaßt, und es ist keine Verstärkung der Flüssigkeits und/oder Gasströmung in einer Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung vorhanden.
  • Gemäß einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Zerlegung von Gemischen, welche Sauerstoff und Argon aufweisen, durch kryogene Destillation zur Verfügung, bei dem in einem Destillationskolonnensystem mit mindestens einer Kolonne ein Flüssigphasenstrom, der Sauerstoff und Argon enthält, und ein Dampfphasenstrom, der Sauerstoff und Argon enthält, in zumindest einem Bereich des Destillationskolonnensystems, wo die Argonkonzentration im Bereich von 0,6 bis 75 Vol.-% liegt, in engen Kontakt gebracht werden, wodurch ein Stoffübergang stattfinden kann, der den Flüssigphasenstrom mit Sauerstoff anreichert und Argon von dem Flüssigphasenstrom abstrippt, den Dampfphasenstrom mit Argon anreichert und Sauerstoff vom Dampfphasenstrom abstrippt, dadurch gekennzeichnet, daß der enge Kontakt des Flüssig- und des Dampfphasenstroms in diesem Bereich unter Verwendung einer strukturierten Packung bewirkt wird (wie sie im weiteren definiert wird) und die densimetrische Oberflächen- Gasgeschwindigkeit in diesem Bereich mindestens 1,8 cm/sec (0,06 ft/s) beträgt.
  • In den Figuren zeigen:
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung eines typischen Dreikolonnen-Luftzerlegungsverfahrens, das Argon und Sauerstoffprodukte herstellt;
  • Fig. 2 ein Diagramm des gemessenen Gesamt-Gasphasen-Stoffübergangkoeffizienten gegen den vorhergesagten Korrelationswert; und
  • Fig. 3 ein Diagramm für den HETP-Wert (height equivalent to a theoretical plate) (Äquivalenzhöhe für einen theoretischen Boden) gegenüber der densimetrischen Oberflächen-Gasgeschwindigkeit für Sauerstoff/Argon-Zerlegungen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung des Verfahrens und der Einrichtung für die Zerlegung von Gemischen, die Sauerstoff, Stickstoff und Argon aufweisen, z.B. Luft, durch kryogene Destillation. Die Erfindung ist ebenfalls bei Gemischen anwendbar, die keinen Stickstoff enthalten. Im wesentlichen liegt die Verbesserung gemaß der vorliegenden Erfindung in der Verwendung einer strukturierten Packung anstelle von Destillationsböden in einem oder mehreren Bereichen des Destillationskolonnensystems, wo der Argongehalt im Bereich von 0,6 bis 75 Vol.-% liegen wird, und wo die densimetrische oberflächen-Gasgeschwindigkeit mindestens 1,8 cm/s (0,6 ft/s). ist.
  • Die kryogene Zerlegung von Luft zur Herstellung von Stick- stoff-, Sauerstoff- und Argonprodukten wird beispielsweise gewöhnlich in einem Dreikolonnen-Destillationssystem durchgeführt. Diese drei Kollonnen werden die Hochdruckkolonne, die Niederdruckkolonne und die Argonkolonne genannt. Beispiele für Luftzerlegungsverfahren, die Argon und Sauerstoff trennen und beide als Produkte herstellen, sind in der US-A-3,729,943, der US- A-4,533,375, der US-A-4,578,095, der US-A-4,604, 116, der US-A 4,605,427 und der US- A-4,670,031 gezeigt. Ein Ablaufdiagramm für ein typisches Luftzerlegungsverfahren, das Sauerstoff- und Argonprodukte herstellt, ist in Figur 1 dargestellt.
  • Wie in Fig. 1 zu sehen ist, wird komprimierte Luft, welche auf Kühiwassertemperatur abgekühlt worden ist und aus der alle Verunreinigungen entfernt wurden, welche bei kryogenen Temperaturen ausfrieren können, z.B. Wasser und Kohlendioxid, über eine Leitung 10 einen Wärmetauscher 12 zugeführt, indem sie auf den Taupunkt des Stromes abgekühlt wird. Diese gekühlte, komprimierte, von Verunreinigungen befreite Luft, nunmehr in Leitung 14, wird dann in zwei Anteile aufgespalten. Der erste Anteil wird über eine Leitung 16 in eine untere Stelle der Hochdruckkolonne 18 eingespeist. Der zweite Anteil in einer Leitung 20 wird wiederum in zwei Anteile aufgespalten. Der erste Anteil wird über eine Leitung 21 zu einem Argonprodukt-Verdampfer 94 geführt, und der zweite Anteil wird in einen Produktverdampfer 22 geführt und dort kondensiert, um Aufkochung von flüssigem Sauerstoff im Sumpf zur Verfügung zu stellen, der den Produktverdampfer 22 umgibt, und dann über eine Leitung 24 vom Produktverdampfer 22 abgeführt. Die kondensierte Flüssigkeit in Leitung 24 wird dann in zwei Anteile getrennt, den ersten Anteil, der als Zufuhr zu einer Zwischenstelle der Hochdruckkolonne 18 über eine Leitung 26 eingespeist wird, und der zweiten Anteil in einer Leitung 28, welcher im Wärmetauscher 30 unterkühlt, im J-T-Ventil 32 geflasht und zu einer Zwischenstelle der Niederdruckkolonne 36 über eine Leitung 34 zugeführt wird.
  • Von der Hochdruckkolonne 18 wird über Leitung 40 Kopfprodukt entnommen und dann in zwei Anteile aufgespalten. Der erste Anteil wird im Hauptwärmetauscher 12 erwärmt, um Kälte zurückzugewinnen, und dann als Hochdruck-Stickstoffprodukt über eine Leitung 44 entnommen. Der zweite Anteil wird über eine Leitung 46 dem Aufkocher/Kondensator 48 zugeführt, der am Boden der Niederdruckkolonne 36 angeordnet ist, worin er kondensiert und über eine Leitung 50 entnommen wird. Dieser kondensierte reine Stickstoffstrom wird dann in drei Anteile aufgespalten. Der erste Anteil wird über eine Leitung 52 zum Oberteil der Hochdruckkolonne 18 geführt, um Rückfluß für die Hochdruckkolonne 18 zu Verfügung zu stellen. Der zweite Anteil wird als flüssiges Stickstoffprodukt über eine Leitung 54 entnommen, und der dritte Anteil, der über eine Leitung 56 entnommen wird, wird im Wärmetauscher 30 unterkühlt, in einem J-T-Ventil 58 geflasht und dem Oberteil der Niederdruckkolonne 36 über die eine Leitung 60 zugeführt, um einen reinen Stickstoff- Rückfluß zum oberen Kopfabschnitt der Niederdruckkolonne 36 zur Verfügung zu stellen.
  • Mit Sauerstoff angereichertes flüssiges Bodenprodukt aus der Hochdruckkolonne 18 wird über eine Leitung 62 entnommen. Dieser Strom wird mit dem Strom 100 kombiniert, einem kondensierten Luftstrom aus dem Argon-Produkt-Verdampfer 94, um einen kombinierten, mit Sauerstoff angereicherten flüssigen Strom 64 zu bilden. Dieser kombinierte flüssige Strom wird im Wärmetauscher 30 unterkühlt und dann in zwei Unterströme aufgespalten. Der erste Unterstrom, Leitung 66, wird im J-T-Ventil 68 geflasht und einer oberen Zwischenstelle der Niederdruckkolonne 36 zugeführt. Der zweite Unterstrom, Leitung 70, wird im J-T-Ventil 71 geflasht und dem Sumpf, der den Kondensator 86 umgibt, zugeführt, welcher am Oberteil der Argon-Kolonne 72 angeordnet ist, um Kälte für den Kondensator 86 zur Verfügung zu stellen. Ein gasförmiges Kopfprodukt wird von dem Kopfabschnitt des Sumpfes über eine Leitung 74 entnommen und mit der Flüssigkeit kombiniert, die vom Sumpf über eine Leitung 76 abgezogen wird, um den kombinierten Strom 78 auszubilden. Dieser kombinierte Stiom 78 wird dann einer Zwischenstelle der Niederdruckkolonne 36 zugeführt.
  • Ein Nebenstrom wird von einer unteren Zwischenstelle der Niederdruckkolonne 36 über eine Leitung 80 entnommen und einem unteren Abschnitt der Argon-Kolonne 72 zugeführt. Die Bodenflüssigkeit aus der Argon-Kolonne 72 wird zur Niederdruckkolonne 36 an derselben Stelle, wo der Abzug des Nebenstroms 80 stattfindet, zurückgeführt, um einen Zwischenkolonnenrückfluß zur Verfügung zu stellen. Argon-Kopfprodukt wird über eine Leitung 84 von der Argon-Kolonne 72 entnommen, im Kondensator 86 kondensiert und in zwei Anteile aufgespalten. Der erste Anteil wird zum Oberteil der Argon-Kolonne 72 über eine Leitung 90 zurückgeführt, um Rückfluß für die Argon-Kolonne 72 bereitzustellen. Der zweite Anteil wird entnommen und über eine Leitung 92 zum Argon-Produktverdampfer 94 geführt. Argon-Gasprodukt wird über eine Leitung 96 vom Produktverdampfer 94 entnommen und Argon-Flüssigkeitsprodukt wird über eine Leitung 98 vom Produktverdampfer 94 entnommen.
  • Ein Boden-Flüssigkeitsstrom wird von der Niederdruckkolonne 36 entnommen (der Bodensumpf, der den Aufkocher/Kondensator 48 umgibt) und über eine Leitung 102 dem Sumpf zugeführt, der den Produktverdampfer 22 umgibt. Gasförmiges Sauerstoffprodukt wird vom Oberteil des Sumpfes, der den Produktverdampfer 22 umgibt, über eine Leitung 106 entnommen, erwärmt, um Kälte im Hauptwärmetauscher 12 zurückzugewinnen, und als gasförmiges Sauerstoffprodukt über Leitung 108 abgezogen. Ein flüssiges Sauerstoffprodukt wird von einem unteren Abschnitt des Sumpfes, der den Produktverdampfer 22 umgibt, als flüssiges Sauerstoffprodukt über Leitung 104 entnommen.
  • Ein flüssiger Seitenstrom wird über Leitung 110 von einer Zwischenstelle der Hochdruckkolonne 18 entnommen. Dieser unreine flüssige Seitenstrom wird im Wärmetauscher 30 unterkühlt, im Druck reduziert und als Rückfluß einem oberen Abschnitt der Niederdruckkolonne 36 über eine Leitung 112 zugeführt. Außerdem wird ein gasförmiger Seitenstrom über Leitung 114 von einer ähnlichen Stelle der Hochdruckkolonne 18 entnommen. Dieser Seitenstrom wird im Hauptwärmetausclier 12 erwärmt, um Kälte zurückzugewinnen, und unter Verrichtung von Arbeit im Expander 116 expandiert, um Kälte zurückzugewinnen. Dieser expandierte Strom ist nun im Strom 118.
  • Ein gasförmiger Seitenstrom wird über eine Leitung 120 von einer oberen Stelle der Niederdruckkolonne 36 entnommen und in zwei Anteile aufgespalten. Der erste Anteil in einer Leitung 122 wird im Wärmetauscher 12 erwärmt, um Kälte zurückzugewinnen, als Reaktivierungsgas verwendet und über eine Leitung 124 aus dem Verfahren abgezogen. Reaktivierungsgas ist notwendig, um eine Molsieb-Adsorptionseinheit zu reaktivieren, welche verwendet wird, um Wasser und Kohlendioxid von der komprimierten Speiseluft zu entfernen. Wenn Reaktivierungsgas nicht benötigt wird, würde der Strom 124 als Abgas in die Atmosphäre abgelassen werden. Der zweite Anteil des Seitenstroms, in einer Leitung 126, wird im Wärmetauscher 30 erwärmt, um Kälte zurückzugewinnen, und mit dem expandierten Strom 118 kombiniert, um einen kombinierten Strom 130 auszubilden. Dieser kombinierte Strom 130 wird dann im Wärmetauscher 12 erwärmt, um jedwede verbleibende Kälte zurückzugewinnen, und als Abgas über eine Leitung 132 abgeblasen.
  • Schließlich wird ein Kopfprodukt aus der Niederdruckkolonne 36 über eine Leitung 134 entfernt und im Wärmetauscher 130 erwärmt, um Kälte zurückzugewinnen. Dieses erwärmte Kopfprodukt, nunmehr in einer Leitung 136, wird im Wärmetauscher 12 weiter erwärmt, um jedwede verbleibende Kälte zurückzugewinnen, und als Niederdruckstickstoffprodukt über eine Leitung 138 entnommen.
  • Bei den Destillationskolonnen des obigen Verfahrens würden Kolonnen mit Destillationsböden verwendet werden. Obwohl es von dem gewählten Zyklus, den Produkterträgen und den relativen Werten von Leistung und Kapital abhängt, sind typische theoretische Bödenzahlen für die Hochdruckkolonne, die Niederdruckkolonne und die Argonkolonne jeweils 50, 70 und 40. Typischerweise sind speziell entworfene Destillationsböden in den Kolonnen verwendet worden, um die Zerlegung zu bewirken. Diese Destillationsböden werden typischerweise mit einem Bodenabstand ausgebildet, der im Bereich von 10 bis 20 cm (4 bis 8 inches) liegt. Für große Anlagen werden normalerweise sieben Böden verwendet. Die Lochfläche ist typischerweise 5 bis 15 % der Bodenfläche Bei einem Versuch, die Leistung für einen vorgegebenen Druckabfall zu maximieren, werden üblicherweise Bödenausgestaltungen gebildet, welche Mehrfachüberläufe an jedem Boden gestatten. Die Reduzierung des Flüssigkeitsinhalts aufgrund des Vorhandenseins von Mehrfachüberläufen resultiert in einem Verlust beim Spitzenwirkungsgrad. Eine optimierte Ausgestaltung wird typischerweise einen Druckabfall pro theoretischer Zerlegungsstufe von 3,8 bis 7,6 cm (1,5 bis 3,0 inches) Flüssigkeitssäule pro theoretischer Zerlegungsstufe erbringen.
  • Eine weitere Reduzierung des Druckabfalls pro theoretische Stufe könnte den notwendigen Auslaßdruck des Speiseluftkompressors verringern. Dieser Effekt ist nicht nur in der Hochdruckkolonne wesentlich, sondern ist speziell in der Niederdruckkolonne wichtig. Dies resultiert aus der Tatsache, daß eine relativ maßige Reduktion des Blasenpunktes (Bubble Point) des wiederaufkochenden Stromes in einer wesentlichen Reduzierung des benötigten Drucks an der Spitze der Hochdruckkolonne resultiert.
  • Eine Destillationsvorrichtung, welche die Zerlegung mit einem Druckabfall pro theoretischer Stufe gestatten würde, der wesentlich unter demjenigen liegt, der mit Destillationsböden erreichbar ist, würde für die kryogene Zerlegung von Luft von wesentlichem Wert sein.
  • In der kryogenen Industrie besteht ein Verfahren zur Reduzierung des Druckabfalls pro theoretische Stufe darin, den Anteil der offenen Fläche auf dem Destillationsboden zu steigern. Wenn der Anteil der offenen Fläche auf über ungefahr 0,20 gesteigert und die Oberflächengeschwindigkeit niedrig gehalten wird, um das Fluten der Böden bei vernünftigen Bödenabstanden zu verhindern, wird eine merkliche Leckage auftreten. Dies resultiert in einer merklichen Verschlechterung der Kolonnenleistung.
  • Die Lösung der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von sturkturierter oder geordneter Packung. Mit dem Ausdruck strukturierte oder geordnete Packung ist eine Packung gemeint, welche Flüssigkeits und/oder Dampfvermischung in einer Richtung verstärken wird, die senkrecht zur primären Strömungsrichtung liegt. Beispiele von geordneter oder strukturierter Packung sind in der US-A-4,128,684, US-A-4,186,159, US-A-4,296,050, US-A-4,455,339, US-A-4,497,751, US-A-4,497,752 und der US-A-4,497,753 offenbart. Diese Patente zeigen spezielle Beispiele von strukturierter (geordneter) Packung, sie geben jedoch keine abschließende Liste von Beispielen. Es sollte bemerkt werden, daß es nicht in der Intention der vorliegenden Erfindung liegt, einen Typ strukturierter Packung einem anderen vorzuziehen. Alle Typen strukturierter Packungen werden für die vorliegende Erfindung für einsetzbar gehalten. Es sollte hervorgehoben werden, daß die Leistung dieser Packungselemente bei Kohlenwasserstoff-Zerlegungen einigermaßen gut bekannt ist, jedoch keine Vorschläge einer solchen Verwendung für die kryogene Luftzerlegung im Stand der Technik auftauchen.
  • Da keine bekannten Daten für handelsübliche Packungen für die kryogene Luftzerlegung erhältlich sind, erfordert die Bewertung des Einsatzes von ungeordneter oder geordneter Packung bei der kryogenen Luftzerlegung die Verwendung von mechanischen Modellen zur Bestimmung der Stoffübergangs- bzw. Massentransfereigenschaften. Beispiele für solche mechanische Korrelationen sind in vielen Texten zu finden, zum Beispiel R. E. Treybal, Mass Transfer Operation, Kapitel 3.
  • Die Entwicklung solcher Korrelationen erfordert experimentelle Daten, um die Regression der benötigten Konstanten zu gestatten. Gemäß der allgemeinen Annäherung, wie sie durch die Treybal-Quelle vorgegeben ist, wird eine Korrelation für das Stoffübergangsverhalten von strukturierter Packung gegeben durch:
  • mit:
  • Re = Reynolds-Zahl: dimensionslos
  • Sc = Schmidt-Zahl: dimensionslos
  • Sh = Sherwood-Zahl: dimensionsios
  • dh = charakteristische Länge der Strömung: ft
  • D = Diffusität: sq ft/sec.
  • k = Stoffübergangskoeffizient: lb-mol/(sec)sq ft) (Δ conc)
  • v = Oberflächengeschwindigkeit: ft/sec
  • Γ = Strömungs-Massenrate pro Breiteneinheit: lb-mass/(ft)(sec)
  • µ = Viskosität: lb-mass/(ft)(sec)
  • = Dichte: lb-mass/cu ft
  • Index g = Dampfphase
  • Index l = flüssige Phase
  • und α&sub1;, α&sub2;, x&sub1;, x&sub2;, y&sub1; und y&sub2; sind Konstanten und werden aus der numerischen Regression von Rohdaten für spezielle Systeme erhalten.
  • Werte für kl und kg werden in einem Zwischenausdruck für den Gesamt-Gasphasen-Stoffübergangskoeffizienten eingesetzt:
  • mit:
  • G = molarer Oberflächen-Dampffluß: lb-mole(sq ft)(sec)
  • Ky = Gesamt-Dampfphasen-Stoffübergangskoeffizient: lb-mol/(sec)(sq ft) (Mol Fraction)
  • ky = kg( g/Mg): lb-mole/(sec)(sq ft)(Mol Fraction)
  • kx = kl( l/Ml: lb-mole/(sec)(sq ft) (Mol Fraction)
  • L = Molarer Oberflächen-Flüssigkeitsfluß: lb-mol/(sq ft)(sec)
  • m = Neigung der Gleichgewichtslinie: dimensionslos
  • M = Molekulargewicht: lb-mass/lb-mol
  • Diese Ausdrücke werden verwendet, um die Höhe der Gesamt-Gasübergangseinheit Ht&sub0;&sub6; zu errechnen, mit:
  • mit:
  • HtOG = Höhe einer gesamten Gasübergangseinheit: ft
  • a = spezifische Fläche eines befestigten Packungsbettes: (sq ft)/(cu ft)
  • Und schließlich kann die Höhe der Packung errechnet werden, die notwendig ist, um eine theoretische Zerlegungsstufe zu erhalten:
  • HETP = HtOG ln(λ)/(λ-l)
  • mit:
  • HETP = Aquivalenz-Packungshöhe für einen theoretischen Boden
  • λ = (m)(G)/L
  • Diese Annäherung sollte im allgemeinen gültig sein und gestattet die Berechnung der Leistung über einen weiteren Bereich von Betriebsbedingungen und Systemen mit variierenden Eigenschaften.
  • Um die Leistungsfähigkeit der vorliegenden Erfindung zu demonstrieren, um Vergleichsdaten für andere Systeme zur Verfügung zu stellen und die Gültigkeit der typischen mechanischen Annäherungen für Stoffübergänge bei einer kryogenen Zerlegungsanwendung zu demonstrieren, wurden Stoffübergangsdaten für Sauerstoff/Stickstoff- und Sauerstoff/Argon- Zerlegungen gesammelt, wobei die Konzentrationen der Komponenten in den zweikomponentigen Zerlegungssystemen über einen ziemlich weiten Bereich variiert wurden.
  • Die Daten für die Stoffübergangsleistung wurden unter Verwendung zweier gleichartiger Einrichtungen erhalten.
  • Die erste Einrichtung, eine Kolonne mit 20 cm (acht inches) Durchmesser, wurde verwendet, um einen Teil der Sauerstoff/Stickstoff-Daten und die gesamten Sauerstoff/Argon- Zerlegungsdaten zu entwickeln; die 20 cm (8 inches)-Durchmesser-Kolonne wurde mit 2,75 m (9 ft) strukturierter Packung bepackt. Bei dieser Einrichtung wird Flüssigkeit dem Oberteil der Kolonne durch eine Düse zugeführt, über der obersten Schicht der Packung verteilt und strömt durch die Packungsmatrix nach unten. Die Flüssigkeit, welche vom Boden des bepackten Bettes abtropft, wird gesammelt und aus der Kolonne entfernt. Dampf wird der Kolonne durch eine andere Düse zugeführt und mittels einer perforierten Rohrleitung verteilt. Der Dampf geht durch die Packung im Gegenstrom zur Flüssigkeit nach oben. Der Dampf tritt durch eine Düse an dem Oberteil der Kolonne aus. Wahrend des Betriebs der Einrichtung (in einem Rückstrom-Schleifenmodus) strömt Kopfdampf aus der Kolonne direkt zu einem Kondensator. Dieser Kondensator besteht aus fünf 2,5 cm (1 inch)-Kupferrchren, welche 13,5 m (44 ft) lang in dem flüssigen Stickstoffbad spulenförmig veriegt sind. Der Druck dieses Stickstoffbades steuert die Kondensationstemperatur und so den Druck in der Kolonne. Der kondensierte Dampf vom Kondensator wird der Kolonne als Flüssigkeit zugeführt. Dampfzufuhr zur Kolonne wird durch das Aufkochen der vom Boden der Kolonne abgezogenen Flüssigkeiten in einem elektrisch beheizten Thermosyphon- Aufkocher bereitgestellt. Das Variieren der Wärmezufuhr des Aufkochers ändert die Rate, bei der Dampf erzeugt wird. Diese Dampfrate steuert den Durchgang von Dampf und Flüssigkeit in der Kolonne.
  • Die zweite Einrichtung wurde nur verwendet, um Stickstoff/Sauerstoff-Zerlegungsdaten zu erhalten. Diese Kolonne hatte einen Durchmesser von 1,5 m (5 ft) und war mit 2,85 (9,33 ft) strukturierter Packung bepackt. Wie bei der ersten Einrichtung tritt die Flüssigkeit an der Spitze der Kolonne ein und wird über die oberste Packungsschicht verteilt. Dampf tritt direkt unterhalb der Packung durch einen Dampfverteiler ein. Die Flüssigkeit und der Dampf kommen im Gegenstrom auf dieselbe Weise wie bei der ersten Einrichtung miteinander in Kontakt. Die Strömungen bei dieser Einrichtung wurden nicht zurückgeführt. Die gesättigte Dampfzufuhr erfolgte von einer externen Quelle. Die Speiseflüssigkeitsversorgung lag ebenfalls außerhalb der Einrichtung. Diese Strömungen wurden direkt durch Ventile in den Flüssigkeitszufuhrrohren und den Dampfauslaßrohren geregelt.
  • Die Datensammlung war im wesentlichen für beide Einrichtungen identisch. Zuerst wurden die Dampf- und Flüssigkeitsströmungen eingestellt, um die erwünschten Raten in der Kolonne zu ergeben. Als nächstes wurde die Reinheit des Kopf- und des Bodendampfes überwacht, bis die Ausstattung den stationären Betrieb erreichte, d.h., keine der Reinheiten änderte sich im Verlauf der Zeit. Bei Erreichen des stationären Zustandes wurden die Zusammensetzungen des Dampfes und der Flüssigkeit am Kopf und am Boden analysiert, und die Zusammensetzungen wurden notiert. In Kenntnis der Durchflußraten und der Zusammensetzung aller Ströme, die in die Kolonne eintreten und sie verlassen, wurde eine Mehrkomponenten-Destillations-Computersimulation durchgeführt. Die Simulation bestimmte die Anzahl der theoretischen Stufen in der Kolonne. Dieser Wert wurde durch die gesamte Packungshöhe definiert, um den Datenwert für HETP zu ergeben. Um eine genaue Datenanalyse für die 20 cm (acht (8) inches)-Kolonne bereitzustellen, wurden alle Experimente bei einem L/G-Verhältnis von ungefähr 1,0 durchgeführt.
  • Bei der Bewertung der gesammelten Daten vergleicht Fig. 2 den Gesamtgasphasen-Stoffübergangskoeffizienten (Kg x a), der durch die in dieser Anmeldung dargestellte Korrelation vorhergesagt wurde, mit den gemessenen Daten. Die Daten in Fig. 2 werden in drei Gruppen unterteilt: Stickstoff/Sauerstoff, wobei die Sauerstoffkonzentration im Bereich von 20 vppm bis 50 Vol.-% lag (dargestellt durch ein Quadrat), sehr hoher Argon/Sauerstoffwert, wobei die Argonkonzentration sich im Bereich von 82,5 bis 97 Vol.-% bewegte (dargestellt durch einen Kreis), und Sauerstoff/Argon, wobei Argon im Bereich von 0,6 bis 85 Vol.-% lag (dargestellt durch eine ausgefüllte Raute).
  • Die Stickstoff/Sauerstoff-Daten sind eine Zusammenstellung von Daten aus einer 20 cm (8 inches)-Durchmesser-Kolonne, die bei 200 kPa (30 psia) arbeitet, und einer 1,5 m (5 ft)- Durchmesser-Kolonne, die bei 125 kPa (18 psia) arbeitet. Die Zusammensetzungen dieser Daten lagen im Bereich von 50 Vol.-% Sauerstoff im Stickstoff bis 2 vppm Sauerstoff im Stickstoff. Da die Entwicklung dieser Korrelation auf diesen Daten basierte, ist die Übereinstimmung zwischen den Daten, wie erwartet, ziemlich gut. Die Daten und die Korrelation stimmen im allgemeinen bis weit in den Bereich von ± 10 % überein. Die wenigen Punkte rechts oben, die eine zusätzliche Streuung zeigen und über der + 10 %-Linie liegen, betreffen den Betrieb mit einem sehr hohen Flüssigkeits- und Dampfdurchsatz. Diese Daten sind aus zwei Gründen ungewöhnlich. Zunächst lagen die Flüssigkeitsraten oberhalb der Kapazität des Verteilers. Somit wurde die Flüssigkeit nicht richtig über den Kolonnenquerschnitt verteilt. Hiervon ist bekannt, daß dies zu schlechten Leistungen bei bepackten Kolonnen führt. Zweitens deuten die hohen Flüssigkeits- und Dampfraten an, daß der Betrieb sehr nahe am Flutungspunkt der Kolonne durchgeführt wurde. Dies ruft Phahomene wie eine Rückmischung der Flüssigkeit, ein Mitreißen und innere Fehlverteilungen in der Packung hervor. All diese Faktoren können zum Leistungsverlust beigetragen haben. Der Betrieb einer bepackten Kolonne nahe ihrem Flutungspunkt wird gewöhnlich nicht durchgeführt. Deshalb basierte die Korrelation auf den fundamentalen Mechanismen, welche den normalen Betriebsbereich des Durchsatzes dominieren. Damit deutet der neue Mangel an Übereinstimmung des Flutungspunktes eher die Gültigkeit der Korrelation an, als daß er auf Probleme mit ihr hinweist. Zusätzlich sagt die Korrelation die Leistung über einen Veränderungsfaktor von ungefahr 2 beim Druck und einen Faktor von 7,5 beim Kolonnendurchmesser und für einen weiten Bereich von Zusammensetzungen genau voraus.
  • Die Argon/Sauerstoff-Daten wurden in derselben 20 cm (8 inches)-Kolonne gemessen, die verwendet wurde, um einen Teil der Stickstoff/Sauerstoff-Daten zu erhalten. Der Zusammensetzungsbereich dieser Daten liegt bei 82,5 bis 97 Vol.-% Argon, wobei der Rest Sauerstoff ist. Diese Daten wurden bei 200 kPa (30 psia) aufgenommen. Wie durch den Paritäts-Plot in Fig. 2 gezeigt, stimmen diese Daten sehr gut mit der Korrelation überein. Diese Daten fallen mit den Stickstoff/Sauerstoff-Daten zusammen. Da die Regression der Korrelation nicht mit diesen Daten durchgeführt wurde, zeigt die exzellente Übereinstimmung, daß die bei dieser Korrelation verwendeten fundamentalen Mechanismen das Verhalten dieser Daten sehr gut beschreiben.
  • Der dritte Datensatz, der in Fig. 2 angegeben wird, sind die Sauerstoff/Argon-Daten. Diese Daten wurden über einen Konzentrationsbereich von 0,6 bis 85 Vol.-% Argon im Sauerstoff entnommen. Diese Daten zeigen klar eine merkliche Verbesserung der Leistung gegenüber allen anderen Daten. Im allgemeinen sind die meisten Datenwerte mehr als 10 % besser als die durch die Korrelation erwarteten Werte. Zusätzlich zeigen die Daten eine merklich andere Neigung als alle anderen Daten. Dies ist ein weiteres Anzeichen dafür, daß ein zusätzlicher Mechanismus vorhanden ist, der die Stoffübergangsleistung in diesem Bereich der Argonkonzentrationen im Sauerstoff verstärkt. Diese Verstärkung scheint zuzunehmen, wenn der Durchsatz der Kolonne zunimmt.
  • Kehrt man zur Korrelation und zur Berechnung der HETP's zurück, ergibt eine Regression der Daten für Stickstoff/Sauerstoff-Systeme die folgenden Werte für die erforderlichen Konstanten:
  • α&sub1; = 0.0295 α&sub2; = 0.052
  • x&sub1; = 0.893 x&sub2; = 1.19
  • y&sub1; = 0.33 y&sub2; = 0.33
  • Die Werte für HETP, die aus dieser Korrelation für das Stickstoff-Sauerstoff-System errechnet wurden, liegen im Bereich von 25,5 bis 30,5 cm (10 bis 12 inches).
  • Zusätzliche Daten, erhalten mit Argon/Sauerstoff-Gemischen mit Konzentrationen von 82,5 bis 97 Vol.-% Argon ergaben HETP-Werte von 19,3 - 20,8 cm (7,6 bis 8,2 inches).
  • Wiederum lagen Vorhersagen unter Verwendung der Korrelation basierend auf der Stickstoff/Sauerstoff-Datenbasis bei 19,3 bis 20, 8 cm (7,6 bis 8.2 inches). Die Übereinstimmung der Vorhersagen aus der Stickstoff/Sauerstoff-Basiskorrelation mit dieser Datenbasis bei hohem Argongehalt zeigt klar die allgemeine Anwendbarkeit dieses Typs der auf der Mechanik basierenden Korrelation.
  • Die oben errechneten Werte für HETP zeigen zusätzlich zur grossen Anzahl der erforderlichen theoretischen Stufen klar, daß die Verwendung der getesteten strukturierten Packung Kolonnen mit einer wesentlichen Zunahme der Kolonnenhöhe gegenüber derjenigen, die mit einer Bodenkolonne möglich ist, erforderlich machen würde. Dies würde in einem wesentlichen Kapitalnachteil im Vergleich zu Kolonnen resultieren, die herkömmliche kryogene Destillationsböden verwenden.
  • Andererseits haben Tests, bei denen Sauerstoff vom Argon getrennt wurde, wo der Argongehalt zwischen 85 und 0,6 % lag, eine merkliche und unerwartete Verbesserung bei der Zerlegungsleistung gezeigt. Die HETP kann z.B. bis zu 17,3 cm (6,8 inches) herabreichen, wenn der erwartete, vorhergesagte Wert 21,6 cm (8,5 inches) ist. Die Figur 3 zeigt noch klarer die merkliche Verbesserung des Stoffübergangs für die Sauerstoff/Argon-Daten. In Figur 3 sind die HETP-Daten hohe Sauerstoffkonzentrationen über Kv aufgetragen. Kv ist die densimetrische Oberflächengasgeschwindigkeit in der Kolonne und wird errechnet durch:
  • Kv = vg[ g/( l- g)]0.5
  • mit:
  • vg = Oberflächengasgeschwindigkeit: ft/s
  • Ebenfalls aufgetragen ist die erwartete HETP, die aus der Korrelation errechnet wurde. Die errechneten Werte entsprechen dem, was für die HETP basierend auf allen anderen verfügbaren kryogenen Daten erwartet würde. Wie durch den Graphen dargestellt, sind die gemessenen HETP-Datenwerte signifikant geringer als die erwarteten Werte, wenn Kv größer ist als 1,8 cm/s (0,06 ft/s). Tatsächlich scheint die Verbesserung sich im allgemeinen mit der Vergrößerung von Kv zu verstärken. Diese Verbesserung kann auf einer Vergrößerung des Grenzflächenbereichs oder einer unerklärten Reduzierung des Flüssigkeitsphasenwiderstandes für diesen Konzentrationsbereich beruhen.
  • Wie aus den obigen Experimenten hervorgeht, gibt es eine Überlappung in den Bereichen der Argonkonzentrationen für die beiden Argon/Sauerstoff-Datensätze. In einem Datensatz liegt die Argonkonzentration zwischen 0,6 und 85 Vol.-% und im anderen zwischen 82,5 und 97 Vol.-%. Für den ersten Datensatz ist ein sich abzeichnender Vorteil der Verwendung von strukturierter Packung ersichtlich; dieser Vorteil beruht auf der Tatsache, daß die für die strukturierte Packung erforderliche Höhe vergleichbar ist mit der Höhe für die Destillationsböden, um dieselbe Gesamtzerlegung unter Beibehaltung der Vorteile des niedrigen Druckabfalls zu erreichen. Für den zweiten Datensatz werden die Höhen bei der Verwendung von strukturierter Packung die Höhen, die für Destillationsböden erforderlich sind, für dieselbe Gesamtzerlegung überschreiten. Beim Umgang mit diesem Überlappungsbereich ist es wichtig zu bemerken, daß, weil die Einrichtung bei diesem Experiment nicht dazu in der Lage war, die Zusammensetzungen der flüssigen und der Dampfphasen an Zwischenstellen der Kolonne genau zu analysieren, und weil die Konzentration mit der Höhe, die durch eine bepackte Kolonne erzielt wiid, eher kontinuierlich als schrittweise wie bei den Bödenkolonnen ist, nur Gesamt-HETP-Werte, auf die man einigermaßen vertrauen kann, berechnet werden konnten. Es wird angenommen, daß es einen Übergangspunkt bei der Argonkonzentration gibt, wo der unerwartete Vorteil der geringeren HETP-Werte nicht länger sichtbar ist. Von diesem Übergang nimmt man an, daß er zwischen 75 und 85 Vol.- % Argon liegt. Deshalb setzt die vorliegende Erfindung die Verwendung einer geordneten (strukturierten) Packung in mindestens einem Bereich der Destillationskolonne um, wo die Argonkonzentration im Bereich von 0,6 bis 75 Vol.-% Argon sein kann. Diese gemessene unerwartete Verbesserung existiert für Werte von Kv, die ungefähr 1,8 cm/s (0,06 ft/s) überschreiten. Bei Werten von Kv, die geringer sind als 1,8 cm/s (0,06 ft/s), überschritten die gemessenen Werte die erwarteten Werte nicht.
  • Jeder Versuch, die Konstanten in den Korrelationen zu manipulieren, so daß die Vorhersagen mit den Daten übereinstimmen, führt dazu, daß die Korrelation die HETP-Werte für andere Systeme stark zu niedrig vorhersagt. Dies substantuert wiederum die Beobachtung, daß eine merkliche Verbesserung der Leistung in dem Zusammensetzungsbereich von 75 bis 0,6 % Argon bei der Sauerstoff/Argon-Zerlegung vorliegt.
  • Ein weiterer Grund, daß die Korrelationen das Stoffübergangs-pHänomen nicht vorhersagen, ist, daß sie für Systeme verwendet werden, wo die Schlüsseleigenschaften für den physikalischen Transport wesentlich von den Systemen abweichen, die zur Entwicklung der Korrelation verwendet wurden. Die Korrelation versagt, weil sie in einem Extrapolationsbereich verwendet wird, der jenseits der Datenbasis liegt, die zum Erhalten der Korrelation verwendet wurden. Deshalb würde man, wenn dies für Sauerstoff/Argon bei niedrigen Argonkonzentrationen stimmt, erwarten, daß die physikalischen Basiseigenschaften von Sauerstoff sich wesentlich entweder von Stickstoff oder Argon unterscheiden. In Tabelle I sind die physikalischen Eigenschaften von gesättigtem Dampf oder von Flüssigkeit für Stickstoff, Sauerstoff und Argon aufgelistet. All die Werte für Sauerstoff sind mit denjenigen Werten für Stickstoff und Argon vergleichbar. Deshalb ist ein merklicher Unterschied bei den Eigenschaften, die einen Korrelationsfehler für sauerstoffreiche Zusammensetzungen verursachen, nicht ersichtlich. Tabelle 1 Schlüsseleigenschaften beim Transport von N&sub2;, O&sub2;, Ar
  • Die Tabelle II zeigt (für Teildatensätze) die Werte für die dimensionslose Gruppen. Die Daten bei Sauerstoffreichtum fallen nicht außerhalb dieser Bereiche für stickstoffreiche und argonreiche Unterdatensätze. Deshalb fallen die sauerstoffreichen Unterdatensätze klar innerhalb des Bereiches der Korrelation. Dies unterstützt ferner die unerwartete Natur dieses Phänomens. Tabelle II Bereich der dimensionslosen Gruppierung
  • Durchgesetzte und fundamental richtige Korrelationsmethoden haben Werte für HETP zwischen 21,5 und 30,5 cm (8,5 und 12 inches) für die kryogene Destillation von Luft vorhergesagt. Da die Regionen, wo Sauerstoff-Argon-Zerlegungen stattfinden, gewähnlich eine hohe Anzahl von theoretischen Stufen benötigen, ist ein merklicher Kapital-Nachteil mit der Verwendung von geordneter Packung bei dieser Anwendung verbunden gewesen. Ohne Zweifel hat dieser merkliche Kapitalnachteil dazu beigetragen, daß es an der Verwendung von geordneter Packung im sauerstoffreichen Bereichen der Destillationskolonne niangelte. Diese Entdeckung macht es möglich, kryogene Luftzerlegungsanlagen mit HETP- Werten zu gestalten, die denjenigen von Destillationsböden in Bereichen vergleichbar sind, wo der Argongehalt geringer ist als 75 %. Dies wird die Kapitalkosten, die mit der Verwendung von geordneter Packung verbunden sind, reduzieren und es gestatten, die Vorteile ihres geringen Druckabfalls vollständig zu realisieren.
  • Um den Vorteil der vorliegenden Erfindung bei der Energieeinsparung zu demonstrieren, ist eine Analyse gemacht worden, welche die Verbesserung beim Gesamtenergieverbrauch einer kryogenen Luftzerlegungsanlage errechnet, wenn der Druckabfall pro theoretischer Stufe in der Kolonne reduziert wird. Für diese Diskussion kann das Kolonnensystem in zwei Teile zerlegt werden, die Hochdruckkolonne und das kombinierte System aus der Niederdruckkolonne und der Argonkolonne. Die Reduzierung des Druckabfalls in der Hochdruckkolonne reduziert offensichtlich den Auslaßdruck des in die Anlage einspeisenden Luftkompressors. Eine Reduktion des Druckabfalls in diesem Bereich führt zu einer wesentlichen, aber nicht zu einer übermäßigen Energieeinsparung. Der Grund ist, daß die Hochdruckkolonne, wie beim Zyklus notwendig, bei nahezu 690 kPa (100 psia) arbeitet. Der Druckabfall von gut konstruierten, mit Böden versehenen Hochdruckkolonnen liegt im Bereich von 14 bis 21 kPa (2 bis 3 psi). Da die Energie im allgemeinen umgekehrt proportional zum Logarithmus des Druckverhältnisses ist, würde eine völlige Eliminierung des Druckabfalls in der Hochdruckkolonne die Energie um ungefähr 2,6 % reduzieren.
  • Jedoch kann eine Reduktion im Druckabfall im Niederdruckkolonnen-Argonkolonnen- System zu Energieeinsparungen in der Größenordnung von 6 % führen, abhängig davon, welcher Zyklus verwendet wird. Der Grund hierfür ist ein zweifacher. Zuerst einmal sind nahezu doppelt so viele theoretischen Böden im Niederdruckkolonnen/Argon-Kolonnen- System vorhanden, wie in der Hochdruckkolonne. Deshalb hat eine Reduktion beim Druckabfall pro theoretischer Stufe sehr viel größere Auswirkungen auf das Niederdruck-Argon- Kolonnensystem als bei der Hochdruckkolonne. Zweitens regelt der Druckabfall in der Niederdruckkolonne direkt den Druck und somit den Blasenpunkt des aufkochenden Stromes. Da das gesamte Produkt bei oder über Atmosphärendruck entnommen werden muß, ist der Druck im aufkochenden Strom:
  • Patm + ΔPout + ΔPLPC = PR/B
  • mit:
  • ΔPout = Druckabfall für Kopfprodukte, die die Anlage verlassen
  • ΔPLPC = Druckabfall in der Niederdruckkolonne
  • Patm = atmosphärischer Umgebungsdruck
  • PR/B =Druck im aufkochenden Strom.
  • Weil dieser Strom durch kondensierenden Dampf in der Hochdruckkolonne aufgekocht wird, erreichen der Blasenpunkt dieses Stromes und die Temperatur am Oberteil des Wärmetauschersatzes den Taupunkt des kondensierten Stromes. Deshalb wird der Druck der Hochdruckkolonne durch den Druck eingestellt, bei welchem der Dampf am Oberteil der Hochdruckkolonne an seinem spezifischen Taupunkt kondensieren wird. Das Verhältnis zwischen Druck und Taupunkt im kondensierten Strom ruft ungefähr eine Verdreifachung jeder Druckänderung im aufkochenden Strom hervor.
  • Einfach ausgedrückt verändert sich für jede Veränderung des Druckes am Boden der Niederdruckkolonne um 7 kPa (1 psi) der Druck in der Hochdruckkolonne um ungefähr 21 kPa (3 psi). Somit kann eine Reduzierung des Druckabfalls in der Niederdruckkolonne den Druck der Hochdruckkolonne dramatisch reduzieren. Dieses wiederum wird eine vergleichbare Reduktion des Energieverbrauchs bewirken. Bei einer 800 TPD-Anlage für hochreinen Sauerstoff würde für Destillationsböden der Druckabfall pro theoretische Stufe ungefähr 0,5 kPa (0,07 psi)-Stufe betragen. Experimente deuten an, daß geordnete Packungen im Durchschnitt 0,06 kPa (0,008 psi)-Stufe benützen würden. Dies würde in einer Energieeinsparung von 8 % resultieren.
  • Die vorliegende Erfindung ist unter Bezugnahme auf einige ihrer speziellen Ausführungsformen beschrieben worden. Diese Ausführungsformen sollten nicht als Beschränkung des Umfangs der Erfindung angesehen werden, der durch die folgenden Ansprüche bestimmt wird.

Claims (13)

1. Verfahren zur Zerlegung von Gemischen, welche Sauerstoff und Argon aufweisen, durch kryogene Destillation, wobei in einem Destillationskolonnensystem mit mindestens einer Kolonne ein flüssiger Phasenstrom, der Sauerstoff und Argon enthält, und ein dampfförmiger Phasenstrom, der Sauerstoff und Argon enthält, in zumindest einem Bereich des Destillationskolonnensystems, wo die Argonkonzentration im Bereich von 0,6 bis 75 Vol.- % liegt, in engen Kontakt gebracht werden, wodurch ein Massentransfer stattfinden kann, der den flüssigen Phasenstrom mit Sauerstoff anreichert und Argon von dem flüssigen Phasenstrom abstrippt, und den dampfförmigen Phasenstrom mit Argon anreichert und Sauerstoff vom dampfförmigen Phasenstrom abstrippt, dadurch gekennzeichnet, daß der enge Kontakt des flüssigen und des dampfförmigen Phasenstroms in diesem Bereich unter Verwendung einer strukturieten Packung bewirkt wird, welche Plüssigkeits- und/oder Dampf-Vermischung in einer Richtung verstärkt, die senkrecht zur primären Strömungsrichtung liegt, und daß die densimetrische Oberflächen-Gasgeschwindigkeit in diesem Bereich mindestens 1,8 cm/s (0,06 ft/s) beträgt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das zu zerlegende Gemisch ferner Stickstoff aufweist.
3. Verfahren gemaß Anspruch 2, bei dem das Gemisch Luft ist.
4. Verfahren gemaß Anspruch 3, bei dem das Destillationskolonnensystem eine Hochdruckkolonne, eine Niederdruckkolonne und eine Argonkolonne aufweist und der Bereich in der Niederdruckkolonne liegt.
5. Verfahren gemaß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mehrere Bereiche mit jener Argonkonzentration vorhanden sind und alle diese Bereiche strukturierte Packung verwenden und bei der densimetrischen Oberflächen-Gasgeschwindigkeit betrieben werden.
6. Verfahren gemaß Anspruch 5 zur Zerlegung eines Gemisches, das Sauerstoff, Stickstoff und Argon aufweist, bei dem das Destillationskolonnensystem ein integriertes Mehrkolonnen-Destillationssystem mit einer Niederdruckkolonne und einer Argon-Seitenkolonne ist, die integral mit der Niederdruckkolonne in Verbindung steht, und die Bereiche in der Niederdruckkolonne und der Argon-Seitenkolonne liegt.
7. Verfahren gemaß Anspruch 6, bei dem das integrierte Mehrkolonnendestillationssystem ein Destillationssystem mit drei Kolonnen ist, das eine Hochdruckkolonne zusätzlich zur Niederdruckkolonne und der Argon-Seitenkolonne aufweist.
8. Verfahren gemaß Anspruch 4 oder Anspruch 7, bei dem die Hochdruckkolonne mit einer strukturierten Packung bepackt ist.
9. Verfahren gemaß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die strukturierte Packung nicht in allen Destillationsstufen des Systems verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem strukturierte Packung eingeschränkt nur in dem/den Bereich(en) vorhanden ist, in welchem/welchen die Argonkonzentration im Bereich von 0,6 bis 75 Vol.-% liegt und die densimetrische Oberflächen-Gasgeschwindigkeit mindestens 1,8 cm/s (0,06 ft/s) liegt.
11. Verwendung einer strukturierten Packung, welche die Flüssigkeits und/oder Dampfvermischung in einer Richtung senkrecht zur primären Strömungsrichtung verstärkt, um die HETP (height of packing equivalent to a theoretical plate (Äquivalenz-Packungshöhe für einen theoretischen Boden) in einem Bereich eines Destillationskolonnensystems zu verringern, das Sauerstoff und Argon dadurch trennt, daß es einen flüssigen Phasenstrom, der Sauerstoff und Argon enthält, und einen dampfförmigen Phasenstrom, der Sauerstoff und Argon enthält, bei einer Argonkonzentration im Bereich von 0,6 bis 75 Vol.-% und einer densimetrischen Oberflächen-Gasgeschwindigkeit von mindestens 1,8 cm/s (0,06 ft/s) in engen Kontakt bringt, wobei die Verringerung der HETP, mit dem errechneten Wert vergleichbar ist, bei dem keine Verbesserung der Massentransferleistung angenommen wird.
12. Verwendung gemaß Anspruch 11, bei dem das zu trennende Sauerstoff/Argongemisch ferner Stickstoff umfaßt.
13. Verwendung gemaß Anspruch 12, bei der das Gemisch Luft ist.
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