DE60108579T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung durch Tieftemperaturdestillation - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung durch Tieftemperaturdestillation Download PDF

Info

Publication number
DE60108579T2
DE60108579T2 DE60108579T DE60108579T DE60108579T2 DE 60108579 T2 DE60108579 T2 DE 60108579T2 DE 60108579 T DE60108579 T DE 60108579T DE 60108579 T DE60108579 T DE 60108579T DE 60108579 T2 DE60108579 T2 DE 60108579T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pressure column
low
enriched
pressure
nitrogen
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
DE60108579T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60108579D1 (de
Inventor
Benoit Davidian
Francois De Bussy
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.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of DE60108579D1 publication Critical patent/DE60108579D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60108579T2 publication Critical patent/DE60108579T2/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
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F25J3/04387—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using liquid or hydraulic turbine expansion
    • 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
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04309—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04436—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 at least a triple pressure main column system
    • F25J3/04448—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 at least a triple pressure main column system in a double column flowsheet with an intermediate pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/20—Processes or apparatus using separation by rectification in an elevated pressure multiple column system wherein the lowest pressure column is at a pressure well above the minimum pressure needed to overcome pressure drop to reject the products to atmosphere
    • 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
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F25J2240/10—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream the fluid being air

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Trennung von Luft durch Tiefsttemperaturdestillation gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 9. Ein solches Verfahren und eine solche Anlage sind aus US-A-5 657 644 bekannt.
  • Aus EP-A-0 538 118 ist das Verwenden eines Verfahrens dieser Art zur Trennung von Luft bekannt, wobei die Mitteldrucksäule einen Tankwiedererhitzer aufweist, der vom Stickstoff von der Hochdrucksäule erhitzt wird, wodurch die Erhitzung des Tankwiedererhitzers der Niederdrucksäule vermindert wird.
  • Ein Ziel der Erfindung ist das Reduzieren des Energieverbrauchs des Trennverfahrens im Vergleich zu Verfahren des Stands der Technik.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Produktion von Sauerstoff mit einer Reinheit von zumindest 95 Molprozent, sogar zumindest 98 Molprozent bei einer verbesserten Ausbeute.
  • Die 1 zeigt ein klassisches Verfahren mit einer bei 1,3 Bar arbeitenden Niederdrucksäule 103, die das Fertigen von Sauerstoff von 99,5 Molprozent bei einer Ausbeute von 92% ermöglicht.
  • Ein Strom von 1000 Nm3/h Luft 1 bei ungefähr 5 Bar wird in zwei Teile aufgeteilt, um einen ersten Strom 17 und einen zweiten Strom 3 zu bilden, der in einem Druckverstärker 5 auf einen höheren Druck in der Größenordnung von 75 Bar verstärkt wird.
  • Die zwei Ströme 3, 17 werden beim Durchlaufen eines Wärmetauschers 100 abgekühlt. Der Strom 17 wird zum Tank der Hochdrucksäule 101 geleitet und der im Wärmetauscher 100 verflüssigte Strom 3 wird in einer Turbine 6 entspannt, die einen an ihrem Ausgang zumindest teilweise flüssigen Strom produziert, wobei das Fluid oder Fluidgemisch, das aus der Turbine 6 austritt, zumindest teilweise zur Hochdrucksäule 101 geleitet wird.
  • Ein Strom gehaltvoller Flüssigkeit 10 von der Hochdrucksäule 101 wird im Unterkühler 83 abgekühlt, bevor er entspannt und zu einem mittleren Niveau der Niederdrucksäule 103 geleitet wird.
  • Ein Strom flüssiger Luft 12 wird aus der Hochdrucksäule 101 entnommen, im Unterkühler 83 abgekühlt, entspannt und zur Niederdrucksäule 103 geleitet.
  • Ein Reststickstoffstrom 72 wird am Kopf der Niederdrucksäule 103 entnommen, zum Unterkühler 83 und anschließend zum Wärmetauscher 100 geleitet, wo er wieder erhitzt wird.
  • Ein Strom 31 von 193 Nm3/h Sauerstoff von 99,5 Molprozent wird in flüssiger Form aus der Niederdrucksäule 103 entnommen, in der Pumpe 19 auf 40 Bar gepumpt und verdampft im Wärmetauscher 100, um einen drucklosen Gasstrom zu bilden.
  • Ein Strom von 200 Nm3/h gasförmigem Stickstoff 33 wird am Kopf der Hochdrucksäule 101 entnommen und wird teilweise im Wärmetauscher 100 erhitzt. Ein Teil des Gases wird bei einer mittleren Temperatur in einer Turbine 35 entspannt, bevor er mit dem Restgas 72 gemischt wird.
  • In einem anderen klassischen Schema, das in der 2 dargestellt ist, arbeitet die Niederdrucksäule bei 4,8 Bar und die Hochdrucksäule 101 arbeitet bei 14,3 Bar. Dieses Verfahren produziert Sauerstoff von 99,5 Molprozent bei einer Ausbeute von 78%.
  • Ein Strom von 1000 Nm3/h Luft 1 bei ungefähr 14,3 Bar wird in zwei Teile aufgeteilt, um einen ersten Strom 17 und einen zweiten Strom 3 zu bilden, der in einem Druckverstärker 5 auf einen höheren Druck in der Größenordnung von 75 Bar verstärkt wird.
  • Die zwei Ströme 3, 17 werden beim Durchlaufen eines Wärmetauschers 100 abgekühlt. Der Strom 17 wird zum Tank der Hochdrucksäule 101 geleitet und der flüssige Strom 3 wird in einer Turbine 6 entspannt, die einen an ihrem Ausgang zumindest teilweise flüssigen Strom produziert, wobei das Fluid oder Fluidgemisch, das aus der Turbine 6 austritt, zumindest teilweise zur Hochdrucksäule 101 geleitet wird.
  • Ein Strom gehaltvoller Flüssigkeit 10 von der Hochdrucksäule 101 wird im Unterkühler 83 abgekühlt, bevor er entspannt und zu einer Mittelebene der Niederdrucksäule 103 geleitet wird.
  • Ein Strom flüssiger Luft 12 wird aus der Hochdrucksäule 101 entnommen, im Unterkühler 83 abgekühlt, entspannt und zur Niederdrucksäule 103 geleitet.
  • Ein Reststickstoffstrom 72 wird am Kopf der Niederdrucksäule 103 entnommen, zum Unterkühler 83 und anschließend zum Wärmetauscher 100 geleitet, wo er wieder erhitzt wird.
  • Ein Strom 31 von 164 Nm3/h Sauerstoff von 99,5 Molprozent wird in flüssiger Form aus der Niederdrucksäule entnommen, in der Pumpe 19 auf 40 Bar gepumpt und verdampft im Wärmetauscher 100, um einen drucklosen Gasstrom zu bilden.
  • Es wird kein Strom gasförmigen Stickstoffs am Kopf der Hochdrucksäule 101 entnommen (selbstverständlich kondensiert ein unter hohem Druck stehender Strom gasförmigen Stickstoffs auf klassische Weise in einem mit der Niederdrucksäule verknüpften Verdampfer/Kondensator).
  • Aus EP-A-0 833 118 und US-A-5 657 644 ist das Erhitzen einer Mitteldrucksäule eines Dreisäulensystems mit einem mit Argon angereicherten Gas bekannt, das ebenfalls zum Speisen einer Säule zur Produktion von Argon dient.
  • Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben entdeckt, dass auch ohne Verwendung einer Säule zur Trennung von Argon die Reinigung des Sauerstoffs im Tank der Niederdrucksäule zur Produktion von Sauerstoff mit erhöhter Reinheit zufrieden stellend bleibt.
  • Gemäß eines Gegenstands der Erfindung wird ein Verfahren zur Trennung von Luft in einer Trennvorrichtung mit einer Hochdrucksäule, einer Mitteldrucksäule, die einen Tankwiedererhitzer umfasst, und einer Niederdrucksäule bereitgestellt, wobei
    • a) zumindest ein Gemisch aus zumindest Sauerstoff, Stickstoff und Argon zu zumindest der Hochdrucksäule geleitet wird, wo es in einen ersten mit Sauerstoff angereicherten Strom und einen ersten mit Stickstoff angereicherten Strom getrennt wird,
    • b) zumindest ein Teil des ersten mit Sauerstoff angereicherten Stroms zu der bei mittleren Druck arbeitenden Säule geleitet wird, wo er in einen zweiten mit Sauerstoff angereicherten Strom und einen zweiten mit Stickstoff angereicherten Strom getrennt wird,
    • c) zumindest ein Teil des zweiten mit Sauerstoff angereicherten Stroms und/oder des zweiten mit Stickstoff angereicherten Stroms zu der Niederdrucksäule geleitet wird,
    • d) ein Gas von dem unteren Teil der Niederdrucksäule zu dem Tankwiedererhitzer der Mitteldrucksäule geleitet wird, wo er zumindest teilweise kondensiert, bevor er zu der Niederdrucksäule geleitet wird,
    • e) zumindest ein mit Sauerstoff angereichertes Fluid und zumindest ein mit Stickstoff angereichertes Fluid aus der Niederdrucksäule entnommen werden und
    • f) zumindest teilweise zumindest ein Teil des ersten mit Stickstoff angereicherten Stroms in einem mit der Niederdrucksäule verknüpften Verdampfer/Kondensator kondensiert wird und zumindest ein Teil des zumindest teilweise kondensierten Fluids zu der Hochdrucksäule geleitet wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass sich in keiner anderen Säule der Vorrichtung als der Hochdruck-, Niederdruck- und Mitteldrucksäule ein Fluid, das zwischen 3 und 20 Molprozent Argon enthält, mit Argon anreichert.
  • Gemäß anderer fakultativer Gegenstände der Erfindung wird vorgesehen, dass:
    • – das aus der Niederdrucksäule entnommene, mit Sauerstoff angereicherte Fluid zumindest 95 Molprozent Sauerstoff und eventuell zumindest 98 Molprozent Sauerstoff enthält.
    • – am Kopf der Hochdrucksäule kein mit Stickstoff angereicherter Gasstrom entnommen wird oder ein mit Stickstoff angereicherter Gasstrom am Kopf der Hochdrucksäule entnommen wird.
    • – die Niederdrucksäule bei zumindest 1,3 Bar, eventuell zumindest 2 Bar und vorzugsweise zumindest 4 Bar arbeitet.
    • – ein(er) (der) Strom (Ströme) gasförmiger und/oder flüssiger Luft zu der Mitteldrucksäule und/oder der Niederdrucksäule und/oder der Hochdrucksäule geleitet wird.
    • – das von dem unteren Teil der Niederdrucksäule kommende und zu dem Tankwiedererhitzer geleitete Gas zwischen 1 und 20 Molprozent Argon, vorzugsweise zwischen 5 und 15 Molprozent Argon und außerdem besonders bevorzugt zwischen 8 und 10 Molprozent Argon enthält.
    • – zumindest ein Teil des zweiten mit Stickstoff angereicherten Stroms kondensiert, eventuell in einem Kopfkondensator der Mitteldrucksäule.
  • Gemäß eines anderen Gegenstands der Erfindung wird eine Anlage zur Trennung von Luft durch Tiefsttemperaturdestillation mit einer Hochdrucksäule, einer Mitteldrucksäule, die einen Tankwiedererhitzer umfasst, und einer Niederdrucksäule, wobei die Hochdrucksäule und die Niederdrucksäule thermisch miteinander verbunden sind, Mitteln, um ein Gemisch aus zumindest Sauerstoff, Stickstoff und Argon zu zumindest der Hochdrucksäule zu leiten, Mitteln, um einen mit Sauerstoff angereicherten Strom von der Hochdrucksäule zu der Mitteldrucksäule zu leiten, Mitteln, um ein mit Sauerstoff angereichertes Fluid und/oder ein mit Stickstoff angereichertes Fluid von der Mitteldrucksäule zu der Niederdrucksäule zu leiten, Mitteln, um ein Fluid von der Niederdrucksäule zu dem Tankwiedererhitzer der Mitteldrucksäule zu leiten, Mitteln, um ein mit Stickstoff angereichertes Fluid und ein mit Sauerstoff angereichertes Fluid aus der Niederdrucksäule zu entnehmen, bereitgestellt, dadurch gekennzeichnet, dass sie keine anderen Mittel zur Anreicherung eines zwischen 3 und 20 Molprozent Argon enthaltenden Fluids mit Argon umfasst als die Hochdruck-, Niederdruck- und Mitteldrucksäule.
  • Gemäß anderer fakultativer Gegenstände der Erfindung umfasst die Anlage:
    • – eine Turbine zur Entspannung und Mittel, um einen Strom von der Niederdrucksäule zu dieser Turbine zu leiten, ohne ihn zu komprimieren.
    • – Mittel, um einen Luftstrom zu der Mitteldruck- und/oder Niederdruck- und/oder Hochdrucksäule zu leiten.
  • Eventuell wird das zu dem Wiedererhitzer geleitete Fluid aus der Niederdrucksäule auf einem unteren Niveau auf Höhe der Einführung eines von der Mitteldrucksäule kommenden, mit Sauerstoff angereicherten Fluids entnommen.
  • Vorzugsweise weist die Mitteldrucksäule einen Kopfkondensator auf.
  • Die genannten „mit Sauerstoff angereicherten" oder „mit Stickstoff angereicherten" Fluide sind mit diesen Bestandteilen in Bezug auf Luft angereichert.
  • Die Beispiele der Ausführung der Erfindung werden nun mit Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben, die schematische Zeichnungen einer erfindungsgemäßen Anlage zeigen.
  • Im Fall der 3 arbeitet die Vorrichtung mit einer Niederdrucksäule bei 1,3 Bar und im Fall der 4 arbeitet die Vorrichtung mit einer Niederdrucksäule bei 4,8 Bar.
  • Die Anlage der 3 umfasst eine bei 5 Bar arbeitende Hochdrucksäule 101, eine bei 2,7 Bar arbeitende Mitteldrucksäule 102 und eine bei 1,3 Bar arbeitende Niederdrucksäule 103. Ein Teil des gasförmigen Stickstoffs am Kopf der Hochdrucksäule dient zum Erhitzen des Tankwiedererhitzers der Niederdrucksäule, es können jedoch andere Mittel zur Erhitzung in Erwägung gezogen werden, wie Systeme mit Doppelwiedererhitzern, bei denen durch Luft erhitzt wird.
  • Ein Strom von 1000 Nm3/h Luft 1 bei ungefähr 5 Bar wird in zwei Teile aufgeteilt, um einen ersten Strom 17 und einen zweiten Strom 3 zu bilden, der in einem Druckverstärker 5 auf einen höheren Druck in der Größenordnung von 75 Bar verstärkt wird.
  • Die zwei Ströme 3, 17 werden beim Durchlaufen eines Wärmetauschers 100 abgekühlt. Der Strom 17 wird zum Tank der Hochdrucksäule 101 geleitet, ohne entspannt oder komprimiert zu werden, und der flüssige Strom 3 wird in einer Turbine 6 entspannt, die einen an ihrem Ausgang zumindest teilweise flüssigen Strom produziert, wobei das Fluid oder Fluidgemisch, das aus der Turbine 6 austritt, zumindest teilweise zur Hochdrucksäule 101 geleitet wird.
  • Ein Strom gehaltvoller Flüssigkeit 10 von der Hochdrucksäule 101 wird im Unterkühler 83 abgekühlt, bevor er entspannt und zu einem mittleren Niveau der Mitteldrucksäule 102 zwischen zwei Abschnitten geleitet wird, beispielsweise Bestückungsstrukturen des Wellen-Kreuz-Typs. Die Flüssigkeit kann zu einem anderen Niveau der Säule geleitet werden und die Säule kann ebenfalls einen Strom gasförmiger oder flüssiger Luft aufnehmen.
  • Diese Flüssigkeit wird in eine zweite mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit 20 und eine mit Stickstoff angereicherte Flüssigkeit 25 getrennt. Die Flüssigkeit 25 wird im Unterkühler 83 abgekühlt, bevor sie entspannt und zum Kopf der Niederdrucksäule 103 geleitet wird, nachdem sie mit einem Strom gehaltarmer Flüssigkeit 15 am Kopf der Hochdrucksäule 101 gemischt wurde, die ebenfalls im Unterkühler 83 abgekühlt und in einem Ventil entspannt wurde.
  • Die Flüssigkeit am Tank 20 der Mitteldrucksäule wird in zwei Teile aufgeteilt. Ein Teil wird entspannt und direkt zur Niederdrucksäule geleitet, wohingegen der Rest in einem Ventil entspannt und zum Kondensator am Kopf 29 der Mitteldrucksäule geleitet wird, wo er zumindest teilweise verdampft, bevor er zur Niederdrucksäule 103 geleitet wird.
  • Ein Strom flüssiger Luft 12 wird aus der Hochdrucksäule entnommen, im Unterkühler 83 abgekühlt, entspannt und zur Niederdrucksäule 103 geleitet.
  • Der Tankwiedererhitzer 24 der Mitteldrucksäule 102 wird mittels eines mit Argon angereicherten Gasstroms 233 erhitzt, der ungefähr 5 bis 15 Molprozent, vorzugsweise zwischen 8 und 10 Molprozent Argon enthält und von der Niederdrucksäule 103 kommt. Dieser Strom kondensiert zumindest teilweise im Wiedererhitzer 24, bevor er zur Niederdrucksäule 103 geleitet wird.
  • Ein Reststickstoffstrom 72 wird am Kopf der Niederdrucksäule 103 entnommen, zum Unterkühler 83 und anschließend zum Wärmetauscher 100 geleitet, wo er wieder erhitzt wird.
  • Ein Strom 31 von 203 Nm3/h Sauerstoff von 99,5 Molprozent wird in flüssiger Form aus der Niederdrucksäule 103 entnommen, in der Pumpe 19 auf 40 Bar gepumpt und verdampft im Wärmetauscher 100, um einen drucklosen Gasstrom zu bilden.
  • Ein Strom 33 von 200 Nm3/h gasförmigem Stickstoff wird am Kopf der Hochdrucksäule 101 entnommen und teilweise im Wärmetauscher 100 erhitzt. Ein Teil des Gases wird bei einer mittleren Temperatur in einer Turbine 35 entspannt, bevor er mit dem Restgas 72 gemischt wird. Der Rest des Stickstoffs fährt mit seiner Erhitzung fort und stellt ein Produkt der Vorrichtung dar.
  • Es ist möglich, flüssige Produkte aus der Vorrichtung zu entnehmen, die Vorrichtung kann jedoch kein an Argon reiches Fluid produzieren.
  • Die Anlage der 4 umfasst eine bei 14,3 Bar arbeitende Hochdrucksäule 101, eine bei 8,5 Bar arbeitende Mitteldrucksäule 102 und eine bei 4,8 Bar arbeitende Niederdrucksäule 103. Der gesamte gasförmige Stickstoff am Kopf der Hochdrucksäule dient zum Erhitzen des Tankwiedererhitzers der Niederdrucksäule, es können jedoch andere Mittel zur Erhitzung in Erwägung gezogen werden, wie Systeme mit Doppelwiedererhitzern, bei denen durch Luft erhitzt wird.
  • Ein Strom von 1000 Nm3/h Luft 1 bei ungefähr 14,3 Bar wird in zwei Teile aufgeteilt, um einen ersten Strom 17 und einen zweiten Strom 3 zu bilden, der in einem Druckverstärker 5 auf einen höheren Druck in der Größenordnung von 75 Bar verstärkt wird.
  • Die zwei Ströme 3, 17 werden beim Durchlaufen eines Wärmetauschers 100 abgekühlt. Der Strom 17 wird zum Tank der Hochdrucksäule 101 geleitet und der flüssige Strom 3 wird in einer Turbine entspannt, die einen an ihrem Ausgang zumindest teilweise flüssigen Strom produziert, wobei das Fluid oder Fluidgemisch, das aus der Turbine austritt, zumindest teilweise zur Hochdrucksäule 101 geleitet wird.
  • Ein Strom gehaltvoller Flüssigkeit 10 von der Hochdrucksäule 101 wird im Unterkühler 83 abgekühlt, bevor er entspannt und zu einem mittleren Niveau der Mitteldrucksäule 102 zwischen zwei Abschnitten geleitet wird, beispielsweise Bestückungsstrukturen des Wellen-Kreuz-Typs. Die Flüssigkeit kann zu einem anderen Niveau der Säule geleitet werden und die Säule kann ebenfalls einen Strom gasförmiger oder flüssiger Luft aufnehmen.
  • Diese Flüssigkeit wird in eine zweite mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit 20 und eine mit Stickstoff angereicherte Flüssigkeit 25 getrennt. Die Flüssigkeit 25 wird im Unterkühler 83 abgekühlt, bevor sie entspannt und zum Kopf der Niederdrucksäule 103 geleitet wird, nachdem sie mit einem Strom gehaltarmer Flüssigkeit 15 am Kopf der Hochdrucksäule 101 gemischt wurde, die ebenfalls im Unterkühler 83 abgekühlt und in einem Ventil entspannt wurde.
  • Die Flüssigkeit am Tank 20 der Mitteldrucksäule wird in zwei Teile aufgeteilt. Ein Teil wird entspannt und direkt zur Niederdrucksäule geleitet, wohingegen der Rest in einem Ventil entspannt und zum Kondensator am Kopf 22 der Mitteldrucksäule geleitet wird, wo er zumindest teilweise verdampft, bevor er zur Niederdrucksäule 103 geleitet wird.
  • Ein Strom flüssiger Luft 12 wird aus der Hochdrucksäule entnommen, im Unterkühler 83 abgekühlt, entspannt und zur Niederdrucksäule geleitet.
  • Der Tankwiedererhitzer 24 der Mitteldrucksäule 102 wird mittels eines mit Argon angereicherten Gasstroms 233 erhitzt, der ungefähr 5 bis 15 Molprozent, vorzugsweise 8 bis 10 Molprozent Argon enthält und von der Niederdrucksäule 103 kommt. Dieser Strom kondensiert zumindest teilweise im Wiedererhitzer 24, bevor er zur Niederdrucksäule 103 geleitet wird.
  • Ein Reststickstoffstrom 72 wird am Kopf der Niederdrucksäule 103 entnommen, zum Unterkühler 83 und anschließend zum Wärmetauscher 100 geleitet, wo er wieder erhitzt wird.
  • Ein Strom 31 von 177 Nm3/h Sauerstoff von 99,5 Molprozent wird in flüssiger Form aus der Niederdrucksäule entnommen, in der Pumpe 19 auf 40 Bar gepumpt und verdampft im Wärmetauscher 100, um einen drucklosen Gasstrom zu bilden.
  • Es ist möglich, flüssige Produkte aus der Vorrichtung zu entnehmen, die Vorrichtung kann jedoch kein an Argon reiches Fluid produzieren.
  • Die Vorteile der Erfindung werden beim Studium der Tabellen unten offensichtlich.
  • Andere, alternative oder zusätzliche Mittel zur Kälteproduktion können in Erwägung gezogen werden, wie eine Blasturbine, eine Claude-Turbine oder eine andere Turbine, die nicht mit einem flüssigem Strom gespeist wird, oder eine Turbine mit von der Niederdrucksäule kommendem Gas.
  • Die Vorrichtung kann seine gesamte Zufuhrluft oder einen Teil dieser von einem Verdichter einer Gasturbine erhalten, wobei der Reststickstoff der Vorrichtung zur Gasturbine geleitet wird.
  • Figure 00120001
  • Figure 00130001

Claims (13)

  1. Verfahren zur Trennung von Luft in einer Gastrennvorrichtung mit einer Hochdrucksäule (101), einer Mitteldrucksäule (102), die einen Tankwiedererhitzer (24) umfasst, und einer Niederdrucksäule (103), wobei a) zumindest ein Gemisch (1) aus Sauerstoff, Stickstoff und Argon zu zumindest der Hochdrucksäule geleitet wird, wo es in einen ersten mit Sauerstoff angereicherten Strom und einen ersten mit Stickstoff angereicherten Strom getrennt wird, b) zumindest ein Teil des ersten mit Sauerstoff angereicherten Stroms (10) zu der beim mittleren Druck arbeitenden Säule geleitet wird, wo er in einen zweiten mit Sauerstoff angereicherten Strom (20) und einen zweiten mit Stickstoff angereicherten Strom (25) getrennt wird, c) zumindest ein Teil des zweiten mit Sauerstoff angereicherten Stroms und/oder des zweiten mit Stickstoff angereicherten Stroms zu der Niederdrucksäule geleitet wird, d) ein Gas (233) von dem unteren Teil der Niederdrucksäule zu dem Tankwiedererhitzer der Mitteldrucksäule geleitet wird, wo er zumindest teilweise kondensiert, bevor er zu der Niederdrucksäule geleitet wird, e) zumindest ein mit Sauerstoff angereichertes Fluid (31) und zumindest ein mit Stickstoff angereichertes Fluid (72) aus der Niederdrucksäule entnommen werden, f) zumindest teilweise zumindest ein Teil des ersten mit Stickstoff angereicherten Stroms in einem mit der Niederdrucksäule verknüpften Verdampfer/Kondensator kondensiert wird und zumindest ein Teil des Fluids zumindest teilweise in der Hochdrucksäule kondensiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass sich in keiner anderen Säule der Vorrichtung als der Hochdruck-, Niederdruck- und Mitteldrucksäule ein Fluid, das zwischen 3 und 20 Molprozent Argon enthält, mit Argon anreichert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das aus der Niederdrucksäule entnommene, mit Sauerstoff angereicherte Fluid (31) zumindest 95 Molprozent Sauerstoff und eventuell zumindest 98 Molprozent Sauerstoff enthält.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei am Kopf der Hochdrucksäule (101) kein mit Stickstoff angereicherter Gasstrom entnommen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mit Stickstoff angereicherter Gasstrom (33) am Kopf der Hochdrucksäule (101) entnommen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei die Niederdrucksäule (103) bei zumindest 1,3 Bar, eventuell zumindest 2 Bar und vorzugsweise zumindest 4 Bar arbeitet.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein(er) (der) Strom (Ströme) gasförmiger und/oder flüssiger Luft zu der Mitteldrucksäule und/oder der Niederdrucksäule und/oder der Hochdrucksäule geleitet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das von dem unteren Teil der Niederdrucksäule kommende und zu dem Tankwiedererhitzer geleitete Gas (233) zwischen 1 und 20 Molprozent Argon enthält.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Teil des zweiten mit Stickstoff angereicherten Stroms kondensiert, eventuell in einem Kopfkondensator (29) der Mitteldrucksäule.
  9. Anlage zur Trennung von Luft durch Tiefsttemperaturdestillation mit einer Hochdrucksäule (101), einer Mitteldrucksäule (102), die einen Tankwiedererhitzer (24) aufweist, und einer Niederdrucksäule (103), wobei die Hochdrucksäule und die Niederdrucksäule thermisch miteinander verbunden sind, Mitteln, um ein Gemisch (1) aus zumindest Sauerstoff, Stickstoff und Argon zu zumindest der Hochdrucksäule zu leiten, Mitteln, um einen mit Sauerstoff angereicherten Strom (10) von der Hochdrucksäule zu der Mitteldrucksäule zu leiten, Mitteln, um ein mit Sauerstoff angereichertes Fluid (20) und/oder ein mit Stickstoff angereichertes Fluid (25) von der Mitteldrucksäule zu der Niederdrucksäule zu leiten, Mitteln, um ein Fluid (233) von der Niederdrucksäule zu dem Tankwiedererhitzer der Mitteldrucksäule zu leiten, Mitteln, um ein mit Stickstoff angereichertes Fluid (72) und ein mit Sauerstoff angereichertes Fluid (31) aus der Niederdrucksäule zu entnehmen, dadurch gekennzeichnet, dass sie keine anderen Mittel zur Anreicherung eines zwischen 3 und 20 Molprozent Argon enthaltenden Fluids mit Argon umfasst, als die Hochdruck-, Niederdruck- und Mitteldrucksäule.
  10. Anlage nach Anspruch 9 mit einer Turbine zur Entspannung und Mitteln, um einen Strom von der Niederdrucksäule zu dieser Turbine zu leiten, ohne ihn zu komprimieren.
  11. Anlage nach Anspruch 9 oder 10 mit Mitteln, um einen Luftstrom zu der Mitteldruck- und/oder Niederdruck- und/oder Hochdrucksäule (101, 102, 103) zu leiten.
  12. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das zu dem Tankwiedererhitzer geleitete Fluid (233) aus der Niederdrucksäule auf einem unteren Niveau auf Höhe der Einführung eines von der Mitteldrucksäule kommenden, mit Sauerstoff angereicherten Fluids entnommen wird.
  13. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Mitteldrucksäule (102) einen Kopfkondensator (29) aufweist.
DE60108579T 2000-09-19 2001-09-06 Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung durch Tieftemperaturdestillation Expired - Fee Related DE60108579T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0011932 2000-09-19
FR0011932A FR2814229B1 (fr) 2000-09-19 2000-09-19 Procede et installation de separation d'air par distillation cryogenique

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60108579D1 DE60108579D1 (de) 2005-03-03
DE60108579T2 true DE60108579T2 (de) 2005-12-22

Family

ID=8854455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60108579T Expired - Fee Related DE60108579T2 (de) 2000-09-19 2001-09-06 Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung durch Tieftemperaturdestillation

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6536232B2 (de)
EP (1) EP1189003B1 (de)
AT (1) ATE288064T1 (de)
CA (1) CA2357302A1 (de)
DE (1) DE60108579T2 (de)
FR (1) FR2814229B1 (de)
ZA (1) ZA200107210B (de)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1318367B2 (de) * 2001-12-04 2009-11-11 Air Products And Chemicals, Inc. Verfahren und Vorrichtung zur kryogenischen Luftzerlegung
FR2875588B1 (fr) * 2004-09-21 2007-04-27 Air Liquide Procede de separation d'air par distillation cryogenique
DE102004047961A1 (de) * 2004-10-01 2006-05-18 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zum Ansteuern eines Piezoaktors
EP2597409B1 (de) * 2011-11-24 2015-01-14 L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung durch Tieftemperaturdestillation
EP2634517B1 (de) 2012-02-29 2018-04-04 L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von Luft durch kryogenische Destillation
FR3017698B1 (fr) * 2014-02-14 2019-03-29 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Colonne de separation d'air par distillation cryogenique, appareil de separation d'air comportant une telle colonne et procede de fabrication d'une telle colonne
EP3620739A1 (de) 2018-09-05 2020-03-11 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungsanlage
US20240035744A1 (en) 2022-07-28 2024-02-01 Neil M. Prosser Air separation unit and method for production of nitrogen and argon using a distillation column system with an intermediate pressure kettle column
US20240035741A1 (en) 2022-07-28 2024-02-01 Neil M. Prosser Air separation unit and method for cryogenic separation of air using a distillation column system including an intermediate pressure kettle column
US20240035745A1 (en) 2022-07-28 2024-02-01 Neil M. Prosser System and method for cryogenic air separation using four distillation columns including an intermediate pressure column
US11959701B2 (en) 2022-07-28 2024-04-16 Praxair Technology, Inc. Air separation unit and method for production of high purity nitrogen product using a distillation column system with an intermediate pressure kettle column

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4605427A (en) * 1983-03-31 1986-08-12 Erickson Donald C Cryogenic triple-pressure air separation with LP-to-MP latent-heat-exchange
US5341646A (en) * 1993-07-15 1994-08-30 Air Products And Chemicals, Inc. Triple column distillation system for oxygen and pressurized nitrogen production
GB9412182D0 (en) * 1994-06-17 1994-08-10 Boc Group Plc Air separation
US5682764A (en) * 1996-10-25 1997-11-04 Air Products And Chemicals, Inc. Three column cryogenic cycle for the production of impure oxygen and pure nitrogen
GB9726954D0 (en) * 1997-12-19 1998-02-18 Wickham Michael Air separation
US5881570A (en) * 1998-04-06 1999-03-16 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification apparatus for producing high purity oxygen or low purity oxygen
US6347534B1 (en) * 1999-05-25 2002-02-19 Air Liquide Process And Construction Cryogenic distillation system for air separation
US6196024B1 (en) * 1999-05-25 2001-03-06 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Cryogenic distillation system for air separation
US6318120B1 (en) * 2000-08-11 2001-11-20 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Cryogenic distillation system for air separation

Also Published As

Publication number Publication date
EP1189003B1 (de) 2005-01-26
FR2814229A1 (fr) 2002-03-22
EP1189003A1 (de) 2002-03-20
ZA200107210B (en) 2002-03-04
DE60108579D1 (de) 2005-03-03
CA2357302A1 (fr) 2002-03-19
US6536232B2 (en) 2003-03-25
US20020053219A1 (en) 2002-05-09
FR2814229B1 (fr) 2002-10-25
ATE288064T1 (de) 2005-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1067345B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP2965029B1 (de) Luftzerlegungsanlage, verfahren zur gewinnung eines argon enthaltenden produkts und verfahren zur erstellung einer luftzerlegungsanlage
EP1031804B1 (de) Tieftemperaturzerlegung von Luft mit Stickstoff Rückführung
EP1376037B1 (de) Luftzerlegungsverfahren und -anlage mit Mischsäule und Krypton-Xenon-Gewinnung
EP1284404A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung eines Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP1308680A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Krypton und/oder Xenon durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP0948730B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von druckstickstoff
WO2010017968A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft
DE60108579T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung durch Tieftemperaturdestillation
EP2236964A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperatur-Luftzerlegung
DE19909744A1 (de) Zweisäulensystem zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
WO2020169257A1 (de) Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft
DE19609490A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE69719418T2 (de) Verfahren zur Herstellung von Stickstoff unter Verwendung einer Doppelkolonne und einer Niederdruckabtrennungszone
WO2017144151A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur kryogenen synthesegaszerlegung
DE10103968A1 (de) Drei-Säulen-System zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP2551619A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Druckstickstoff und Drucksauerstoff durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
WO2021078405A1 (de) Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft
EP3394536A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von reinem stickstoff und reinem sauerstoff durch tieftemperaturzerlegung von luft
DE19933558C5 (de) Dreisäulenverfahren und -vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP4133227A2 (de) Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft, luftzerlegungsanlage und verbund aus wenigstens zwei luftzerlegungsanlagen
DE60020500T2 (de) Verfahren zur Luftzerlegung durch Tieftemperaturdestillation
WO2020187449A1 (de) Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft
DE10045128A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung hoch reinen Stickstoffs durch Tieftemperatur-Luftzerlegung
EP1284403B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Sauerstoff durch Tieftemperatur-Zerlegung von Luft

Legal Events

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