DE60121379T2 - Verfahren zum Betreiben einer Tieftemperatur-Rektifikationskolonne - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Tieftemperatur-Rektifikationskolonne Download PDF

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Tieftemperatur-Rektifikationskolonne bei einer erhöhten Kapazität für die Zerlegung von Luft, das die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 aufweist. Ein derartiges Verfahren ist von US-A-5 921 109 bekannt.
  • Stand der Technik
  • Das Betreiben einer Luftzerlegungsanlage jenseits der ausgelegten Kapazität der Anlage ist erwünscht, um zusätzliche Produkte mit der Anlage zu erzeugen, wenn ein Betrieb mit einer derart erhöhten Kapazität auf ökonomische Weise durchgeführt werden kann.
  • Die meisten Komponenten einer Luftzerlegungsanlage können dahingehend entworfen oder modifiziert werden, dass sie eine erhöhte Durchflussrate tolerieren. Zum Beispiel kann ein stromaufwärtiges Gebläse verwendet werden, um die Kapazität eines Verdichters zusätzlich zu erhöhen. Wärmetauscher können einfach dadurch mit erhöhten Durchflussraten betrieben werden, indem sie einen gesteigerten Druckabfall tolerieren. Ebenfalls kann die Kapazität von Luftvorreinigern durch ein Betreiben mit einem gesteigerten Druckabfall erhöht werden, vorausgesetzt dass eine Fluidisierung der Adsorptionsmittelteilchen vermieden wird. Allerdings ist eine Erhöhung der Kapazität der Destillationskolonnen in einer Luftzerlegungsanlage schwierig, da diese durch das Phänomen der Überflutung beschränkt sind. Eine Überflutung tritt in einer Verfahrensausrüstung immer dann auf, wenn eine vertikale zweiphasige Strömung im Gegenstrom vorliegt und die Durchflussraten so beschaffen sind, dass sie die Kapazität der Ausrüstung übersteigen. In sowohl gepackten wie mit Böden versehenen Kolonnen ist die Annäherung an eine Überflutung durch einen sich rasch erhöhenden Druckabfall, einen Verlust der Zerlegungsleistung und durch einen instabilen Betrieb gekennzeichnet. Der Beginn der Überflutung in den Kolonnen ist üblicherweise der begrenzende Engpass, der auftritt, wenn versucht wird die Kapazität einer Luftzerlegungsanlage über ihre Entwurfskapazität hinaus zu erhöhen.
  • Im Allgemeinen ist es ausreichend bewiesen, dass die Kapazität von Destillationskolonnen durch eine Veränderung des Kolonnendrucks erhöht werden kann. Eine Steigerung des Drucks erhöht die Dampfdichte, was einen Zuwachs in der Mengendurchflussrate des Dampfes ermöglicht. Allerdings verringert eine Druckerhöhung die relative Flüchtigkeit, wodurch die Destillationszerlegung erschwert wird. Die Kapazität der Dampfmengendurchflussrate nimmt mit der 0,4ten oder 0,5ten Potenz des Arbeitsdrucks für gepackte bzw. mit Böden versehene Kolonnen zu.
  • Der Nachteil dieser Lösung für das Überflutungsproblem besteht darin, dass sich eine Erhöhung des Kolonnenarbeitsdrucks in einer wesentlichen Steigerung des Auslassdrucks des Hauptluftverdichters und in erhöhten Energiekosten niederschlägt. Insbesondere in der oberen (oder unteren Druck-) Kolonne einer Doppelkolonnenanlage ist eine Druckerhöhung nachteilig, da jede Erhöhung des Drucks wegen der Unterschiede in den Dampfdruck/-temperatur-Beziehungen von Sauerstoff und Stickstoff typischerweise mit einem Faktor von drei multipliziert werden muss, wenn sie sich über den Hauptkondensator/Aufkocher hindurch ausbreitet.
  • Eine Lösung für das Problem besteht darin, die Durchflussraten durch die Kolonnen zwar über den Entwurfspunkt hinaus, jedoch nicht bis zu dem Flutungspunkt zu erhöhen. Typischerweise sind gepackte Kolonnen für etwa 80 Prozent des Flutungspunkts ausgelegt. Unglücklicherweise können bei einer Verwendung von konventioneller strukturierter Packung die Durchflussraten nur leicht über den Entwurfspunkt hinaus gesteigert werden, da anderenfalls die Fluktuationen im Druckabfall zu groß werden, sodass die Kolonnen instabil werden.
  • Dementsprechend besteht eine Aufgabe dieser Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Betreiben einer Tieftemperatur-Rektifikationskolonne, um die Zerlegung der Komponenten von Luft mit einer gesteigerten Kapazität durchzuführen, während eine Überflutung vermieden wird.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Der hier verwendete Begriff "Kolonne" bezeichnet eine Destillations- oder Fraktionierkolonne oder -zone, d.h. eine Kontaktkolonne oder -zone, in der flüssige und dampfförmige Phasen im Gegenstrom in Kontakt gebracht werden, um eine Trennung eines Fluidgemisches zu bewirken, z.B. indem die dampfförmige und die flüssige Phase an Packungselementen in Kontakt gebracht werden. Für eine weitere Beschreibung von Destillationskolonnen sei verwiesen auf das "Chemical Engineers' Handbook", fünfte Ausgabe, herausgegeben von R. H. Perry und C. H. Chilton, McGraw-Hill Book Company, New York, Abschnitt 13, "Distillation", B. D. Smith et. al., Seite 13–3, The Continuous Distillation Process. Trennverfahren mit Dampf-/Flüssigkeitskontakt sind von den Dampfdrücken der Komponenten abhängig. Die Komponente mit dem hohen Dampfdruck (oder die flüchtigere oder niedrigsiedende Komponente) wird dazu neigen, sich in der Dampfphase zu konzentrieren, wohingegen die Komponente mit dem niedrigeren Dampfdruck (oder die weniger flüchtige oder hochsiedende Komponente) dazu neigen wird, sich in der flüssigen Phase zu konzentrieren. Destillation ist das Trennverfahren, bei dem eine Erwärmung eines Flüssigkeitsgemisches benutzt werden kann, um die flüchtigere(n) Komponente(n) in der Dampfphase und somit die weniger flüchtige(n) Komponente(n) in der flüssigen Phase zu konzentrieren. Partielle Kondensation ist das Trennverfahren, bei dem die Kühlung eines Dampfgemisches benutzt werden kann, um die flüchtige(n) Komponente(n) in der Dampfphase und dadurch die weniger flüchtige(n) Komponente(n) in der flüssigen Phase zu konzentrieren. Rektifikation oder kontinuierliche Destillation ist das Trennverfahren, das aufeinander folgende partielle Verdampfungen und Kondensationen kombiniert, wie sie durch eine Gegenstrombehandlung der dampfförmigen und flüssigen Phasen erzielt werden. Das Inkontaktbringen der dampfförmigen und flüssigen Phasen im Gegenstrom kann adiabatisch oder nicht-adiabatisch sein und es kann einen integralen (stufenweisen) oder differentiellen (kontinuierlichen) Kontakt zwischen den Phasen beinhalten. Trennverfahrensanordnungen, die die Prinzipien der Rektifikation zum Trennen von Gemischen benutzen, werden oft als Rektifikationskolonnen, Destillationskolon nen oder Fraktionierkolonnen bezeichnet, wobei diese Begriffe untereinander ausgetauscht werden können. Tieftemperatur-Rektifikation ist ein Rektifikationsverfahren, das zumindest teilweise bei Tieftemperaturen, wie z.B. bei Temperaturen bei oder unterhalb 150°K, ausgeführt wird.
  • Wie hier verwendet bezeichnet der Begriff "Packung" jeden ausgefüllten oder hohlen Körper mit vorbestimmter Konfiguration, Größe und Form, der im Inneren von Kolonnen benutzt wird, um Oberfläche für die Flüssigkeit zu schaffen, um einen Stoffübergang an der Grenzfläche von Flüssigkeit und Dampf während eines Gegenstromes der beiden Phasen zu ermöglichen.
  • Wie hier verwendet bezeichnet der Begriff "strukturierte Packung" diagonal quergewellte Packung, wobei die einzelnen Bauteile eine spezifische Ausrichtung relativ zueinander und zu der Kolonnenachse aufweisen.
  • Wie hier verwendet bezeichnen die Begriffe "oberer Teil" und "unterer Teil" einer Kolonne diejenigen Abschnitte der Kolonne, die über bzw. unter dem Mittelpunkt der Kolonne liegen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Tieftemperatur-Rektifikationsystems, das in der Praxis dieser Erfindung verwendet werden kann.
  • 2A und 2B illustrieren in perspektivischer bzw. Seitenansicht eine Ausführungsform von in der Praxis der Erfindung nützlichen strukturierten Packungsplatten, wobei die Crimp-Höhe der Packungsplatten in den unteren und oberen Abschnitten auf Null reduziert ist.
  • 3A und 3B illustrieren in perspektivischer bzw. Seitenansicht eine weitere Ausführungsform von in der Praxis der Erfindung nützlichen strukturierten Packungsplatten, wobei die Crimp-Höhe der Packungsplatten in den unteren und oberen Abschnitten gegenüber der Crimp-Höhe in dem mittleren Abschnitt reduziert, jedoch nicht Null ist.
  • 4A und 4B illustrieren in perspektivischer bzw. Seitenansicht eine weitere Ausführungsform von in der Praxis der Erfindung nützlichen strukturieren Packungsplatten, wobei die Wellungen in den unteren und oberen Abschnitten unter einem steileren Winkel als die Wellungen in dem mittleren Abschnitt vorliegen.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Es ist bekannt, dass die hydraulische Kapazität von quergewellter strukturierter Packung dadurch erhöht werden kann, dass der Widerstand gegenüber der Gas- oder Dampfströmung zwischen den Packungsplatten in dem unteren Abschnitt der Platten geringer als der Widerstand gegenüber der Gasströmung zwischen den Platten in dem oberen Teil der Platten gemacht wird. Die Erfindung benutzt die Feststellung, dass bei der Verwendung von strukturieren Packungsplatten, die einen unteren Abschnitt aufweisen, dessen Struktur sich von derjenigen des mittleren Abschnitts der Platten unterscheidet, aber der die gleiche Struktur wie der obere Abschnitt der Platten hat, in einer Kolonne, und bei einem Betrieb der Kolonne mit einem Druckabfall von mehr als 5,7 mbar pro Meter (0,7 inch Wasser pro Fuß) Packungs höhe, eine derartige Kolonne über dem Entwurfspunkt der Kolonne betrieben werden kann, wobei sie eine verbesserte Stoffaustauschleistung und Kolonnenstabilität aufweist, während eine Überflutung vermieden wird.
  • Die Erfindung wird nun ausführlich mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden. 1 illustriert eine Ausführungsform eines Tieftemperatur-Rektifikationssystems, bei dem die Erfindung angewendet werden kann. Das spezifische in 1 illustrierte System weist eine Doppelkolonne und eine Argonseitenarmkolonne auf.
  • Nun auf 1 Bezug nehmend wird Einsatzluft 1, die hauptsächlich aus Stickstoff, Sauerstoff und Argon besteht, in einem Verdichter 2 verdichtet, und die Kompressionswärme wird mittels Durchleitung durch einen Kühler 3 abgeführt. Anschließend wird die unter Druck stehende Einsatzluft von hochsiedenden Verunreinigungen wie z.B. Wasserdampf, Kohlendioxid und Kohlenwasserstoffen mittels Durchleitung durch einen Reiniger 4 gereinigt, der typischerweise ein Temperatur- oder ein Druckwechseladsorptionsreiniger ist. Dann wird die gereinigte verdichtete Einsatzluft 5 mittels indirektem Wärmeaustausch mit Rückströmen in einem Primärwärmetauscher 6 gekühlt. In der in 1 illustrierten Ausführungsform wird ein erster Teil 7 der Einsatzluft 5 mittels Durchleitung durch einen Boosterverdichter 8 weiter verdichtet, ein zweiter Teil 9 wird mittels Durchleitung durch einen Boosterverdichter 10 weiter verdichtet, und die sich ergebenden weiter verdichteten Einsatzluftteile 11 und 12 sowie ein verbleibender verdichteter Einsatzluftteil 50 werden mittels Durchleitung durch einen Primärwärmetauscher 6 gekühlt, um in Strömen 51, 52 bzw. 53 verdichtete, gereinigte und gekühlte Einsatzluft zu erzeugen. Zwecks Erzeugung von Kälte für die nachfolgende Tieftemperatur-Rektifikation wird der Strom 52 mittels Durchleitung durch einen Turboexpander 55 turboexpandiert, um einen Strom 54 auszubilden, der anschließend in die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne 24 eingespeist wird. Die Ströme 51 und 53 werden jeweils in die bei höherem Druck arbeitende Kolonne 21 eingeleitet.
  • Innerhalb der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne 21 wird die Einsatzluft mittels Tieftemperatur-Rektifikation in mit Stickstoff angereicherten Dampf und mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit zerlegt. Der mit Stickstoff angereicherte Dampf wird in einem Strom 22 in einen Hauptkondensator 23 geleitet, wo er durch indirekten Wärmeaustausch mit der Sumpfflüssigkeit der bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne 24 kondensiert, um eine mit Stickstoff angereicherte Flüssigkeit 25 auszubilden. Ein Teil 26 der mit Stickstoff angereicherten Flüssigkeit 25 wird als Rücklauf in die bei höherem Druck arbeitende Kolonne 21 zurückgeführt, und ein weiterer Teil 27 der mit Stickstoff angereicherten Flüssigkeit 25 wird in dem Wärmetauscher 6 unterkühlt und anschließend als Rücklauf in die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne 24 eingespeist. Die mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit wird von dem unteren Teil der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne 21 in einem Strom 28 geführt, und ein Teil 56 wird in einen Argonkolonnen-Kopfkondensator 29 eingespeist, wo er durch indirekten Wärmeaustausch mit argonreicherem Dampf verdampft, und das sich ergebende mit Sauerstoff angereicherte Fluid wird wie dargestellt in einem Strom 30 von dem Kopfkondensator 29 in die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne 24 eingeleitet. Ein weiterer Teil 57 der mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit wird direkt in die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne 24 eingespeist.
  • Ein Sauerstoff und Argon aufweisender Strom 31 wird von der bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne 24 in eine Argonkolonne 32 eingeleitet, wo er mittels Tieftemperatur-Rektifikation in argon reicheren Dampf und sauerstoffreichere Flüssigkeit getrennt wird. Die sauerstoffreichere Flüssigkeit wird in einem Strom 33 in die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne 24 zurückgeführt. Der argonreichere Dampf wird in einem Strom 34 in den Kopfkondensator 29 eingespeist, wo er durch indirekten Wärmeaustausch mit der verdampfenden mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit kondensiert, was weiter oben beschrieben wurde. Die resultierende argonreichere Flüssigkeit wird in einem Strom 35 als Rücklauf zu der Argonkolonne 32 zurückgeführt. Argonreicheres Fluid wie z.B. Dampf und/oder Flüssigkeit wird von dem oberen Teil der Argonkolonne 32 als Produktargon in einem Strom 36 gewonnen.
  • Die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne 24 wird bei einem Druck betrieben, der niedriger als derjenige der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne 21 ist. Innerhalb der bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne 24 werden die verschiedenen Einsätze in die Kolonne mittels Tieftemperatur-Rektifikation in stickstoffreiches Fluid und sauerstoffreiches Fluid getrennt. Stickstoffreiches Fluid wird von dem oberen Teil der bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne 24 als Dampfstrom 37 abgezogen, mittels Durchleitung durch den Primärwärmetauscher 6 erwärmt und als Produktstickstoff 38 gewonnen. Ein Abstrom 58 wird von dem oberen Teil der bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne 24 abgezogen, mittels Durchleitung durch den Wärmetauscher 6 erwärmt und in einem Strom 59 von dem System abgeführt. Sauerstoffreiches Fluid wird von dem unteren Teil der bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne 24 als Dampf und/oder Flüssigkeit abgezogen. Wenn es als eine Flüssigkeit abgezogen wird, kann die sauerstoffreiche Flüssigkeit vor ihrer Gewinnung als Hochdruck-Produktsauerstoff auf einen höheren Druck gepumpt und entweder in einem getrennten Produktaufkocher oder in dem Primärwärmetauscher 6 verdampft werden. In der in 1 illustrierten Ausführungsform wird sauerstoffreiches Fluid von der bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne 24 als Flüssigkeitsstrom 39 abgezogen, durch eine Flüssigkeitspumpe 60 auf einen höheren Druck gepumpt, mittels Durchleitung durch den Primärwärmetauscher 6 verdampft, und als ein Produktsauerstoff 40 gewonnen. Ein Teil 61 des flüssigen Sauerstoffs kann als Flüssigkeit gewonnen werden.
  • Mindestens eine der Kolonnen enthält eine Mehrzahl von vertikal aufeinander gestapelten strukturierten Packungslagen oder Blöcken. Jede Lage bzw. jeder Block weist vertikal ausgerichtete strukturierte Packungsplatten mit Wellungen unter einem Winkel zu der senkrechten Achse auf. Die Platten sind so angeordnet, dass die Wellungsrichtung von benachbarten Platten umgekehrt wird. Im Allgemeinen weisen die Lagen eine Höhe zwischen 0,15 und 0,3 m (6 und 12 inch) auf. Für ein verbessertes Vermischen sind benachbarte Lagen um eine senkrechte Achse herum verdreht. Das vollständig gepackte Bett einer Kolonne umfasst mehrere Lagen der Packung, wobei die Anzahl der Lagen durch die gesamte Packungshöhe bestimmt wird, die zur Durchführung der Trennung erforderlich ist. Die Packungswellungen sind durch eine Crimp-Höhe charakterisiert. Das Wellungsmuster kann spitz (sägezahnförmig) oder abgerundet (sinusförmig) ausfallen. Die Platten berühren sich untereinander an Kontaktstellen entlang den Spitzen und Tälern der Wellungen.
  • Eine bzw. mehrere der Kolonnen enthält/enthalten eine Packungshöhe durch mindestens einen Teil der Kolonnenhöhe und vorzugsweise über die gesamte Höhe hinweg, wobei die Packungsplatten jeweils einen unteren Abschnitt aufweisen, der sich in seiner Struktur von derjenigen des mittleren Abschnitts der Platte unterscheidet, aber der die gleiche Struktur wie der obere Abschnitt der Platte hat. Die 2, 3 und 4 illustrieren drei Beispiele einer derartigen Packung. In der Praxis dieser Erfindung kann der untere Abschnitt bis hin zu den unteren 40 Prozent der Packungshöhe ausmachen, obgleich er typischerweise die unteren 10 Prozent und noch typischer die unteren 5 Prozent der Packungshöhe ausmacht. In der Praxis dieser Erfindung kann der obere Abschnitt bis hin zu den oberen 40 Prozent der Packungshöhe ausmachen, obwohl er typischerweise die oberen 10 Prozent und noch typischer die oberen 5 Prozent der Packungshöhe ausmacht. Am bevorzugtesten ist in der Praxis dieser Erfindung und wie in den 2, 3 und 4 dargestellt die Größe des unteren Abschnitts gleich zu der Größe des oberen Abschnitts, so dass die Packungsplatten symmetrisch um ihren vertikalen Mittelpunkt herum angeordnet sind. Das heißt, dass es in der Praxis dieser Erfindung am bevorzugtesten ist, dass der untere Teil der Packungsplatte ein Spiegelbild des oberen Teils der Packungsplatte bildet. Da die oberen und die unteren Abschnitte der Packung identisch sind, weist diese Anordnung den Vorteil auf, dass die Packungsblöcke ohne einen Kapazitätsverlust umgekehrt werden können. Dies schließt die Möglichkeit aus, dass die Packung in der falschen Ausrichtung installiert werden kann.
  • Die Packungsplatten sind in der Kolonne benachbart zueinander über den Durchmesser der Kolonne hinweg senkrecht ausgerichtet, um einen Block bzw. eine Lage von Packungsplatten auszubilden, und ein weiterer derartiger Block (bzw. eine Lage) von Packungsplatten wird über der ersten Lage angeordnet, wobei damit nach oben in der Kolonne fortgefahren wird, um die Kolonne mit Packung aufzufüllen. Am bevorzugtesten haben in der Praxis dieser Erfindung sämtliche Packungsplatten in einem Block ihren oberen Rand in der gleichen horizontalen Ebene, so dass der Block über eine flache Oberseite verfügt.
  • Im Verlauf des Experiments wurde festgestellt, dass konventionelle Packung ein instabiles Verhalten zeigte, wenn sie bei einem Druckabfall über dem normalen Entwurfspunkt eines Druckabfalls von 5,7 mbar pro Meter (0,7 inch Wasser pro Fuß) betrieben wurde, wobei jegliche Fluktuationen in der Dampfdurchflussrate und in dem Kolonnendruckabfall zu der Tendenz führte, dass die Kolonne überflutet wurde. Der Betrieb der Kolonne erwies sich als schwierig und es war äußerste Sorgfalt vonnöten, um eine Überflutung zu verhindern. Im Unterschied dazu wird davon ausgegangen, dass mit der Erfindung eine Stabilität bei dem Betrieb bei einem Druckabfall von mehr als 5,7 mbar pro Meter (0,7 inch Wasser pro Fuß) Packungshöhe auftritt. Kleine Fluktuationen in der Dampfdurchflussrate haben auf die Betriebsfähigkeit der Kolonne keine Auswirkungen und es wäre möglich, die Kolonne bis zu einem Druckabfall von 24,4 mbar pro Meter (3 inch Wasser pro Fuß) Packungshöhe zu betreiben, wohingegen es mit konventioneller Packung unmöglich ist, selbst mit einem äußerst sorgfältigen Betrieb 16,3 mbar pro Meter (2 inch Wasser pro Fuß) Packungshöhe zu übertreffen.
  • Die Tieftemperatur-Luftzerlegung ist durch die niedrige relative Flüchtigkeit wie z.B. des Sauerstoff Argon-Systems und durch einen Betrieb nahe bei dem minimalen Rückflussverhältnis gekennzeichnet. Zur Vermeidung von unerwünschten Konzentrationsänderungen und einer reduzierten Zerlegung ist es erforderlich, das Verhältnis L zu V, d.h. die molaren Durchflussraten von Flüssigkeit zu Dampf stets auf dem Entwurfswert zu halten. Die Störung in der Dampfdurchflussrate muss durch eine äquivalente Veränderung der Flüssigkeitsdurchflussrate abgeglichen werden, um das erforderliche L/V-Verhältnis an jeder Stufe aufrechtzuerhalten. Wenn sich jedoch die Flüssigkeitsfüllmenge zusammen mit den Dampfratenveränderungen signifikant verändert, besteht eine Verzögerung hinsichtlich der Ausbildung in die neuen Flüssigkeitsdurchflussraten bei jeder Stufe, da die in der Kolonne nach unten fließende Flüssigkeit teilweise dazu verwendet werden muss, die Flüssigkeitsfüllmenge an jeder Stufe zu steigern bzw. zu verringern. Somit wird das L/V-Verhältnis von dem Entwurfswert abweichen, wodurch sich eine Verschlechterung der Zerlegungsleistung ergibt. Es ist zu erwarten, dass die Veränderung der Flüssigkeitsfüllmenge mit einer Änderung der Dampfdurchflussrate für konventionelle strukturierte Packung beträchtlich größer ausfällt, als dies für die Packung der Erfindung der Fall wäre. Aus diesem Grund ist eine Kolonne, die Packung des letzteren Typs enthält, stabiler und leichter kontrollierbar.
  • Die Dampfdurchflussrate (sowie die Flüssigkeitsdurchflussrate) variiert in den Destillationskolonnen einer Luftzerlegungsanlage von Abschnitt zu Abschnitt und sogar innerhalb eines gegebenen Abschnitts. Folglich kann der Druckabfall über die Kolonne als Ganzes oder über einen gegebenen Abschnitt von Packung hinweg weniger als 5,7 mbar pro Meter (0,7 inch Wasser pro Fuß) an Packungshöhe betragen, obwohl er für den bzw. die am höchsten geladenen Block oder Blöcke diesen Wert übertreffen kann. Der lokale, nicht jedoch der gesamte Druckgradient bestimmt die Stabilität der Kolonne und ist in dieser Erfindung von Bedeutung.
  • Mit der Praxis dieser Erfindung kann nun eine Tieftemperatur-Rektifikationskolonne zur Zerlegung der Komponenten von Luft bei Pegeln über dem Entwurfspunkt der Kolonne betrieben werden, während eine Überflutung vermieden wird.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Tieftemperatur-Rektifikationskolonne, wobei im Zuge des Verfahren: (A) ein Gemisch mit einer stärker flüchtigen Komponente von Luft und einer weniger stark flüchtigen Komponente von Luft in eine Kolonne eingeleitet wird, die eine Packungshöhe enthält, welche Packungsplatten mit einem unteren Abschnitt und einem mittleren Abschnitt aufweist, wobei die Struktur einer jeden Packungsplatte in dem unteren Abschnitt sich von der Struktur der Packungsplatte in dem mittleren Abschnitt unterscheidet; (B) in der Kolonne Tieftemperatur-Rektifikation ausgeführt wird, wobei Dampf nach oben durch die Höhe der Packungsplatten strömt und Flüssigkeit nach unten durch die Höhe der Packungsplatten strömt, wobei sich die stärker flüchtige Komponente in dem nach oben strömenden Dampf konzentriert und die sich weniger stark flüchtige Komponente in der nach unten strömenden Flüssigkeit konzentriert; (C) der nach oben strömende Dampf nach oben durch die Höhe der Packung innerhalb der Kolonne bei einer Durchflussrate nach oben geleitet wird, so dass der Druckverlust innerhalb der Kolonne mindestens 5,7 mbar pro Meter (0,7 inch Wasser pro Fuß) der Packungshöhe beträgt; und (D) die stärker flüchtige Komponente aus dem oberen Teil der Kolonne abgezogen wird und die weniger stark flüchtige Komponente aus dem unteren Teil der Kolonne abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Packungsplatten zusätzlich einen oberen Abschnitt aufweisen, wobei die Struktur einer jeden Packungsplatte in dem unteren Abschnitts die gleiche ist wie die Struktur der Packungsplatte in dem oberen Abschnitt.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei sich bei der stärker flüchtigen Komponente um Stickstoff und bei der weniger stark flüchtigen Komponente um Sauerstoff handelt.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei sich bei der stärker flüchtigen Komponente um Argon und bei der weniger stark flüchtigen Komponente um Sauerstoff handelt.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Strukturunterschied eine verringerte Crimp-Höhe in dem unteren Abschnitt und dem oberen Abschnitt einer jeden Packungsplatte relativ zu der Crimp-Höhe in dem mittleren Abschnitt einer jeden Packungsplatte umfasst.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die Crimp-Höhe in dem unteren Abschnitt und dem oberen Abschnitt einer jeden Packungsplatte Null ist.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Strukturunterschied Wellungen in dem unteren Abschnitt und dem oberen Abschnitt einer jeden Packungsplatte umfasst, die unter einem steileren Winkel als die Wellungen in dem mittleren Abschnitt einer jeden Packungsplatte angeordnet sind.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der untere Abschnitt einer jeden Platte so bemessen ist, dass er maximal die vierzig unteren Prozent der Höhe einer jeden Platte ausmacht.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der obere Abschnitt einer jeden Platte so bemessen ist, dass er maximal die vierzig oberen Prozent der Höhe einer jeden Platte ausmacht.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Größe des unteren Abschnitts einer jeden Platte gleich ist wie die Größe des oberen Abschnitts jeder Platte, so dass die Packungsplatten hinsichtlich ihres vertikalen Mittelpunkts symmetrisch sind.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Packungsplatten in einem oder mehreren Blöcken angeordnet sind, um die Packungshöhe zu erzielen, und wobei die Packungsplatten in jedem Block einen oberen Rand in der gleichen horizontalen Ebene aufweisen, so dass jeder Block eine flache Oberseite aufweist.
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