DE69404342T2

DE69404342T2 - Luftzerlegung

Info

Publication number: DE69404342T2
Application number: DE69404342T
Authority: DE
Inventors: Thomas Rathbone
Original assignee: BOC Group Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd
Priority date: 1993-03-08
Filing date: 1994-02-28
Publication date: 1997-11-13
Anticipated expiration: 2014-03-01
Also published as: EP0615105A1; GB9304710D0; US5402646A; EP0615105B1; DE69404342D1; AU679022B2; AU5648294A; JPH074833A

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät zum Trennen von Luft.
Das wichtigste kommerzielle Verfahren zum Trennen von Luft ist die Rektifikation. Die am häufigsten verwendeten Lufttrennungszyklen enthalten die Schritte des Komprimierens eines Luftstroms, Reinigen des resultierenden Stromes aus komprimierter Luft durch Entfernen von Wasserdampf und Kohlendioxid, und Kühlen des Stromes aus komprimierter Luft durch Wärmetausch mit rückführenden Produktströmen auf eine Temperatur, die für dessen Rektifikation geeignet ist. Die Rektifikation wird in einer sogenannten "Doppel- Rektifikationskolonne" ausgeführt, die eine Hochdruck- und eine Niederdruckrektifikations-kolonne umfaßt, d. h. eine der beiden Kolonnen arbeitet bei einem höheren Druck, als die andere. Der größte Teil, wenn nicht die gesamte Luft wird in die Hochdruckkolonne eingeführt und in sauerstoffangereicherte flüssige Luft und flüssigen Stickstoffdampf getrennt. Der Stickstoffdampf wird kondensiert. Ein Teil des Kondensats wird als flüssiger Rückfluß in der Hochdruckkolonne verwendet. Die sauerstoffangereicherte Flüssigkeit wird von dem Boden der Hochdruckkolonne abgezogen, wird unterkühlt und wird durch ein Drosselungs- oder Druckreduzierungsventil in einen Zwischenbereich der Niederdruckkolonne eingeführt. Die sauerstoffangereicherte Flüssigkeit wird in der Niederdruckkolonne in im wesentlichen reine Sauerstoff- und Stickstoffprodukte getrennt. Diese Produkte werden im dampfförmigen Zustand von der Niederdruckkolonne abgezogen und bilden die rückführenden Ströme, mit denen der eintretende Luftstrom Wärme tauscht. Der flüssige Rückfluß von der Niederdruckkolonne wird dadurch geschaffen, daß der Kondensat-Rest von der Hochdruckkolonne entnommen wird, dieser unterkühlt wird, und durch ein Drosselungs- oder Druckreduzierungsventil in den Kopf der Niederdruckkolonne geleitet wird.
Konventionell wird die Niederdruckkolonne bei Drücken im Bereich von 1 bis 1,5 absoluten Atmosphären (1 - 1,5 bar) betrieben. Der flüssige Sauerstoff am Boden der Niederdruckkolonne wird verwendet, um die Kondensationsarbeit im Kopf der Hochdruckkolonne zu decken. Demgemäß tauscht der Stickstoffdampf vom Kopf der Hochdruckkolonne Wärme mit dem flüssigen Sauerstoff am Boden der Niederdruckkolonne. Es wird ermöglicht, daß ausreichend flüssiger Sauerstoff verdampft, um dadurch den Anforderungen der Niederdruckkolonne für das Aufkochen gerecht zu werden und zu ermöglichen, daß ein guter Ertrag an gasförmigem Sauerstoffprodukt erreicht wird. Der Druck im Kopf der Hochdruckkolonne und damit der Druck, auf den die eintretende Luft komprimiert wird, ist so angepaßt, daß die Temperatur des kondensierenden Stickstoffs ein Grad oder zwei Kelvin höher, als die des kochenden Sauerstoffs in der Niederdruckkolonne liegt. Als Konsequenz aus diesen Beziehungen ist es im allgemeinen nicht möglich, die Hochdruckkolonne unterhalb eines Druckes von ungefähr 5,5 bar zu betreiben.
Verbesserungen des Lufttrennungsprozesses sind vorgeschlagen worden, die ermöglichen, daß die Hochdruckkolonne bei einem Druck unterhalb von 5,5 bar betrieben wird, wenn das Sauerstoffprodukt keine hohe Reinheit besitzt, wobei es von 3 bis 20 Vol.-% Unreinheiten umfaßt. Die US-A-4,410,343 (Ziemer) offenbart, daß, wenn Sauerstoff mit solch einer niedrigen Reinheit benötigt wird, Luft, anstatt das oben beschriebene Glied zwischen der Nieder- und Hochdruckkolonne, verwendet wird, um Sauerstoff am Boden der Niederdruckkolonne zu kochen, um sowohl das Aufkochen dieser Kolonne zu schaffen, als auch das Sauerstoffprodukt zu verdampfen. Die resultierende kondensierte Luft wird dann sowohl in die Hochdruck- als auch in die Niederdruckkolonne eingeführt. Ein Strom aus sauerstoffangereicherter Flüssigkeit wird von der Hochdruckkolonne abgezogen, durch ein Drosselungsventil geleitet und ein Teil davon wird verwendet, um die Stickstoffkondensationsarbeit im Kopf der Hochdruckkolonne auszuführen.
Die US-A-3,210,951 offenbart auch einen Prozeß zum Erzeugen von unreinem Sauerstoff, bei dem Luft verwendet wird, um den Sauerstoff am Boden der Niederdruckkolonne zu kochen, um sowohl das Aufkochen dieser Kolonne zu schaffen, als auch das Sauerstoffprodukt zu verdampfen. In diesem Fall wird jedoch die sauerstoffangereicherte Flüssigkeit von einem Zwischenbereich der Niederdruckkolonne verwendet, um die Arbeit zum Kondensieren von Stickstoffdampf zu erfüllen, der in der Hochdruckkolonne erzeugt wird. Dieser Prozeß ist zumindest theoretisch in der Lage, den Betriebsdruck der Hochdruckkolonne unter 5 bar zu verringern.
Die US-A-4,208,199 offenbart ein Verfahren zum Trennen von Luft, das umfaßt, daß ein erster Luftstrom in einer Hochdruckrektifikationskolonne rektifiziert wird und dadurch Stickstoffdampf und sauerstoffangereicherte Flüssigkeit erzeugt wird; zumindest einiges von dem Stickstoffdampf kondensiert wird und ein erster Strom aus resultierendem Kondensat als Rückfluß in die Hochdruckrektifikationskolonne und ein zweiter Kondensatstrom als Rückfluß in eine Niederdruckrektifikationskolonne verwendet wird; ein Strom aus sauerstoffangereicherter Flüssigkeit von der Hochdruckrektifikationskolonne abgezogen wird, dieser in der Niederdruckrektifikationskolonne rektifiziert wird und dadurch ein unreines flüssiges Sauerstoffprodukt erzeugt wird; das unreine flüssige Sauerstoffprodukt von der Niederdruckrektifikationskolonne im flüssigen Zustand abgezogen wird; und eine Strömung aus aufgekochter Flüssigkeit aufwärts durch die Niederdruckrektifikationskolonne durch Abziehen eines Flüssigkeitsstromes von der Niederdruckrektifikationskolonne geschaffen wird, der Flüssigkeitsstrom durch Wärmetausch mit einem zweiten Luftstrom aufgekocht wird, und der resultierende aufgekochte Strom in einen Bodenbereich der Niederdruckrektifikationskolonne zurückgeführt wird. Der Oberbegriff der Ansprüche 1 und 9 basiert auf der Offenbarung der US-A-4,208,199.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und Gerät zum Trennen eines unreinen Sauerstoffprodukts von Luft, das für einen gegebenen Druck am Boden der Niederdruckrektifikationskolonne den Betrieb der Hochdruckrektifikation bei einem besonders niedrigen Druck an deren Boden ermöglicht. Wenn der Druck am Boden der Niederdruckkolonne beispielsweise in der Größenordnung von 1,4 bar liegt, kann das Verfahren nach der Erfindung mit einem Druck am Boden der Hochdruckkolonne in der Größenordnung von 3 bar betrieben werden.
Nach der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Trennen von Luft vorgesehen, das umfaßt, daß ein erster Luftstrom in einer Hochdruckrektifikationskolonne rektifiziert wird und dadurch Stickstoffdampf und sauerstoffangereicherte Flüssigkeit erzeugt wird; zumindest einiges von dem Stickstoffdampf kondensiert wird und ein erster Strom aus resultierendem Kondensat als Rückfluß in die Hochdruckrektifikationskolonne und ein zweiter Kondensatstrom als Rückfluß in eine Niederdruckrektifikationskolonne verwendet wird; ein Strom aus sauerstoffangereicherter Flüssigkeit von der Hochdruckrektifikationskolonne abgezogen wird, dieser in der Niederdruckkolonne rektifiziert wird und dadurch ein unreines flüssiges Sauerstoffprodukt erzeugt wird; das unreine flüssige Sauerstoffprodukt in flüssigem Zustand von der Niederdruckrektifikationskolonne abgezogen wird, und eine Strömung aus aufgekochter Flüssigkeit aufwärts durch die Niederdruckrektifikationskolonne durch Abziehen eines Flüssigkeitsstromes von der Niederdruckrektifikationskolonne geschaffen wird, der Flüssigkeitsstrom durch Wärmetausch mit einem zweiten Luftstrom aufgekocht wird, und der resultierende aufgekochte Flüssigkeitsstrom in einen Bodenbereich der Niederdruckrektifikationskolonne zurückgeführt wird; dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsstrom ein Zwischenstrom ist, der eine Sauerstoffkonzentration besitzt, die größer als die der sauerstoffangereicherten Flüssigkeit, aber geringer als die des unreinen flüssigen Sauerstoffprodukts ist.
Die Erfindung schafft auch ein Gerät zum Trennen von Luft mit einer Hochdruckrektifikationskolonne zum Trennen eines ersten Luftstromes in Stickstoffdampf und sauerstoffangereicherte Flüssigkeit, einer Niederdruckrektifikationskolonne zum Erzeugen eines unreinen flüssigen Sauerstoffprodukts mit einem Einlaß für sauerstoffangereicherte Flüssigkeit, die von der Hochdruckrektifikationskolonne abgezogen wird, einer Kondensationsvorrichtung zum Kondensieren von Stickstoff, der in der Hochdruckrektifikationskolonne getrennt wird, einem Mittel zum Zuführen von resultierendem Kondensat als Rückfluß zu der Hochdruckrektifikations- und zu der Niederdruckrektifikationskolonne, einem Auslaß von der Niederdruckrektifikationskolonne für das unreine flüssige Sauerstoffprodukt, einer Aufkochvorrichtung zum Kochen eines Flüssigkeitsstromes, der von der Niederdruckrektifikationskolonne durch einen Auslaß abgezogen wird, durch Wärmetausch mit einem zweiten Luftstrom, und einem Mittel zum Rückführen der resultierenden, aufgekochten Flüssigkeit in den Boden der Niederdruckrektifikationskolonne, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß für den Flüssigkeitsstrom in einem Bereich liegt, der zwischen dem Einlaß für die sauerstoffangereicherte Flüssigkeit und dem Auslaß für das unreine flüssige Sauerstoffprodukt liegt, wodurch der Flüssigkeitsstrom bei der Anwendung eine Zwischenflüssigkeit darstellt, die eine Sauerstoffkonzentration besitzt, die größer als die der sauerstoffangereicherten Flüssigkeit, aber geringer als die des unreinen flüssigen Sauerstoffprodukts ist.
Da der Zwischenstrom unvermeidlich eine niedrigere Temperatur, als das unreine flüssige Sauerstoffprodukt besitzt, ist es möglich, Wärme zwischen dem zweiten Luftstrom und dem Zwischenstrom in einem Temperaturbereich zu tauschen, der geringer als der ist, der im Falle des Wärmetauschs zwischen dem zweiten Luftstrom und dem unreinen flüssigen Sauerstoffprodukt hervorgehen würde. Wenn der zweite Luftstrom zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig durch seinen Wärmetausch mit dem Zwischenstrom kondensiert wird, ergibt sich als Konsequenz, daß ein niedrigerer zweiter Luftstromdruck verwendet werden kann, als der, der andernfalls zum Kochen des unreinen flüssigen Sauerstoffprodukts benötigt würde, um ein Aufkochen für die Niederdruckrektifikationskolonne zu schaffen. Da innerhalb getrennter Temperaturbereiche der zweite Luftstrom kondensiert und der Zwischenstrom aufkocht, ist es möglich, daß das Temperatur-Enthalpie-Profil des kondensierenden zweiten Luftstromes mit dem des aufkochenden Zwischenstromes übereinstimmt, wodurch ein effizienter Wärmetausch zwischen den beiden Strömen ermöglicht wird. Der Sauerstoffgehalt des Zwischenstromes liegt vorzugsweise im Bereich von 50 Vol.-% bis 85 Vol.-%, vorzugsweise jedoch in der Größenordnung von 75%.
Der Stickstoffdampf, der in der Hochdruckrektifikationskolonne erzeugt wird, wird vorzugsweise durch Wärmetausch mit sauerstoffangereicherter Flüssigkeit kondensiert. Vorzugsweise wird der sauerstoffangereicherte Flüssigkeitsstrom für diesen Zweck verwendet, wobei er dadurch zumindest teilweise aufgekocht wird. Somit wird zumindest ein Teil des sauerstoffangereicherten Flüssigkeitsstromes oberstromig zu seiner Einführung in die Niederdruckrektifikationskolonne verdampft.
Der erste und zweite Luftstrom wird jeweils vorzugsweise dadurch ausgebildet, daß Kohlendioxid und Wasserdampf von einer komprimierten Luftströmung entfernt wird und die resultierende gereinigte Luftströmung in einem Hauptwärmetauscher durch gegenstromigen Wärmetausch mit dem unreinen flüssigen Sauerstoffprodukt und mit einem Stickstoffstrom, der von der Niederdruckrektifikationskolonne abgezogen wird, gekühlt wird.
Wenn der Boden der Niederdruckrektifikationskolonne bei einem Druck in der Größenordnung von 1,5 bar oder weniger betrieben wird, wird das unreine flüssige Sauerstoffprodukt vorzugsweise durch eine Pumpe von der Niederdruckrektifikationskolonne abgezogen, die den Druck des Produktes auf einen benötigten Zufuhrdruck erhöht, wobei der unreine flüssige Sauerstoff bei seinem Durchgang durch den Hauptwärmetauscher verdampft wird. Um einen effizienten Wärmetausch zu erreichen, tauscht das verdampfte unreine flüssige Sauerstoffprodukt in dem Hauptwärmetauscher Wärme vorzugsweise mit einem dritten Luftstrom bei einem Druck, der höher als sowohl der Druck des ersten Luftstromes, als auch der Druck des zweiten Luftstromes ist. Vorzugsweise wird der dritte Luftstrom zumindest dadurch teilweise kondensiert (wenn es sich nicht um einen überkritischen Druck handelt). Vorzugsweise wird zumindest ein Teil des teilweise oder vollständig kondensierten dritten Luftstromes in die Hochdruckrektifikationskolonne eingeführt. Vorzugsweise wird auch der zweite Luftstrom in die Hochdruckrektifikationskolonne unterstromig zu seinem Wärmetausch mit dem Zwischenstrom eingeführt.
Wenn der Boden der Niederdruckrektifikationskolonne bei einem im wesentlichen höheren Druck, als 1,5 bar betrieben wird, wird das unreine flüssige Sauerstoffprodukt vorzugsweise druckreduziert und in gegenstromigem Wärmetausch mit dem kondensierenden Stickstoffdampf von der Hochdruckrektifikationskolonne verdampft.
Kühlanforderungen für das Verfahren nach der Erfindung können durch die Verwendung von zumindest einer Expansionsturbine erfüllt werden, um mit der Ausführung von externer Arbeit einen druckerhöhten Luft- oder Stickstoffstrom zu expandieren. Vorzugsweise wird ein Teil des dritten Luftstromes davon entnommen und mit der Ausführung von externer Arbeit in einer Turbine auf den Druck der Hochdruckrektifikationskolonne expandiert und zumindest ein Teil der expandierten Luft wird in die Hochdruckrektifikationskolonne eingeführt. Wenn es gewünscht wird, kann der expandierte Teil des dritten Luftstromes mit dem zweiten Luftstrom oberstromig zu dem Wärmetausch des zweiten Luftstromes mit dem Zwischenstrom vereinigt werden. Es ist alternativ dazu möglich, den Teil des dritten Luftstromes in einer Turbine auf den Druck der Niederdruckrektifikationskolonne zu expandieren und die resultierende expandierte Luft in die Niederdruckrektifikationskolonne einzuführen. Eine andere Alternative besteht darin, einen Stickstoffstrom von der Hochdruckrektifikationskolonne zu entnehmen, den Strom zu erwärmen und ihn dann in einer Turbine zu expandieren, um die notwendige Kühlung für das Verfahren nach der Erfindung zu erzeugen. Typischerweise jedoch kann es, abhängig vom Betriebsdruck der Hochdruckrektifikationskolonne notwendig werden, einen Stickstoffstrom für die Expansion in einer Turbine dadurch zu bilden, daß ein Stickstoffstrom von der Hochdruckkolonne entnommen wird, dieser auf Umgebungstemperatur erwärmt, komprimiert und dann gekühlt wird.
Das Verfahren und das Gerät nach der Erfindung ist für die Erzeugung eines unreinen Sauerstoffprodukts, das nicht mehr als 93 Vol.-% Sauerstoff umfaßt, am geeignetsten. Die Hochdruckrektifikationskolonne kann dann bei einem niedrigen Druck von ungefähr 3 bar betrieben werden.
Das Verfahren und das Gerät nach der vorliegenden Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen jede der Fig. 1 bis 3 ein schematisches Strömungsdiagramm einer Lufttrennungsanlage darstellt.
Bei Fig. 1 wird Luft in einer Komprimierungsvorrichtung 2 auf einen Druck von 3 bar komprimiert. Die resultierende Strömung aus komprimierter Luft gelangt durch ein Reinigungsgerät oder -einheit 4, die in der Lage ist, Wasserdampf und Kohlendioxid von der Luft zu entfernen. Die Einheit 4 verwendet Adsorptionsmittelschichten (nicht gezeigt), um diese Entfernung von Wasserdampf und Kohlendioxid zu bewirken. Die Schichten werden nicht nacheinander betrieben, typischerweise so, daß, während eine oder mehrere Schichten verwendet werden, um Luft zu reinigen, der Rest regeneriert wird, beispielsweise mittels eines Stromes aus heißem Stickstoff. Solch ein Reinigungsgerät und dessen Betrieb ist in der Technik gut bekannt und braucht nicht weiter beschrieben zu werden.
Die gereinigte Luftströmung gelangt durch einen Hauptwärmetauscher 6 von dessen warmem Ende 8 zu dessen kaltem Ende 10. Die Temperatur der Luftströmung wird dadurch von einer ungefähren Umgebungstemperatur auf eine Temperatur reduziert, die für deren Trennung durch Rektifikation geeignet ist. Die Luftströmung verläßt das kalte Ende 10 des Hauptwärmetauschers 6 typischerweise als Dampf bei seiner Sättigungstemperatur. Die Luftströmung wird dann in einen ersten und zweiten Strom unterteilt. Der erste Luftstrom wird in einen Bodenbereich durch einen Einlaß 14 einer Hochdruckrektifikationskolonne 12 eingeführt. Die Hochdruckrektifikationskolonne 12 enthält Flüssigkeits-Dampf-Kontaktvorrichtungen (nicht gezeigt), wodurch eine absteigende Flüssigkeitsphase in engen Kontakt mit einer aufsteigenden Dampfphase gebracht wird, so daß eine Massen-Übertragung zwischen den Phasen stattfindet. Das Flüssigkeits-Dampf-Kontaktmittel kann beispielsweise Destillationsböden (vorzugsweise siebartig) oder -füllkörper (vorzugsweise strukturierte Füllkörper) umfassen. Beim Betrieb der Hochdruckrektifikationskolonne 12 sammelt sich an deren Boden Flüssigkeit. Da der erste Luftstrom in einen Bodenbereich der Hochdruckrektifikationskolonne 12 eingeführt wird, steht die Flüssigkeit am Boden der Kolonne 12 ungefähr im Gleichgewicht mit dieser Luft, und da Sauerstoff weniger flüchtig als die anderen Hauptkomponenten (Stickstoff und Argon) der Luft ist, enthält die Flüssigkeit eine größere Molfraktion an Sauerstoff, als die eintretende gasförmige Luft. Typischerweise ist die Hochdruckrektifikationskolonne 12 mit ausreichend theoretischen Trennstufen konstruiert, um zu ermöglichen, daß in deren Kopf im wesentlichen reiner Stickstoffdampf erzeugt wird.
Somit erzeugt die Hochdruckrektifikationskolonne 12 eine sauerstoffangereicherte flüssige Fraktion in ihrem Boden und eine Stickstoffdampffraktion in ihrem Kopf. Der zweite Luftstrom strömt durch eine erste Kondensations-Aufkochvorrichtung 16 und wird dadurch vollständig kondensiert. Der kondensierte zweite Luftstrom strömt durch einen Einlaß 18 in die Hochdruckrektifikationskolonne 12, der über dem Einlaß 14 angeordnet ist.
Der flüssige Stickstoffrückfluß für die Hochdruckrektifikationskolonne 12 wird dadurch ausgebildet, daß Stickstoffdampf davon durch einen Auslaß 20 an deren Kopf abgezogen wird, der Stickstoffdampf in einer zweiten Kondensations-Aufkochvorrichtung 22 kondensiert wird und ein Strom des kondensierten Stickstoffs durch einen Einlaß 24 in den Kopf der Rektifikationskolonne 12 zurückgeführt wird. Ein anderer Strom des kondensierten Stickstoffs wird in einem Wärmetauscher 26 unterkühlt und strömt als Rückfluß durch ein Druckreduzierungs- oder Drosselungsventil 28 in den Kopf einer Niederdruckrektifikationskolonne 30. Die Niederdruckrektifikationskolonne 30 ist mit Flüssigkeits-Dampf-Kontaktvorrichtungen (nicht gezeigt) vorgesehen, die ähnlich zu denen sind, die in der Hochdruckrektifikationskolonne 12 verwendet werden, um eine absteigende flüssige Phase in engen Kontakt mit einer aufsteigenden Dampfphase zu bringen, so daß eine Massen- Übertragung zwischen den beiden Phasen stattfindet.
Ein Strom aus sauerstoffangereicherter Flüssigkeit wird durch einen Auslaß 32 vom Boden der Hochdruckrektifikationskolonne 12 abgezogen, wird in einem Wärmetauscher 34 unterkühlt und strömt durch ein Druckreduzierungs- oder Drosselungsventil 36. Der resultierende sauerstoffreiche Flüssigkeitsstrom wird in zwei Nebenströme unterteilt. Ein erster Nebenstrom strömt durch die zweite Kondensations-Aufkochvorrichtung 22, wodurch die notwendige Kühlung für die Kondensation des Stickstoffdampfes geschaffen wird, der durch den Auslaß 20 von der Hochdruckrektifikationskolonne 12 abgezogen wird. Der erste Nebenstrom aus sauerstoffreicher Flüssigkeit wird als Ergebnis des Wärmetauschs mit dem kondensierenden Stickstoffdampf gekocht und die resultierende gekochte sauerstoffreiche Flüssigkeit wird durch einen Einlaß 38 in die Niederdruckkolonne 30 eingeführt. Der zweite Nebenstrom aus sauerstoffreicher Flüssigkeit wird durch einen Einlaß 40 in die Niederdruckrektifikationskolonne 30 eingeführt, der über dem Einlaß 38 angeordnet ist. Ein Flüssigkeits- oder Dampfstrom mit einer Zusammensetzung, die ungefähr der von Luft entspricht, wird auch durch einen Auslaß 42 von der Niederdruckrektifikationskolonne 12 abgezogen und strömt durch ein Druckreduzierungs- oder Drosselungsventil 44. Das resultierende druckverminderte Fluid tritt durch einen Einlaß 46 in die Niederdruckrektifikationskolonne 30 ein, der über dem Einlaß 40 angeordnet ist. Die Fluide, die durch die Einlässe 38, 40 und 46 in die Niederdruckrektifikationskolonne 30 eingeführt werden, werden darin in Stickstoffdampf und unreinen flüssigen Sauerstoff getrennt. Der Druck im Kopf der Rektifikationskolonne 30 liegt typischerweise in der Größenordnung von 1,3 bar.
Um eine nach oben gerichtete Dampfströmung vom Boden in den Kopf der Niederdruckrektifikationskolonne 30 zu schaffen, wird ein Flüssigkeitsstrom (der "Zwischen"-Strom) durch einen Auslaß 48 von der Niederdruckrektifikationskolonne 30 bei einem Niveau abgezogen, so daß eine Flüssigkeit abgezogen wird, die typischerweise 75 Vol.-% Sauerstoff umfaßt. Der Zwischenstrom strömt durch die erste Kondensations-Aufkochvorrichtung 16 gegenstromig in Wärmetauscherbeziehung damit zu dem zweiten Luftstrom. Dementsprechend wird die notwendige Kühlung zum Kondensieren des zweiten Luftstromes damit geschaffen, und der Zwischenstrom wird selbst aufgekocht. Der resultierende kochende Zwischenstrom wird durch einen Einlaß 51 in die Niederdruckrektifikationskolonne 30 an einem Bodenbereich der Niederdruckrektifikationskolonne 30 wiedereingeführt.
Als Ergebnis der Trennung, die in der Niederdruckrektifikationskolonne 30 stattfindet, wird ein unreines flüssiges Sauerstoffprodukt am Boden der Kolonne 30 ausgebildet, das typischerweise eine Größenordnung von 90 Vol.-% Sauerstoff umfaßt. Ein unreiner flüssiger Sauerstoffproduktstrom wird durch eine Pumpe 54 vom Boden der Niederdruckrektifikationskolonne 30 durch einen Auslaß 52 abgezogen. Die Pumpe hebt typischerweise den Druck des unreinen flüssigen Sauerstoffs auf 8 bar oder auf den gewünschten Lieferdruck an. Der resultierende, unter Druck gesetzte unreine flüssige Sauerstoff strömt durch den Hauptwärmetauscher 6 von dessen kaltem Ende 10 zu dessen warmem Ende 8 und wird dadurch auf ungefähren Umgebungsdruck verdampft und erwärmt. Der unreine Sauerstoff kann beispielsweise in einem Verbrennungsprozeß verwendet werden. Ein Stickstoffstrom wird durch einen Auslaß 50 vom Kopf der Niederdruckrektifikationskolonne 30 abgezogen. Der Stickstoffstrom strömt nacheinander durch die Wärmetauscher 26, 34 und 10 und wird somit auf die ungefähre Umgebungstemperatur erwärmt. Der Stickstoff strömt durch jeden dieser Wärmetauscher 26, 34 und 10 von deren kaltem Ende zu deren warmem Ende. Der Stickstoff kann in einem anderen Prozeß verwendet werden oder an die Atmosphäre entlüftet werden.
Um zu ermöglichen, daß die Verdampfung des unter Druck gesetzten unreinen flüssigen Sauerstoffprodukts in einer thermodynamisch effizienten Weise ausgeführt wird, wird ein dritter Luftstrom bei einem höheren Druck, als der des ersten und zweiten Stromes erzeugt, wobei der dritte Luftstrom durch den Hauptwärmetauscher 6 von dessen warmem Ende 8 zu dessen kaltem Ende 10 strömt. Der dritte Luftstrom wird dadurch ausgebildet, daß ein Teil der Luftströmung von einem Zwischenstück zwischen der Reinigungseinheit 4 und dem warmen Ende 8 des Hauptwärmetauschers 6 entnommen wird und dieser auf einen Druck von 20,2 bar in einer Komprimierungsvorrichtung 56 komprimiert wird. Dieser Druck ist ausreichend, damit der dritte Luftstrom in dem Wärmetauscher mit dem kochenden, flüssigen Sauerstoffproduktstrom kondensiert. Der kondensierte dritte Luftstrom wird dann durch den Durchgang durch ein Druckreduzierungs- oder Drosselungsventil 58 auf den ungefähren Betriebsdruck der Hochdruckrektifikationskolonne 12 druckreduziert. Unterstromig zu dem Ventil 58 fließt der dritte Luftstrom bei einem Bereich zwischen der ersten Kondensations- Aufkochvorrichtung 16 und dem Einlaß 18 zu der Hochdruckrektifikationskolonne 12 mit dem zweiten Luftstrom zusammen.
Die Kühlanforderungen für die Anlage, die in der Zeichnung gezeigt ist, werden dadurch erzeugt, daß ein Teil des dritten Luftstromes von dem Hauptwärmetauscher 6 bei einer Temperatur von ungefähr 151 K abgezogen wird und die abgezogene Luft in einer Expansionsturbine 60 unter Ausführung von externer Arbeit expandiert wird. Wenn es gewünscht wird, kann die externe Arbeit aus einer Komprimierungsarbeit bestehen. Die expandierte Luft verläßt die Turbine 60 bei einer Temperatur von 92,4 K und bei dem ungefähren Druck der Hochdruckrektifikationskolonne 12, und fließt mit dem zweiten Luftstrom oberstromig zu dessen Durchgang durch die erste Kondensations- Aufkochvorrichtung 16 zusammen.
In Fig. 2 ist eine Lufttrennungsanlage gezeigt, die im wesentlichen ähnlich zu der ist, die in Fig. 1 gezeigt ist. Gleiche Teile in den Fig. 1 und 2 werden durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Unterschiede zwischen dem Aufbau / Betrieb der Anlage, die in Fig. 2 gezeigt ist, und dem Aufbau / Betrieb von der, die in Fig. 1 gezeigt ist, bestehen darin, wie folgt.
Erstens kommuniziert der Auslaß der Turbine 60, der in Fig. 2 gezeigt ist, mit einem Einlaß 62 zu der Niederdruckrektifikationskolonne 30 und nicht mit dem zweiten Luftstrom oberstromig zu der Kondensations-Aufkochvorrichtung 16 (vgl. Fig. 1). Dementsprechend strömt die expandierte Luft, welche die Turbine 60 verläßt, direkt in die Niederdruckkolonne 30.
Zweitens ist der Auslaß 42 von der Hochdruckkolonne 12, das Druckreduzierungsventil 44, der Einlaß 46 zu der Niederdruckrektifikationskolonne 30 und die zugeordnete Verrohrung der Anlage, die in Fig. 1 gezeigt ist, vollständig von der Anlage, die in Fig. 2 gezeigt ist, weggelassen. Dementsprechend wird in der Anlage, die in Fig. 2 gezeigt ist, kein Flüssigkeits- oder Dampfstrom von einem Zwischenbereich der Hochdruckrektifikationskolonne 12 entnommen und in einen Zwischenbereich der Niederdruckrektifikationskolonne 30 eingeführt.
Drittens wird in der Anlage, die in Fig. 2 gezeigt ist, ein Hauptteil des kondensierten zweiten Luftstromes oberstromig zu dem Mischen dieses Stromes mit dem dritten Luftstrom unterstromig zu dem Druckreduzierungsventil 58 entnommen. Der Hauptteil des kondensierten Luftstromes gelangt durch ein Expansions- oder Druckreduzierungsventil 64 und wird durch einen Einlaß 66 in die Niederdruckrektifikationskolonne 30 bei einem Niveau eingeführt, das über dem des Einlasses 62 angeordnet ist.
Viertens strömt in der Anlage, die in Fig. 2 gezeigt ist, das gesamte Fluid, das durch das Druckreduzierungsventil 36 gelangt, durch die zweite Kondensations-Aufkochvorrichtung 22 und wird darin typischerweise nicht vollständig aufgekocht. Somit besteht in der Anlage, die in Fig. 2 gezeigt ist, kein Einlaß zu der Niederdruckrektifikationskolonne 30, der mit Einlaß 40, der in Fig. 1 der Zeichnungen gezeigt ist, korrespondiert.
Da der Aufbau und der Betrieb der Anlage, die in Fig. 2 gezeigt ist, in jeder anderen Hinsicht im wesentlichen der gleiche wie der ist, der in Fig. 1 gezeigt ist, wird auf eine weitere Beschreibung der Anlage, die in Fig. 2 gezeigt ist, und deren Betrieb verzichtet.
Es wird jedoch ein darstellendes Beispiel des Betriebs der Anlage, die in Fig. 2 gezeigt ist, unten in den Tabellen 1 und 2 angegeben. Tabelle 2 Kennzeichnung der Ströme A bis R in Tabelle 1
In Fig. 3 der begleitenden Zeichnungen ist eine Anlage gezeigt, in der die Niederdruckrektifikationskolonne bei einem Druck von 4 bar betrieben wird, um zu ermöglichen, daß ein unter Druck gesetztes Stickstoffprodukt ohne eine Stickstoffkomprimierungsvorrichtung produziert wird, die für diesen Zweck vorgesehen ist. Bei Fig. 3 wird Luft in einer Hauptkomprimierungsvorrichtung 100 auf einem Druck von 7,7 bar komprimiert. Die resultierende Strömung aus komprimierter luft gelangt durch ein Reinigungsgerät oder -einheit 102, die in der Lage ist, Wasserdampf und Kohlendioxid aus der Luft zu entfernen. Die Einheit 102 verwendet Adsorptionsmittelschichten (nicht gezeigt), um die Entfernung von Wasserdampf und Kohlendioxid zu bewirken. Die Schichten werden nicht nacheinander betrieben, typischerweise so, daß, während eine oder mehrere Schichten verwendet werden, um Luft zu reinigen, der Rest regeneriert wird, beispielsweise mittels eines Stromes aus heißem Stickstoff. Solch ein Reinigungsgerät und dessen Betrieb sind gut bekannt und werden deshalb nicht weiter beschrieben.
Die gereinigte Luft wird in einen ersten und zweiten Luftstrom aufgeteilt. Der erste Luftstrom strömt nacheinander durch einen ersten Hauptwärmetauscher 104 und einen zweiten Hauptwärmetauscher 106. Der erste Luftstrom wird dadurch auf eine Temperatur vermindert, die für dessen Trennung durch Rektifikation geeignet ist. Typischerweise verläßt der erste Luftstrom das kalte Ende des zweiten Hauptwärmetauschers als Dampf bei seiner Sättigungstemperatur. Der erste Luftstrom wird durch einen Einlaß 110 in einen Bodenbereich einer Hochdruckrektifikationskolonne 108 eingeführt. Die Hochdruckrektifikationskolonne 108 enthält Flüssigkeits-Dampf-Kontaktvorrichtungen (nicht gezeigt), wodurch eine absteigende Flüssigkeitsphase in engem Kontakt mit einer aufsteigenden Dampfphase gebracht wird, so daß eine Massen-Übertragung zwischen den Phasen stattfindet. Das Flüssigkeits-Dampf-Kontaktmittel kann beispielsweise Destillationsböden (vorzugsweise siebartig) oder -füllkörper (vorzugsweise strukturierte Füllkörper) umfassen. Beim Betrieb der Hochdruckrektifikationskolonne 108 sammelt sich Flüssigkeit an deren Boden. Da der erste Luftstrom in einen Bodenbereich der Hochdruckrektifikationskolonne 108 eingeführt wird, befindet sich die Flüssigkeit am Boden der Kolonne 108 ungefähr im Gleichgewicht mit dieser Luft, und da Sauerstoff weniger flüchtig als die anderen Hauptkomponenten (Stickstoff und Argon) der Luft ist, enthält die Flüssigkeit eine größere Molfraktion an Sauerstoff, als die eintretende gasförmige Luft. Typischerweise ist die Hochdruckrektifikationskolonne 108 mit ausreichend theoretischen Trennstufen konstruiert, um zu ermöglichen, daß an deren Kopf im wesentlichen reiner Stickstoff erzeugt wird. Somit erzeugt die Hochdruckrektifikationskolonne 108 eine sauerstoffangereicherte Flüssigkeitsfraktion an deren Boden und eine Stickstoffdampffraktion an deren Kopf.
Der zweite Strom aus gereinigter Luft wird weiter auf einen Druck von ungefähr 9,2 bar in einer Verstärkerkomprimierungsvorrichtung 112 komprimiert. Unterstromig zu der Verstärkerkomprimierungsvorrichtung 112 wird der zweite Luftstrom auf eine Temperatur gekühlt, die für dessen Trennung durch Rektifikation geeignet ist, wobei die Kühlung durch den nacheinander ablaufenden Durchgang durch die Hauptwärmetauscher 104 und 106 bewirkt wird. Der gekühlte zweite Luftstrom strömt von dem kalten Ende des Wärmetauschers 106 durch eine erste Kondensations-Aufkochvorrichtung 114, in der er vollständig kondensiert wird. Der kondensierte zweite Luftstrom wird in zwei Nebenströme unterstromig zu deren Durchgang durch die erste Kondensations-Aufkochvorrichtung 114 unterteilt. Ein Nebenstrom gelangt durch ein Drosselungs- oder Druckreduzierungsventil 116 und wird auf den ungefähren Betriebsdruck (ungefähr 7,5 bar) der Hochdruckrektifikationskolonne druckreduziert. Dieser Nebenstrom strömt von dem Druckreduzierungsventil 116 durch einen Einlaß 118 in die Hochdruckrektifikationskolonne 108. Der andere Nebenstrom aus kondensierter Luft strömt durch ein Druckreduzierungsventil 120 und wird dadurch auf den ungefähren Druck der Niederdruckrektifikationskolonne 122 (ungefähr 4,15 bar) druckreduziert. Dieser Nebenstrom aus kondensierter Luft strömt von dem Druckreduzierungsventil 120 durch einen Einlaß 124 in die Niederdruckrektifikationskolonne 122.
Der flüssige Stickstoffrückfluß für die Hochdruckrektifikationskolonne 108 wird dadurch ausgebildet, daß Stickstoffdampf davon durch einen Auslaß 126 an deren Kopf abgezogen wird, der Stickstoffdampf in einer zweiten Kondensations-Aufkochvorrichtung 128 kondensiert wird und ein Strom aus resultierendem kondensiertem Stickstoff durch einen Einlaß 130 in den Kopf der Hochdruckrektifikationskolonne 108 zurückgeführt wird. Ein anderer Strom aus kondensiertem Stickstoff wird in einem Wärmetauscher 132 unterkühlt und strömt durch ein Drosselungs- oder Druckreduzierungsventil 134. Der resultierende flüssige Stickstoffstrom strömt von dem Druckreduzierungsventil 134 in die Niederdruckrektifikationskolonne 122 durch einen Einlaß 136 an deren Kopf und dient als Rückfluß in die Kolonne 122. Die Niederdruckrektifikationskolonne 122 ist mit Flüssigkeits-Dampf-Kontaktvorrichtungen (nicht gezeigt) vorgesehen, die ähnlich zu denjenigen sind, die in der Hochdruckrektifikationskolonne 108 verwendet werden, um eine absteigende Flüssigkeitsphase in engen Kontakt mit einer aufsteigenden Dampfphase zu bringen, so daß eine Massen- Übertragung zwischen den beiden Phasen stattfindet.
Ein Strom aus sauerstoffangereicherter Flüssigkeit wird durch einen Auslaß 138 vom Boden der Hochdruckrektifikationskolonne 108 abgezogen, wird in einem Wärmetauscher 140 unterkühlt und strömt durch ein Druckreduzierungs- oder Drosselungsventil 142. Der resultierende sauerstoffreiche Flüssigkeitsstrom wird in zwei Nebenströme unterteilt. Ein erster solcher Nebenstrom strömt durch die zweite Kondensations-Aufkochvorrichtung 128, wodurch die Kühlung für die Kondensation des Stickstoffdampfes geschaffen wird, der durch den Auslaß 126 von der Hochdruckrektifikationskolonne 108 abgezogen wird.
Der erste Nebenstrom aus sauerstoffreicher Flüssigkeit wird als Ergebnis des Wärmetauschers mit dem kondensierenden Stickstoffdampf aufgekocht und der resultierende sauerstoffreiche Dampf wird durch einen Einlaß 144 in die Niederdruckrektifikationskolonne 122 an einem Niveau eingeführt, das unter dem des Einlasses 124 liegt. Der zweite Nebenstrom aus sauerstoffreicher Flüssigkeit wird durch einen Einlaß 146 in die Niederdruckrektifikationskolonne 122 eingeführt, der über dem Einlaß 144, aber unter dem Einlaß 124 angeordnet ist. Ein weiterer Luftstrom wird für die Einführung in die Niederdruckrektifikationskolonne 122 dadurch ausgebildet, daß ein kleiner Teil des zweiten Stromes aus gereinigter Luft von dem Zwischenstück zwischen dem kalten Ende des Wärmetauschers 104 und dem warmen Ende des Wärmetauschers 106 entnommen wird und bewirkt wird, daß dieser durch eine Expansionsturbine 148 strömt. Die Einlaßtemperatur der Turbine 148 liegt typischerweise bei ungefähr 150 K. Die resultierende expandierte Luft verläßt die Turbine 148 bei dem ungefähren Druck der Niederdruckrektifikationskolonne 122 und tritt durch einen Einlaß 150 in die Kolonne 122 bei einem Niveau ein, daß über dem des Einlasses 144, aber unter dem des Einlasses 124 liegt. Die Fluide, die durch die Einlässe 124, 144, 146 und 150 in die Niederdruckrektifikationskolonne 122 eingeführt werden, werden darin in Stickstoffdampf und unreinen flüssigen Sauerstoff getrennt. Der Druck im Kopf der Niederdruckrektifikationskolonne 122 liegt typischerweise in der Größenordnung von 4 bar.
Um eine nach oben gerichtete Dampfströmung von dem Boden zu dem Kopf der Niederdruckrektifikationskolonne 122 zu schaffen, wird ein Flüssigkeitsstrom (der "Zwischen"-Strom) durch einen Auslaß 152 von der Niederdruckrektifikationskolonne 122 bei einem Niveau so abgezogen, das die Flüssigkeit ungefähr 80 Vol.-% Sauerstoff enthält. Der Zwischenstrom strömt durch die erste Kondensations-Aufkochvorrichtung 144 gegenstromig zu dem zweiten gereinigten Luftstrom und schafft somit eine Kühlung für die Kondensation des zweiten gereinigten Luftstromes. Der Zwischenstrom wird selbst aufgekocht und der resultierende Dampf wird durch einen Einlaß 154 in einen Bodenbereich der Niederdruckrektifikationskolonne eingeführt.
Als Ergebnis der Trennung, die in der Niederdruckrektifikationskolonne 122 stattfindet, wird ein unreines flüssiges Sauerstoffprodukt, das typischerweise in der Größenordnung von 90 Vol.-% Sauerstoff enthält, am Boden der Niederdruckrektifikationskolonne 122 ausgebildet. Ein Strom aus unreinem flüssigen Sauerstoffprodukt wird durch einen Auslaß 156 vom Boden der Niederdruckrektifikationskolonne 122 abgezogen. Der Strom aus unreinem flüssigen Sauerstoffprodukt strömt durch ein Drosselungs- oder Druckreduzierungsventil 158 und wird dadurch auf ungefähr 1,5 bar druckreduziert. Der unreine Produktsauerstoffstrom strömt durch die zweite Kondensations- Aufkochvorrichtung 128 gegenstromig zu dem kondensierenden Stickstoffstrom und wird dadurch verdampft. Das Sauerstoffprodukt strömt von der zweiten Kondensations- Aufkochvorrichtung 128 nacheinander durch die Wärmetauscher 140, 106 und 104, und kann bei Umgebungstemperatur beispielsweise zu einem Begasungs- oder Metallumformungsprozeß gelangen.
Ein Produktstickstoffstrom wird durch einen Auslaß 160 vom Kopf der Niederdruckrektifikationskolonne 122 bei einem Druck von ungefähr 4 bar abgezogen und strömt nacheinander durch die Wärmetauscher 132, 140, 106 und 104, wobei es jeweils von deren kaltem Ende zu deren warmem Ende hindurchströmt. Dadurch wird ein druckerhöhtes Stickstoffprodukt bei ungefährer Umgebungstemperatur erzeugt. Wenn es gewünscht wird, kann dieses Produkt erwärmt werden und dann in einer Expansionsturbine (nicht gezeigt) expandiert werden, um Arbeit davon rückzugewinnen.
Ein darstellendes Beispiel des Betriebes der Anlage, die in Fig. 3 gezeigt ist, ist unten in den Tabellen 3 und 4 angegeben. Tabelle 4 Kennzeichnung der Ströme A bis X in Tabelle 3
Die in den Tabellen für Flüssigkeit und Dampf angegebenen Prozentangaben sind Volumenprozentangaben und sm3/hr bezeichnet den Einheits-Standard-Kubikmeter pro Stunde.

Claims

1. Verfahren zum Trennen von Luft, das umfaßt, daß ein erster Luftstrom in einer Hochdruckrektifikationskolonne rektifiziert wird und dadurch Stickstoffdampf und sauerstoffangereicherte Flüssigkeit erzeugt wird; zumindest einiges von dem Stickstoffdampf kondensiert wird und ein erster Strom aus resultierendem Kondensat als Rückfluß in die Hochdruckrektifikationskolonne und ein zweiter Kondensatstrom als Rückfluß in eine Niederdruckrektifikationskolonne verwendet wird; ein Strom aus sauerstoffangereicherter Flüssigkeit von der Hochdruckrektifikationskolonne abgezogen wird, dieser in der Niederdruckrektifikationskolonne rektifiziert wird und dadurch ein unreines flüssiges Sauerstoffprodukt erzeugt wird; das unreine flüssige Sauerstoffprodukt in flüssigem Zustand von der Niederdruckrektifikationskolonne abgezogen wird; und eine Strömung aus aufgekochter Flüssigkeit aufwärts durch die Niederdruckrektifikationskolonne durch Abziehen eines Flüssigkeitsstromes von der Niederdruckrektifikationskolonne geschaffen wird, der Flüssigkeitsstrom durch Wärmetausch mit einem zweiten Luftstrom aufgekocht wird, und der resultierende aufgekochte Flüssigkeitsstrom in einen Bodenbereich der Niederdruckrektifikationskolonne zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsstrom ein Zwischenstrom ist, der eine Sauerstoffkonzentration besitzt, die größer als die der sauerstoffangereicherten Flüssigkeit, aber geringer als die des unreinen flüssigen Sauerstoffprodukts ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Zwischenstrom einen Sauerstoffgehalt im Bereich von 50 Vol.-% bis 85 Vol.-% besitzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Stickstoffdampf, der in der Hochdruckrektifikationskolonne erzeugt wird, durch Wärmetausch mit sauerstoffangereicherter Flüssigkeit kondensiert wird, wodurch zumindest ein Teil der sauerstoffangereicherten Flüssigkeit oberstromig zu deren Einführung in die Niederdruckrektifikationskolonne verdampft wird.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei ein erster und zweiter Luftstrom jeweils dadurch ausgebildet wird, daß Kohlendioxid und Wasserdampf von einer Strömung aus komprimierter Luft entfernt wird und die resultierende gereinigte Luftströmung in einem Hauptwärmetauscher durch gegenstromigen Wärmetausch mit dem unreinen flüssigen Sauerstoffprodukt und mit einem Stickstoffstrom, der von der Niederdruckrektifikationskolonne abgezogen wird, gekühlt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der unreine flüssige Sauerstoff in dem Hauptwärmetauscher Wärme mit einem dritten Luftstrom bei einem Druck tauscht, der höher ist als entweder der des ersten Luftstromes oder der des zweiten Luftstromes, wodurch der dritte Luftstrom zumindest teilweise kondensiert und in die Hochdruckrektifikationskolonne eingeführt wird, und der dritte Luftstrom von der gereinigten Luftströmung entnommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem ein Teil des dritten Luftstroms davon entnommen wird und unter Ausführung von externer Arbeit in einer Expansionsturbine auf den Druck der Hochdruckrektifikationskolonne expandiert wird, und zumindest ein Teil der expandierten Luft in die Hochdruckrektifikationskolonne eingeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei es zusätzlich enthält, daß der Druck des unreinen Sauerstoffprodukts reduziert wird und dieses durch gegenstromigen Wärmetausch mit dem kondensierenden Stickstoffdampf zumindest teilweise verdampft wird.

8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zumindest ein Teil des zweiten Luftstromes in die Hochdruckrektifikationskolonne unterstromig zu deren Wärmetausch mit dem Zwischenstrom eingeführt wird.

9. Gerät zum Trennen von Luft mit einer Hochdruckrektifikationskolonne (12, 108) zum Trennen eines ersten Luftstromes in Stickstoffdampf und sauerstoffangereicherte Flüssigkeit, einer Niederdruckrektifikationskolonne (30, 122) zum Erzeugen eines unreinen flüssigen Sauerstoffprodukts mit einem Einlaß (38 und 40, 38, 146) für sauerstoffangereicherte Flüssigkeit, die von der Hochdruckrektifikationskolonne (12, 108) abgezogen wird, einer Kondensationsvorrichtung (22, 128) zum Kondensieren von Stickstoff, der in der Hochdruckrektifikationskolonne (12, 108) getrennt wird, einem Mittel zum Zuführen von resultierendem Kondensat als Rückfluß in die Hochdruckrektifikationskolonne (12, 108) und in die Niederdruckrektifikationskolonne (30, 122), einem Auslaß (52, 156) von der Niederdruckrektifikationskolonne (30, 122) für das unreine flüssige Sauerstoffprodukt, einer Aufkochvorrichtung (16, 114) zum Kochen eines Flüssigkeitsstromes, der von der Niederdruckrektifikationskolonne (30, 122) durch einen Auslaß (48, 152) abgezogen wird, durch Wärmetausch mit einem zweiten Luftstrom, und einem Mittel (51, 154) zum Rückführen der resultierenden aufgekochten Flüssigkeit an den Boden der Niederdruckrektifikationskolonne (30, 122), dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (48, 152) für den Flüssigkeitsstrom in einem Bereich liegt, der zwischen dem Einlaß (38 und 40, 38, 146) für die sauerstoffangereicherte Flüssigkeit und dem Auslaß (52, 156) für das unreine flüssige Sauerstoffprodukt liegt, wodurch der Flüssigkeitsstrom bei der Anwendung eine Zwischenflüssigkeit darstellt, die eine Sauerstoffkonzentration besitzt, die größer als die der sauerstoffangereicherten Flüssigkeit, aber geringer als die des unreinen flüssigen Sauerstoffprodukts ist.

10. Gerät nach Anspruch 9, bei dem die Kondensationsvorrichtung (22, 128) angeordnet ist, um bei der Anwendung die sauerstoffangereicherte Flüssigkeit von der Hochdruckrektifikationskolonne (12, 108) zu empfangen.

11. Gerät nach Anspruch 9 oder 10, zusätzlich mit einem Mittel (4, 102) zum Reinigen einer Strömung aus komprimierter Luft durch Entfernung von Wasserdampf und Kohlendioxid davon, einem Hauptwärmetauscher (6, 104 und 106) zum Kühlen der Luftströmung bei der Anwendung durch Wärmetausch mit dem unreinen flüssigen Sauerstoffprodukt und einem Stickstoffstrom von der Niederdruckrektifikationskolonne (30, 122), einem Mittel zum Entnehmen des ersten und zweiten Luftstromes von der gekühlten Luftströmung, einer Komprimierungsvorrichtung (56, 112) zum Erzeugen eines dritten Luftstromes von der Luftströmung bei einem Bereich zwischen dem Reinigungsmittel (4, 102) und dem Hauptwärmetauscher (6, 104 und 106), und einem Mittel zum Leiten des dritten Luftstromes durch den Hauptwärmetauscher (6, 104 und 106).

12. Gerät nach Anspruch 11, zusätzlich mit einer Expansionsturbine (60, 148) mit einem Einlaß, der mit einem Bereich des Hauptwärmetauschers (6, 104 und 106) kommuniziert, durch den der dritte Luftstrom in der Lage ist, hindurchzuströmen und einem Auslaß, der mit der Hochdruckrektifikationskolonne (12, 108) kommuniziert.