DE69414517T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft für die Herstellung von Stickstoff unter erhöhtem Druck mittels gepumpten flüssigen Stickstoffs - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft für die Herstellung von Stickstoff unter erhöhtem Druck mittels gepumpten flüssigen Stickstoffs

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Herstellung von Sauerstoff- und Stickstoffprodukten auf erhöhtem Druck durch die kryogene Destillation von Luft.
  • Es gibt viele Situationen, bei denen sowohl Sauerstoff auf erhöhtem Druck als auch Stickstoff auf erhöhtem Druck benötigt werden. Da Ausstattungskosten und Energiekosten die wichtigen Aspekte der Produktionskosten sind, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Ausstattungs- bzw. Energiekosten oder beide zu senken, und zwar bei Verfahren zur Herstellung sowohl von Sauerstoff- als auch Stickstoffprodukten unter erhöhtem Druck.
  • Die US-A-5,148,680 (veröffentlicht am 22. Sept. 1992; entsprechend der EP-A-0 464 630, veröffentlicht am 8. Jan. 1992) offenbart ein Verfahren und eine Einrichtung zur kryogenen Luftzerlegung und Verwendung eines Doppelkolonnen-Destillationssystems, in welchem flüssiger Sauerstoff, der in der Niederdruckkolonne hergestellt wird, unter Druck gesetzt und dann verwendet wird, um einen Speiseluftanteil zu kondensieren. Der kondensierte Speiseluftanteil und alle anderen Speiseluftanteile werden der Hochdruckkolonne zugeführt. Verflüssigtes Stickstoffprodukt aus der Hochdruckkolonne wird ebenfalls unter Druck gesetzt und dann verwendet, um den Speiseluftanteil zu kondensieren. Oberer bzw. Kopf-Rückfluß zur Niederdruckkolonne wird durch einen unreinen flüssigen Stickstoffstrom von einer Zwischenstelle der Hochdruckkolonne oder durchverflüssigtes Stickstoffprodukt aus der Hochdruckkolonne bereitgestellt. Die Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche, basieren auf der US-A-5,148,680.
  • Die GB-A-2,251,931 (veröffentlicht am 22. Juli 1992) offenbart ebenfalls ein Verfahren und eine Einrichtung zur kryogenen Luftzerlegung unter Verwendung eines Doppelkolonnen-Destillationssystems, bei welchem flüssiger Sauerstoff, der in der Niederdruckkolonne hergestellt wird, unter Druck gesetzt und dann verwendet wird, um einen Speiseluftanteil unter erhöhtem Druck zu kondensieren. Zumindest ein Teil des kondensierten Speiseluftanteils wird einer Zwischenstelle der Niederdruckkolonne zugeführt. Oberer bzw. Kopf-Rückfluß zur Niederdruckkolonne wird durch verflüssigtes Stickstoffprodukt aus der Hochdruckkolonne bereitgestellt.
  • Bei der einzigen Beispiels-Ausführungsform (Fig. 2) der GB-A-2,251,931 wird das gesamte Stickstoffprodukt aus der Hochdruckkolonne der Niederdruckkolonne als oberer Rückfluß zugeführt.
  • Die EP-A-0 504 029 (veröffentlicht am 16. Sept. 1992) offenbart ebenfalls ein Verfahren und eine Einrichtung zur kryogenen Luftzerlegung, bei der ein Doppelkolonnen-Destillationssystem verwendet wird, in welchem flüssiger Sauerstoff, der in der Niederdruckkolonne erzeugt wird, im Druck erhöht und dann verwendet wird, um einen im Druck erhöhten Speiseluftanteil zu kondensieren. Zumindest ein Teil des kondensierten Speiseluftanteils wird einer Zwischenstelle der Niederdruckkolonne zugeführt. Oberer bzw. Kopf-Rückfluß zur Niederdruckkolonne wird durch flüssiges Stickstoffprodukt aus der Hochdruckkolonne bereitgestellt.
  • Bei einer Beispiels-Ausführungsform (Fig. 1) der EP-A-0 504 029 wird ein unreiner flüssiger Stickstoffstrom aus einer Zwischenstelle der Hochdruckkolonne der Niederdruckkolonne an einer Stelle zwischen der Einspeisung für die kondensierte Luft und dem oberen Rückfluß eingespeist. Bei dieser Ausführungsform wird ein Teil des flüssigen Stickstoffproduktes aus der Hochdruckkolonne im Druck erhöht und optional ebenfalls verwendet, um den Hochdruck-Speiseluftanteil zu kondensieren.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Zerlegung eines komprimierten Speiseluftstromes zur Verfügung, um Sauerstoff- und Stickstoffgase mit erhöhtem Druck herzustellen, mit den folgenden Schritten:
  • (a) Verwendung eines Doppelkolonnensystems mit einer Niederdruckkolonne und einer Hochdruckkolonne,
  • (b) Einspeisen mindestens eines Anteils der komprimierten und gekühlten Speiseluft in die Hochdruckkolonne,
  • (c) Zerlegung des Anteils der Speiseluft aus dem Schritt (b) in Stickstoffdampf und eine mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit in der Hochdruckkolonne,
  • (d) Einspeisen der mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit aus dem Boden der Hochdruckkolonne an einer Zwischenstelle in die Niederdruckkolonne,
  • (e) Kondensieren mindestens eines Anteils eines stickstoffreichen Dampfes aus der Hochdruckkolonne, wodurch ein flüssiger Stickstoffstrom hergestellt wird; Zurückführen mindestens eines Anteils des flüssigen Stickstoffstromes zum Kopf der Hochdruckkolonne; und Entfernen eines jedweden verbleibenden Anteils des flüssigen Stickstoffs aus dem Doppelkolonnensystem;
  • (f) Erhöhen des Drucks einer stickstoffreichen Flüssigkeit, welche von einer Stelle der Hochdruckkolonne entnommen wird;
  • (g) Kühlen und mindestens teilweises Kondensieren eines Anteils der Speiseluft durch indirekten Wärmetausch mit dem stickstoffreichen Strom mit erhöhtem Druck aus dem Schritt (f); und
  • (h) Entnehmen eines Sauerstoffstroms und eines Dampfstromes, der mindestens 80% Stickstoff enthält, aus der Niederdruckkolonne,
  • dadurch gekennzeichnet, daß (i) kondensierte Speiseluft aus dem Schritt (g) in die Niederdruckkolonne eingespeist wird, und dadurch, daß (ii) Kopfrückfluß zur Niederdruckkolonne bereitgestellt wird, durch: (a) kondensierte Speiseluft und/oder (b) einen unreinen Flüssigstickstoffstrom, der von einer Zwischenstelle der Hochdruckkolonne (5) abgezogen wird.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein oben beschriebenes Verfahren, bei dem der Sauerstoffstrom des Schrittes (h) eine Flüssigkeit ist, und der Druck des flüssigen Sauerstoffstroms auf einen höheren Druck hochverdichtet und durch indirekten Wärmetausch mit einem zweiten Anteil der Speiseluft verdampft wird, wodurch dieser Teil der Speiseluft mindestens teilweise kondensiert wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfügung, wobei die Vorrichtung aufweist:
  • (i) ein Doppelkolonnensystem mit einer Niederdruckkolonne und einer Hochdruckkolonne;
  • (ii) eine Leitungseinrichtung zum Einspeisen mindestens eines Anteils der komprimierten und gekühlten Speiseluft in die Hochdruckkolonne zur Zerlegung in Stickstoffdampf und eine mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit;
  • (iii) eine Leitungseinrichtung zum Einspeisen der mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit aus dem Boden der Hochdruckkolonne zu einer Zwischenstelle in der Niederdruckkolonne;
  • (iv) einem Kondensator zum Kondensieren mindestens eines Anteils eines stickstoffreichen Dampfes aus der Hochdruckkolonne zur Herstellung eines flüssigen Stickstoffstromes;
  • (v) eine Leitungseinrichtung zum Zurückführen eines Anteils des flüssigen Stickstoffstroms zum Kopf der Hochdruckkolonne;
  • (vi) eine Leitungseinrichtung zum Entfernen eines jedweden Anteils des flüssigen Stickstoffs aus dem Doppelkolonnensystem;
  • (vii) einen Kompressor zum Erhöhen des Drucks einer stickstoffreichen Flüssigkeit, welche von einer Stelle der Hochdruckkolonne entfernt wird;
  • (viii) eine Wärmetauscheinrichtung zum Kühlen und zumindest teilweisen Kondensieren eines Anteils der Speiseluft durch indirekten Wärmetausch mit der im Druck erhöhten stickstoffreichen Flüssigkeit; und
  • (ix) eine Leitungseinrichtung zum Entnehmen eines Sauerstoffstroms und eines Dampfstromes, der mindestens 80% Stickstoff enthält, aus der Nieder druckkolonne,
  • dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitungseinrichtung so vorgesehen ist, daß sie kondensierte Speiseluft vom Kondensator in die Niederdruckkolonne einspeist, und (a) die Leitungseinrichtung die kondensierte Lufteinspeisung in den Kopf der Niederdruckkolonne einspeist und/oder (b) eine Leitungseinrichtung vorgesehen ist, um einen unreinen flüssigen Stickstoffstrom von einer Zwischenstelle der Hochdruckkolonne (5) in den Kopf der Niederdruckkolonne einzuspeisen.
  • Das folgende ist eine Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung. In den Zeichnungen zeigen die
  • Fig. 1 bis 3 schematische Darstellungen der drei Ausführungsformen des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hat drei wichtige Merkmale: (1) mindestens ein Anteil einer stickstoffreichen Flüssigkeit aus dem Kolonnensystem wird im Druck hochverdichtet, bevor er verdampft und als Produkt bereitgestellt wird; (2) mindestens ein Anteil der Speiseluft wird zumindest teilweise in indirektem Wärmetausch mit dem hochverdichteten stickstoffreichen Strom kondensiert; und (3) mindestens ein Anteil des flüssigen Stickstoffs, der aus dem dampfförmigen Stickstoff aus dem Oberteil der Hochdruckkolonne auskondensiert wurde, wird als Rückfluß zur Hochdruckkolonne zurückgeführt, wobei jedweder verbleibende Anteil aus dem Kolonnensystem entfernt wird.
  • Bei einem bevorzugten Modus stellt der Anteil des flüssigen Stickstoffs, der das Kolonnensystem im Schritt (3) verläßt, die stickstoffreiche Flüssigkeit im Schritt (1) zur Verfügung. Wenn die stickstoffreiche Flüssigkeit im Schritt (1) von einer anderen Stelle des Kolonnensystems abgezogen wird, kann der entfernte Anteil des flüssigen Stickstoffs im Schritt (3) Null sein.
  • Im bevorzugt ersten Modus wird ein Anteil des flüssigen Sauerstoffs aus dem Kolonnensystem auf einen erhöhten Druck gepumpt und wird ebenfalls durch Wärmetausch mit einem Anteil des Speiseluftstromes verdampft, welcher zumindest teilweise kondensiert wird. Dies wird einen Sauerstoff-Produktstrom auf erhöhten Druck mitproduzieren.
  • Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird am besten unter Bezugnahme auf einige spezifische Ausführungsformen verständlich.
  • Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird Speiseluft, Leitung 100, welche komprimiert und frei von Verunreinigungen ist, zuerst in zwei Nebenströme aufgespalten, Leitungen 102 und 120. Der erste Nebenstrom, Leitung 102, wird im Wärmetauscher 1 auf eine kryogene Temperatur abgekühlt und mit einem Expander-Abstrom gemischt, Leitung 108, um die Hochdruckkolonnen-Einspeisung, Leitung 110, auszubilden, welche dann der Hochdruckkolonne 5 zugeführt wird. Der andere Nebenstrom, Leitung 120, wird weiter im Druck hochverdichtet, beispielsweise auf einen Druck oberhalb von 600 psia (4,1 MPa), der höher ist als derjenige der Hochdruckkolonne 5, und zwar durch den Kompressor 14, dann, Leitung 122, gekühlt und ferner in zwei Teile aufgespalten, Leitungen 140 und 124. Der erste Teil, Leitung 140, wird im Wärmetauscher 2 auf eine Zwischentemperatur gekühlt und isentrop im Expander 12 expandiert. Der Expanderabstrom, Leitung 108, wird mit dem ersten Anteil der gekühlten Luft, Leitung 106, gemischt, um die Hochdruckkolonnen- Einspeisung bereitzustellen, Leitung 110. Der zweite Teil, Leitung 124, wird durch den Kompressor 11 noch weiter komprimiert, welcher mechanisch mit dem Expander 12 verbunden ist. Außerdem oder alternativ kann der Expander 12 mit einem elektrischen Generator gekoppelt sein. Der weiter komprimierte zweite Teil wird dann nachgekühlt, im Wärmetauscher 2 weiter auf eine Temperatur unterhalb -220ºF (-140ºC), vorzugsweise unterhalb -250ºF (-155ºC), abgekühlt (und wird so ein dichtes Fluid), Leitung 152, und in zwei Anteile aufgespalten, Leitungen 157 und 158. Der erste Anteil dieses dichten Fluids, Leitung 157, kann der Hochdruckkolonne 5 an einer Zwischenstelle zugeführt werden. Der verbleibende Anteil, Leitung 158, wird im Unterkühler 3 weiter unterkühlt. Dieser unterkühlte Anteil, Leitung 162, wird dann im Oberteil der Niederdruckkolonne 6 als Rückfluß zugeführt.
  • Die Einspeisung in die Hochdruckkolonne 5, Leitung 110 und 157, wird destilliert und in den einen Stickstoffdampfstrom und eine mit Sauerstoff angereicherte Bodenflüssigkeit zerlegt. Der dampfförmige Stickstoff wird in einem Aufkocher/Kondensator kondensiert, der am Boden der Niederdruckkolonne 6 angeordnet ist. Ein Anteil dieses flüssigen Stickstoffs wird als Rückfluß zur Hochdruckkolonne 5 zurückgeführt. Der verbleibende Anteil, Leitung 40, wird in das flüssige Stickstoffprodukt, Leitung 600, und den flüssigen Stickstoff aufgespalten, der im Druck hochverdichtet wird, Leitung 410. Der flüssige Stickstoff, der im Druck hochverdichtet werden soll, Leitung 410, wird durch die Punkte 13 auf einen höheren Druck gepumpt und im Wärmetauscher 2 erwärmt und verdampft, was in einem gasförmigen Stickstoffprodukt mit erhöhtem Druck und nahe der Umgebungstemperatur resultiert, Leitung 400.
  • Die mit Sauerstoff angereicherte Bodenflüssigkeit aus der Hochdruckkolonne 5, Leitung 10, wird in die Niederdruckkolonne 6 an einer Zwischenstelle eingespeist. Dieser Strom und die flüssige Luft, die dem Oberteil der Niederdruckkolonne 6 zugeführt wird, Leitung 162, werden in der Niederdruckkolonne 6 destilliert und in in flüssiges Sauerstoffbodenprodukt und ein stickstoffreiches Kopfprodukt aufgespalten, das mindestens 80% Stickstoff enthält. Ein Anteil des flüssigen Sauerstoffbodenprodukts, Leitung 20, wird vom Boden der Niederdruckkolonne 6 entfernt und dann aufgespalten in ein flüssiges Sauerstoffprodukt, Leitung 700, und einen Anteil, der verdampft und erwärmt wird, bis zu einer Temperatur in der Nähe der Umgebungstemperatur, und zwar im Wärmetauscher 1, und als gasförmiges Sauerstoffprodukt entnommen, Leitung 200. Das stickstoffreiche Kopfprodukt wird vom Oberteil der Niederdruckkolonne 6 entnommen, Leitung 30, im Unterkühler 3 erwärmt und in zwei Anteile aufgespalten, Leitung 304 und 312. Diese beiden Ströme werden dann in den Wärmetauschern 1 und 2 jeweils auf Umgebungstemperatur erwärmt, bevor sie abgeblasen oder zur Luftreinigungs-Absorptionsbett- Regeneration verwendet werden, Leitungen 300, 310 verwendet werden.
  • Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform ist derjenigen, die in Fig. 1 gezeigt ist, ähnlich. Die Unterschiede werden unten beschrieben. Zunächst wird ein zweiter komprimierter Speiseluft-Nebenstrom, Leitung 124, noch weiter komprimiert und dann in zwei Unteranteile, Leitungen 144 und 126 aufgespalten. Der erste Unteranteil, Leitung 126, wird im indirekten Wärmetausch mit dem sich erwärmenden Sauerstoffstrom im Wärmetauscher 4 gekühlt, weiter in zwei Ströme aufgespalten, Leitungen 130 und 138, und zwar an einem Zwischenpunkt des Wärmetauschers 4. Der erste Strom, Leitung 130, wird weiter auf eine Temperatur unterhalb der kritischen Temperatur von Luft durch indirekten Wärmetausch mit sich erwärmendem Sauerstoff im Wärmetauscher 4 gekühlt. Der andere Unteranteil, Leitung 144, wird im Wärmetauscher 2 gekühlt, mit dem Strom, Leitung 148, vom Wärmetauscher 4 bei einer Zwischentemperatur kombiniert und weiter auf eine Temperatur unter -220ºF (-140ºC), vorzugsweise unter -250ºF (-155ºC) gekühlt. Die Luftströme mit höherem Druck, die unter -220ºF (-140ºC) gekühlt werden, Leitungen 152 und 132, werden dann kombiniert. Als zweites wird der flüssige Sauerstoff, Leitung 20, aus der Niederdruckkolonne 6 durch die Pumpe 15 auf einen höheren Druck gepumpt und dann verdampft und im Wärmetauscher 4 auf Umgebungstemperatur erwärmt. Ein Anteil des kondensierten flüssigen Stickstoffes, Leitung 40, wird gegen die Speiseluft 102 im Wärmetauscher 1 erwärmt, bevor er als Produkt entnommen wird, Leitung 800. Als Option wird ein unreiner flüssiger Stickstoffstrom, Leitung 42, von einer Zwischenstelle der Hochdruckkolonne abgezogen, in der kalten Sektion des Unterkühlers 3 unterkühlt und zusammen mit der unterkühlten flüssigen Luft, Leitung 162, dem Oberteil der Niederdruckkolonne 6 zugeführt, Leitung 164.
  • Die Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Hauptunterschied zwischen der Ausführungsform der Fig. 3 und der Ausführungsform der Fig. 2 liegt darin, daß der unreine flüssige Stickstoffstrom, Leitung 42, der von einer Zwischenstelle der Hochdruckkolonne 6 abgezogen und in der kalten Sektion des Unterkühlers 3 unterkühlt wird, dem Oberteil der Niederdruckkolonne 6 zugeführt wird, aber die unterkühlte flüssige Luft, Leitung 162, wird einer Zwischenstelle in der Niederdruckkolonne 6 zugeführt. Der Rest der Ausführungsform ist der gleiche wie in Fig. 2, außer daß kein Anteil des flüssigen Stickstoffs, Leitung 40, dem Wärmetauscher 1 zugeführt wird.
  • Resultate einer Simulation unter Verwendung der Ausführungsform nach Fig. 2, sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt. Die Reinheiten der Produkte Sauerstoff (Strom 200) und Stickstoff (Ströme 400 und 600) sind jeweils 98% 02 und 6 vppm O&sub2;.
  • Ein unerwarteter Vorteil der vorliegenden Erfindung, insbesondere, wenn eine Fraktion des teilweise kondensierten Speiseluftanteils dem Oberteil der Niederdruckkolonne als unreiner Rückfluß zugeführt wird und wo Produktdrücke hoch sind, liegt darin, daß die geringere Sauerstoffrückgewinnung, die daraus resultiert, daß kein Stickstoffrückfluß in der Niederdruckkolonne vorhanden ist, nicht in einem Gesamt-Energienachteil oder in einem Kapitalnachteil resultiert. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist speziell dann vorteilhaft, wenn sowohl Sauerstoff als auch Stickstoff bei sehr hohen Drücken benötigt werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist unter Bezugnahme auf einige spezielle Ausführungsformen beschrieben worden. Diese Ausführungsformen sollten nicht als Einschränkung der vorliegenden Erfindung betrachtet werden.

Claims (24)

1. Verfahren zur Zerlegung eines komprimierten Speiseluftstroms (100) zur Erzeugung von Sauerstoff- und Stickstoffgasen mit erhöhtem Druck mit den folgenden Schritten:
(a) Verwendung eines Doppelkolonnensystems mit einer Niederdruckkolonne (6) und einer Hochdruckkolonne (5),
(b) Einspeisen mindestens eines Anteils (110) der komprimierten und gekühlten Speiseluft in die Hochdruckkolonne (5),
(c) Zerlegung des Anteils der Speiseluft aus dem Schritt (b) in Stickstoffdampf und eine mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit (10) in der Hochdruckkolonne (5);
(d) Einspeisen der mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit (10) aus dem Boden der Hochdruckkolonne (5) an einer Zwischenstelle in die Niederdruckkolonne (6),
(e) Kondensieren mindestens eines Anteils eines stickstoffreichen Dampfes aus der Hochdruckkolonne (5), wodurch ein flüssiger Stickstoffstrom hergestellt wird; Zurückführen mindestens eines Anteils des flüssigen Stickstoffstromes zum Kopf der Hochdruckkolonne (5); und Entfernen eines jedweden verbleibenden Anteils (40) des flüssigen Stickstoffs aus dem Doppelkolonnensystem;
(f) Erhöhen des Drucks (13) einer stickstoffreichen Flüssigkeit (14), welche von einer Stelle der Hochdruckkolonne (5) entnommen wird;
(g) Kühlen und mindestens teilweises Kondensieren (2) eines Anteils (144) der Speiseluft durch indirekten Wärmetausch mit dem stickstoffreichen Strom erhöhten Drucks aus dem Schritt (f); und
(h) Entnehmen eines Sauerstoffstroms (20) und eines Dampfstromes (30), der mindestens 80% Stickstoff enthält, aus der Niederdruckkolonne (6),
dadurch gekennzeichnet, daß
(i) kondensierte Speiseluft (158) aus dem Schritt (g) in die Niederdruckkolonne (6) eingespeist wird und dadurch, daß
(ii) Kopfrückfluß zur Niederdruckkolonne (6) bereitgestellt wird, durch:
(a) kondensierte Speiseluft (158) und/oder
(b) einen unreinen Flüssigstickstoffstrom (42), der von einer Zwischenstelle der Hochdruckkolonne (5) abgezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die stickstoffreiche Flüssigkeit aus dem Kolonnensystem aus Schritt (f) ein Anteil (410) des flüssigen Stickstoffes (40) ist, der aus dem Kolonnensystem im Schritt (e) entnommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die stickstoffreiche Flüssigkeit aus dem Schritt (f) von einer Zwischenstelle der Hochdruckkolonne (5) entnommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der gesamte, im Schritt (e) hergestellte flüssige Stickstoff als Rückfluß zur Hochdruckkolonne (5) zurückgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Sauerstoffstrom (20) des Schrittes (h) eine Flüssigkeit ist, und der Druck des flüssigen Sauerstoffstroms auf einen höheren Druck hochverdichtet (15) und durch indirekten Wärmetausch (4) mit einem zweiten Anteil (126) der Speiseluft verdampft wird, wodurch dieser Teil der Speiseluft mindestens teilweise kondensiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Hauptteil der kombinierten Menge der kondensierten Speiseluftanteile (142 und 152) zum Kopf der Nieder druckkolonne (6) eingespeist wird (158, 162).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Speiseluft (140, 144), die zumindest teilweise kondensiert wird, auf einen höheren Druck als 4,1 MPa (600 psia) komprimiert wird, bevor sie auf eine Temperatur von unterhalb -140ºC (-220ºF) gekühlt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die mindestens teilweise kondensierte Luft (152) ein dichtes Fluid ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Kopf- Rückfluß zur Niederdruckkolonne (6) vollständig durch die kondensierte Speiseluft (158) bereitgestellt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Kopf-Rückfluß zur Niederdruckkolonne (6) teilweise durch kondensierte Speiseluft (158) und teilweise durch den unreinen flüssigen Stickstoffstrom (42) bereitgestellt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Kopf-Rückfluß zur Niederdruckkolonne vollständig durch den unreinen flüssigen Stickstoffstrom (42) bereitgestellt wird, und die kondensierte Speiseluft (158) an einer Zwischenstelle der Niederdruckkolonne (6) eingespeist wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Hochdruck-Luftstrom (140) durch isentrope Expansion (12) von einem höheren Druck auf einen niedrigeren Druck expandiert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Expander (12) für die isentrope Expansion des Hochdruck-Luftstroms (140) mit einem Kompressor (811) gekoppelt ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Kompressor, der mit dem Expander (12) gekoppelt ist, verwendet wird, um einen Luftstrom (124) mit einem Druck zu komprimieren, der höher ist als derjenige der Hochdruckkolonne (5).
15. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Expander (12) für die isentrope Expansion des Hochdruck-Luftstroms (140) mit einem elektrischen Generator gekoppelt ist.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der gasförmige Sauerstoffstrom direkt aus dem Boden der Niederdruckkolonne (6) hergestellt wird.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der sticksstoffreiche Gasstrom direkt aus der Hochdruckkolonne (5) produziert wird.
18. Vorrichtung zur Zerlegung eines komprimierten Speiseluftstromes durch ein im Anspruch 1 beanspruchtes Verfahren, wobei die Vorrichtung aufweist:
(i) ein Doppelkolonnensystem mit einer Niederdruckkolonne (6) und einer Hochdruckkolonne (5);
(ii) eine Leitungseinrichtung (110) zum Einspeisen mindestens eines Anteils der komprimierten und gekühlten Speiseluft in die Hochdruckkolonne (5) zur Zerlegung in Stickstoffdampf und eine mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit;
(iii) eine Leitungseinrichtung (10) zum Einspeisen der mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit aus dem Boden der Hochdruckkolonne (5) zu einer Zwischenstelle in der Niederdruckkolonne (6);
(iv) einem Kondensator zum Kondensieren mindestens eines Anteils eines stickstoffreichen Dampfes aus der Hochdruckkolonne (5) zur Herstellung eines flüssigen Stickstoffstromes;
(v) eine Leitungseinrichtung zum Zurückführen eines Anteils des flüssigen Stickstoffstroms zum Kopf der Hochdruckkolonne (5);
(vi) eine Leitungseinrichtung (40, 400, 410, 600) zum Entfernen eines jedweden Anteils des flüssigen Stickstoffs aus dem Doppelkolonnensystem;
(vii) einen Kompressor (13) zum Erhöhen des Drucks einer stickstoffreichen Flüssigkeit (419), welche von einer Stelle der Hochdruckkolonne (5) entfernt wird;
(viii) eine Wärmetauscheinrichtung (2) zum Kühlen und zumindest teilweisen Kondensieren eines Anteils der Speiseluft durch indirekten Wärmetausch mit der im Druck erhöhten stickstoffreichen Flüssigkeit; und
(ix) eine Leitungseinrichtung (20, 30) zum Entnehmen eines Sauerstoffstroms und eines Dampfstromes, der mindestens 80% Stickstoff enthält, aus der Niederdruckkolonne,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Leitungseinrichtung (158, 162) so vorgesehen ist, daß sie kondensierte Speiseluft vom Kondensator (2) in die Niederdruckkolonne (6) einspeist, und
(a) die Leitungseinrichtung (158, 162) die kondensierte Lufteinspeisung in den Kopf der Niederdruckkolonne (6) einspeist und/oder
(b) eine Leitungseinrichtung (42) vorgesehen ist, um einen unreinen flüssigen Stickstoffstrom von einer Zwischenstelle der Hochdruckkolonne (5) in den Kopf der Niederdruckkolonne (6) einzuspeisen.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der die Leitungseinrichtung (410), die flüssigen Stickstoff aus dem Kolonnensystem entnimmt, einen Anteil des entfernten Stickstoffs dem Kompressor (13) zuführt, um die stickstoffreiche Flüssigkeit bereitzustellen.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der die LeitungsVorrichtung die stickstoffreiche Flüssigkeit von einer Zwischenstelle der Hochdruckkolonne (5) dem Kompressor (13) zuführt.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, bei der die Leitungseinrichtung (2) zum Entnehmen eines Sauerstoffstromes aus der Niederdruckkolonne (6) flüssigen Sauerstoff zu einem Kompressor (15) führt, um dessen Druck stark zu erhöhen, und dann zu einem Wärmetauscher (4) zum indirekten Wärmetausch mit einem zweiten Anteil der Speiseluft, wodurch dieser Anteil der Speiseluft zumindest teilweise kondensiert wird.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, mit einer Leitungseinrichtung (42), die einen unreinen flüssigen Stickstoffstrom als Rückfluß von einer Zwischenstelle der Hochdruckkolonne (5) zum Kopf der Niederdruckkolonne (6) führt.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, bei der die Leitungseinrichtung (158, 162) die kondensierte Speiseluft zum Kopf der Niederdruckkolonne (6) führt.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, bei der die Leitungseinrichtung (158, 162) die kondensierte Speiseluft zu einer Zwischenstelle der Niederdruckkolonne (6) führt.
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