DE69520922T2 - Lufttrennungsverfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Stickstoff - Google Patents

Lufttrennungsverfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Stickstoff

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Trennen von Luft durch Niedertemperatur- Rektifizierung unter Anwendung einer Destillationssäule, um so ein Stickstoffprodukt zu erzeugen.
  • Stickstoff wird durch Niedertemperatur-Rektifizierung von Luft in einer Lufttrennanlage hergestellt. Oftmals arbeiten solche Anlagen mit einer einzigen Destillationssäule und sind auf dem Fachgebiet als Stickstoffgeneratoren bekannt. Nachdem Luft gefiltert, verdichtet und gereinigt worden ist, wird die Luft auf eine für ihre Rektifizierung geeignete Temperatur abgekühlt. Diese Temperatur liegt normalerweise am oder nahe dem Taupunkt der Luft. Danach wird die Luft in eine Destillationssäule mit Flüssigkeits-Dampf-Kontaktelementen eingeleitet, die durch Schalen und/oder Packungen, entweder strukturiert oder zufällig, gebildet sein können. In der Destillationssäule wird eine aufsteigende Dampfphase mit einer absteigenden Flüssigkeitsphase in Berührung gebracht. Das Ergebnis einer solchen Berührung liegt darin, daß die Flüssigkeit immer mehr an Sauerstoff konzentriert wird, so daß eine Sauerstoff-angereicherte Flüssigkeitsfraktion am Boden erzeugt wird und der Dampf wird immer mehr an Stickstoff konzentriert, um so eine stickstoffreiche Kopfdampffraktion zu bilden.
  • Um einen Rückfluß für die Säule zu schaffen, ist ein Kopfkondensator vorgesehen, in welchem die Stickstofffraktion teilweise kondensiert wird. Das Kondensat wird als Rückfluß in die Destillationssäule zurückgeleitet. Typischerweise wird ein Strom sauerstoffreicher Flüssigkeit abgeführt, auf eine niedrige Temperatur expandiert, und dann als Kühlmittel für den Kopfkondensator benutzt. Das Stickstoffprodukt wird als Dampf vom Kopfbereich der Säule abgezogen.
  • Es besteht eine kontinuierlich Wärmeleckage in die Anlage sowie Enthalpiedifferenzen zwischen der Speiseluft und den Produktströmen am warmen Ende der Anlage. Eine solche Wärmeleckage erfordert die Zufuhr von Kühlung zu der Lufttrennanlage. Wenn das Stickstoffprodukt auf dem Säulendruck gehalten werden soll, wird die Kühlung im allgemeinen von außerhalb der Säulenhülle zugeführt. Aus der verdampften Sauerstoff-angereicherten Flüssigkeit, die sämtlich im Kopfkondensator verdampft wird, oder durch Expandieren von Luft von einem höheren Druck herunter auf Säulendruck erhaltene Expansionsarbeit sind übliche Methoden zur Kühlzufuhr. Es gibt auch "flüssigkeitsunterstützte Anlagen", in denen flüssiger Stickstoff von einer externen Quelle in die Säule zugegeben wird, um die notwendige Kühlung zuzuführen.
  • Wie noch erörtert wird, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Lufttrennverfahren und eine Lufttrenneinrichtung, in welcher Kühlung in einer solchen Weise erzeugt wird. daß der Energieverbrauch bei der Erzeugung eines Stickstoffprodukts reduziert wird.
  • Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Trennen von Luft zur Erzeugung eines Stickstoffprodukts vorgesehen, welches die Merkmale des Anspruchs 1 umfaßt. Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Trennen von Luft zur Erzeugung eines Stickstoffprodukts vorgesehen, welches die Merkmale von Anspruch 3 umfaßt.
  • Nach einem dritten Aspekt der Erfindung ist eine Einrichtung zum Trennen von Luft zur Erzeugung eines Stickstoffprodukts vorgesehen, wobei die Einrichtung die Merkmale von Anspruch 5 aufweist.
  • Nach einem vierten Aspekt der Erfindung ist eine Einrichtung zum Trennen von Luft zur Erzeugung eines Stickstoffprodukts vorgesehen, wobei die Einrichtung die Merkmale von Anspruch 6 aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung arbeitet in allen ihren Aspekten unter Ausnutzung des Vorteils größerer Antriebskräfte als notwendig, die bei der Destillation von Luft zur Erzeugung des Stickstoffprodukts eingesetzt werden. Bei der vorliegenden Erfindung wirkt die Sauerstoff-angereicherte Flüssigkeit als Kühlmittel zum Kondensieren des Rückflusses zu der Säule und dient zum Zuführen mindestens eines Teils des Kühlbedarfs für die Anlage, unabhängig von den oben erwähnten typischen Kühlprozessen.
  • Da nicht sämtliche Sauerstoff-angereicherte Flüssigkeit zum Bewirken der Rückflußkondensation benutzt wird, wird möglicherweise eine unzureichende Rückflußzufuhr im Kopfkondensator erzeugt. Um eine solche reduzierte Rückflußproduktion zu kompensieren, kann ein Zwischenrückfluß mindestens durch Flüssigluft und vorzugsweise sowohl durch Flüssigluft als auch durch einen weiteren Rückflußstrom mit geringerem Sauerstoffgehalt als Luft zugeführt werden. Folglich umfaßt nach einem noch weiteren Aspekt die vorliegende Erfindung ein Verfahren, bei welchem der sauerstoff-angereicherte Flüssigkeitsstrom oder ein Teil hiervon teilweise oder insgesamt durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Teil der zu trennenden Luft und vorzugsweise mit einem weiteren Dampfstrom verdampft wird, der von der Säule mit niedrigerem Sauerstoffgehalt als Luft abgezogen wird, wodurch der zu trennende Teil der Luft und, falls vorhanden des sonstigen Dampfstroms verflüssigt wird. Der Teil der zu trennenden Luft und vorzugsweise der andere, von der Säule abgezogene verflüssigte Dampfstrom werden dann als Zwischenrückflußströme in die Destillationssäule eingeleitet, um die Erzeugung des Produktstroms auf einem Niveau aufrechtzuerhalten, das dann erreicht worden wäre, wenn der gesamte Sauerstoff-angereicherte Flüssigkeitsstrom zum Kondensieren mindestens eines Teils des stickstoffreichen Kopfdampfs benutzt würde. Stromauf der teilweisen Verdampfung des sauerstoffreichen Flüssigkeitsstroms oder der vollständigen Verdampfung eines Teils des Sauerstoff-angereicherten Flüssigkeitsstroms wird die Sauerstoff-angereicherte Flüssigkeit vorzugsweise expandiert, um eine Temperaturdifferenz für den indirekten Wärmeaustausch mit dem Teil der Luft und vorzugsweise, falls vorhanden, des von der Säule abgezogenen Dampfstroms zu erzeugen.
  • Die vorliegende Erfindung funktioniert mit all ihren Aspekten, indem sie den Vorteil der gegenüber dem notwendigen größeren, bei der Destillation von Luft angewendeten Treibkräfte ausnutzt.
  • Verfahren und Einrichtungen nach der Erfindung werden nun beispielshalber unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigt:
  • Fig. 1 ein schematisches Flußdiagramm einer ersten Lufttrennanlage, und
  • Fig. 2 ein schematisches Flußdiagramm einer zweiten Lufttrennanlage.
  • Gleiche Komponenten und Ströme in den Fig. 1 und 2 sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
  • In Fig. 1 ist ein Einzelsäulen-Stickstoffgenerator 10 dargestellt. Ein einströmender Luftstrom 12 wird durch einen Filter 14 gefiltert, um Staubpartikel und dergleichen abzuscheiden. Der Luftstrom 12 wird nach dem Filtern mittels eines Verdichters 16 verdichtet und danach wird die Kompressionswärme durch einen herkömmlichen Nachkühler 18 abgeführt. Wasser, Kohlendioxid und schwere Spurenkomponenten der Luft wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe werden durch eine herkömmliche Vorreinigungseinheit 20 abgeschieden, die mit dem Nachkühler 18 verbunden ist oder anderweitig mit diesem kommuniziert. Die Vorreinigungseinheit 20 kann mehrere Adsorptionsmittelbetten aufweisen, die zu Regenerationszwecken phasenversetzt betrieben werden.
  • Der Luftstrom 12, nachdem er so gefiltert, verdichtet und gereinigt worden ist, wird dann in einen Hauptwärmetauscher 22 eingeleitet und durch Hindurchleiten durch diesen vollständig auf eine für seine Rektifizierung geeignete Temperatur abgekühlt. In dieser Hinsicht bedeutet der Begriff "vollständig abgekühlt", wie er hier verwendet wird, das Abkühlen auf eine Temperatur, bei welcher die Rektifizierung durchgeführt wird. Der Begriff "vollständig erwärmt", wie er hier benutzt wird, bedeutet das Erwärmen auf die Temperatur des warmen Endes des Hauptwärmetauschers 22. Der Begriff "teilweise erwärmt" bedeutet das Erwärmen im Wärmetauscher 22 auf eine Temperatur oberhalb der Rektifizierungstemperatur, aber unterhalb der Temperatur des warmen Endes des Hauptwärmetauschers 22.
  • Nach dem vollständigen Abkühlen innerhalb des Hauptwärmetauschers 22 wird der Luftstrom 12 in einen ersten und zweiten Teilstrom 24 bzw. 26 unterteilt. Der erste Teilstrom 24 bildet einen größeren Teil der zu trennenden Luft und wird in eine Einzeldestillationssäule 30 eingeleitet, die mit Flüssigkeits-Dampf-Kontaktelementen 32, 34 und 36 ausgestattet ist, bei denen es sich um Schalen und/oder eine strukturierte Packung und/oder eine zufällige Packung handeln kann. Die Destillationssäule 30 rektifiziert die einströmende Luft in eine sauerstoffreiche flüssige Fraktion, die sich im Bodenbereich 38 der Destillationssäule 30 sammelt, und eine stickstoffreiche Kopfdampffraktion, die sich im Kopfbereich 40 der Destillationssäule 30 sammelt. Ein Kopfkondensator 42 ist mit der Destillationssäule 30 verbunden oder kommuniziert anderweitig damit, um mindestens einen Teil der stickstoffreichen Dampffraktion zu kondensieren. Zu diesem Zweck strömt ein Teil des Stickstoffdampfstroms 44 aus dem Kopfbereich 40 der Destillationssäule 30 aus und wird in den Kopfkondensator 42 eingeleitet. Der Stickstoffdampfstrom 44 wird durch einen Kühlmittelstrom 46 teilweise kondensiert, der widerum verdampft, um einen verdampften Kühlmittelstrom 47 zu ergeben. Nach der Kondensation wird der Stickstoffdampfstrom 44 als Rückflußstrom 48 in den Kopfbereich 40 der Destillationssäule 30 zurückgeleitet.
  • Ein Sauerstoff-angereicherter Flüssigkeitsstrom 50 strömt aus dem Bodenbereich 38 der Destillationssäule 30 aus. Der Sauerstoff-angereicherte Flüssigkeitsstrom 50 kann dann vorzugsweise in einer Unterkühlereinheit 52 unterkühlt werden, um die Dampfbildung bei der nachfolgenden Entspannung zu minimieren. Danach wird der Sauerstoff-angereicherte Flüssigkeitsstrom 50 in einem Verdampfer 54 teilweise verdampft, nachdem er durch ein Druckminderventil 55 hindurchpassiert ist, und wird dann in einen Phasentrenner 56 eingeleitet, um den Sauerstoff-angereicherten Flüssigkeitsstrom 50 in eine Flüssigkeitsphase und eine Dampfphase zu trennen.
  • Ein Flüssigkeitsphasenstrom 58 strömt vom Phasentrenner 56 durch ein Druckminderventil 60. Die resultierende Expansion senkt die Temperatur des Flüssigkeitsphasenstroms 58 ausreichend ab, damit er als Kühlmittel für den Kopfkondensator 42 dienen kann. Folglich bildet der Flüssigkeitsphasenstrom 58 nach dem Durchgang durch das Druckminderventil 60 den oben erwähnten Kühlmittelstrom 46.
  • Der Phasentrenner 56 ist auch mit dem Hauptwärmetauscher 22 verbunden oder kommuniziert anderweitig damit, so daß ein Dampfphasenstrom 62 sich im Hauptwärmetauscher 22 teilweise erwärmt. Der Dampfphasenstrom 62, nachdem er teilweise erwärmt worden ist, wird in einer Turboexpansionseinrichtung 64 oder einem anderen, mit dem Hauptwärmetauscher 22 verbundenen oder sonst kommunizierenden Expansionsgerät expandiert. Die Expansion des Dampfphasenstroms 62 erzeugt Kühlung in Form eines Kühlmittelstroms 66.
  • Durch indirekten Wärmeaustausch im Gegenstrom mit dem Sauerstoff-angereicherten Flüssigkeitsstrom 50, der dadurch unterkühlt wird, wird der Kühlmittelstrom 66 in der Unterkühlereinheit 52 erwärmt, während der Kühlmittelstrom 47 und ein Produktstrom 68 verdampft wird. Der verdampfte Kühlmittelstrom 47 erwärmt sich nach der Unterkühlereinheit 52 im Hauptwärmetauscher 22 vollständig und bildet einen in Fig. 1 mit WN&sub1; bezeichneten Abgasstrom. Ein Teil des erwärmten verdampften Kühlmittelstroms 47 kann zur Vorreinigungseinheit 20 für Bettregenerationszwecke zugeführt werden. Der Hauptwärmetauscher 22 steht in Verbindung mit der Turboexpansionseinrichtung 64, so daß der Kühlmittelstrom 66 sich innerhalb des Hauptwärmetauschers 22 möglicherweise vollständig erwärmt und als Abgasstrom abgeführt wird, der in Fig. 1 als WN&sub2; bezeichnet wird. Ein Produktstrom 68 wird von der Stickstoffdampf-Kopffraktion entnommen, die sich im Kopfbereich 40 der Destillationssäule 30 sammelt. Nach dem Erwärmen in der Unterkühleinheit 52 strömt der Produktstrom 68 durch den Hauptwärmetauscher 22 und wird als vollständig erwärmter Produktstrom, der mit PN bezeichnet ist, abgeführt.
  • In dem Einzelsäulen-Stickstoffgenerator 10 wird der Sauerstoff-angereicherte Flüssigkeitsstrom 50 im Verdampfer 54 teilweise verdampft, und daher wird nur ein Teil des Sauerstoff-angereicherten Flüssigkeitsstroms 50 als Kühlmittel für den Kopfkondensator 42 verwendet. Als Ergebnis wird durch die Kondensation von Stickstoffdampf in dem Einzelsäulen-Stickstoffgenerator 10 weniger Rückfluß beigetragen als bei einem Stickstoffgenerator nach dem Stand der Technik, wo die gesamte Bodenfraktion als Kühlmittel für den Kondensator 92 benutzt wird. Wenn kein anderer Rückfluß zugegeben würde (ein durch die vorliegende Erfindung betrachteter Betrieb), hätte ein Stickstoffgenerator nach der vorliegenden Erfindung eine geringere Produktionsrate und/oder würde Stickstoff mit geringerer Reinheit als ein herkömmlicher Generator, aber mit beträchtlicher Energieeinsparung erzeugen. Jedoch wird vorzugsweise eine Kompensation für diesen reduzierten Rückfluß durch das Vorsehen eines Zwischenrückflußstroms oder von Zwischenrückflußströmen bewirkt, der bzw. die in die unteren Teile der Destillationssäule 30 eingeleitet wird bzw. werden, wo zusäztlicher Flüssigkeitsrückfluß besonders benötigt wird.
  • Der Zwischenrückfluß ermöglicht bei dem Einzelsäulen-Stickstoffgenerator 10, daß die gleiche Produktionsrate und Produktreinheit erreicht wird, wie sie von einer vergleichbaren herkömmlichen Anlagenauslegung erwartet werden könnte. Um einen Zwischenrückflußstrom zu bilden, wird der zweite Teilluftstrom 26 im Verdampfer 54 verflüssigt. Damit eine Temperaturdifferenz zwischen dem Sauerstoff-angereicherten Flüssigkeitsstrom 50, nachdem er unterkühlt worden ist, und dem zweiten Teilstrom 26 vorhanden ist, ist ein Druckminderventil 55 vorgesehen, um den Druck und dadurch die Temperatur des Sauerstoff-angereicherten Flüssigkeitsstroms 50 zu verringern. Die Druckverminderung des Sauerstoff-angereicherten Flüssigkeitsstroms 50 erfolgt unter dem Druck der Destillationssäule 30 und resultiert so in einem ausreichenden Druck für den Sauerstoff-angereicherten Flüssigkeitsstrom 50, damit der Dampfstrom 62, der davon abgeleitet wird, als Kühlmittel dienen kann. Bei niedrigen Destillationssäulendrücken, beispielsweise unterhalb 8 bar (a), wird zusätzlicher Rückfluß zur Destillationssäule 30 durch Verflüssigung eines Dampfstroms 72 erzeugt, der aus der Destillationssäule 30 etwa an der gleichen Stelle wie der zweite Strom 26 abgezogen und nach Verflüssigung in die Destillationssäule 30 eingeleitet wird. Der Dampfstrom 72 wird dann innerhalb des Verdampfers 54 verflüssigt und als zusätzlicher Rückfluß oberhalb der Einleitungsstelle des verflüssigten zweiten Teilstroms 26 eingeleitet. Wie evident ist, dient das Druckminderventil 55 auch zur Erzeugung einer Temperaturdifferenz zwischen dem Sauerstoff-angereicherten Flüssigkeitsstrom 50 und dem Dampfstrom 72.
  • Eine mögliche Variation der Apparatur 10 erfordert den Betrieb der Destillationssäule 30 auf hohem Druck. In einem solchen Fall kann auch ein Expansionsgerät angewendet werden, um den Kühlmittelstrom 46 zu expandieren. Dies würde die gesamte Anlagenkühlung und dadurch die Menge der erzeugten Flüssigkeit steigern. Zusäztlich könnte eine solche Turboexpansionseinrichtung auch zum Antrieb eines Rezirkulationsverdichters zum Rezirkulieren eines Teils der im Kühlmittelstrom 46 enthaltenen Sauerstoff-angereicherten Flüssigkeit in die Destillationssäule 30 zur Produktionssteigerung benutzt werden. Wie man auch sieht, kann eine teilweise Verdampfung des Sauerstoff-angereicherten Flüssigkeitsstrom 50 in anderer Weise als durch Verflüssigung eines Teils der einströmenden Luft bewirkt werden. Beispielsweise kann bei einer Niederdrucksäule ein Strom aus der Säule, der nicht die exakte Zusammensetzung von Flüssigluft aufweist, anstelle der verflüssigten Luft verwendet werden.
  • In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform eines Einzelsäulen-Stickstoff generators 10 dargestellt. Bei diesem Stickstoffgenerator 10 wird der sauerstoffreiche Strom 50, nachdem er in der Unterkühlereinheit 52 unterkühlt worden ist, in einen ersten und einen zweiten Teilstrom 50a und 50b aufgeteilt. Der erste Teilstrom 50a wird im ersten Druckminderventil 60 expandiert, um den Kühlmittelstrom 46 zu bilden. Der zweite Teilstrom 50b, nachdem er durch das Druckminderventil 55 expandiert worden ist, wird dann im Verdampfer 54 vollständig verdampft. Der vollständig verdampfte Strom, der mit dem Bezugszeichen 63 bezeichnet ist, wird dann im Hauptwärmetauscher 22 teilweise erwärmt und in der Turboexpansionseinrichtung 64 expandiert.
    • Beispiel 1
  • Im folgenden wird ein gerechnetes Beispiel eines möglichen Betriebs eines Einzelsäulen-Stickstoffgenerators 10 (in Fig. 1 dargestellt) entsprechend der vorliegenden Erfindung angegeben. Bei diesem Beispiel wird angenommen, daß die Säule 30 mit einer strukturierten Packung mit niedrigem Druckabfall arbeitet und etwa 100 theoretische Stufen hat. Der zweite Teilstrom 26 wird nach dem Verflüssigen etwa 6 theoretische Stufen oberhalb des Bodens in die Destillationssäule zugegeben. Der Strom 72 wird an einer Stelle etwa 6 theoretische Stufen über dem Boden aus der Destillationssäule abgezogen und nach dem Kondensieren an einer Stelle etwa 16 theoretische Stufen vom Boden der Destillationssäule entfernt zurückgeleitet. Tabelle für Beispiel 1
  • Der Buchstabe "L" bezeichnet den flüssigen Zustand und der Buchstabe "V" den Dampfzustand. Die Produktreinheit am oberen Ende, die Stickstoffrückgewinnung als Bruchteil der Luftzufuhr, und Einleitungs- und Abzugsstellen hängen von den Werten ab, die von der zur Durchführung der Berechnungen verwendeten Datenbasis verschiedenen physikalischen Eigenschaften beigelegt sind, und da verschiedene Datenbasen nicht immer den gleichen Wert der gleiche physikalischen Eigenschaft zuordnen, sind sie je nach Datenbasis veränderlich. Im Betrieb der Vorreinigungseinheit begründete Verluste sind im Strom 12 berücksichtigt. Wie für den Fachmann klar ist, befindet sich der Unterkühler 52 mit Bezug auf den Sumpf der Destillationssäule 30 auf einer schwach erhöhten Position.
  • Bei einer vergleichbaren herkömmlichen Auslegung zur Herstellung eines gasförmigen Stickstoffprodukts mit gleicher Menge, gleicher anteiliger Rückgewinnung aus Luft, gleicher Reinheit und gleichem Druck, wo eine Turboexpansionseinrichtung die Kühlung durch Expandieren der Luft in die Destillationssäule erzeugt, würde der Strom 12 normalerweise auf etwa 3,94 bar (a) verdichtet werden. Im Beispiel 1 wird die Luft auf etwa 3,45 bar (a) verdichtet. Dementsprechend ermöglichen das Verfahren und die Apparatur nach dem ersten und dritten Aspekt der Erfindung eine beträchtliche Energieeinsparung.
    • Beispiel 2
  • Im folgenden wird ein berechnetes Beispiel des Betriebs eines Einzelsäulen-Stickstoff generators 10, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, angegeben. Bei diesem Beispiel wird angenommen, daß die Säule 30 eine strukturierte Packung mit niedrigem Druckabfall und etwa 100 theoretische Stufen aufweist. Der zweite Teilstrom 26 wird nach dem Verflüssigen in die Destillationssäule etwa 6 theoretische Stufen oberhalb des Bodens zugeführt. Der Strom 72 wird aus der Destillationssäule an einer Stelle etwa 6 theoretische Stufen oberhalb des Bodens abgezogen und nach dem Kondensieren an einer Stelle etwa 16 theoretische Stufen vom Boden der Destillationssäule 30 entfernt zurückgeleitet. Tabelle für Beispiel 2
  • Im Beispiel 2 liegt der Druck des Stroms 24 bei 3,10 bar und ist daher noch niedriger als beim Beispiel 1.

Claims (6)

1. Verfahren zum Trennen von Luft zur Erzeugung eines Stickstoffprodukts, das umfaßt:
Trennen eines ersten Teils der Luft durch Niedertemperatur- Rektifizierung in einer Destillationssäule zum Erzeugen einer sauerstoffreichen Flüssigkeitsfraktion am Boden und einer stickstoffreichen Dampffraktion im Kopf und Kondensieren eines Teils der stickstoffreichen Fraktion in einem Kopfkondensator zum Erzeugen eines Rückflusses für die Destillationssäule,
teilweises Verdampfen eines Stroms der Sauerstoff-angereicherten Flüssigkeitsfraktion durch indirekten Wärmeaustausch mit einem zweiten Teil der Luft, wodurch der zweite Teil der Luft verflüssigt wird,
Trennen des Sauerstoff-angereicherten Flüssigkeitsstroms in eine Flüssigkeitsphase und eine Dampfphase,
Expandieren eines Stroms der Flüssigkeitsphase zum Erzeugen einer Temperaturdifferenz zwischen dem Flüssigkeitsphasenstrom und der stickstoffreichen Dampffraktion, und Einleiten des Flüssigkeitsphasenstroms als Kühlmittelstrom in den Kopfkondensator, so daß Wärme von diesem Teil des stickstoffreichen Dampfes auf den Kühlmittelstrom übertragen und dadurch die Kondensation dieses Teils des stickstoffreichen Dampfes bewirkt wird,
Expandieren eines Stroms der Dampfphase unter Arbeitsleistung zum Erzeugen von Kühlleistung für das Verfahren,
Ausziehen eines Produktstroms aus einem verbleibenden Teil der stickstoffreichen Dampffraktion zur Bildung des Stickstoffprodukts,
Einleiten des so verflüssigten zweiten Teils der Luft in die Destillationssäule als Zwischenrückfluß,
Expandieren des Sauerstoff-angereicherten Flüssigkeitsstroms stromauf der teilweisen Verdampfung des Sauerstoffangereicherten Flüssigkeitsstroms zum Erzeugen einer Temperaturdifferenz für den indirekten Wärmeaustausch zwischen dem zweiten Teil der Luft und der Sauerstoff-angereicherten Flüssigkeit,
Abziehen eines Dampfstroms aus einem Zwischenbereich der.
Destillationssäule, wobei der Dampfstrom einen geringeren Sauerstoffgehalt als Luft hat,
Kondensieren des Dampfstroms durch indirekten Wärmeaustausch zwischen dem Dampfstrom und dem zweiten Teilstrom, und Einleiten des kondensierten Dampfstroms zurück in die Destillationssäule oberhalb des Zwischenrückflusses als zusätzlichen Rückfluß.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Strom der Sauerstoffangereicherten Flüssigkeitsfraktion stromauf seiner teilweisen Verdampfung in einer Unterkühleinheit unterkühlt wird.
3. Verfahren zum Trennen von Luft zum Erzeugen eines Stickstoffprodukts, welches umfaßt:
Trennen eines ersten Teils der Luft durch Niedertemperatur- Rektifizierung in einer Destillationssäule zum Erzeugen einer sauerstoffreichen Flüssigkeitsfraktion am Boden und einer stickstoffreichen Dampffraktion im Kopf und Kondensieren eines Teils der stickstoffreichen Dampffraktion im Kopf in einem Kopfkondensator zum Erzeugen eines Rückflusses für die Destillationssäule,
Aufteilen des Stroms der sauerstoffreichen Flüssigkeit in einen ersten und einen zweiten Teilstrom,
Expandieren des ersten Teilstroms zum Erzeugen einer Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Teilstrom und der stickstoffreichen Dampffraktion und Einleiten des expandierten ersten Teilstroms als Kühlmittelstrom in den Kopfkondensator, so daß Wärme von diesem Teil des stickstoffreichen Dampfes im Kopf auf den Kühlmittelstrom übertragen und dadurch die Kondensation dieses Teils des stickstoffreichen Dampfes bewirkt wird,
Verdampfen des zweiten Teilstroms durch indirekten Wärmeaustausch mit einem zweiten Teil der Luft, wodurch der zweite Teil der Luft verflüssigt wird,
Expandieren des verdampfen zweiten Teilstroms unter Arbeitsleistung zum Erzeugen von Kühlleistung für das Verfahren, Ausziehen eines Produktstroms aus einem verbleibenden Teil des stickstoffreichen Dampfes zum Bilden des Stickstoffprodukts,
Einleiten des verflüssigten zweiten Teils der Luft in die Destillationssäule als Zwischenrückfluß,
Expandieren des zweiten Teilstroms stromauf der Verdampfung des zweiten Teilstroms zum Erzeugen einer Temperaturdifferenz für den indirekten Wärmeaustausch zwischen den zweiten Teil der Luft und dem zweiten Teilstrom,
Abziehen eines Dampfstroms aus einem Zwischenbereich der Destillationssäule, wobei der Dampfstrom einen geringeren Sauerstoffgehalt als Luft hat,
Kondensieren des Dampfstroms durch indirekten Wärmeaustausch zwischen dem Dampfstrom und dem zweiten Teilstrom, und
Einleiten des kondensierten Dampfstroms zurück in die Destillationssäule oberhalb des Zwischenrückflusses als zusätzlichen Rückfluß.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Strom der Sauerstoff-angereicherten Flüssigkeit stromauf der Aufteilung in den ersten Teilstrom und den zweiten Teilstrom in einer Unterkühleinheit unterkühlt wird.
5. Einrichtung zum Trennen von Luft zum Erzeugen eines Stickstoffprodukts, die umfaßt:
Hauptwärmetauschmittel (32) zum Kühlen der Luft auf eine für ihre Rektifizierung geeignete Temperatur,
eine Destillationssäule (30), die zum Rektifizieren eines ersten Teils der gekühlten Luft in eine sauerstoffreiche Flüssigkeitsfraktion am Boden und eine stickstoffreiche Dampffraktion im Kopf ausgebildet ist,
einen Kopfkondensator (42), der mit der Destillationssäule (30) in Verbindung steht, um einen Teil der stickstoffreichen Dampffraktion zum Erzeugen eines Rückflusses für die Destillationssäule (30) zu kondensieren,
Verdampfungsmittel (54) zum teilweisen Verdampfen eines Stroms der Sauerstoff-angereicherten Flüssigkeitsfraktion, wobei die Verdampfungsmittel (54) so angeordnet sind, daß ein zweiter Teil der gekühlten Luft kondensiert wird, und wobei die Verdämpfungsmittel (54) einen Auslaß für kondensierte Luft in Verbindung mit einem Zwischenbereich der Destillationssäule (30) aufweist,
einen Phasentrenner (56), der mit den Verdampfungsmitteln (54) in Verbindung steht, zum Trennen des teilweise verdampften Sauerstoff-angereicherten Flüssigkeitsstroms in eine Flüssigkeitsphase und eine Dampfphase,
wobei der Phasentrenner (56) einen Auslaß für Flüssigkeit in Verbindung mit dem Kopfkondensator (42) über ein ersten Druckminderventil (60) aufweist,
ein zweites Expansionsventil (55) stromauf der Verdampfungsmittel (54) zum Expandieren des Stroms der Sauerstoffangereicherten Flüssigkeit, die teilweise zu verdampfen ist,
Expansionsmittel (64) zum Expandieren eines Stroms der Dampfphase unter Arbeitsleistung, wobei die Expansionsmittel mit einem Auslaß für Dampf vom Phasentrenner (56) in Verbindung stehen, und
einen Auslaß der Destillationssäule (30) für einen Produktstrom eines verbleibenden Teils der genannten stickstoffreichen Kopfdampffraktion,
wobei die Verdampfungsmittel (54) außerdem Kanäle zum Kondensieren eines Stroms aus Dampf mit geringerem Sauerstoffgehalt als Luft aus einem gewählten Zwischenbereich der Destillationssäule (30) aufweisen, die mit ihren Auslaßenden mit einem weiteren Zwischenbereich der Destillationssäule (30) oberhalb des gewählten Zwischenbereichs in Verbindung stehen.
6. Einrichtung zum Trennen von Luft zum Erzeugen eines Stickstoffprodukts, die umfaßt:
Hauptwärmetauschmittel (32) zum Kühlen der Luft auf eine für ihre Rektifizierung geeignete Temperatur,
eine Destillationssäule (30), die für das Rektifizieren eines ersten Teils der gekühlten Luft in eine sauerstoffreiche Flüssigkeitsfraktion am Boden und eine stickstoffreiche Dampffraktion im Kopf ausgebildet ist,
einen Kopfkondensator (42), der mit der Destillationssäule (30) in Verbindung steht, zum Kondensieren eines Teils des stickstoffreichen Dampfs im Kopf zum Erzeugen eines Rückflusses für die Destillationssäule,
einen Auslaß der Destillationssäule (30) für einen Strom der sauerstoffreichen Flüssigkeitsfraktion am Boden, ein Druckminderventil (60), das mit dem Auslaß der Destillationssäule (30) in Verbindung steht, um einen ersten Teil des Stroms der sauerstoffreichen Bodenflüssigkeitsfraktion zu expandieren, wobei das Druckminderventil (60) einen mit dem Kopfkondensator in Verbindung stehenden Auslaß aufweist,
Verdampfungsmittel (54) zum Verdampfen eines zweiten Teils des Stroms der sauerstoffreichen Bodenflüssigkeit, wobei die Verdampfungsmittel (54) für das Kondensieren eines zweiten Teils der gekühlten Luft ausgelegt sind und einen Auslaß für kondensierte Luft in Verbindung mit einem Zwischenbereich der Destillationssäule (30) haben,
ein Expansionsventil (55) stromauf der Verdampfungsmittel (54) zum Expandieren des zweiten Teils des Stroms der sauerstoffreichen Bodenflüssigkeit,
Expansionsmittel (64) zum Expandieren des verdampften zweiten Teils der sauerstoffreichen Bodenflüssigkeitsfraktions und der Arbeitsleistung zum Erzeugen von Kühlleistung, und einen Auslaß der Destillationssäule (30) für einen Produktstrom eines verbleibenden Teils der stickstoffreichen Kopfdampffraktion,
wobei die Verdampfungsmittel (54) außerdem Kanäle zum Kondensieren eines Stroms aufdampft mit geringerem Sauerstoffgehalt als Luft aus einem gewählten Zwischenbereich der Destillationssäule (30) aufweisen, wobei die Kanäle mit ihren Auslaßenden mit einem weiteren Zwischenbereich der Destillationssäule (30) oberhalb des gewählten Zwischenbereichs in Verbindung stehen.
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