DE69615488T3 - Kryogenisches Rektifikationssystem mit Zweiphasenturboexpansion - Google Patents

Kryogenisches Rektifikationssystem mit Zweiphasenturboexpansion Download PDF

Info

Publication number
DE69615488T3
DE69615488T3 DE69615488T DE69615488T DE69615488T3 DE 69615488 T3 DE69615488 T3 DE 69615488T3 DE 69615488 T DE69615488 T DE 69615488T DE 69615488 T DE69615488 T DE 69615488T DE 69615488 T3 DE69615488 T3 DE 69615488T3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
working fluid
pressure
phase
liquid
oxygen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE69615488T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69615488T2 (de
DE69615488D1 (de
Inventor
Dante Patrick Grand Island Bonaquist
John Harold Grand Island Ziemer
Cheryl Ann Grand Island Engels
James Bragdon Williamsville Wulf
Robert Arthur Tonawanda Beddome
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Praxair Technology Inc
Original Assignee
Praxair Technology Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=24139120&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=DE69615488(T3) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Praxair Technology Inc filed Critical Praxair Technology Inc
Application granted granted Critical
Publication of DE69615488D1 publication Critical patent/DE69615488D1/de
Publication of DE69615488T2 publication Critical patent/DE69615488T2/de
Publication of DE69615488T3 publication Critical patent/DE69615488T3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F25J3/04387—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using liquid or hydraulic turbine expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04078—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
    • F25J3/0409—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression of oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04163—Hot end purification of the feed air
    • F25J3/04169—Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities
    • F25J3/04175—Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities at a pressure of substantially more than the highest pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/04193—Division of the main heat exchange line in consecutive sections having different functions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/04193—Division of the main heat exchange line in consecutive sections having different functions
    • F25J3/042—Division of the main heat exchange line in consecutive sections having different functions having an intermediate feed connection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/04193—Division of the main heat exchange line in consecutive sections having different functions
    • F25J3/04206—Division of the main heat exchange line in consecutive sections having different functions including a so-called "auxiliary vaporiser" for vaporising and producing a gaseous product
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/0429—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
    • F25J3/04296—Claude expansion, i.e. expanded into the main or high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/0429—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
    • F25J3/04303—Lachmann expansion, i.e. expanded into oxygen producing or low pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F25J3/04393—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using multiple or multistage gas work expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F25J2240/10—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream the fluid being air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/30—External or auxiliary boiler-condenser in general, e.g. without a specified fluid or one fluid is not a primary air component or an intermediate fluid
    • F25J2250/40—One fluid being air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/30—External or auxiliary boiler-condenser in general, e.g. without a specified fluid or one fluid is not a primary air component or an intermediate fluid
    • F25J2250/50—One fluid being oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/10—Mathematical formulae, modeling, plot or curves; Design methods
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S62/00—Refrigeration
    • Y10S62/939—Partial feed stream expansion, air

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen von unter erhöhtem Druck stehendem gasförmigem Sauerstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Stand der Technik
  • Sauerstoff wird kommerziell in großen Mengen durch die Tieftemperaturrektifikation von Einsatzluft hergestellt, die im allgemeinen das wohlbekannte Doppelkolonnensystem verwendet, indem Produktsauerstoff von der unter niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne entnommen wird. Zu bestimmten Zeiten kann es erwünscht sein, Sauerstoff bei einem Druck zu erzeugen, der den Sauerstoffdruck übersteigt, wenn dieser von der unter niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne entnommen wird. In solchen Fällen kann gasförmiger Sauerstoff auf den erwünschten Druck verdichtet werden. Allerdings es hinsichtlich der Kapitalkosten im allgemeinen bevorzugt, Sauerstoff als Flüssigkeit von der unter niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne zu entfernen, ihn auf einen höheren Druck zu pumpen und anschließend den unter Druck stehenden flüssigen Sauerstoff zu verdampfen, um das erwünschte unter erhöhtem Druck stehende Produktsauerstoffgas zu erzeugen.
  • Der unter Druck stehende flüssige Sauerstoff wird gegen ein unter Druck stehendes Arbeitsfluid verdampft, das dann in die Tieftemperatur-Rektifikationsanlage eingeleitet wird. Das Arbeitsfluid ist von dem für den Wärmeaustausch erforderlichen Druck auf den Druck gedrosselt, den die Anlage erfordert. Dies führt aufgrund der thermodynamischen Irreversibilität des Drosselschrittes zu einem Energieverlust. Es wäre erwünscht, mindestens einen Teil der verlorenen Arbeit wiederzugewinnen, die mit der Drosselung des unter Druck stehenden Arbeitsfluids auf den von der Tieftemperatur-Rektifikationsanlage erforderlichen Druck verbunden ist.
  • Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus EP 0 504 029 A1 bzw. EP 0 611 218 A1 bekannt.
  • Dementsprechend besteht eine Aufgabe dieser Erfindung in der Bereitstellung eines Tieftemperatur-Rektifikationssystems, das unter erhöhtem Druck stehenden gasförmigen Sauerstoff durch die Verdampfung von unter Druck stehendem flüssigem Sauerstoff gegen ein unter Druck stehendes Arbeitsfluid erzeugen kann, während mindestens ein Teil der verlorenen Arbeit wiedergewonnen wird, wenn das unter Druck stehende Arbeitsfluid auf einen Druck expandiert wird, der für die Tieftemperatur-Rektifikationsanlage geeignet ist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die obigen und weitere Aufgaben, die sich dem Fachmann aus dieser Beschreibung ergeben, werden durch die vorliegende Erfindung gelöst, die in Anspruch 1 definiert ist.
  • Wie hier verwendet beziehen sich die Begriffe "Turboexpansion" bzw. "Turboexpander" auf ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Strömen von Hochdruckfluid durch eine Turbine zur Reduzierung des Drucks und der Temperatur des Fluids, wodurch Kälte erzeugt wird.
  • Wie hier verwendet, bezeichnet der Begriff "Kolonne" eine Destillations- oder Fraktionierkolonne oder – zone, d.h. eine Kontaktkolonne oder -zone, in der flüssige und dampfförmige Phasen im Gegenstrom in Kontakt gebracht werden, um eine Trennung eines Fluidgemisches zu bewirken, z.B. indem die dampfförmige und die flüssige Phase an einer Reihe von vertikal in Abstand innerhalb der Kolonne angebrachten Böden oder Platten und/oder an Packungselementen in Kontakt gebracht werden, bei denen es sich entweder um strukturierte oder nicht strukturierte Packungselemente handelt. Für eine weitere Beschreibung von Destillationskolonnen sei verwiesen auf das "Chemical Engineers' Handbook", fünfte Ausgabe, herausgegeben von R.H. Perry und C.H. Chilton, McGraw-Hill Book Company, New York, Abschnitt 13, "Destillation", B.D. Smith et. al., Seite 13-3, The Continuous Distillation Process. Der Begriff der Doppelkolonne wird hier so benutzt, dass er eine bei einem höheren Druck arbeitende Kolonne bezeichnet, deren oberes Ende in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem unteren Ende einer bei einem niedrigeren Druck arbeitenden Kolonne steht. Eine nähere Beschreibung von Doppelkolonnen erscheint in Ruheman "The Separation of Gases", Oxford University Press, 1949, Kapitel VII, Commercial Air Separation.
  • Trennverfahren mit Dampf-/Flüssigkeitskontakt sind abhängig von den Dampfdrücken der Komponenten. Die Komponente mit dem hohen Dampfdruck (oder die flüchtigere oder niedrigsiedende Komponente) wird dazu neigen, sich in der Dampfphase zu konzentrieren, wohingegen die Komponente mit dem niedrigeren Dampfdruck (oder die weniger flüchtige oder hochsiedende Komponente) dazu neigen wird, sich in der flüssigen Phase zu konzentrieren. Partielle Kondensation ist das Trennverfahren, bei dem die Kühlung eines Dampfgemisches benutzt werden kann, um die flüchtige(n) Komponente(n) in der Dampfphase und dadurch die weniger flüchtige(n) Komponente(n) in der flüssigen Phase zu konzentrieren. Rektifikation oder kontinuierliche Destillation ist das Trennverfahren, das aufeinanderfolgende partielle Verdampfungen und Kondensationen kombiniert, wie sie durch eine Gegenstrombehandlung der dampfförmigen und flüssigen Phasen erzielt werden. Das Inkontaktbringen der dampfförmigen und flüssigen Phasen im Gegenstrom ist adiabatisch und kann einen integralen oder differenziellen Kontakt zwischen den Phasen beinhalten. Trennverfahrensanordnungen, welche die Prinzipien der Rektifikation zum Trennen von Gemischen benutzen, werden oft als Rektifikationskolonnen, Destillationskolonnen oder Fraktionierkolonnen bezeichnet, wobei diese Begriffe untereinander ausgetauscht werden können. Die Tieftemperaturrektifikation ist ein Rektifikationsverfahren, das mindestens teilweise bei Temperaturen bei oder unter 150° Kelvin (K) ausgeführt wird.
  • Wie hier verwendet bezieht sich der Begriff "indirekter Wärmeaustausch" auf das Verbringen von zwei Fluidströmen in eine Wärmeaustauschbeziehung ohne jeglichen physikalischen Kontakt oder Vermischung der Fluide miteinander.
  • Wie hier benutzt, bezeichnet der Begriff "Luftzerlegungsanlage" eine Anlage, in der Einsatzluft mittels Tieftemperaturrektifikation zerlegt wird und die eine Verbindungsausrüstung wie z.B. Leitungen, Pumpen, Ventile und Wärmetauscher aufweist.
  • Wie hier verwendet beziehen sich die Begriffe "oberer Teil" und "unterer Teil" einer Kolonne auf diejenigen Teile, die über bzw. unter dem Mittelpunkt der Kolonne liegen.
  • Wie hier verwendet beziehen sich die Begriffe "flüssiger Sauerstoff' bzw. "gasförmger Sauerstoff' auf eine Flüssigkeit bzw. ein Gas mit einer Sauerstoffkonzentration gleich oder größer als 50 Molprozent.
  • Wie hier verwendet beziehen sich die Begriffe "flüssiger Stickstoff" bzw. "gasförmiger Stickstoff' auf eine Flüssigkeit bzw. ein Gas mit einer Stickstoffkonzentration gleich oder größer als 80 Molprozent.
  • Wie hier verwendet bezieht sich der Begriff "Einsatzluft" auf ein hauptsächlich Stickstoff und Sauerstoff aufweisendes Gemisch wie z.B. Umgebungsluft.
  • Wie hier verwendet bezieht sich der Begriff "verdampft" auf den Übergang von der Flüssigkeits- in die Dampfphase.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • 1 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
  • 2 ist eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die sich als besonders vorteilhaft erweist, wenn flüssiges Produkt zusätzlich zu dem unter erhöhtem Druck stehenden gasförmigen Produkt erwünscht ist.
  • 3 ist eine graphische Darstellung der Vorteile der Erfindung im Vergleich zur konventionellen Praxis, die eine Joule-Thompson-Ventilexpansion verwendet.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die Erfindung weist die Zweiphasen-Turboexpansion von unter Druck stehendem Arbeitsfluid auf, nachdem dieses zum Verdampfen von gepumptem flüssigem Sauerstoff in einem Produktaufkocher verwendet worden ist und bevor es in die Kolonnen der Tieftemperatur-Rektifikationsanlage eingespeist wird. Es ist möglich, ein unterkühltes Hochdruckarbeitsfluid zu expandieren, ohne irgendeine Phasenveränderung zu bewirken. Allerdings wird die Erzeugung von Kälte und Arbeit durch den Turboexpander in großem Umfang erhöht, da eine Phasenveränderung in dem Turboexpander auftritt.
  • Die Erfindung wird ausführlich mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Mit Bezugnahme auf 1 wird Einsatzluft 100 in einem Kompressor 10 auf einen Druck in dem Bereich von 4,48 bis 5,86 bar (65 bis 85 pound pro inch2 (absolut (psia)) verdichtet, und eine sich ergebende Einsatzluft 101 wird in einem Reiniger 11 von hochsiedenden Verunreinigungen wie z.B. Kohlendioxid, Wasserdampf und Kohlenwasserstoffen gesäubert. Gesäuberte, verdichtete Einsatzluft 102 wird in einen ersten Teil 103, der von 60 bis 80 % der Einsatzluft 100 enthält, und in einen zweiten Teil 104 aufgeteilt, der von 20 bis 40 % der Einsatzluft 100 enthält. Der Strom 103 wird mittels Durchleiten durch einen Hauptwärmetauscher 13 gegen Rückführströme gekühlt, und ein sich ergebender gekühlter Strom 112 wird in die Tieftemperatur-Rektifikationsanlage eingespeist. In der in 1 illustrierten Ausführungsform weist die Tieftemperatur-Rektifikationsanlage eine Doppelkolonne mit einer unter höherem Druck arbeitenden Kolonne 16 auf, die bei einem Druck in dem Bereich von 4,14 bis 5,52 bar (60 bis 80 psia) betrieben wird, und eine unter niedrigerem Druck arbeitende Kolonne 18, die bei einem Druck betrieben wird, der geringer als derjenige der unter höherem Druck arbeitenden Kolonne 16 ausfällt und in dem Bereich von 1,03 bis 1,72 bar (15 bis 25 psia) liegt. In der in 1 illustrierten Ausführungsform wird der Strom 112 mit dem Abfluss von dem Zweiphasen-Turboexpander 14 kombiniert, und ein kombinierter Strom 108 wird in die unter höherem Druck arbeitende Kolonne 16 eingespeist. Falls erwünscht, kann ein Teil 110 des Stroms 103 vor dem vollständigen Durchlauf durch den Hauptwärmetauscher 13 abgezogen, zur Erzeugung eines turboexpandierten Stroms 111 durch einen Turboexpander 15 turboexpandiert, und in die unter niedrigerem Druck arbeitende Kolonne 18 eingeleitet werden.
  • In der in 1 illustrierten Ausführungsform bildet der Strom 104 das Arbeitsfluid, das zum Verdampfen des unter Druck stehenden flüssigen Sauerstoffs verwendet wird. Der Strom 104 wird durch einen Kompressor 12 auf einen Druck in dem Bereich von 6,89 bar (100 psia) bis zu einem Druck unterhalb seines kritischen Drucks verdichtet, und ein sich ergebender unter Druck stehender Arbeitsfluidstrom 105 wird in den Hauptwärmetauscher oder Produktaufkocher 13 eingespeist, wo er durch indirekten Wärmeaustausch mit verdampfendem, unter Druck stehendem flüssigem Sauerstoff gekühlt wird. Vorzugsweise wird das unter Druck stehende Arbeitsfluid auf einen gerade unter seiner Sättigungstemperatur liegenden Wert abgekühlt. Das Arbeitsfluid wird gekühlt, so dass es durch den Wärmeaustausch mit dem verdampfenden flüssigen Sauerstoff kondensiert wird.
  • Das gekühlte unter Druck stehende Arbeitsfluid wird von dem Hauptwärmetauscher 13 bei oder unmittelbar vor dem kalten Ende dieses Wärmetauschers abgezogen und als Strom 106 in den Zweiphasen-Turboexpander 14 eingespeist, wo es turboexpandiert wird, um ein Zweiphasen-Arbeitsfluid 107 auszubilden. Der Zweiphasen-Turboexpander 14 weist einen derartigen Durchflussweg auf, dass bei der Ausbildung von Dampf nach der Expansion Arbeit durch die weitere Expansion dieses Dampfs geleistet wird. Der Zweiphasen-Turboexpander unterscheidet sich insofern von einem konventionellen einphasigen Turboexpander, als dass die Querschnittsfläche für den Durchfluss in dem Turboexpanderrad auf eine signifikant größere Rate erhöht ist, um sich an den großen Zuwachs in dem volumetrischem Durchfluss für das Zweiphasen-Fluid anzupassen.
  • Die Dampffraktion des Zweiphasen-Arbeitsfluids 107 liegt in dem Bereich von 10 bis 50 Molprozent und vorzugsweise in dem Bereich von 15 bis 30 Molprozent. Die flüssige Fraktion des Zweiphasen-Arbeitsfluids 107 liegt in dem Bereich von 50 bis 90 Molprozent und vorzugsweise in dem Bereich von 70 bis 85 Molprozent. Das Zweiphasen-Arbeitsfluid 107 wird in den unteren Teil der unter höherem Druck arbeitenden Kolonne 16 eingeleitet. In der in 1 illustrierten Ausführungsform wird das Zweiphasen-Arbeitsfluid 107 mit dem Hauptteil der Einsatzluft kombiniert, um den kombinierten Strom 108 auszubilden, der in die Kolonne 16 eingespeist wird.
  • In der unter höherem Druck arbeitenden Kolonne 16 wird die Einsatzluft mittels Tieftemperaturrektifikation in stickstoffangereicherten Dampf und sauerstoffangereicherte Flüssigkeit zerlegt. Stickstoffangereicherter Dampf wird von dem oberen Teil der Kolonne 16 als Strom 450 abgezogen und kondensiert in einem Hauptkondensor 17 gegen die siedende Sumpfflüssigkeit der Kolonne 18. Erhaltener flüssiger Stickstoff 451 wird in einen Teil 452 aufgeteilt, der in den oberen Teil der Kolonne 16 als Rücklauf eingespeist wird, und in einen Teil 455, der durch den Wärmetauscher 20 und in den oberen Teil der Kolonne 18 als Rücklauf geleitet wird. Falls erwünscht, kann ein Teil 454 des flüssigen Stickstoffs als Produkt gewonnen werden.
  • Sauerstoffangereicherte Flüssigkeit wird von dem unteren Teil der Kolonne 16 als Strom 300 abgezogen und als Strom 301 durch den Wärmetauscher 21 und in die unter niedrigerem Druck arbeitende Kolonne 18 geführt.
  • In der unter niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne 18 werden die verschiedenen Einsätze mittels Tieftemperaturrektifikation in gasförmigen Stickstoff und flüssigen Sauerstoff getrennt. Gasförmiger Stickstoff wird von dem oberen Teil der Kolonne 18 als Strom 400 abgezogen, mittels Durchleiten durch die Wärmetauscher 20, 21 und 13 erwärmt, und von dem System als Strom 402 abgezogen, der als Ganzes oder teilweise als gasförmiger Produktstickstoff gewonnen werden kann.
  • Flüssiger Sauerstoff wird von dem unteren Teil der unter niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne 18 als Strom 200 abgezogen. Falls erwünscht, kann ein Teil des flüssigen Sauerstoffs als Produkt in einem Strom 201 gewonnen werden. Ein erhaltener flüssiger Sauerstoffstrom 202 wird durch eine Flüssigkeitspumpe 19 geleitet, wo er sein Druck auf einen Wert in dem Bereich von 1,38 bis 68,9 bar (20 bis 1000 psia) erhöht wird. Sich ergebender, unter erhöhtem Druck stehender flüssiger Sauerstoff 203 wird mittels Durchleiten durch den Produktaufkocher oder Hauptwärmetauscher 13 durch indirekten Wärmeaustausch mit dem kühlenden, unter Druck stehenden Arbeitsfluid verdampft. Der erhaltene, unter erhöhtem Druck stehende gasförmige Sauerstoff wird als Produktstrom 204 gewonnen.
  • 2 illustriert eine Ausführungsform der Erfindung, die besonders attraktiv sein kann, wenn große Mengen an flüssigem Sauerstoff- und/oder flüssigem Stickstoffprodukt zusätzlich zu dem unter erhöhtem Druck stehendem gasförmigem Sauerstoffprodukt erwünscht sind. Die Bezugszeichen der 2 entsprechen für die allgemeinen Elemente denjenigen aus 1, und diese allgemeinen Elemente werden nicht erneut ausführlich beschrieben werden.
  • Mit Bezugnahme auf 2 wird ein Einsatzluftstrom 112 in einen Strom 115 und einen Strom 113 aufgeteilt. Der Strom 115 wird mittels Durchleiten durch den Wärmetauscher 32 durch indirekten Wärmeaustausch mit gasförmigem Stickstoff 400 gekühlt, und ein sich ergebender gekühlter Einsatzluftstrom 116 wird in die unter höherem Druck arbeitende Kolonne 16 eingespeist. Der Strom 113 wird zur Erzeugung von Kälte durch den Turboexpander 30 turboexpandiert, und ein erhaltener Strom 114 wird in die unter höherem Druck arbeitende Kolonne 16 eingespeist.
  • Ein Teil 24 des Stroms 105 wird von einem Zwischenabschnitt des Wärmetauschers 13 abgezogen und zur Erzeugung von Kälte durch einen Turboexpander 25 turboexpandiert. Ein erhaltener Strom 26 wird erneut in den Wärmetauscher 13 geführt, von wo als Strom 27 abgezogen und in die unter höherem Druck arbeitende Kolonne 16 eingespeist wird. In der in 2 illustrierten Ausführungsform wird der Strom 27 mit dem Strom 114 kombiniert, und der kombinierte Strom 117 wird in die Kolonne 16 eingeleitet.
  • Der restliche Teil 28 des Stroms 105 bildet das unter Druck stehende Arbeitsfluid und wird in dem Wärmetauscher 13 und einem Wärmetauscher 31 durch indirekten Wärmeaustausch mit unter Druck stehendem flüssigem Sauerstoff 203 gekühlt, der einer Verdampfung in entweder einem der Wärmetauscher 31 und 13 oder in beiden unterzogen wird. Ein gekühltes unter Druck stehendes Arbeitsfluid 106 wird durch den Turboexpander 14 turboexpandiert, um ein Zweiphasen-Arbeitsfluid 107 auszubilden, das in die unter höherem Druck arbeitende Kolonne 16 eingespeist wird.
  • 3 vergleicht graphisch die Leistungswirksamkeit der Erfindung mit derjenigen eines ähnlichen Systems, das jedoch eine konventionelle Joule-Thompson-Ventilexpansion von unter Druck stehendem Arbeitsfluid verwendet. Die verwendeten Daten zur Erzeugung der Kurven aus 3 wurden durch eine Computersimulation eines Systems erhalten, das ähnlich zu dem in 1 illustrierten System ausfällt. In 3 ist die Kurve A die normalisierte Leistungsverwendung für die gasförmige Sauerstoffherstellung bei Verwendung der konventionellen Ventilexpansion, und die Kurve B ist die normalisierte Leistungsverwendung für die gasförmige Sauerstoffherstellung bei Verwendung der Zweiphasen-Turboexpansion der Erfindung. Wie aus den in 3 angegebenen Daten ersichtlich, ermöglicht die Erfindung das Erreichen eines signifikanten Leistungsvorteils gegenüber der konventionellen Praxis. Darüber hinaus nimmt dieser Leistungsvorteil mit steigendem Produktdruck zu.
  • Obwohl die Erfindung mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen ausführlich beschrieben worden ist, verstehen sich für den Fachmann weitere Ausführungsformen der Erfindung. Zum Beispiel kann die Tieftemperatur-Rektifikationsanlage weitere Kolonnen wie z.B. eine Argonseitenarmkolonne beinhalten. Weiterhin muss das Arbeitsfluid nicht ein Teil der Einsatzluft sein. Es könnte z.B. ein von der Tieftemperatur-Rektifikationsanlage entnommener Verfahrensstrom sein, der nach der Zweiphasen-Turboexpansion zu der Anlage zurückgeführt wird.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Erzeugen von unter erhöhtem Druck stehendem gasförmigem Sauerstoff, wobei im Zuge des Verfahrens: (A) Einsatzluft (100) in eine Tieftemperatur-Rektifikationsanlage eingespeist wird und die Einsatzluft innerhalb der Tieftemperatur-Rektifikationsanlage zerlegt wird, um flüssigen Sauerstoff (202) zu erzeugen; (B) flüssiger Sauerstoff von der Tieftemperatur-Rektifikationsanlage abgezogen wird und der Druck des abgezogenen flüssigen Sauerstoffs erhöht wird, um unter erhöhtem Druck stehenden flüssigen Sauerstoff (203) zu erzeugen; (C) ein Arbeitsfluid (100, 104) auf einen Druck unterhalb seines kritischen Drucks verdichtet wird, um unter Druck stehendes Arbeitsfluid (105) zu erzeugen, und das unter Druck stehende Arbeitsfluid in indirektem Wärmeaustausch mit unter erhöhtem Druck stehendem flüssigem Sauerstoff weitergeleitet wird, wodurch der unter erhöhtem Druck stehende flüssige Sauerstoff verdampft wird, um unter erhöhtem Druck stehenden gasförmigen Sauerstoff (204) und gekühltes unter Druck stehendes Arbeitsfluid (106) zu erzeugen; (D) das gekühlte unter Druck stehende Arbeitsfluid, welches sich aus Schritt (C) ergibt, turboexpandiert wird, um ein Zweiphasen-Arbeitsfluid (107) mit sowohl einer flüssigen Phase als auch einer gasförmigen Phase zu erzeugen; und (E) das Arbeitsfluid in die Tieftemperatur-Rektifikationsanlage eingeleitet wird; dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (C) das unter Druck stehende Arbeitsfluid bei dem unterkritischen Druck mittels dem indirekten Wärmeaustausch kondensiert wird, um eine Flüssigkeit als das gekühlte unter Druck stehende Arbeitsfluid zu bilden, und in Schritt (D) die gasförmige Phase des Zweiphasen-Arbeitsfluids während der Turboexpansion gebildet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Arbeitsfluid (104) um einen Teil der Einsatzluft (100) handelt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die gasförmige Phase 10 bis 75 Molprozent des Zweiphasen-Arbeitsfluids (107) ausmacht.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Tieftemperatur-Rektifikationsanlage eine unter höherem Druck arbeitende Kolonne (16) und eine unter niedrigerem Druck arbeitende Kolonne (18) aufweist und das Zweiphasen-Arbeitsfluid (107) in die bei höherem Druck arbeitende Kolonne eingeleitet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Teil des flüssigen Sauerstoffs (201) als Produkt gewonnen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ferner flüssiger Stickstoff (451) in der Tieftemperatur-Rektifikationsanlage erzeugt wird und ein Teil des flüssigen Stickstoffs als Produkt (454) gewonnen wird.
DE69615488T 1995-09-29 1996-07-27 Kryogenisches Rektifikationssystem mit Zweiphasenturboexpansion Expired - Fee Related DE69615488T3 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US536588 1995-09-29
US08/536,588 US5564290A (en) 1995-09-29 1995-09-29 Cryogenic rectification system with dual phase turboexpansion

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE69615488D1 DE69615488D1 (de) 2001-10-31
DE69615488T2 DE69615488T2 (de) 2002-04-25
DE69615488T3 true DE69615488T3 (de) 2005-01-20

Family

ID=24139120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69615488T Expired - Fee Related DE69615488T3 (de) 1995-09-29 1996-07-27 Kryogenisches Rektifikationssystem mit Zweiphasenturboexpansion

Country Status (7)

Country Link
US (1) US5564290A (de)
EP (1) EP0766054B2 (de)
KR (1) KR100271533B1 (de)
CN (1) CN1147079A (de)
CA (1) CA2182126C (de)
DE (1) DE69615488T3 (de)
ES (1) ES2160748T3 (de)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2761762B1 (fr) * 1997-04-03 1999-05-07 Air Liquide Procede et installation de separation d'air par distillation cryogenique
US5829271A (en) * 1997-10-14 1998-11-03 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system for producing high pressure oxygen
US5881570A (en) * 1998-04-06 1999-03-16 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification apparatus for producing high purity oxygen or low purity oxygen
GB9807833D0 (en) * 1998-04-09 1998-06-10 Boc Group Plc Separation of air
US5901578A (en) * 1998-05-18 1999-05-11 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system with integral product boiler
FR2782544B1 (fr) * 1998-08-19 2005-07-08 Air Liquide Pompe pour un liquide cryogenique ainsi que groupe de pompage et colonne de distillation equipes d'une telle pompe
US6073462A (en) * 1999-03-30 2000-06-13 Praxair Technology, Inc. Cryogenic air separation system for producing elevated pressure oxygen
JP3715497B2 (ja) * 2000-02-23 2005-11-09 株式会社神戸製鋼所 酸素の製造方法
US6601407B1 (en) 2002-11-22 2003-08-05 Praxair Technology, Inc. Cryogenic air separation with two phase feed air turboexpansion
US7278264B2 (en) * 2005-03-31 2007-10-09 Air Products And Chemicals, Inc. Process to convert low grade heat source into power using dense fluid expander
US8020408B2 (en) * 2006-12-06 2011-09-20 Praxair Technology, Inc. Separation method and apparatus
US20080223077A1 (en) * 2007-03-13 2008-09-18 Neil Mark Prosser Air separation method
US8695377B2 (en) * 2007-08-10 2014-04-15 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process and apparatus for the separation of air by cryogenic distillation
US8429933B2 (en) * 2007-11-14 2013-04-30 Praxair Technology, Inc. Method for varying liquid production in an air separation plant with use of a variable speed turboexpander
EP2131105A1 (de) 2008-06-05 2009-12-09 L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Verfahren zur Umwandlung einer niedrigwertigen Wärmequelle in Strom mittels Zweiphasen-Expander
US20110192194A1 (en) * 2010-02-11 2011-08-11 Henry Edward Howard Cryogenic separation method and apparatus
EP2551619A1 (de) * 2011-07-26 2013-01-30 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Druckstickstoff und Drucksauerstoff durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
CN102721263A (zh) * 2012-07-12 2012-10-10 杭州杭氧股份有限公司 一种利用深冷技术分离空气的系统及方法
EP2980514A1 (de) * 2014-07-31 2016-02-03 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und Luftzerlegungsanlage
EP3620739A1 (de) 2018-09-05 2020-03-11 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungsanlage

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH521514A (de) † 1970-07-15 1972-04-15 Linde Ag Entspannungsturbine
FR2461906A1 (fr) * 1979-07-20 1981-02-06 Air Liquide Procede et installation cryogeniques de separation d'air avec production d'oxygene sous haute pression
GB2079428A (en) † 1980-06-17 1982-01-20 Air Prod & Chem A method for producing gaseous oxygen
GB2080929B (en) † 1980-07-22 1984-02-08 Air Prod & Chem Producing gaseous oxygen
US4345925A (en) * 1980-11-26 1982-08-24 Union Carbide Corporation Process for the production of high pressure oxygen gas
US4456459A (en) † 1983-01-07 1984-06-26 Mobil Oil Corporation Arrangement and method for the production of liquid natural gas
US4555349A (en) † 1983-04-08 1985-11-26 Lever Brothers Company Fabric softening compositions
US4806136A (en) * 1987-12-15 1989-02-21 Union Carbide Corporation Air separation method with integrated gas turbine
US5114452A (en) * 1990-06-27 1992-05-19 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation Cryogenic air separation system for producing elevated pressure product gas
US5108476A (en) * 1990-06-27 1992-04-28 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation Cryogenic air separation system with dual temperature feed turboexpansion
GB9100814D0 (en) * 1991-01-15 1991-02-27 Boc Group Plc Air separation
JP2909678B2 (ja) * 1991-03-11 1999-06-23 レール・リキード・ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード 圧力下のガス状酸素の製造方法及び製造装置
FR2688052B1 (fr) † 1992-03-02 1994-05-20 Maurice Grenier Procede et installation de production d'oxygene et/ou d'azote gazeux sous pression par distillation d'air.
GB9213776D0 (en) * 1992-06-29 1992-08-12 Boc Group Plc Air separation
US5365741A (en) * 1993-05-13 1994-11-22 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system with liquid oxygen boiler
US5337570A (en) * 1993-07-22 1994-08-16 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system for producing lower purity oxygen
US5355682A (en) * 1993-09-15 1994-10-18 Air Products And Chemicals, Inc. Cryogenic air separation process producing elevated pressure nitrogen by pumped liquid nitrogen
US5398514A (en) * 1993-12-08 1995-03-21 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system with intermediate temperature turboexpansion
US5467602A (en) * 1994-05-10 1995-11-21 Praxair Technology, Inc. Air boiling cryogenic rectification system for producing elevated pressure oxygen

Also Published As

Publication number Publication date
KR100271533B1 (ko) 2000-12-01
KR970016505A (ko) 1997-04-28
EP0766054B2 (de) 2004-08-18
DE69615488T2 (de) 2002-04-25
EP0766054A3 (de) 1998-01-14
EP0766054B1 (de) 2001-09-26
CN1147079A (zh) 1997-04-09
ES2160748T3 (es) 2001-11-16
EP0766054A2 (de) 1997-04-02
US5564290A (en) 1996-10-15
CA2182126A1 (en) 1997-03-30
DE69615488D1 (de) 2001-10-31
CA2182126C (en) 1999-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69615488T3 (de) Kryogenisches Rektifikationssystem mit Zweiphasenturboexpansion
DE69801462T3 (de) Kryogenische Lufttrennung mit warmer Turbinenrückführung
DE69612532T3 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Sauerstoff mässiger Reinheit
DE69907822T2 (de) Ringspaltsäule für kryogenische Rektifikation
DE1122560B (de) Verfahren zur Zerlegung eines aus Methan und schwerer siedenden Kohlenwasserstoffen bestehenden Naturgases
DE2204376A1 (de) Thermisches Kreislaufverfahren zur Verdichtung eines Strömungsmittels durch Entspannung eines anderen Strömungsmittels
EP0185253B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von C2+- oder von C3+-Kohlenwasserstoffen
DE2920270A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von sauerstoff niedriger reinheit
DE69909143T2 (de) Trennung von Kohlenstoffmonoxid aus stickstoffverschmutzten, Wasserstoff und Methan enthaltenden Gasgemischen
DE69719418T3 (de) Verfahren zur Herstellung von Stickstoff unter Verwendung einer Doppelkolonne und einer Niederdruckabtrennungszone
DE60121379T2 (de) Verfahren zum Betreiben einer Tieftemperatur-Rektifikationskolonne
DE69910272T2 (de) Kryogenisches Rektifikationsystem zur Herstellung von ultrahochreinem Stickstoff und ultrahochreinem Sauerstoff
DE4117777C2 (de)
DE2405971A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur abkuehlung und/oder verfluessigung eines gases oder eines gasgemisches
DE60004450T2 (de) Kryogenisches Rektifikationsystem zur Herstellung von hochreinem Sauerstoff
DE69909161T2 (de) Tieftemperaturrektifikationsvorrichtung mit seriellen Säulen zur hochreinen Stickstoffherstellung
DE69912020T2 (de) Kryogenisches Rektifikationssystem mit integriertem Phasentrenner mit Produktkocher
DE69913043T2 (de) Kryogenische Luftzerlegungsanlage mit hohem Entspannungsverhältnis
DE69908478T2 (de) Trennung von Kohlenmonoxid in Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Gasgemischen
DE60016874T2 (de) Luftzerlegung
DE2535489A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur zerlegung eines tiefsiedenden gasgemisches
DE3229883A1 (de) Verfahren und einrichtung zur herstellung von gereinigtem aethylen
EP1189001B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung hoch reinen Stickstoffs durch Tieftemperatur-Luftzerlegung
DE19933558A1 (de) Dreisäulenverfahren und -vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE60008191T2 (de) Tieftemperaturanlage zur Herstellung von Sauerstoff angereicherter Luft

Legal Events

Date Code Title Description
8363 Opposition against the patent
8366 Restricted maintained after opposition proceedings
8339 Ceased/non-payment of the annual fee