DE69708500T2 - Sauerstoff-Stahlherstellung - Google Patents

Sauerstoff-Stahlherstellung

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Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf die Sauerstoff-Stahlherstellung.
  • Die Sauerstoff-Stahlherstellung ist einer der Hauptbausteine einer modernen industriellen Wirtschaft. Es gibt einen Bereich verschiedener Sauerstoff-Stahlherstellungsprozesse einschließlich des Siemens-Martin-Verfahrens, Stahlherstellungsprozessen mit Bodeneinblasung einschließlich dem Bessemer-Verfahren und Q-BOP-Verfahren, weiter Aufblas- Konverterverfahren einschließlich des LD-AC-Verfahrens (auch bekannt als BOS (basische Sauerstoff-Stahlherstellung) oder BOP (basisches Sauerstoffverfahren)), und elektrischer Lichtbogenofenprozesse, die das Stechen von geschmolzenem Eisenmetall mit Sauerstoff umfassen.
  • Hochreiner Sauerstoff (d. h. Sauerstoff mit einer Reinheit von mehr als 99%) ist immer schon bei solchen Sauerstoff-Stahlherstellungsverfahren verwendet worden, weil Stickstoff eine schädliche Wirkung auf Stahl hat. Um den hochreinen Sauerstoff zu bilden, wird Luft durch Rektifizierung getrennt. Die Zusammensetzung von Luft ist derart, dass, um solche Reinheitswerte zu erreichen, eine Rektifiziersäule, aus welcher das Sauerstoffprodukt entnommen wird, einem Abschnitt zum Trennen von Argon von Sauerstoff aufweist. Da Argon und Sauerstoff ähnliche Flüchtigkeiten haben, trägt dieser Abschnitt beträchtlich zu der Gesamthöhe der Rektifiziersäule und zu dem Gesamtenergiebedarf des Lufttrennverfahrens bei. Die DE-A-14 33 652 beschreibt, dass die Sauerstoffreinheit in einem Stahlherstellungsverfahren nur 98,5 Vol.-% zu betragen braucht.
  • Es ist ein grundsätzliches Ziel moderner Lufttrennverfahren, den Energieverbrauch der Lufttrennanlage ohne übermäßige Steigerung der Kapitalkosten zu minimieren.
  • Manchmal wird gefordert, dass die gleiche Lufttrennanlage sowohl einen Stahlherstellungs- als auch einen Eisenherstellungsprozeß versorgen soll. Der Eisenherstellungsprozeß kann mit einem herkömmlichen Blasofen arbeiten, der mit einer Charge aus Eisenoxid, Koks und mindestens einem Schlackenbildner oder Flussmittel beschickt wird, oder es kann ein sogenanntes Direktreduktionsverfahren sein, in welchem Kohle anstelle von Koks verwendet wird. Bei einem Direktreduktionsverfahren wird die Charge in einem Reduktionstiegel zugeführt, in welchem das Eisenerz durch ein Gasgemisch reduziert wird, das Wasserstoff oder Kohlenmonoxid enthält, und das resultierende Eisen wird in einem zweiten Tiegel geschmolzen, in welchem die Kohle gleichzeitig vergast wird, um das reduzierende Gasgemisch zu erzeugen. Sauerstoff mit einer Reinheit von 95% wird typischerweise für die Vergasung der Kohle eingesetzt. (Die EP-A-0 357 299 beschreibt ein Lufttrennverfahren zum Erzeugen unreinen Sauerstoffs zur Verwendung in einer Vergasungsanlage). Als Ergebnis sind die Kapital- und Betriebskosten der Lufttrennanlage geringer, wenn auch ein Sauerstoffprodukt mit einer Reinheit von mehr als 99% verlangt wird. Wenn jedoch das Erfordernis, ein solch reines Sauerstoffprodukt zu erzeugen, besteht die Notwendigkeit zum Rückverdampfen hochreinen Flüssigsauerstoffs am Boden der Rektifiziersäule, aus welcher die Sauerstoffprodukte entnommen werden. Je höher die Reinheit des Sauerstoffs, je höher ist die Rückverdampfungstemperatur bei einem gegebenen Druck. Als Ergebnis nimmt der Druck des zum Rückverdampfen des hochreinen Sauerstoffs eingesetzten Gases mit zunehmender Sauerstoffreinheit zu, und deswegen wird mehr Arbeit auf das Anheben des Drucks dieses Gases verwendet. Des weiteren, wenn Sauerstoffprodukte verschiedener Reinheit verlangt werden, ergeben sich gesteigerte Kosten im Zusammenhang mit zusätzlichen Rohrleitungen und Verteilern.
  • Die vorliegende Erfindung bearbeitet diese Probleme. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Versorgen sowohl eines Sauerstoff-Stahlherstellungsprozesses als auch eines Eisenherstellungsprozesses mit Sauerstoff vorgesehen, welches das Abtrennen von Sauerstoff aus Luft durch Rektifizieren der Luft, Zuführen eines ersten Sauerstoffstroms aus der Rektifizierung zum Stahlherstellungsprozeß und das Zuführen eines zweiten Sauerstoffstroms aus der Rektifizierung zum Eisenherstellungsprozeß umfasst, wobei der erste und der zweite Sauerstoffstrom beide aus der gleichen Stufe der Rektifizierung abgezogen werden und beide von 97 bis 98 Vol.-% Sauerstoff und weniger als 100 Volumenteile pro Million Stickstoff enthalten.
  • Die vorliegende Erfindung beinhaltet auch eine Einrichtung mit einem Stahlherstellungsbehälter, einem Eisenherstellungsbehälter und einer Rektifiziersäule zum Trennen von Sauerstoff aus Luft, wobei sowohl der Eisenherstellungsbehälter als auch der Stahlherstellungsbehälter mit der gleichen Stufe der Rektifiziersäule in Verbindung stehen, wobei diese Stufe sich in einer solchen Position in der Säule befindet, dass sowohl der Eisenherstellungsbehälter als auch der Stahlherstellungsbehälter in Betrieb ein Sauerstoffprodukt mit 97 bis 98 Vol.-% Sauerstoff und weniger als 100 Volumenteile pro Million Stickstoff erhalten.
  • Durch Entnehmen von Sauerstoffgas mit 97 bis 98 Vol.-% Sauerstoff als Produkt werden in der Rektifiziersäule, aus welcher das Sauerstoffprodukt entnommen wird, beträchtlich weniger Stufen im Vergleich zu einer vergleichbaren Rektifiziersäule benötigt, in welcher ein reines Sauerstoffprodukt erzeugt wird. Des weiteren kann bei dem Verfahren und der Einrichtung nach der Erfindung das Rückverdampfen in der Rektifiziersäule durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Gasstrom unter niedrigerem Druck als in einer vergleichbaren Rektifiziersäule erfolgen, in welcher ein reines Sauerstoffprodukt erzeugt wird, wodurch Energieeinsparungen ermöglicht werden. In der Tat werden verringerte Betriebs- und Kapitalkosten der Lufttrennung erreicht, indem sämtlicher Sauerstoff mit einer Reinheit von nur 97 bis 98 Vol.-% entnommen wird, anstatt eines erstes Sauerstoffprodukt mit einer Reinheit von 98 Vol.-% und ein zweites Sauerstoffprodukt mit 99,7 Vol.-% zu entnehmen.
  • Vorzugsweise ist der Stickstoffgehalt des Sauerstoffs weniger als 50 Volumenteile pro Million, und mehr vorzugsweise ist er geringer als 10 Volumenteile pro Million. Solche niedrigen Stickstoffverunreinigungswerte können leicht erreicht werden, obwohl die Sauerstoffreinheit im Bereich von nur 97 bis 98 Vol.-% liegt, insbesondere wenn die Rektifiziersäule, aus welcher der Sauerstoff entnommen wird, eine Niederdrucksäule ist, die betriebsmäßig einer Rektifiziersäule höheren Drucks zugeordnet ist, und wenn Argonangereicherter Sauerstoffstrom aus der Niederdruckrektifiziersäule zur Trennung in einer weiteren Rektifiziersäule abgezogen wird. Als Ergebnis des Abziehens des Argonangereicherten Sauerstoffstroms wird die Stickstoffverunreinigung effektiv aus dem Sauerstoff-Argon-Trennabschnitt in der Niederdruckrektifiziersäule abgezogen. Es hat sich gezeigt, dass der Pegel der Stickstoffverunreinigung in den Sauerstoffströmen durch Steuerung des Strömungsdurchsatzes von Kühlmittel durch einen Kondensator effektiv gesteuert werden kann, der dem Kopf der weiteren Säule zugeordnet ist.
  • Das zum Stahlherstellungsprozeß und das zum Eisenherstellungsprozeß zugeführte Sauerstoffprodukt werden beide vorzugsweise vom Bodenbereich einer Rektifiziersäule entnommen (d. h. unterhalb sämtlicher Flüssigkeits-Dampf-Kontaktelemente in der Säule). Die Sauerstoffströme können sowohl in flüssigem Zustand als auch im Dampfzustand oder einer im flüssigen Zustand und der andere im dampfförmigen Zustand entnommen werden.
  • Typischerweise werden 10 bis 30% des gesamten Sauerstoffprodukts zum Stahlherstellungsprozeß und der Rest zum Eisenherstellungsprozeß zugeführt.
  • Der Begriff "Rektifiziersäule", wie er hier verwendet wird, bedeutet eine Destillations- oder Fraktioniersäule, eine Zone oder Zonen, worin Flüssigkeits- und Dampfphasen im Gegenstrom miteinander in Berührung gebracht werden, um eine Trennung oder Reinigung des Strömungsmittelgemischs zu bewirken, wie beispielsweise durch in Berührungbringen der Dampf und Flüssigkeitsphasen auf Packungselementen oder einer Reihe von vertikal beabstandeten Schalen oder Pumpen, die in der Säule, der Zone oder den Zonen montiert sind. Eine Rektifiziersäule kann eine Mehrzahl von Fraktionierzonen in getrennten Behältern umfassen, um einen einzigen Behälter mit übermäßiger Höhe zu vermeiden. Beispielsweise ist es bekannt, eine Packungshöhe von 200 theoretischen Platten in einer Argonrektifiziersäule zu verwenden. Wenn diese gesamte Packung in einem einzigen Behälter untergebracht würde, würde der Behälter typischerweise eine Höhe von über 50 Metern haben. Es ist daher offensichtlich wünschenswert, die Argonrektifiziersäule in zwei getrennten Behältern aufzubauen, um einen einzigen übermäßig hohen Behälter zu vermeiden.
  • Das Verfahren und die Einrichtung nach der Erfindung werden nun beispielshalber unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung beschrieben, die ein schematisches Strömungsdiagram und einer Lufttrennanlage zum Zuführen eines ersten Sauerstoffstroms mit erhöhtem Druck zu einem Stahlherstellungsprozeß und eines zweiten Sauerstoffstroms mit erhöhtem Druck zu einem Eisenherstellungsprozeß zeigt.
  • Die Zeichnung ist nicht maßstäblich.
  • Gemäß der Zeichnung wird ein Luftstrom in einem Verdichter 2 verdichtet. Die Kompressionswärme wird in einem Nachkühler 4 aus der verdichteten Luft abgeführt. Der resultierende verdichtete Speiseluftstrom strömt aus dem Nachkühler 4 durch eine Reinigungseinheit 6, die Wasserdampf und Kohlendioxid hieraus abscheidet. Die Einheit 6 arbeitet mit (nicht dargestellten) Adsorptionsmittelbetten zum Bewirken dieser Abscheidung von Wasserdampf und Kohlendioxid. Eine solche Reinigungseinheit und ihr Betrieb sind auf dem Fachgebiet bekannt und brauchen hierin nicht weiter beschrieben zu werden.
  • Ein Teil des gereinigten Luftstroms strömt durch einen Hauptwärmetauscher 8 von dessen warmen Ende 10 zu dessen kaltem Ende 12 und wird dadurch von etwa Umgebungstemperatur auf annähernd seine Sättigungstemperatur abgekühlt. Der so abgekühlte Luftstrom tritt in dampfförmigen Zustand in den Bodenbereich einer Rektifiziersäule 14 höheren Drucks durch einen Einlaß 16 ein. Die Rektifiziersäule 14 höheren Drucks hat typischerweise einen Betriebsdruck von etwa 500 kpa (5 bar) absolut an ihrem oberen Ende.
  • Ein weiterer Teil der gereinigten Speiseluft wird von stromauf des Hauptwärmetauschers 8 entnommen und in einem Hilfsverdichter 18 weiter verdichtet. Die Kompressionswärme wird in einem Nachkühler 20 aus der weiter verdichteten Luft abgeführt. Dieser Luftstrom strömt aus dem Nachkühler 20 durch den Hauptwärmetauscher 8 von dessen warmen Ende 10 zu dessen kaltem Ende 12. Der Luftstrom wird dadurch verflüssigt. Die resultierende Flüssigluft strömt über ein Drosselventil 22 durch einen Einlaß 23 in die Rektifiziersäule 14 höheren Drucks auf einer Höhe oberhalb derjenigen des Einlasses 16.
  • Die Rektifiziersäule 14 höheren Drucks enthält Flüssigkeits-Dampf-Kontaktmittel (nicht dargestellt) wie beispielsweise Siebschalen oder Packungselemente, um eine innige Berührung zwischen einem aufsteigenden Dampf und einer absteigenden Flüssigkeit zu bewirken. Die Luft wird dadurch in eine Sauerstoff-angereicherte Flüssigluftfraktion am Boden der Säule 14 und eine Stickstoffdampffraktion am oberen Ende der Säule 14 getrennt. Ein Stickstoffdampfstrom strömt vom oberen Ende der Säule 14 in einen Rückverdampfer- Kondensator 24 und wird durch indirekten Wärmeaustausch mit einer siedenden Flüssigkeit kondensiert. Ein erster Teil des resultierenden Stickstoffkondensats wird in die Rektifiziersäule 14 höheren Drucks zurückgeleitet und bildet einen Rückfluß für diese Säule.
  • Ein zweiter Teil des Stickstoffkondensats wird mittels einer Pumpe 26 auf einen gewählten erhöhten Druck druckbeaufschlagt und strömt durch den Hauptwärmetauscher 8 von dessen kaltem Ende 12 zu dessen warmen Ende 10 und wird darin durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Luftstrom verdampft. Als Ergebnis wird ein gasförmiges Stickstoffprodukt gebildet. Ein dritter Teil des Stickstoffkondensats aus dem Rückverdampfer- Kondensator 24 wird in einem Wärmetauscher 28 unterkühlt, durch ein Drosselventil 29 geleitet, und in einen oberen Bereich einer Rektifiziersäule 30 niedrigeren Drucks durch einen Einlaß 32 eingeleitet. Die Säule 30 niedrigeren Drucks arbeitet mit einem Druck an ihrem oberen Ende von weniger als 1,5 bar (150 kPa) absolut.
  • Ein Strom Sauerstoff-angereicherter Flüssigluft, die typischerweise 30 bis 40 Vol.-% Sauerstoff enthält, wird vom Boden der Rektifiziersäule 14 höheren Drucks durch einen Auslaß 34 abgezogen und strömt durch den Wärmetauscher 28 in der gleichen grundsätzlichen Richtung wie das Stickstoffkondensat. Als Ergebnis wird die Sauerstoff-angereicherte Flüssigluft unterkühlt. Die resultierende unterkühlte Sauerstoff-angereicherte Flüssigluft wird in zwei Ströme unterteilt. Ein Strom gelangt direkt zu einem Drosselventil 36 und strömt durch dieses in die Rektifiziersäule 30 niedrigeren Drucks durch einen Einlaß 43 ein. Die andere Strömung der unterkühlten Sauerstoff-angereicherten Flüssigluft gelangt durch einen Kondensator 38, der einer Argonsäule 40 zugeordnet ist. Aufgrund des Wärmeaustauschs im Kondensator 38 mit kondensierendem Argon wird die Sauerstoffangereicherte Flüssigkeit im Kondensator 38 verdampft. Der resultierende Dampf strömt ebenfalls zur Rektifiziersäule 30 niedrigeren Drucks und wird durch einen Einlaß 42 in diese Säule eingeleitet.
  • Weitere Luft zur Trennung in der Niederdruckrektifiziersäule 30 wird durch Entnehmen eines Stroms gereinigter Luft auf etwa dem Druck der Rektifiziersäule 14 höheren Drucks aus einem Zwischenbereich des Hauptwärmetauschers 8 und Expandieren derselben unter Leistung externer Arbeit in einer Expansionsturbine 46 gebildet. Die expandierte Luft verlässt die Turbine 46 unter einem Druck, der es ermöglicht, sie in die Niederdruckrektifiziersäule 30 ohne irgendeinen wesentlichen Druckabfall und auf etwa ihrer Sättigungstemperatur einzuleiten. Der expandierte Luftstrom wird typischerweise mit der aus dem Kondensator 38 entnommenen verdampften Sauerstoff-angereicherten Flüssigluft vorgemischt.
  • Noch weitere Luft zur Trennung in der Niederdruckrektifiziersäule wird durch Abziehen eines Stroms von Flüssigluft aus der Rektifiziersäule höheren Drucks durch einen Auslaß 39 auf der selben Höhe wie der Einlaß 23 bereitgestellt. Der Flüssigluftstrom wird durch Hindurchleiten durch den Hauptwärmetauscher 28 unterkühlt, durch ein Drosselventil 41 hindurchgeleitet, und durch einen Einlaß 44 in die Niederdruckrektifiziersäule 30 eingeleitet. Typischerweise beträgt der Strömungsdurchsatz der in die Säule 30 durch den Einlaß 44 eingeleiteten Flüssigluft von zwei Dritteln bis drei Viertel der Flüssigluft, die durch den Einlaß 23 in die Rektifiziersäule 16 höheren Drucks eingeleitet wird.
  • Die Niederdruckrektifiziersäule 30 enthält Packungselemente 48 (typischerweise einer strukturierten Packung), die es ermöglichen, aufsteigenden Dampf mit absteigender Flüssigkeit in Berührung zu bringen. Als Ergebnis dieser Berührung findet die Trennung der Luft statt. Eine Flüssigsauerstofffraktion wird am Boden der Niederdruckrektifiziersäule 30 gesammelt, und eine Stickstoffdampffraktion wird am oberen Ende der Niederdruckrektifiziersäule 30 gesammelt. Die Dampfströmung aufwärts durch die Säule 30 wird durch Verdampfung eines Teils der Flüssigsauerstofffraktion im Rückverdampfer-Kondensator 24 durch indirekten Wärmeaustausch mit dem kondensierenden Stickstoffdampf erzeugt. Ein Argon-angereicherter Sauerstoffdampfstrom wird von einem Zwischenpegel der Niederdruckrektifiziersäule 30 durch einen Auslaß 50 abgezogen und strömt in die weitere Rektifiziersäule 40, in der Argon abgetrennt wird. Die Argonsäule 40 ist in zwei Teile aufgeteilt. Es ist eine den ersten Teil bildende Argonrektifiziersäule 52 und eine den zweiten Teil bildende Argonrektifiziersäule 54 vorgesehen. Beide Teilsäulen 52 und 54 enthalten Packungselemente 56, beispielsweise eine strukturierte Packung, um einen innigen Flüssigkeits-Dampf-Kontakt darin herzustellen. Die Teilsäule 52 erhält den Argonangereicherten Sauerstoffdampfstrom in ihrem Bodenbereich, und das obere Ende der Teilsäule 54 ist betriebsmäßig mit dem Argonkondensator 38 verbunden. Ein Strom flüssigen Argons strömt aus dem Kondensator 38 abwärts durch die Teilsäule 54, aus deren Boden er mittels einer Pumpe 58 zum oberen Ende der Teilsäule 52 befördert wird. Die Flüssigkeit steigt in der Teilsäule 52 im Gegenstrom zu dem Argon-angereicherten Dampfstrom ab. Der Dampf wird weiter an Argon angereichert und strömt vom oberen Ende der Teilsäule 52 in den Boden der Teilsäule 54, und in der Säule 54 findet eine weitere Berührung zwischen aufsteigendem Dampf und absteigender Flüssigkeit statt. Als Ergebnis wird ein im wesentlichen sauerstofffreier Argondampf am oberen Ende der Säule 54 produziert, und dieser Dampf strömt in den Kondensator 38 ein. Ein Strom des Argonkondensats wird aus dem Kondensator 38 als Produkt entnommen und kann beispielsweise durch Abscheiden von Stickstoff hiervon noch weiter gereinigt werden. Am Boden der Säule 52 sich sammelnde Flüssigkeit wird durch einen Einlaß 60 in die Niederdruckrektifiziersäule 30 zurückgeführt.
  • Ein Stickstoffstrom wird durch einen Auslaß 62 vom oberen Ende der Niederdruckrektifiziersäule 30 abgezogen und gelangt durch den weiteren Wärmetauscher 28 hindurch, wobei er die notwendige Kühlung für die darin unterkühlte Ströme bereitstellt. Der Stickstoffstrom gelangt aus dem Wärmetauscher 28 durch den Hauptwärmetauscher 8 von dessen kaltem Ende 12 zu dessen warmem Ende 10 und wird dadurch auf etwa Umgebungstemperatur erwärmt. Ein Flüssigsauerstoffstrom wird vom Boden der Niederdruckrektifiziersäule 30 durch einen Auslaß 64 abgezogen. Ein Teil des Flüssigsauerstoffs wird mittels einer Pumpe 66 auf einen Druck im Bereich von 7 bar (1 Mpa) absolut angehoben und durch Hindurchströmen durch den Hauptwärmetauscher von dessen kaltem Ende 12 zu dessen warmen Ende 10 verdampft. Der resultierende verdampfte Sauerstoff unter einem Druck im Bereich von 10 bar (1 Mpa) absolut wird einem Sauerstoffstahlherstellungsbehälter 70 zugeführt. Ein zweiter Sauerstoffproduktstrom wird auf einen Druck im Bereich von zwischen 20 und 40 bar (2 und 4 MPa) absolut mittels einer Pumpe 72 angehoben und strömt von der Pumpe 72 durch den Hauptwärmetauscher 8 von dessen kaltem Ende 12 zu dessen warmen Ende 10 und wird dadurch verdampft. Der resultierende verdampfte Sauerstoffstrom wird unter einem Druck von etwa 20 bar absolut zum Vergaser 74 einen Direktreduktions-Corex-Eisenherstellungsprozesses zugeführt.
  • Die Niederdruckrektifiziersäule 30 wird derart betrieben, dass die beiden Produktsauerstoffströme von 97 bis 98 Vol.-% Sauerstoff enthalten, wobei der Rest im wesentlichen aus Argon besteht. Es ist nicht mehr als 10 Volumenteile pro Million Stickstoffverunreinigung im Sauerstoff vorhanden. Der Rest beider Sauerstoffprodukte besteht aus Argon und Spurenverunreinigungen wie beispielsweise Xenon, Krypton und Titan. Der Pegel der Stickstoffverunreinigung im Produktsauerstoff kann indirekt mittels eines Strömungssteuerventils 80 gesteuert werden, das in einer Leitung angeordnet ist, welche den Kondensator 38 mit Sauerstoff-angereicherter Flüssigluft speist. Je größer der Strömungsdurchsatz der Sauerstoff-angereicherten Flüssigluft durch den Kondensator 38 ist, desto größer ist erstens der Durchsatz, mit welchem Argon-angereicherter Sauerstoffdampf in die Rektifiziersäule 40 eingeleitet wird, und zweitens die Abzugsrate von Stickstoffverunreinigung in diesem Argon-angereicherten Sauerstoffstrom. Je größer die Abzugsrage der Stickstoffverunreinigung ist, desto niedriger ist der Stickstoffverunreinigungspegel im Produktsauerstoff. Daher braucht durch Wahl einer geeigneten Einstellung des Ventils 80 eine maximale Stickstoffkonzentration in den Sauerstoffprodukten niemals überschritten zu werden.
  • Das Vorhandensein einer Argonverunreinigung im Bereich von 2 bis 3 Vol.-% in den Sauerstoffprodukten führt unvermeidlich zu einer niedrigen Rückgewinnung von Argonprodukt. Selbst eine Argonrückgewinnung von 20%, die leicht erreichbar ist, entspricht jedoch grundsätzlich den Bedürfnissen der Eisen- und Stahlherstellungsanlagen ihr Argon.
  • Das Verfahren nach der Erfindung ist nicht auf irgendeinen bestimmten Stahlherstellungs- oder Eisenherstellungsprozeß beschränkt. Der Betrieb dieser Prozesse kann herkömmlich sein. Die Erfindung ist auch nicht auf irgendeinen bestimmten kryogenen Lufttrennprozeß beschränkt. Beispielsweise kann anstelle einer Anordnung aus einer Rektifiziersäule 14 höheren Drucks und einer Niederdruckrektifiziersäule 30 mit einem einfach-Kondensator- Rückverdampfer 24 ein sogenannter "Doppelrückverdampfer"-Prozeß Anwendung finden. Bei einem solchen Prozeß ist der Kondensator-Rückverdampfer 24 von der Rektifiziersäule 14 höheren Drucks getrennt und wird stattdessen durch einen Luftstrom beheizt, der von stromab im kalten Ende 12 des Hauptwärmetauschers 8 und stromauf des Einlasses 16 zur Rektifiziersäule 14 höheren Drucks entnommen wird. Ein zweiter Rückverdampfer wird auf einer mittleren Höhe der Niederdruckrektifiziersäule 30 eingesetzt, um die Aufwärtsströmung von Dampf zu ergänzen, die vom Rückverdampfer 24 bereitgestellt wird, und Stickstoffdampf zu kondensieren, der vom oberen Ende der Rektifiziersäule 14 höheren Drucks entnommen wird. Ein Vorteil solcher Doppelrückverdampferanordnungen liegt darin, dass sie im allgemeinen einen niedrigeren Kopfdruck erfordern als vergleichbare Anordnungen der in der anliegenden Zeichnung dargestellten Art.
  • In einem typischen Beispiel des Betriebs der in der Zeichnung gezeigten Anlage haben die Sauerstoffprodukte beide eine Reinheit von 97,5 Vol.-%, und die Niederdruckrektifiziersäule 30 enthält eine im Bereich von 60% derjenigen Stufenanzahl (theoretische Stufen) legen die Anzahl von Stufen, die notwendig wären, wenn ein Sauerstoffprodukt von 99,7% Reinheit erzeugt werden müsste. Typischerweise hat der Hilfsverdichter einen Auslassdruck im Bereich von 25 bar (2,5 MPa) absolut bei diesem Beispiel.
  • Gewünschtenfalls kann ein kleiner Teil, beispielsweise 1%, des von der Niederdrucksäule 30 durch den Auslaß 64 abgezogenen Flüssigsauerstoffs als flüssiges Sauerstoffprodukt gespeichert und für andere Zwecke verwendet werden, beispielsweise zum Schneiden oder Abflammen. Statt des Entnehmens beider Hauptsauerstoffprodukte aus der Niederdruckrektifiziersäule 30 in flüssigem Zustand können eines oder beide aus dem im Rückverdampfer-Kondensator 24 gebildeten Dampf entnommen und durch einen Verdichterstrom ab des Hauptwärmetauschers 8 auf Hochdruck angehoben werden.
  • Die Vorteile der Erfindung werden durch das folgende Vergleichsbeispiel illustriert, basierend auf dem in der anliegenden Zeichnung dargestellten Prozeß, wobei 80% der Sauerstoffproduktion unter einem Druck von 11 bar (1,1 MPa) zu einer Corex- Eisenherstellungsanlage 20% zu einer basischen Sauerstoff-(Stahlherstellungs)-Anlage strömt.
  • *Die Verunreinigungen schließen 2 Volumenteile pro Million Stickstoff ein.
  • Durch die Erfindung wird also eine beträchtliche Höhenverringerung der Niederdruckrektifiziersäule 30 ermöglicht. Des weiteren kann eine bemerkenswerte Energieeinsparung selbst dann erzielt werden, wenn die mittlere Reinheit der Sauerstoffprodukte bei der Erfindung größer ist, als es bei dem vergleichbaren herkömmlichen Prozeß der Fall ist. Das gewählte Beispiel ist typisch, weil der Bedarf für Sauerstoff in einem Direktreduktions- Eisenherstellungsprozeß typischerweise das Fünf bis Zehnfache wie in einem Sauerstoff- Stahlherstellungsprozeß beträgt.
  • Des weiteren sind die im Vergleichsbeispiel erhaltenen Ergebnisse nicht von dem besonderen Lufttrennverfahren abhängig. In der Tat sind sogar noch größere vergleichsweise Energieeinsparungen erzielbar, wenn ein Doppelrückverdampfer-Lufttrennprozeß gewählt wird.

Claims (8)

1. Verfahren zum Versorgen sowohl eines Sauerstoff-Stahlherstellungsprozesses als auch eines Eisenherstellungsprozesses mit Sauerstoff, welches das Abtrennen von Sauerstoff aus Luft durch Rektifizierung der Luft, Zuführen eines ersten Sauerstoffstroms aus der Rektifizierung zum Stahlherstellungsprozeß und das Zuführen eines zweiten Sauerstoffstroms aus der Rektifizierung zum Eisenherstellungsprozeß umfasst, wobei der erste und der zweite Sauerstoffstrom beide aus der gleichen Stufe der Rektifizierung abgezogen werden und beide von 97 bis 98 Volumenprozent Sauerstoff und weniger als 100 Teile pro Million Stickstoff enthalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Sauerstoff aus einer Niederdruckrektifiziersäule entnommen wird, die betriebsmäßig einer Rektifiziersäule höheren Drucks zugeordnet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Argon-angereicherter Sauerstoffstrom aus der Niederdruckrektifiziersäule zur Trennung in einer weiteren Rektifiziersäule abgezogen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, das zusätzlich den Schritt der Steuerung des Strömungsdurchsatzes von Kühlmittel durch einen Kondensator umfasst, der dem Kopf der weiteren Säule zugeordnet ist, um so den Stickstoffverunreinigungsgehalt in dem Sauerstoff zu steuern.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei welchem der Sauerstoff von unterhalb sämtlicher Flüssigkeits-Dampf-Kontaktelemente in der Niederdruckrektifiziersäule entnommen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stickstoffgehalt des Sauerstoffs weniger als 50 Volumenteile pro Million trägt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stickstoffgehalt des Sauerstoffs weniger als 10 Volumenteile pro Million beträgt.
8. Einrichtung mit einem Stahlherstellungsbehälter (70), einem Eisenherstellungsbehälter (74) und einer Rektifiziersäule (30) zum Trennen von Sauerstoff aus Luft, wobei sowohl der Eisenherstellungsbehälter (70) als auch der Stahlherstellungsbehälter (74) mit der gleichen Stufe der Rektifiziersäule (30) in Verbindung stehen, wobei diese Stufe sich in einer solchen Position in der Säule befindet, dass sowohl der Eisenherstellungsbehälter (70) als auch der Stahlherstellungsbehälter (74) im Betrieb ein Sauerstoffprodukt mit 97 bis 98 Volumenprozent Sauerstoff und weniger als 100 Volumenteile pro Million Stickstoffverunreinigung erhalten.
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