DE69907822T2

DE69907822T2 - Ringspaltsäule für kryogenische Rektifikation

Info

Publication number: DE69907822T2
Application number: DE69907822T
Authority: DE
Inventors: Kenneth Kai Amherst Wong; John Frederic Getzville Billingham; Dante Patrick Grand Island Bonaquist; Byram Grand Island Arman; Raymond Francis Clarence Center Drnevich; Minish Mahendra East Amherst Shah; Todd Alan Elma Skare
Original assignee: Praxair Technology Inc
Current assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 1998-08-05
Filing date: 1999-08-03
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2019-08-04
Also published as: CN1145774C; CA2279557C; KR20000017038A; EP0978700B1; EP0978700A1; CN1243940A; US5946942A; ES2193635T3; ID23268A; CA2279557A1; BR9904340A; DE69907822D1; US6023945A; KR100442464B1

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf die Rektifikation und ist für die kryogene Rektifikation wie z. B. die kryogene Rektifikation von Einsatzluft besonders nützlich.
Stand der Technik
Die Hauptkosten einer Rektifikationsanlage für die Trennung eines Fluidgemisches zu Komponenten basierend auf ihrer relativen Flüchtigkeit bestehen in den Kosten der Kolonnenumhüllung und des für die Kolonne erforderlichen Raums. Dies ist besonders dort der Fall, wo zwei oder mehrere Kolonnen zur Durchführung der Trennung notwendig sind. Derartige Mehrkolonnensysteme werden oft in der kryogenen Rektifikation wie z. B. in der kryogenen Rektifikation von Einsatzluft benutzt, wo die Kolonnen senkrecht gestapelt oder Seite an Seite angeordnet sind. Ein System wäre hoch erwünscht, das es ermöglicht, die Rektifikation mit reduzierten Kolonnenkosten und verringerten Raumanforderungen für die Kolonnen durchzuführen.
Eine Vorrichtung zum Ausführen der kryogenen Rektifikation von Einsatzluft gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist in EP-0 638 778 A1 offenbart, wobei die Vorrichtung eine Kolonne mit höherem Druck und eine Kolonne mit niedrigerem Druck aufweist. Die Kolonne mit höherem Druck beinhaltet keine Kolonnenunterteilung, während die Kolonne mit niedrigerem Druck über einen Hauptkolonnenbereich und einen Seitenkolonnenbereich verfügt, die durch eine ringförmige Kolonnenwand unterteilt sind, welche radial in Abstand von der Hauptkolonnenwand innerhalb eines Innenvolumens angeordnet ist, das von der Hauptkolonnenwand versetzt ist.
Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Kolonnensystems für die Rektifikation, die über verringerte Kosten- und Raumanforderungen gegenüber vergleichbaren konventionellen Systemen verfügt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die obigen und weitere Aufgaben, die dem Fachmann anhand dieser Beschreibung deutlich werden, werden durch die vorliegende Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Wie hier verwendet bezeichnet der Begriff "Produktsauerstoff" ein Fluid mit einer Sauerstoffkonzentration von höher als 80 Mol.% und vorzugsweise von höher als 95 Mol.%.
Wie hier verwendet bezeichnet der Begriff "Produktstickstoff" ein Fluid mit einer Stickstoffkonzentration von höher als 95 Mol.% und vorzugsweise von höher als 99 Mol.%.
Wie hier verwendet bezeichnet der Begriff "Produktargon" ein Fluid mit einer Argonkonzentration von höher als 80 Mol.% und vorzugsweise von höher als 95 Mol.%.
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 wie z. B. strukturierter oder Zufallspackung in Kontakt gebracht werden. Für eine weitere Diskussion 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, The Continuous Distillation Process.
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 im allgemeinen adiabatisch und kann einen integralen (stufenweisen) oder differentiellen (kontinuierlichen) Kontakt zwischen den Phasen beinhalten. Trennverfahrensanordnungen, die die Prinzipien der Rektifikation zum Trennen von Gemischen benutzen, werden oft als Rektifikationskolonnen, Destillationskolonnen oder Fraktionierkolonnen bezeichnet, wobei diese Begriffe untereinander ausgetauscht werden können. Tieftemperatur-Rektifikation ist ein Rektifikationsverfahren, das zumindest teilweise bei Temperaturen bei oder unterhalb 150°K ausgeführt wird.
Der Begriff "indirekter Wärmeaustausch", wie hier benutzt, bedeutet, dass zwei Fluidströme in eine Wärmeaustauschbeziehung gebracht werden, ohne dass irgendein physikalischer Kontakt oder eine Durchmischung der Fluide miteinander stattfindet.
Wie hier verwendet bezeichnet der Begriff "Einsatzluft" ein hauptsächlich Stickstoff, Sauerstoff und Argon aufweisendes Gemisch wie beispielsweise Umgebungsluft.
Wie hier verwendet bezeichnet der Begriff "Aufkocher" eine Wärmeaustauschvorrichtung, die in der Kolonne nach oben strömenden Dampf aus Kolonnenflüssigkeit erzeugt.
Wie hier verwendet bezeichnet der Begriff "Kondensator" eine Wärmeaustauschvorrichtung, die in der Kolonne nach unten strömende Flüssigkeit aus Kolonnendampf erzeugt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung eines Systems, das keinen Teil der Erfindung bildet und in dem die ringförmige Kolonne in einem kryogenen Rektifikationssystem verwendet wird, das Argon erzeugt.
2 ist eine detailliertere Ansicht des in 1 illustrierten Systems.
3 ist eine schematische Darstellung eines Systems, das keinen Teil der Endung bildet und in dem die ringförmige Kolonne in einem kryogenen Rektifikationssystem vom Doppelkolonnentyp benutzt wird.
4 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung, bei der die ringförmige Kolonne in einem kryogenen Rektifikationssystem vom Seitenkolonnenntyp verwendet wird.
5 ist eine detailliertere Ansicht der in 4 dargestellten Ausführungsform.
Die Bezugszeichen in den Zeichnungen sind für die allgemeinen Elemente die Gleichen.
Ausführliche Beschreibung
Die Erfindung wird ausführlich mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden. Die 1 und 2 illustrieren ein kryogenes Rektifikationssystem, das keinen Teil der Erfindung bildet und in dem eine ringförmige Kolonne verwendet werden kann.
Nun auf die 1 und 2 Bezug nehmend wird Einsatzluft 1 in einem Kompressor 2 verdichtet und von der Kompressionswärme mittels Durchleiten durch einen Kühler 3 gekühlt. Anschließend wird die aufgedrückte Einsatzluft von hoch siedenden Verunreinigungen wie z. B. Wasserdampf, Kohlendioxid und Kohlenwasserstoffen mittels Durchleiten durch einen Reiniger 4 gereinigt, der typischerweise ein Temperatur- oder Druckwechseladsorptionsreiniger ist. Eine gereinigte komprimierte Einsatzluft 5 wird anschließend mittels indirektem Wärmeaustausch mit Rücklaufströmen in einem Primärwärmetauscher 6 gekühlt. In der in 1 illustrierten Ausführungsform wird ein erster Teil 7 der Einsatzluft 5 mittels Durchleiten durch einen Boosterkompressor 8 weiter verdichtet, ein zweiter Teil 9 wird mittels Durchleiten durch einen Boosterkompressor 10 weiter verdichtet, und resultierende weiter komprimiere Einsatzluftteile 11 und 12 und ein restlicher komprimierter Einsatzluftteil 50 werden mittels Durchleiten durch den Primärwärmetauscher 6 gekühlt, um komprimierte, gereinigte und gekühlte Einsatzluft in Strömen 51, 52 bzw. 53 zu erzeugen. Der Strom 52 wird mittels Durchleiten durch einen Turboexpander 55 turboexpandiert, um einen Strom 54 auszubilden und Kälte für die nachfolgende kryogene Rektifikation zu erzeugen, und anschließend in eine ringförmige Kolonne 24 eingespeist. Die Ströme 51 und 53 werden jeweils in eine Kolonne mit höherem Druck 21 eingeleitet.
Innerhalb der Kolonne mit höherem Druck 21 wird Einsatzluft durch kryogene Rektifikation in mit Stickstoff angereicherten Dampf und mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit zerlegt. Mit Stickstoff angereicherter Dampf wird in einem Strom 22 in einen Aufkocher 23 geführt, wo er durch indirekten Wärmeaustausch mit der Sumpfflüssigkeit einer ringförmigen Kolonne 24 kondensiert wird, um mit Stickstoff angereicherte Flüssigkeit 25 auszubilden. Ein Teil 26 der mit Stickstoff angereicherten Flüssigkeit 25 wird zu der Kolonne mit höherem Druck 21 als Rücklauf zurückgeführt und ein weiterer Teil 27 der mit Stickstoff angereicherten Flüssigkeit 25 wird in dem Wärmetauscher 6 unterkühlt und danach in die ringförmige Kolonne 24 als Rücklauf eingespeist. Mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit wird von dem unteren Bereich der Kolonne mit höherem Druck 21 in einem Strom 28 geführt und ein Teil 56 wird in einen Argonkondensator 29 eingespeist, wo er durch indirekten Wärmeaustausch mit argonreicherem Dampf verdampft wird, und das sich ergebende mit Sauerstoff angereicherte Fluid wird wie dargestellt durch einen Strom 30 von dem Kondensator 29 in die ringförmige Kolonne 24 geführt. Ein weiterer Teil 57 der mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit wird direkt in die ringförmige Kolonne 24 eingespeist.
Die ringförmige Kolonne 24 weist eine zylindrische Hauptkolonnenwand 70 und eine zylindrische ringförmige Kolonnenwand 71 auf, die radial in Abstand von der Hauptkolonnenwand angeordnet ist. Die konzentrischen zylindrischen Wände 70 und 71 legen einen ersten Kolonnenbereich 72 und einen zweiten Kolonnenbereich 73 fest. Der zweite Kolonnenbereich 73 ist das Volumen zwischen der Hauptkolonnenwand und der ringförmigen Kolonnenwand und der erste Kolonnenbereich 72 weist mindestens ein Teil desjenigen Volumens auf, das durch die Hauptkolonnenwand umschlossen, nicht jedoch Teil des zweiten Kolonnenbereichs 73 ist. Der zweite Kolonnenbereich 73 ist von dem ersten Kolonnenbereich 72 bei dem oberen Ende des zweiten Kolonnenbereichs 73 durch einen Separator 74 abschlosseen und steht bei dem unteren Ende des zweiten Kolonnenbereichs 73 mit dem ersten Kolonnenbereich 72 durch einen Verteiler 75 in Strömungsverbindung. Vorzugsweise und wie in den 1 und 2 dargestellt sind die Einbauten zum Inkontaktbringen von Dampf und Flüssigkeit in dem zweiten Kolonnenbereich 73 ringförmige Böden 76. Die Einbauten zum Inkontaktbringen von Dampf und Flüssigkeit in dem ersten Kolonnenbereich 72 weisen vorzugsweise Packung auf.
Hauptsächlich Sauerstoff und Argon aufweisender Dampf strömt von dem ersten Kolonnenbereich 72 durch den Verteiler 75 in den zweiten Kolonnenbereich 73, wo er durch kryogene Rektifikation mit nach unten strömender Flüssigkeit in argonreicheren Dampf und sauerstoffreichere Flüssigkeit getrennt wird. Die sauerstoffreichere Flüssigkeit wird zu dem ersten Kolonnenbereich 72 durch den Verteiler 75 zurückgeführt, wie durch Strompfeile 33 dargestellt. Der argonreichere Dampf wird in einem Strom 34 in den Kondensator 29 eingespeist, worin er durch indirekten Wärmeaustausch mit der verdampfenden mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit wie oben beschrieben kondensiert. Die resultierende argonreichere Flüssigkeit wird in einem Strom 35 zu dem zweiten Kolonnenbereich 73 zurückgeführt und stellt die oben erwähnte nach unten strömende Flüssigkeit dar. Ein Teil 36 der argonreicheren Flüssigkeit kann als Produktargon indirekt von dem zweiten Kolonnenbereich 73 gewonnen werden. Wahlweise oder zusätzlich zu dem Strom 36 kann ein Teil des argonreicheren Dampfs direkt von dem zweiten Kolonnenbereich 73 als Produktargon gewonnen werden.
Die ringförmige Kolonne 24 wird bei einem Druck betrieben, der geringer als derjenige der Kolonne mit höherem Druck 21 ist. Innerhalb des ersten Kolonnenbereichs 72 der ringförmigen Kolonne 24 werden die verschiedenen Einsätze in dem ersten Kolonnenbereich durch kryogene Rektifikation im Gegenstrom in stickstoffreiches Fluid und sauerstoffreiches Fluid getrennt. Stickstoffreiches Fluid wird von dem oberen Bereich der ringförmigen Kolonne 24 als Dampfstrom 37 abgezogen, mittels Durchleiten durch den Primärwärmetauscher 6 erwärmt, und als Produktstickstoff 38 gewonnen. Ein Abstrom 58 wird von dem oberen Bereich der ringförmigen Kolonne 24 abgezogen, mittels Durchlauf durch den Wärmetauscher 6 erwärmt und von dem System in einem Strom 59 entfernt. Sauerstoffreiches Fluid wird von dem unteren Bereich der ringförmigen Kolonne 24 als Dampf und/oder als Flüssigkeit abgezogen. Wenn es als eine Flüssigkeit abgezogen wird, kann die sauerstoffreiche Flüssigkeit auf einen höheren Druck gepumpt und entweder in einem getrennten Produktkocher oder in dem Primärwärmetauscher 6 vorgängig vor der Gewinnung als Hochdruck-Produktsauerstoff verdampft werden. In der in 1 dargestellten Ausführungsform wird sauerstoffreiches Fluid von der ringförmigen Kolonne 24 als ein Flüssigkeitsstrom 39 abgezogen, durch eine Flüssigkeitspumpe 60 auf einen höheren Druck gepumpt, mittels Durchleiten durch den Primärwärmetauscher 6 verdampft und als Produktsauerstoff 40 gewonnen. Ein Teil 61 des flüssigen Sauerstoffs kann als flüssiger Produktsauerstoff gewonnen werden.
Die ringförmige Kolonne, die in Zusammenhang mit dem in den 1 und 2 beschriebenen System verwendet wird, ersetzt die Kolonne mit niedrigerem Druck und die Argonseitenarmkolonne einer konventionellen kryogenen Luftzerlegungsanlage. In der in 3 illustrierten Ausführungsform, die keinen Teil der Erfindung bildet, nimmt die ringförmige Kolonne die Stelle der bei höherem Druck und bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonnen einer konventionellen kryogenen Luftzerlegungsanlage ein. Die in 3 dargestellte Ausführungsform beinhaltet ebenfalls eine ringförmige Anordnung, die ähnlich wie die in Zusammenhang mit der in den 1 und 2 beschriebenen Anordnung für die Herstellung von Produktargon ausfällt. Es versteht sich jedoch, dass ein derartiges Produktargonherstellungsvermögen nicht notwendig ist oder durch die Verwendung einer konventionellen Argonseitenarmkolonne bereitgestellt werden kann, wenn die in 3 dargestellte Ausführungsform zur Anwendung gebracht wird. Diejenigen Aspekte des in 3 illustrierten Systems, welche die gleichen wie die weiter oben in Zusammenhang mit dem in den 1 und 2 dargestellten System erläuterten Aspekte sind, tragen allgemeine Bezugszeichen und werden nicht erneut ausführlich erörtert.
Die vorliegende und in 3 dargestellte ringförmige Kolonne unterscheidet sich von der in den 1 und 2 illustrierten Kolonne insofern, als dass die ringförmige Kolonnenwand 80 außerhalb des durch die Hauptkolonnenwand 81 ausgebildeten zylindrischen Volumens liegt und dass der zweite Kolonnenbereich 82 bei einem höheren Druck als der erste Kolonnenbereich 83 betrieben wird, während in der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform die ringförmige Kolonnenwand innerhalb des durch die Hauptkolonnenwand ausgebildeten Volumens liegt, und dass weiterhin der Druck in dem zweiten Kolonnenbereich etwa der Gleiche wie der in dem ersten Kolonnenbereich ist.
Nun auf die 3 Bezug nehmend werden die Einsatzluftströme 51 und 53 in den zweiten Kolonnenbereich oder höheren Druckbereich 82 eingespeist, und innerhalb des höheren Druckbereichs 82 wird die Einsatzluft durch kryogene Rektifikation in mit Stickstoff angereichertem Dampf und mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit zerlegt. Der mit Stickstoff angereicherte Dampf wird in einem Strom 84 in einen Aufkocher 85 eingeleitet, wo er durch indirekten Wärmeaustausch mit Sumpfflüssigkeit von dem ersten Kolonnenbereich oder niedrigeren Druckbereich 83 kondensiert wird, um mit Stickstoff angereicherte Flüssigkeit 86 auszubilden. Ein Teil 87 der mit Stickstoff angereicherten Flüssigkeit 86 wird zu dem höheren Druckbereich 82 als Rücklauf zurückgeführt, und ein weiterer Teil 88 der mit Stickstoff angereicherten Flüssigkeit 86 wird in dem Wärmetauscher 6 unterkühlt und anschließend als Rücklauf in den oberen Bereich des niedrigeren Druckbereichs 83 eingespeist. Mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit wird von dem Hochdruckbereich 82 in einem Strom 89 geführt und ein Teil 90 wird in den Kondensator 29 geleitet, wo er durch indirekten Wärmeaustausch mit argonreicherem Dampf verdampft. Das sich ergebende mit Sauerstoff angereicherte Fluid wird in dem Strom 30 von dem Kondensator 29 in den niedrigeren Druckbereich 83 eingespeist. Ein weiterer Teil 91 der mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit wird direkt in den niedrigeren Druckbereich 83 geleitet.
Innerhalb des niedrigeren Druckbereichs 83 werden die verschiedenen Einsätze durch kryogene Rektifikation im Gegenstrom in stickstoffreiches Fluid und sauerstoffreiches Fluid getrennt. Sauerstoffreiches Fluid wird in der in 3 illustrierten Ausführungsform von dem unteren Bereich des niedrigeren Druckbereichs 83 in einem Strom 92 abgezogen. Ein Teil 93 des Stroms 92 wird in eine Flüssig keitspumpe 94 und von dort in den Aufkochen 85 geleitet, wo er durch indirekten Wärmeaustausch mit kondensierendem mit Stickstoff angereichertem Dampf wie zuvor beschrieben verdampft. Danach wird der sich ergebende sauerstoffreiche Dampf in den unteren Bereich des niedrigeren Druckbereichs 83 von dem Aufkocher 85 in einem Strom 95 geführt. Ein weiterer Teil 96 des Stroms 92 wird durch eine Flüssigkeitspumpe 97 auf einen höheren Druck gepumpt, mittels Durchleiten durch den Primärwärmetauscher 6 verdampft, und als Produktsauerstoff 98 gewonnen. Ein Teil 99 des flüssigen Sauerstoffs kann als flüssiger Produktsauerstoff gewonnen werden.
In der in den 4 und 5 dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird die ringförmige Kolonne anstelle einer Seitenkolonne und einer Kolonne mit höherem Druck einer konventionellen kryogenen Luftzerlegungsanlage verwendet. Nun auf die 4 und 5 Bezug nehmend weist eine ringförmige Kolonne 100 eine zylindrische Hauptkolonnenwand 101 auf, die einen ersten Kolonnenbereich oder Hauptkolonnenbereich 102 ausbildet, und eine Wand 103 der ringförmigen Kolonne, die von der Hauptkolonnenwand 101 radial in Abstand angeordnet ist, bestimmt einen zweiten Kolonnenbereich oder Seitenkolonnenbereich 104 zwischen der Hauptkolonnenwand 101 und der Wand 103 der ringförmigen Kolonne. Die Wand 103 der ringförmigen Kolonne liegt innerhalb des durch die Hauptkolonnenwand 101 ausgebildeten zylindrischen Volumens und der Seitenkolonnenbereich 104 weist einen niedrigeren Druck als der Hauptkolonnenbereich 102 auf. Der Seitenkolonnenbereich 104 ist an der Oberseite des Seitenkolonnenbereichs 104 von dem Hauptkolonnenbereich 102 durch einen Separator 105 und bei dem Sumpf des Seitenkolonnenbereichs 104 durch einen Separator 106 getrennt. Der Seitenkolonnenbereich 104 enthält vorzugsweise ringförmige Böden 107 als die Stoffübergangseinbauten.
Der Einsatzluftstrom 51 wird in einen in die Kolonne mit niedrigerem Druck 109 eingespeisten Strom 108 und in einen Strom 110 unterteilt, der in den Hauptkolonnenbereich 102 eingeleitet wird. Der Einsatzluftstrom 12 durchläuft einen teilweisen Durchgang durch den Hauptwärmetauscher 6, und ein resultierender Strom 111 wird mittels Durchleiten durch den Turboexpander 55 turboexpandiert, der in der in 4 illustrierten Ausführungsform direkt an den Kompressor 10 gekoppelt ist und dazu dient, diesen anzutreiben. Ein sich ergebender turboexpandierter Einsatzluftstrom 112 wird anschließend von dem Turboexpander 55 in die Kolonne mit niedrigerem Druck 109 geleitet.
Der Einsatzluftstrom 53 wird in einen Wärmetauscher 113 eingespeist, wo er mindestens teilweise kondensiert wird und in einem Strom 114 in den Hauptkolonnenbereich 102 geleitet wird. Innerhalb des Hauptkolonnenbereichs 102 wird die Einsatzluft durch kryogene Rektifikation in mit Stickstoff angereicherten Dampf und mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit zerlegt. Der mit Stickstoff angereicherte Dampf wird in einem Strom 115 in den Aufkocher 23 geführt, wo er durch indirekten Wärmeaustausch mit der Sumpfflüssigkeit der Kolonne mit niedrigerem Druck 109 kondensiert wird, um mit Stickstoff angereicherte Flüssigkeit 116 auszubilden. Falls erwünscht und wie in 4 dargestellt kann ein Teil 117 des mit Stickstoff angereicherten Dampfs 115 durch den Hauptwärmetauscher 6 geleitet und als Hochdruck-Produktstickstoffdampf gewonnen werden. Die mit Stickstoff angereicherte Flüssigkeit 116 wird als Rücklauf in den Hauptkolonnenbereich 102 eingeleitet. Falls erwünscht kann ein Teil 119 der mit Stickstoff angereicherten Flüssigkeit 116 als Produktstickstoffflüssigkeit mit höherem Druck gewonnen werden. Die mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit wird von dem unteren Bereich des Hauptkolonnenbereichs 102 in einem Strom 120 abgezogen, mittels Durchleiten durch einen Unterkühler 121 unterkühlt und die resultierende unterkühlte und mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit wird wie dargestellt mittels eines Stroms 122 in die Kolonne mit niedrigerem Druck 109 eingespeist. Ein von dem Hauptkolonnenbereich 102 entnommener und Stickstoff und Sauerstoff aufweisender Flüssigkeitsstrom 123 wird mittels Durchleiten durch den Unterkühler 121 unterkühlt und danach als ein Strom 124 in den oberen Bereich der Kolonne mit niedrigerem Druck 109 geführt.
Die Kolonne mit niedrigerem Druck 109 wird mit einem Druck betrieben, der geringer als derjenige des Hauptkolonnenbereichs 102 ist. Innerhalb der Kolonne mit niedrigerem Druck 24 werden die verschiedenen Einsätze in die Kolonne durch kryogene Rektifikation in Stickstoff enthaltendes und Sauerstoff enthaltendes Fluid getrennt. Das Stickstoff enthaltende Fluid wird von dem oberen Bereich der Kolonne mit niedrigerem Druck 109 als ein Dampfstrom 125 abgezogen, mittels Durchleiten durch den Unterkühler 121 und den Primärwärmetauscher 6 erwärmt und von dem System in einem Strom 126 entfernt. Das Sauerstoff enthaltende Fluid wird von dem unteren Bereich der Kolonne mit niedrigerem Druck 109 in einem Strom 127 abgezogen und in den Seitenkolonnenbereich 104 eingespeist, wo es durch kryogene Rektifikation im Gegenstrom in sauerstoffreicheres Fluid und sauerstoffärmeres Fluid getrennt wird. Das sauerstoffärmere Fluid wird als ein Dampfstrom 128 von dem Seitenkolonnenbereich 104 in den unteren Bereich der Kolonne mit niedrigerem Druck 109 eingeführt. Ein Teil des sauerstoffreicheren Fluids wird als ein Flüssigkeitsstrom 129 von dem Seitenkolonnenbereich 104 in einen Wärmetauscher 113 eingespeist, wo es durch indirekten Wärmeaustausch mit dem oben erwähnten, mindestens teilweise kondensierenden Einsatzluftstrom 53 mindestens teilweise verdampft, und das sich ergebende sauerstoffreichere Fluid wird zu dem Seitenkolonnenbereich 104 von dem Wärmetauscher 113 in einem Strom 130 zurückgeführt. Ein weiterer Teil des sauerstoffreicheren Fluids wird von dem Seitenkolonnenbereich 104 als Flüssigkeit in einem Strom 131 abgezogen, durch eine Flüssigkeitspumpe 132 auf einen höheren Druck gepumpt, mittels Durchleiten durch den Hauptwärmetauscher 6 verdampft und als Produktsauerstoff 133 gewonnen. Ein Teil 134 des Flüssigsauerstoffstroms 120 kann als flüssiger Produktsauerstoff gewonnen werden.
Mit der Verwendung dieser Erfindung ist nun die Durchführung einer Rektifikation eines aus mehreren Komponenten bestehenden Gemisches möglich, wobei weniger Raum und Material, insbesondere Kolonnenumhüllungsmaterial erforderlich sind, als dies zuvor der Fall war, um eine äquivalente Trennung zu bewirken. Obgleich die Erfindung ausführlich mit Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, erkennt der Fachmann weitere in den Rahmen der Ansprüche fallende Ausführungsformen der Erfindung.

Claims

Vorrichtung zum Ausführen einer Tieftemperatur-Rektifikation von Einsatzluft (1) mit einer ringförmigen Kolonne (100), welche aufweist: (A) eine zylindrische Hauptkolonnenwand (101), welche einen Packung aufweisenden Hauptkolonnenbereich (102) festlegt; (B) eine ringförmige Kolonnenwand (103), die radial in Abstand von der Hauptkolonnenwand innerhalb eines Innenvolumens angeordnet ist, welches bezüglich der Hauptkolonnenwand versetzt ist, wobei ein Seitenkolonnenbereich (104) zwischen der Hauptkolonnenwand und der ringförmigen Kolonnenwand abgegrenzt wird; (C) Mittel zum Einleiten von Fluid (114) in den Hauptkolonnenbereich und Mittel zum Abziehen von Fluid (115) von dem Hauptkolonnenbereich; und (D) Mittel zum Einleiten von Fluid (127) in den Seitenkolonnenbereich und Mittel zum Abziehen von Fluid (131) von dem Seitenkolonnenbereich; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner eine bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne (109) aufweist; wobei die Mittel zum Einleiten von Fluid in den Seitenkolonnenbereich (104) Mittel zum Einleiten von Fluid (127) von der bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne (109) in den Seitenkolonnenbereich sind, wobei die Mittel zum Einleiten von Fluid in den Hauptkolonnenbereich (102) Mittel zum Einleiten von Einsatzluft (114) in den Hauptkolonnenbereich sind, wobei die Mittel zum Abziehen von Fluid von dem Hauptkolonnenbereich Mittel zum Einleiten von Fluid (115) von dem Hauptkolonnenbereich in die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne sind, und wobei die Mittel zum Abziehen von Fluid von dem Seitenkolonnenbereich Mittel zum Gewinnen von Produktsauerstoff (131, 133, 134) von dem Seitenkolonnenbereich aufweisen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner versehen mit Mitteln zum Gewinnen von Produktstickstoff (117) von dem Hauptkolonnenbereich (102).