DE69910569T2 - Verfahren und vorrichtung zur stickstoffherstellung durch kryogenische rektifikation mit einem dephlegmator - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur stickstoffherstellung durch kryogenische rektifikation mit einem dephlegmator Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Produktion von Stickstoff durch Tieftemperaturdestillation.
  • 2. Stand der Technik
  • Die Produktion von Stickstoff durch Tieftemperaturdestillation ist gut bekannt und wird in zahlreichen Patentveröffentlichungen (J53-122861; U.S. 5.144.809; U.S. 4.867.773; U.S. 5.385.024; U.S. 4.927.441, U.S. 4.848.996; U.S. 4.883.519; U.S. 4.872.893; U.S. 4.869.742; U.S. 5.711.167; U.S. 5.611.218; U.S. 5.582.1034; U.S. 5.402.647; U.S. 4.883.519; U.S. 5.385.025, WO/PCT/IB96/00323), sowie "Production of Medium Pressure Nitrogen by Cryogenic Air Separation" Gas Separation & Purification, 1991, Band 5, Dezember, S. 203–209, beschrieben.
  • Im Lauf der Jahre hat es nicht an Versuchen gefehlt, diese Produktionstechnik zu verbessern, um die Stickstoffkosten zu senken, die sich hauptsächlich aus dem Energieverbrauch und den Gerätekosten zusammensetzen. Generell ist für ein effizientes Verfahren in der Regel ein zusätzlicher Grad an Gerätekomplexität erforderlich, was die anfallenden Kosten erhöht. Daher besteht dauernd Bedarf an der Bereitstellung eines effizienten und einfachen Verfahrens zur Gewährleistung eines guten Kompromisses zwischen Energiekosten und Gerätekosten.
  • Bei der nachstehend beschriebenen neuen Erfindung bedient man sich in einem Unterteil des Verfahrenszyklus der Dephlegmationstechnik, um die Destillationssäule und den Wärmetauscher zu einer einfachen und kompakten Rippenplattenwärmetauschereinrichtung zu kombinieren. Hierdurch kann unter Beibehaltung einer guten Effizienz des Gesamtverfahrens eine erhebliche Kostenverringerung erzielt werden.
  • Die Dephlegmation wird zur Förderung von gleichzeitigen Wärme- und Massentransporten verwendet, so daß in einem einzigen Wärmetauscher gleichzeitig eine Wärmeaustauschfunktion und ein Destillationseffekt erreicht werden können. Eine Anwendung der Dephlegmation ist die Rücklaufkondensation, bei der ein gasförmiges Gemisch bei der Trennung durch Rektifikation gleichzeitig einem Wärmeaustausch mit einem Fluidstrom unterworfen wird, wodurch der Fluidstrom erwärmt oder verdampft wird und zu rektifizierendes Fluid kondensiert wird, wobei sich ein gegenläufiger Rücklaufstrom für den rektifizierten Strom ergibt. Einen anderen Anspekt der Dephlegmation bildet ganz analog das Strippverdampfen, bei dem eine in einem Wärmeaustauscher nach unten strömende Flüssigkeit mit einem anderen Strom Wärme austauscht, was zu teilweiser Verdampfung und der Bildung von nach oben steigendem Dampf führt. Dieser nach oben steigende Dampf, der mit der nach unten strömenden Flüssigkeit in direktem Kontakt steht, sorgt für den Strippeffekt.
  • Einige Dephlegmatorverfahren in der Tieftemperaturtechnik werden in früheren Patentschriften und Lehrbüchern beschrieben:
    U.S. 2.861.432; U.S. 2.963.872; U.S. 5.592.832; U.S. 5.694.790; U.S. 5.030.339; U.S. 5.144.809; U.S. 5.207.065; U.S. 5.410.855; U.S. 5.438.836; U.S. 5.592.832; U.S. 5.596.883; "The Physical Principles of Gas Liquefaction and Low Temperature Rectification", Herausgeber Mansel Davies, 1949, S. 137–139, "Zerlegung der Luft", Herausgeber H. Hausen, 1957, S. 164, und "Separation of Gases" von Ruheman, 2. Auflage, S. 70, 174, 279–831 291, 292.
  • Die obigen Veröffentlichungen befassen sich mit der Anwendung von Dephlegmatoren bei der Produktion von Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Helium usw.
  • Stickstoff wird in der Technik in großem Umfang zum Inertisieren und Überlagern, für die Ammoniakproduktion und für die Elektronik verwendet. Die geforderte Stickstoffreinheit liegt in der Regel für die meisten Anwendungen im Bereich von einigen ppm Sauerstoff und für die Elektronik sogar noch darunter. In einigen Fällen kann eine geringere Reinheit (1% bis 2% Sauerstoff bzw. 99% bis 98% Stickstoff) verwendet werden.
  • Das grundlegende Verfahren zur Stickstoffproduktion ist in 1 dargestellt. Dieses Verfahren wird auch als das klassische Verfahren bezeichnet.
  • Luft wird in einem Hauptluftverdichter 1 verdichtet und dann in 3 zur Entfernung von Wasser und Kohlendioxid gereinigt, im Wärmetauscher 5 abgekühlt und dem Sumpf der Säule 9 zugeführt, in der sie in eine mit Sauerstoff angereicherte Sumpffraktion 12 und eine mit Stickstoff angereicherte Kopffraktion getrennt wird. Ein Teil der mit Stickstoff angereicherten Fraktion wird am Kopf der Säule als Flüssigkeit 19 abgezogen. Mit Stickstoff angereichertes Gas wird im Kondensator 11 durch Wärmeaustausch mit aus dem Sumpf der Säule abgezogener und entspannter mit Sauerstoff angereicherter Flüssigkeit 12 ("angereicherte Flüssigkeit") kondensiert. Die verdampfte angereichterte Flüssigkeit 15 wird im Wärmetauscher angewärmt, zur Lieferung von Kälteenergie für das Verfahren in der Turbine 7 entspannt und nach weiterem Anwärmen als Abgas abgezogen. Am Kopf der Säule wird gasförmiger Stickstoff 17 abgezogen und im Wärmetauscher angewärmt.
  • In U.S. 5,144,809 wird ein Verfahren zur Produktion von Stickstoff beschrieben, bei dem die Säule und die Wärmetauscher zu einem einzigen Rippenplattenwärmetauscher kombiniert werden. Ein Teil des Mittelluftstroms wird dephlegmatisiert, wobei man mittelreines N2 (98–99%) erhält. Dieses Verfahren arbeitet mit kostengünstigen Geräten, ist aber auf Anwendungen mit nicht sehr strengen Reinheitsanforderungen beschränkt. Sein Energieverbrauch ist verhältnismäßig hoch.
  • In U.S. 4,867,773 und U.S. 4,966,002 wird ein dem klassischen Verfahren ähnliches Verfahren beschrieben, bei dem jedoch ein Teil der aus dem Sumpf der Destillationssäule abgezogenen und verdampften angereicherten Flüssigkeit wieder verdichtet und in die Destillationssäule oder den die Destillationssäule speisenden Luftstrom zurückgeführt wird. Diese Anordnung ermöglicht eine gewisse Verbesserung gegenüber dem klassischen Verfahren hinsichtlich des Energieverbrauchs.
  • In U.S. 4,848,996 wird über dem Verdampfer für angereicherte Flüssigkeit des Verfahrens gemäß U.S. 4,867,773/4,966,002 eine kurze Säule hinzugefügt, was einen Gasstrom mit ähnlicher Zusammensetzung wie Luft ("synthetische Luft") ergibt. Dieser Strom wird dann in einer Zwischenstufe des Luftverdichters in den Luftstrom zurückgeführt, so daß auf einen separaten Rückführungsverdichter verzichtet werden kann.
  • In U.S. 4,883,519 wird eine Verbesserung gegenüber dem Verfahren gemäß U.S. 4,867,773/4,966,002 beschrieben, bei dem man die angereicherte Flüssigkeit teilweise verdampft und den erhaltenen gasförmigen Strom zurückführt, auf niedrigeren Druck entspannt und in einem anderen Wärmetauscher verdampft.
  • In U.S. 4,927,441 wird eine Verbesserung gegenüber dem Verfahren gemäß U.S. 4,883,519 beschrieben, bei dem eine kurze Destillationssäule hinzugefügt wird und die angereicherte Sumpfflüssigkeit aus der Hochdrucksäule destilliert wird, wobei man einen gasförmigen Strom mit niedrigerem Druck und einer ähnlichen Zusammensetzung wie Luft und einen zweiten Flüssigkeitsstrom erhält. Der neue gasförmige "Luft"-Strom wird zu einer Zwischenstufe des Hauptluftverdichters zurückgeführt und mit dem die Destillationssäule speisenden Hauptluftstrom wiedervereinigt. In der Destillationssäule wird der Einsatz in einen Stickstoffproduktstrom am Kopf und eine angereicherte Sumpfflüssigkeit (reich an O2) getrennt. Der zweite Flüssigkeitsstrom wird auf niedrigeren Druck entspannt und danach verdampft, was einen Abgasstickstoffstrom ergibt. Ein Teil des gasförmigen Stickstoffstroms am Kopf der Säule wird in zwei Teile aufgeteilt: Der erste Teil wird in einem im Sumpf der kurzen Säule angeordneten Wärmetauscher kondensiert, um den notwendigen Verdampfungsanteil für diese Säule bereitzustellen. Der zweite Teil des gasförmigen Stickstoffs wird in einem Wärmeaustauscher kondensiert, um die zur Verdampfung des zweiten Flüssigkeitsstroms erforderliche Leistung aufzubringen.
  • In EP-A-0637725 wird ein Verfahren zur Produktion von Stickstoff durch Tieftemperaturdestillation beschrieben, bei dem man:
    • a) Einsatzluft verdichtet und zur Entfernung von bei kryogenen Temperaturen ausfrierenden Verunreinigungen reinigt und abkühlt;
    • b) abgekühlte verdichtete Luft in eine Destillationssäule einspeist, in der sie in ein mit Sauerstoff angereichertes Fluid und ein mit Stickstoff angereichertes Fluid getrennt wird;
    • c) aus dem Sumpf der Säule eine erste, mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit abzieht, entspannt und einem Strippdephlegmator zuführt;
    • d) aus dem Strippdephlegmator eine zweite, mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit und einen dritten Strom abzieht;
    • e) zumindest einen Teil der zweiten Flüssigkeit in einem Verdampfer zumindest teilweise verdampft, wobei man einen Abgasstrom erhält;
    • f) das mit Stickstoff angereicherte Fluid aus der Säule einem Kondensator zuführt, wodurch man ein Stickstoffprodukt und eine Flüssigkeit erhält, wobei der Kondensator mit dem Strippdephlegmator Wärme austauscht; und
    • g) zumindest einen Teil der Flüssigkeit als Rücklauf in die Säule zurückführt.
  • Wie oben erwähnt und in der obigen Beschreibung der Entwicklung des Verfahrenszyklus illustriert, führt eine Verbesserung der Effizienz des Verfahrens zu zusätzlicher Komplexität des Verfahrens und folglich zu einer Erhöhung der Kapitalkosten.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren gemäß Anspruch 1.
  • Gemäß weiteren Aspekten der Erfindung kann man bei dem Verfahren gegebenenfalls:
    • – zumindest einen Teil des dritten Stroms in die Säule zurückführen;
    • – den dritten Strom mit Einsatzluft vermischen;
    • – den dritten Strom vor dem Reinigungsschritt mit Einsatzluft vermischen;
    • – die zweite Flüssigkeit einem Separator zuführen und dem Verdampfer Flüssigkeit, die mindestens einen Teil der zweiten Flüssigkeit darstellt, aus dem Separator zuführen;
    • – dem Separator Fluid aus dem Verdampfer zuführen und
    • – aus dem Separator Gas abziehen und das Gas entspannen.
  • Man kann den Verdampfer, den Rektifikationsdephlegmator bzw. den Kondensator und den Strippdephlegmator zu einem einzigen Rippenplattenwärmetauscher kombinieren.
  • Gegenstand der Erfindung ist nach einer anderen Ausgestaltung eine Vorrichtung gemäß Anspruch 11.
  • Die neue Erfindung stellt einen einfacheren Gerätesatz bereit und behält die thermodynamische Effizienz des Zyklus bei. Der Kopfkondensator der Säule des klassischen Zyklus kann durch einen Dualdephlegmator (d. h. Rektifikationsdephlegmator und Strippdephlegmator) oder einen einfachen Dephlegmator ersetzt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Verfahrens zur Produktion von Stickstoff aus dem Stand der Technik; und
  • die 2, 3 und 4 illustrieren drei Verfahren und Vorrichtungen zur Produktion von Stickstoff gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Nähere Beschreibung der Erfindung
  • In 2 wird Atmosphärenluft 100 im Hauptluftverdichter 101 verdichtet und mit einem aus dem Verfahren abgezogenen, zurückgeführten Strom 115 vermischt. Das Mischen erfolgt vorzugsweise vor oder nach der Vorreinigungseinheit 103, in der Feuchtigkeit und CO2 in der Atmosphärenluft abgetrennt werden, damit sie nicht in den nachfolgenden Tieftemperatureinrichtungen ausfrieren. Die Verdichtung des Rückführungsstroms erfolgt vorzugsweise in einem unabhängigen Verdichter 121 oder in einem Teil des Hauptluftverdichters 101 (wie durch die gestrichelten Linien gezeigt). In letzterer Anordnung wird der zurückgeführte Strom in einer Zwischenstufe des Hauptluftverdichters beigemischt.
  • 2 illustriert dieses Verfahren: der vereinigte Luftstrom wird im Wärmetauscher 105 abgekühlt und der Destillationssäule 109 zugeführt, wobei man am Kopf einen stickstoffreichen Strom und im Sumpf einen ersten sauerstoffreichen Flüssigkeitsstrom erhält. Die erste Flüssigkeit 110 wird dann im Ventil 109 auf einen niedrigeren Druck entspannt und gelangt in den Strippdephlegmator 112, der drei theoretische Trennstufen enthält und mit am Kopf der Säule 109 kondensierendem Stickstoff in Wärmeverbindung steht.
  • Im Strippdephlegmator 112 tauscht die nach unten strömende angereicherte Flüssigkeit mit dem kondensierenden stickstoffreichen Strom im Rektifikationsdephlegmator 111 Wärme aus, was einen nach oben steigenden Dampf ergibt, der seinerseits die nach unten strömende Flüssigkeit strippt und einen dritten stickstoffreichen Kopfstrom 115 ergibt. Aus dem Sumpf des Strippdephlegmators tritt eine zweite Flüssigkeit 118 (die sauerstoffreicher ist als die erste Flüssigkeit 110) aus. Die zweite Flüssigkeit wird dann auf niedrigeren Druck entspannt und gelangt in einen Separator oder Auffangbehälter 131. Die Flüssigkeit 141 aus dem Auffangbehälter wird im Abfallverdampfer 113 durch Wärmeaustausch mit dem Rektifikationsdephlegmator 11 zumindest teilweise verdampft, was einen gasförmigen Strom 123 ergibt, der mit dem Strom 118 vermischt, dem Separator 131 zugeführt und als Abgasstrom 143 abgezogen wird.
  • Der zurückgeführte stickstoffreiche Strom 115 wird vorzugsweise im Verdichter 121 weiter verdichtet und mit dem die Säule speisenden Luftstrom vermischt. Diese Verdichtung kann entweder bei Umgebungstemperatur oder kryogener Temperatur (z. B. hinter dem Wärmetauscher 105) durchgeführt werden.
  • Die Ausführungsform gemäß 2 illustriert auch einen Rektifikationsdephlegmator auf der Kondensationsseite. Diese Anordnung wird manchmal als Doppeldephlegmator bezeichnet, wobei die Strippseite mit der Rektifikationsseite in Wärmeverbindung steht. Das stickstoffreiche Gas 116 am Kopf der Destillationssäule 109 tritt in den Rektifikationsdephlegmator ein und tauscht dort mit der verdampfenden angereicherten Flüssigkeit aus dem Abfallverdampfer und der Strippseite Wärme aus, was eine im Gegenstrom zu dem aufsteigenden stickstoffreichen Strom nach unten strömende Kondensatflüssigkeit ergibt. Dieses nach unten strömende Kondensat rektifiziert das aufsteigende stickstoffreiche Gas und liefert einen stickstoffreicheren gasförmigen Strom am Kopf des Rektifikationsdephlegmators 111 und einen flüssigen Rücklaufstrom im Sumpf. Zumindest ein Teil dieses flüssigen Rücklaufs wird vorzugsweise zum Kopf der Destillationssäule zurückgeführt, um als Rücklaufstrom für die Destillation zu dienen (der Einfachheit halber ebenfalls als Strom 116 gezeigt). Der stickstoffreichere gasförmige Strom wird vorzugsweise als Stickstoffprodukt zurückgewonnen. Der Rektifikationsdephlegmator enthält vorzugsweise drei theoretische Trennstufen.
  • In diesem stärker angereicherten gasförmigen Strom werden sich in der Einsatzluft vorliegende leichte Komponenten wie Neon, Helium und Wasserstoff (die auch als nicht kondensierbare Stoffe bezeichnet werden) anreichern. Wenn eine hohe Konzentration nicht kondensierbarer Stoffe unerwünscht ist, kann man das Stickstoffprodukt am Kopf oder in der Nähe des Kopfes der Destillationssäule abziehen, wobei aus dem stickstoffreicheren gasförmigen Strom ein Strom nicht kondensierbarer Stoffe wird. Dieser Strom wird in der Regel abgelassen oder zusammen mit dem Abgasstrom 143 verworfen.
  • Der Abgasstrom 143 wird vorzugsweise zur Lieferung der für das Verfahren benötigten Kälteenergie in einer Entspannungsvorrichtung 107 entspannt. Diese Entspannungsvorrichtung kann mit dem Verdichter 121 gekoppelt sein. Alternativ dazu kann man anstelle oder in Kombination mit der Entspannungsvorrichtung mit flüssigkeitsunterstützter Kühlung arbeiten.
  • In der Ausführungsform gemäß 2 sind der Abfallverdampfer 113, der Rektifikationsdephlegmator 111 und der Strippdephlegmator 112 zu einem einzigen Rippenplattenwärmetauscher kombiniert.
  • Die Strombilanz der Ausführungsform gemäß 2 ist in Tabelle 1 aufgeführt. Die Zusammensetzung von Strom 100 bezieht sich auf einen trockenen und CO2-freien Strom.
  • TABELLE 1
    Figure 00100001
  • Ein Vergleich der Verfahren gemäß 1 und 2 ist in Tabelle 2 aufgeführt.
  • TABELLE 2
    Figure 00110001
  • Der Energiegewinn des Verfahrens gemäß 2 beträgt etwa 27%.
  • Die in 3 illustrierte Ausführungsform veranschaulicht den Fall, in dem es sich bei der Stickstoffkondensationsseite nicht um einen Rektifikationsdephlegmator handelt. Bei dieser Anordnung handelt es sich bei der Kondensationsseite um einen Stickstoffkondensator 211. Der Strippdephlegmator 212 mit drei theoretischen Trennstufen tauscht mit dem kondensierenden Stickstoff Wärme aus, und auf der Stickstoffseite findet keine Dephlegmation statt. Diese Ausführungsform produziert Stickstoff mit geringerer Reinheit als das Verfahren gemäß 2, da der Stickstoff nach dem Abzug aus der Säule nicht rektifiziert wird.
  • Gasförmiger Stickstoff wird am Kopf der Säule 109 abgezogen und in Strom 217 und Strom 216 getrennt. Der Strom 216 wird dem Kopf des Stickstoffkondensators 211 zugeführt, und der kondensierte Stickstoff 226 wird als Rücklauf in die Säule zurückgeführt.
  • In 3 sind der Stickstoffkondensator 211, der Abfallverdampfer 213 und der Strippdephlegmator 212 zu einem einzigen Rippenplattenwärmetauscher kombiniert.
  • Wenn eine hohe Konzentration nicht kondensierbarer Stoffe unerwünscht ist, kann man das Stickstoffprodukt vorzugsweise am Kopf oder in der Nähe des Kopfes der Destillationssäule abziehen, wobei aus dem stickstoffreicheren gasförmigen Strom ein Strom nicht kondensierbarer Stoffe wird. Dieser Strom wird in der Regel über Leitung 230 abgelassen oder zusammen mit dem Abgasstrom verworfen. Alternativ dazu kann man auch mit flüssigkeitsunterstützter Kühlung arbeiten.
  • In 4 wird ein Doppeldephlegmator verwendet und die zweite angereicherte Flüssigkeit dem Separator/ Auffangbehälter 131 bei im wesentlichen dem gleichen Druck wie im Strippdephlegmator zugeführt: der verdampfte Abgasstrom ist dann bei weitgehend dem gleichen Druck wie der Rückführungsstrom verfügbar. Selbstverständlich kann dieses Merkmal auch auf die in 3 gezeigte Anordnung angewandt werden.
  • Wenngleich in der obigen Offenbarung die Verwendung eines Rippenplattenwärmetauschers für Dephlegmatoren beschrieben wird, versteht es sich, daß die Erfindung Verfahren und Vorrichtungen mit jeder beliebigen Art von Einrichtung, die gleichzeitigen Wärme- und Massentransport der Dampf- und Flüssigkeitsphasen eines internen Fluids fördert und daher eine strippende oder rektifizierende Wirkung auf dieses Fluid ergibt, abdeckt. Dem der Dephlegmation unterworfenen Fluid wird durch mindestens ein anderes Fluid Wärme entzogen oder zugeführt, wobei dieses Fluid seinerseits entweder einer Dephlegmation unterworfen wird (Doppeldephlegmator) oder einfach einen Heiz- oder Kühlstrom darstellt.
  • Neben den oben aufgeführten Strömen (Strippen, Rektifizieren, Anwärmen oder Abkühlen) kann ein Dephlegmator andere zusätzliche Verfahrensströme enthalten.
  • Das Verfahren kann zur Produktion von Stickstoff mittlerer, hoher oder ultrahoher Reinheit verwendet werden. Bei einigen anderen Varianten wird der zurückgeführte Strom 115 nicht mit dem Luftstrom 100 gemischt, sondern an einer von der Hauptluftzufuhr verschiedenen Zufuhrtrennstufenstelle direkt in die Säule 109 eingeleitet.
  • Die Verfahren und Vorrichtungen gemäß den 2, 3 und 4 können natürlich zur Produktion von flüssigem Stickstoff verwendet werden, wenn genug Kälteenergie zur Verfügung steht.
  • Wenngleich in den 2, 3 und 4 der Abfallverdampfer zunächst in Wärmeverbindung mit dem Rektifikationsdephlegmator dargestellt ist, kann man die Einrichtungen so anordnen, daß der Rektifikationsdephlegmator zuerst mit dem Strippdephlegmator und dann mit dem Abfallverdampfer Wärme austauscht.
  • Gegebenenfalls kann man die aus dem Strippdephlegmator austretende zweite, mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit einem anderen Hilfsauffangbehälter (nicht gezeigt) zuführen, bevor sie über das Entspannungsventil zum oben beschriebenen Auffangbehälter 131 entspannt wird. In dieser Situation kann die entspannte Flüssigkeit durch einfache Überwachung des Flüssigkeitsniveaus im Hilfsauffangbehälter reguliert werden. Der Flüssigkeitsauffangkopf des Rippenplatten-Strippdephlegmators kann als Hilfsauffangbehälter verwendet werden, wenn ein weiterer Behälter nicht wünschenswert ist.
  • Man kann sich auch dafür entscheiden, den Abfallverdampfer nicht mit dem Dephlegmator zu kombinieren. Bei dieser Anordnung handelt es sich bei dem Abfallverdampfer um einen separaten Wärmetauscher, in dem die Verdampfung des Abfallstroms durch Wärmeaustausch mit kondensierendem Stickstoffgas, das am Kopf oder in der Nähe des Kopfes der Säule abgezogen wird, erreicht wird.
  • Die Säule kann ein beliebiges standardmäßiges Füllmaterial enthalten, z. B. Böden oder eine geordnete Packung.
  • Die obige Beschreibung bezieht sich zwar auf verschiedene Ausführungsformen, jedoch versteht es sich, daß die vorliegende Erfindung trotzdem nicht auf die dargestellten Einzelheiten beschränkt ist. Vielmehr wird der Fachmann erkennen, daß es zahlreiche andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gibt, die im Schutzbereich der Ansprüche liegen.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Produktion von Stickstoff durch Tieftemperaturdestillation, bei dem man: a) Einsatzluft (100) verdichtet und zur Entfernung von bei kryogenen Temperaturen ausfrierenden Verunreinigungen reinigt und abkühlt; b) abgekühlte verdichtete Luft in eine Destillationssäule (109) einspeist, in der sie in ein mit Sauerstoff angereichertes Fluid und ein mit Stickstoff angereichertes Fluid getrennt wird; c) aus dem Sumpf der Säule eine erste, mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit (110) abzieht, entspannt und einem Strippdephlegmator (112, 212) zuführt; d) aus dem Strippdephlegmator eine zweite, mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit (118) und einen dritten Strom (115) abzieht; e) zumindest einen Teil der zweiten Flüssigkeit in einem Verdampfer (113, 213) zumindest teilweise verdampft, wobei man einen Abgasstrom (123) erhält; f) das mit Stickstoff angereicherte Fluid aus der Säule einem Rektifikationsdephlegmator (111) oder einem Kondensator (211) zuführt, wodurch man ein Stickstoffprodukt und eine Flüssigkeit erhält, wobei der Rektifikationsdephlegmator bzw. Kondensator mit dem Strippdephlegmator Wärme austauscht; und g) zumindest einen Teil der Flüssigkeit als Rücklauf in die Säule zurückführt, wobei der Verdampfer mit dem Rektifikationsdephlegmator bzw. Kondensator Wärme austauscht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man zumindest einen Teil des dritten Stroms (115) in die Säule (109) zurückführt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem man den dritten Strom (115) mit Einsatzluft vermischt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem man den dritten Strom (115) vor dem Reinigungsschritt mit Einsatzluft vermischt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man den Verdampfer (113, 213), den Rektifikationsdephlegmator (111) bzw. den Kondensator (211) und den Strippdephlegmator (112, 212) zu einem einzigen Rippenplattenwärmetauscher kombiniert.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man die zweite Flüssigkeit (118) vor der Verdampfung entspannt.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man die zweite Flüssigkeit (118) vor der Verdampfung nicht entspannt.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man die zweite Flüssigkeit (118) einem Separator (131) zuführt und dem Verdampfer (113, 213) Flüssigkeit aus dem Separator zuführt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem man dem Separator (131) Fluid aus dem Verdampfer (113, 213) zuführt.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem man aus dem Separator Gas (143) abzieht und das Gas entspannt.
  11. Anlage zur Produktion von Stickstoff durch Tieftemperaturdestillation, enthaltend: a) eine Destillationssäule (109) mit einem Säulensumpf; b) einen Wärmetauscher (105); c) eine Verdichtereinheit (101) zum Verdichten von Einsatzluft und Zuführen der Einsatzluft zum Wärmetauscher und danach zur Destillationssäule; d) eine Leitung (110) zum Abziehen einer ersten, mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit aus dem Sumpf der Säule; e) einen Strippdephlegmator (112, 212); f) einen mit dem Strippdephlegmator in Wärmeverbindung stehenden Rektifikationsdephlegmator (111) oder Kondensator (211); g) einen mit dem Rektifikationsdephlegmator oder Kondensator in Wärmeverbindung stehenden Verdampfer (113, 213); h) eine Leitung (110) zum Zuführen der ersten Flüssigkeit zum Strippdephlegmator; i) Leitungen (118, 115) zum Abziehen einer zweiten, mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit und eines dritten Gases aus dem Strippdephlegmator; j) eine Leitung (141) zum Zuführen von zumindest einem Teil der zweiten, mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit zum Verdampfer; k) eine Leitung (123) zum Abziehen eines Fluids aus dem Verdampfer; l) eine Leitung (116) zum Zuführen eines mit Stickstoff angereicherten Gases zum Rektifikationsdephlegmator bzw. Kondensator und m) eine Leitung (116, 226) zum Zuführen einer Flüssigkeit aus dem Rektifikationsdephlegmator bzw. Kondensator zur Säule und eine Leitung (217) zum Abziehen eines mit Stickstoff angereicherten Produktgases aus dem Rektifikationsdephlegmator.
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