DE69913043T2 - Kryogenische Luftzerlegungsanlage mit hohem Entspannungsverhältnis - Google Patents

Kryogenische Luftzerlegungsanlage mit hohem Entspannungsverhältnis Download PDF

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf die Tieftemperaturrektifikation von Einsatzluft zur Erzeugung von mindestens Produktsauerstoff oder Produktstickstoff.
  • Stand der Technik
  • Die Tieftemperaturrektifikation von Einsatzluft zur Erzeugung von mindestens Produktsauerstoff oder Produktstickstoff ist ein wohl etabliertes industrielles Verfahren. Die Einsatzluft wird in einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage wie z. B. einer Doppelkolonnenanlage mit einer bei höherem Druck arbeitenden Kolonne und einer bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne zerlegt. Die Kälte für das System wird im allgemeinen durch die Turboexpansion eines Verfahrensstroms wie z. B. eines gekühlten Einsatzluftstroms bereitgestellt. Die Turboexpansion ist ein energieintensiver Vorgang und somit wäre jede Verbesserung bezüglich der Energieeffizienz des Kälteerzeugungsbetriebs eines Tieftemperatur-Luftzerlegungssystems erwünscht.
  • Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung der Tieftemperatur-Luftzerlegung gemäß des Oberbegriffs der Ansprüche 1 bzw. 5 sind aus EP-0 684 437 A1 bekannt, wobei der Ausgangsstrom des Turboexpanders durch den Hauptwärmetauscher geleitet wird, bevor er in die bei höherem Druck arbeitende Kolonne der Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage eingespeist wird.
  • Ein ähnliches Verfahren bzw. Vorrichtung sind aus EP-0 752 566 A1 bekannt, bei denen jedoch das Druckverhältnis des Turboexpanders 10,3 beträgt.
  • Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Tieftemperatur-Luftzerlegungssystems, das Kälte durch Turboexpansion von Einsatzluft mit niedrigeren Energieanforderungen pro Einheit als vergleichbare konventionelle Systeme erzeugen kann.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die obigen und weitere Aufgaben, die sich für den Fachmann anhand dieser Beschreibung ergeben, werden durch die vorliegende Erfindung gelöst, deren einer Aspekt in einem Verfahren zur Durchführung einer Tieftemperatur-Luftzerlegung gemäß Anspruch 1 besteht. Ein anderer Aspekt dieser Erfindung besteht in einer Vorrichtung zur Durchführung einer Tieftemperatur-Luftzerlegung gemäß Anspruch 5.
  • Wie hier verwendet bezeichnet der Begriff "Einsatzluft" ein hauptsächlich Sauerstoff und Stickstoff aufweisendes Gemisch wie z. B. Umgebungsluft.
  • 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 dampf förmige 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.
  • 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 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.
  • Wie hier verwendet bezeichnen die Begriffe "oberer Bereich" und "unterer Bereich" diejenigen über bzw. unter dem Mittelpunkt einer Kolonne liegenden Kolonnenabschnitte.
  • Wie hier verwendet bezeichnet der Begriff "indirekter Wärmeaustausch" das Verbringen von zwei Fluiden in eine Wärmeaustauschbeziehung ohne jeglichen physikalischen Kontakt oder ein Vermischen der Fluide miteinander.
  • Wie hier verwendet bezeichnet der Begriff "Hauptwärmetauscher" den einem Tieftemperatur-Luftzerlegungsverfahren zugeordneten Hauptwärmetauscher, in dem Einsatzluft von Umgebungstemperatur auf kältere Temperaturen abgekühlt wird, die mit der Destillation mittels indirektem Wärmeaustausch mit Rückströmen assoziiert sind. Ebenfalls kann der Hauptwärmetauscher unterkühlende Kolonnenflüssig- keitsströme und/oder verdampfende Produktflüssigkeitsströme beinhalten.
  • Wie hier verwendet bezeichnet der Begriff "Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage" die Kolonne(n), in der/denen Einsatzluft mittels Tieftemperaturrektifikation zerlegt wird, sowie die verbindende Rohranordnung und die Ventile, Wärmetauscher und ähnliches.
  • Wie hier verwendet bezeichnet der Begriff "Ent-Überhitzer" einen Wärmetauscher, in dem ein gasförmiger Strom mittels indirektem Wärmeaustausch mit einem anderen kälteren Verfahrensstrom gekühlt wird und wobei der gekühlte gasförmige Strom in der Gasphase verbleibt. Typischerweise wird der gasförmige Strom in eine Destillationskolonne eingespeist und gegenüber einem Rücklauf-Produktstrom gekühlt werden.
  • Wie hier verwendet bezeichnen die Begriffe "Turboexpansion" und "Turboexpander" ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung für den Durchfluss von Hochdruckgas durch eine Turbine zur Reduzierung des Drucks und der Temperatur des Gases, wodurch Kälte erzeugt wird.
  • Wie hier verwendet bezeichnet der Begriff "Turboexpander mit hohem Verhältnis" einen Turboexpander, in dem der Druck des Gaseinsatzes zu dem Turboexpander das mindestens 15-Fache des Drucks des Gasausstroms von dem Turboexpander beträgt. Obgleich der Turboexpander mit hohem Verhältnis eine einstufige radiale Einströmungseinheit sein könnte, weist der Turboexpander mit hohem Verhältnis typischerweise zwei oder mehrere Stufen mit einer seriellen Durchflussanordnung auf.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die einzige Figur ist eine vereinfachte schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, in der die Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage eine Doppelkolonne aufweist.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die Erfindung weist eine Turboexpansion eines Teils der Einsatzluft von der Warmend-Temperatur stromauf des Hauptwärmetauschers zu der Kaltend-Temperatur der Trennkolonnen auf. Dieser Einsatz luftteil, das den Hauptwärmetauscher vollständig umgeht und einer Turboexpansion mit hohem Verhältnis unterzogen wird, ermöglicht die Herstellung von Produkt, insbesondere in flüssiger Form, mit einer hohen Effizienz und einem niedrigen Einheitsenergieverbrauch. Weiterhin verringert die Verwendung des Turboexpanders mit hohem Verhältnis den Turbinenluftanteil und ermöglicht daher eine höhere Argonausbeute.
  • Die Erfindung wird nun ausführlich mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben werden. Nun auf die Figur Bezug nehmend wird Einsatzluft 60 mittels Durchleitung durch einen Basislast-Luftkompressor 30 auf einen Druck verdichtet, der generell in dem Bereich von 4,83 bis 7,58 bar (70 bis 110 pound pro inch2 absolut (psia)) liegt. Eine sich ergebende Einsatzluft 61 wird von hochsiedenden Verunreinigungen wie z. B. Wasserdampf, Kohlendioxid und Kohlenwasserstoffen mittels Durchleitung durch einen Vorreiniger 50 gereinigt. Ein erster Teil 67 der resultierenden vorgereinigten Einsatzluft 63 wird durch einen Hauptwärmetauscher 1 geleitet, worin er mittels indirektem Wärneaustausch mit Rückströmen gekühlt wird. Die sich ergebende gereinigte und gekühlte Einsatzluft 70 wird in eine bei höherem Druck arbeitende Kolonne 10 der Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage eingespeist, die ebenfalls eine bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne 11 aufweist.
  • Ein zweiter Teil 66 der vorgereinigten Einsatzluft 63 wird mittels Durchleitung durch einen Boosterkompressor 31 auf einen hohen Druck verdichtet, um einen Hochdruck-Einsatzluftteil 68 mit einem Druck von mindestens 18,62 bar (270 psia) und einem generell in dem Bereich von 27,58 bis 55,16 bar (400 bis 800 psia) liegenden Druck zu erzeugen. In der in der Figur illustrierten Ausführungsform wird ein Teil 69 der Hochdruckeinsatzluft 68 durch den Hauptwärmetauscher 1 geführt, worin er mindestens partiell kondensiert wird und für ein Auskochen von flüssigem Sauerstoffprodukt dient. Anschließend wird ein sich ergebender Einsatzluftstrom 72 in die bei höherem Druck arbeitende Kolonne 10 eingeleitet.
  • Mindestens ein Teil der Hochdruckeinsatzluft 68 von dem Boosterkompressor 31, der in der Figur als ein Strom 64 dargestellt ist, umgeht den Hauptwärmetauscher 1 vollständig und wird als Eingang zu einem Turboexpander 32 mit hohem Verhältnis geführt, worin er auf einen niedrigen Druck turboexpandiert wird, der generell in dem Bereich von 1,24 bis 2,07 bar (18 bis 30 psia) liegt. Das Verhältnis des Einsatzlufteingangsdrucks für den Turboexpander 32 mit hohem Verhältnis zu dem Einsatzluftausgangsdruck von dem Turboexpander 32, das als das Turboexpansionsverhältnis bezeichnet wird, beträgt mindestens 15 und kann bis zu etwa 70 betragen. Im allgemeinen liegt das Turboexpansionsverhältnis in dem Bereich von 25 bis 40. Der turboexpandierte Ausgang von dem Turboexpander 32 mit hohem Verhältnis wird anschließend in die Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage eingespeist. In der in der Figur illustrierten Ausführungsform wird ein turboexpandierter Einsatzluftstrom 82 mittels Durchleitung durch einen Ent-Überhitzer 5 weiter gekühlt und anschließend als ein Strom 83 in die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne 11 der Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage geführt. Falls erwünscht kann der Hochdruckeinsatzluft-Eingang in den Turboexpander mit hohem Verhältnis einer Vorkühlung unterzogen werden, wie zum Beispiel durch eine externe auf Freon basierende Kühleinheit, bevor er in den Turboexpander mit hohem Verhältnis eingespeist wird.
  • Die bei höherem Druck arbeitende Kolonne 10 wird bei einem Druck betrieben, der generell in dem Bereich von 4,83 bis 7,58 bar (70 bis 100 psia) liegt. Innerhalb der Hochdruckkolonne 10 wird die Einsatzluft mittels Tieftemperaturrektifikation in mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit und mit Stickstoff angereicherten Dampf zerlegt. Die mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit wird von dem unteren Bereich der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne 10 in einem Strom 86 abgezogen, mittels Durchleitung durch einen Bereich des Unterkühlers 6 unterkühlt und anschließend als ein Strom 87 in die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne 11 eingespeist. Mit Stickstoff angereicherter Dampf wird von dem oberen Bereich der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne 10 in einem Strom 74 abgezogen und in einen Hauptkondensator 20 eingeleitet, worin er mittels indirektem Wärmeaustausch mit aufkochender Sumpfflüssigkeit von der bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne kondensiert wird. Eine sich ergebende mit Stickstoff angereicherte Flüssigkeit 75 wird in einen ersten Teil 88 aufgeteilt, der als Rücklauf zu dem oberen Bereich der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne 10 zurückgeführt wird, und in einen zweiten Teil 89, der mittels Durchleitung durch einen Bereich des Unterkühlers 6 unterkühlt und danach als Rücklauf als ein Strom 90 in den oberen Bereich der bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne 11 geführt wird.
  • Die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne 11 wird bei einem Druck betrieben, der geringer als derjenige der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne 10 ist und generell in dem Bereich von 1,24 bis 2,07 bar (18 bis 30 psia) liegt. Innerhalb der bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne 11 werden die verschiedenen Einsätze in der Kolonne mittels Tieftemperaturrektifikation in stickstoffreichen Dampf und sauerstoffreiche Flüssigkeit getrennt. Stickstoffreicher Dampf wird von dem oberen Bereich der bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne 11 in einem Strom 91 abgezogen, mittels Durchleitung durch den Unterkühler 6 erwärmt und als ein Strom 92 zu dem Hauptwärmetauscher 1 geführt, worin er weiter erwärmt und von dem System als ein Strom 93 abgezogen wird, der als Ganzes oder teilweise als Produktstickstoff mit einer Stickstoffkonzentration von mindestens 98 Mol.% gewonnen werden kann.
  • Sauerstoffreiche Flüssigkeit wird von dem unteren Bereich der bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne 11 in einem Strom 76 abgezogen. Falls erwünscht kann ein Teil der sauerstoffreichen Flüsigkeit, der in der Figur als ein Strom 77 dargestellt ist, als flüssiges Sauerstoffprodukt gewonnen werden. Die Figur illustriert eine Ausführungsform der Erfindung, in der Sauerstoffgasprodukt bei einem erhöhten Druck gewonnen wird. Die sauerstoffreiche Flüssigkeit wird zu einer Flüssigkeitspumpe 33 geführt, wie durch einen Strom 78 dargestellt, worin sie auf einen erhöhten Druck gepumpt wird, der generell in dem Bereich von 2,76 bis 20,68 bar (40 bis 300 psia) liegt. Eine resultierende sauerstoffreiche Flüssigkeit 79 mit erhöhtem Druck wird mittels Durchleitung durch den Ent-Überhitzer 5 mittels indirektem Wärmeaustausch mit einem turboexpandierten Kühlstrom 82 erwärmt und anschließend als ein Strom 90 in und durch den Hauptwärmetauscher 1 geleitet, worin sie verdampft und von der sie als ein gasförmiger Sauerstoffproduktstrom 84 mit erhöhtem Druck und einer Sauerstoffkonzentration von mindestens 95 Mol.%, typischerweise jedoch etwa 99,5 Mol.% gewonnen wird.
  • Mit der Verwendung dieser Erfindung kann nun eine Verfahrenskälte oder eine Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage in einer kosteneffizienteren Weise und insbesondere bei höheren Energieanforderungen bereitgestellt werden, die mit der Erzeugung von flüssigem und/oder bei erhöhtem Druck vorliegendem Produkt oder Produkten verbunden sind.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Durchführung einer Tieftemperaturluftzerlegung, wobei im Zuge des Verfahrens: (A) ein erster Teil (67) der Einsatzluft (60) für eine Tieftemperaturluftzerlegungsanlage (10, 11) durch einen Hauptwärmetauscher (1) geleitet wird und danach der erste Einsatzluftteil (70) in die Tieftemperaturluftzerlegungsanlage (10) eingeleitet wird; (B) ein zweiter Teil (66) der Einsatzluft (60) für die Tieftemperaturluftzerlegungsanlage (10, 11) auf einen hohen Druck aufgedrückt wird und mindestens ein Teil (64) des auf einen hohen Druck aufgedrückten zweiten Einsatzluftteils (68) als Einsatz in einen Turboexpander (32), der ein hohes Verhältnis aufweist, ohne Durchleiten durch irgendeinen Abschnitt des Hauptwärmetauschers eingeleitet wird, wobei der Druck des Einsatzgases des Turboexpanders mit hohem Verhältnis mindestens 15 mal so groß ist wie der Druck des Gasausstroms aus dem Turboexpander mit hohem Verhältnis; (C) Einsatz (64) des Turboexpanders mit hohem Verhältnis durch den Turboexpander (32) mit hohem Verhältnis hindurch turboexpandiert wird und der sich ergebende turboexpandierte Ausstrom (82, 83) in die Tieftemperaturluftzerlegungsanlage (11) eingeleitet wird; (D) die Einsatzluft (70, 72, 83) innerhalb der Tieftemperaturluftzerlegungsanlage (10, 11) mittels Tieftemperaturrektifikation zerlegt wird, um mindestens Produktsauerstoff (76, 84) und/oder Produktstickstoff (91, 93) zu erzeugen; und (E) mindestens Produktsauerstoff (84) und/oder Produktstickstoff (93) von der Tieftemperaturluftzerlegungsanlage (10, 11) gewonnen wird; dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (C) der sich ergebende turboexpandierte Ausstrom (82, 83) in die Tieftemperaturluftzerlegungsanlage (11) geleitet wird, ohne dass er durch irgendeinen Abschnitt des Hauptwärmetauschers (1) geleitet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Tieftemperaturluftzerlegungsanlage eine bei höherem Druck arbeitende Kolonne (10) und eine bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne (11) aufweist und der turboexpandierte Ausstrom (82, 83) in die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne eingeleitet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der turboexpandierte Ausstrom (82) gekühlt wird, bevor er in die Tieftemperaturluftzerlegungsanlage (11) eingeleitet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der turboexpandierte Ausstrom (82) mittels indirektem Wärmeaustausch mit Produktsauerstoff (79) gekühlt wird.
  5. Vorrichtung zum Ausführen einer Tieftemperaturluftzerlegung mit: (A) einem Hauptwärmetauscher (11) und einer Tieftemperaturluftzerlegungsanlage (10, 11); (B) einer Anordnung zum Einleiten von Einsatzluft in den Hauptwärmetauscher (1) und zum Überleiten von dem Hauptwärmetauscher zu der Tieftemperaturluftzerlegungsanlage (10, 11); (C) einem Boosterkompressor (68), einem Turboexpander (32) mit hohem Verhältnis, einer Anordnung zum Einleiten von Einsatzluft (66) in den Boosterkompressor und einer Anordnung zum Überleiten von Einsatzluft (64) von dem Boosterkompressor zu dem Turboexpander mit hohem Verhältnis ohne Durchleiten durch den Hauptwärmetauscher (1); wobei der Turboexpander mit hohem Verhältnis für einen Druck des Einsatzgases in den Turboexpander ausgelegt ist, der mindestens 15 mal so groß ist wie der Druck des Gasausstroms aus dem Turboexpander; (D) einer Anordnung zum Überleiten von Einsatzluft (82), 83) von dem Turboexpander (32) mit hohem Verhältnis zu der Tieftemperaturluftzerlegungsanlage (11); und (E) einer Anordnung zum Gewinnen von Produkt (84, 93) von der Tieftemperaturluftzerlegungsanlage (11); dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zum Überleiten von Einsatzluft (82, 83) von dem Turboexpander (32) mit hohem Verhältnis zu der Tieftemperaturluftzerlegungsanlage (11) so ausgebildet ist, dass das Überleiten der Einsatzluft von dem Turboexpander mit hohem Verhältnis zu der Tieftemperaturluftzerlegungsanlage ohne Durchleiten durch irgendeinen Teil des Hauptwärmetauschers (1) erfolgt.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Tieftemperaturluftzerlegungsanlage eine bei höherem Druck arbeitende Kolonne (10) und eine bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne (11) aufweist und die Anordnung zum Überleiten von Einsatzluft von dem Turboexpander (32) mit hohem Verhältnis zu der Tieftemperaturluftzerlegungsanlage mit der bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne in Verbindung steht.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5, ferner versehen mit einem Ent-Überhitzer (5), wobei die Anordnung zum Überleiten von Einsatzluft (82, 83) von dem Turboexpander (32) in die Tieftemperaturluftzerlegungsanlage (11) den Ent-Überhitzer aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, ferner versehen mit einer Flüssigkeitspumpe (33), einer Anordnung zum Überleiten von Flüssigkeit aus dem unteren Teil der bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne (11) zu der Flüssigkeitspumpe, einer Anordnung zum Überleiten von Flüssigkeit von der Flüssigkeitspumpe zu dem Ent-Überhitzer (5) sowie einer Anordnung zum Überleiten von Flüssigkeit von dem Ent-Überhitzer zu dem Hauptwärmetauscher (1).
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10021081A1 (de) * 2000-04-28 2002-01-03 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zum Wärmeaustausch
US6502404B1 (en) 2001-07-31 2003-01-07 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system using magnetic refrigeration
US6601407B1 (en) 2002-11-22 2003-08-05 Praxair Technology, Inc. Cryogenic air separation with two phase feed air turboexpansion
US20070095100A1 (en) * 2005-11-03 2007-05-03 Rankin Peter J Cryogenic air separation process with excess turbine refrigeration
US7533540B2 (en) * 2006-03-10 2009-05-19 Praxair Technology, Inc. Cryogenic air separation system for enhanced liquid production
US8191386B2 (en) 2008-02-14 2012-06-05 Praxair Technology, Inc. Distillation method and apparatus
US9518778B2 (en) * 2012-12-26 2016-12-13 Praxair Technology, Inc. Air separation method and apparatus

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1325881A (en) * 1969-08-12 1973-08-08 Union Carbide Corp Cryogenic separation of air
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
US4375367A (en) * 1981-04-20 1983-03-01 Air Products And Chemicals, Inc. Lower power, freon refrigeration assisted air separation
US4407135A (en) * 1981-12-09 1983-10-04 Union Carbide Corporation Air separation process with turbine exhaust desuperheat
US4715873A (en) * 1986-04-24 1987-12-29 Air Products And Chemicals, Inc. Liquefied gases using an air recycle liquefier
US4777803A (en) * 1986-12-24 1988-10-18 Erickson Donald C Air partial expansion refrigeration for cryogenic air separation
GB9100814D0 (en) * 1991-01-15 1991-02-27 Boc Group Plc Air separation
DE4109945A1 (de) * 1991-03-26 1992-10-01 Linde Ag Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft
GB9124242D0 (en) * 1991-11-14 1992-01-08 Boc Group Plc Air separation
DE4204172A1 (de) * 1992-02-13 1993-08-19 Linde Ag Verfahren zur behandlung eines einsatzstromes und verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft
FR2697325B1 (fr) * 1992-10-27 1994-12-23 Air Liquide Procédé et installation de production d'azote et d'oxygène.
FR2706595B1 (fr) * 1993-06-18 1995-08-18 Air Liquide Procédé et installation de production d'oxygène et/ou d'azote sous pression à débit variable.
FR2714721B1 (fr) * 1993-12-31 1996-02-16 Air Liquide Procédé et installation de liquéfaction d'un gaz.
GB9405072D0 (en) * 1994-03-16 1994-04-27 Boc Group Plc Air separation
GB9410686D0 (en) * 1994-05-27 1994-07-13 Boc Group Plc Air separation
US5469710A (en) * 1994-10-26 1995-11-28 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system with enhanced argon recovery
GB9513766D0 (en) * 1995-07-06 1995-09-06 Boc Group Plc Air separation
US5675977A (en) * 1996-11-07 1997-10-14 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system with kettle liquid column

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CN1171064C (zh) 2004-10-13
CA2276998A1 (en) 2000-01-10

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