DK161084B

DK161084B - Fremgangsmaade til fremstilling af nitrogengas ved overatmosfaerisk tryk

Info

Publication number: DK161084B
Application number: DK551983A
Authority: DK
Inventors: Ravindra Fulchand Pahade; John Harold Ziemer; Harry Cheung
Original assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1982-12-02
Filing date: 1983-12-01
Publication date: 1991-05-27
Also published as: DK161084C; US4453957A; CA1210315A; GB8332133D0; NL8304118A; NO834422L; GB2131147B; NO162258B; DK551983D0; GB2131147A; DK551983A

Description

i

DK 161084 B

Den foreliggende opfindelse angår generelt kryogen separation af luft og angår navnlig kryogen separation af luft til fremstilling af nitrogen.

5 En anvendelse af nitrogen som bliver mere og mere vigtig er som fluid til brug i sekundære olie- eller gasudvindingsmetoder. Ved en sådan metode pumpes et sådant fluid ned i jorden, for at lette fjernelsen af olie eller gas fra jorden. Det anvendte fluid er ofte nitrogen, da det er relativt almindeligt forekommende, og fordi det ikke nærer en for-10 brænding.

Når der anvendes nitrogen ved sådanne forbedrede olie- eller gasudvindingsmetoder pumpes det almindeligvis ned i jorden ved et overtryk, der kan være fra 35 - 703 kg/cmz eller mere.

15

Fremstillingen af nitrogen ved kryogen separation af luft er velkendt.

I en velkendt fremgangsmåde anvendes to kolonner i varmeudvekslingsforbindelse. En kolonne er tilvejebragt ved et højere tryk, hvori luften bliver præ-separeret til en oxygenberiget og en nitrogenberiget 20 fraktion. Den anden kolonne er tilvejebragt ved et lavere tryk, hvor slutseparationen af luft til produkt udføres. En sådan dobbeltkolonne fremgangsmåde udfører effektivt luftseparationen og kan genvinde en høj procentdel, op til ca. 90%, af nitrogenen i tilførslen. Imidlertid har en sådan fremgangsmåde en ulempe, når der ønskes nitrogen til brug 25 ved forbedret olie- eller gasudvinding, da nitrogenproduktet fremkommer ved relativt lavt tryk, almindeligvis mellem ca. 1,05 og 1,75 kg/cm2. Dette nødvendiggør en væsentlig yderligere kompression af nitrogen før den kan anvendes ved forbedret olie- eller gasudvindingsmetoder. Denne yderligere kompression er temmelig bekostelig.

30

Der kendes også kryogene enkeltkolonne-luftseparationsprocesser, ved hvilke der dannes højtryksnitrogen, typisk ved tryk fra ca. 4,9 - 6,3 kg/cm2.

35 Nitrogen ved et sådant tryk vil væsentligt reducere omkostningen ved komprimering af nitrogen til det nødvendige niveau for forbedret olie-og gasudvindingsmetoder i forhold til omkostningen ved at komprimere nitrogenproduktet fra en konventionel dobbeltkolonneseparation. Imidlertid kan en sådan enkeltkolonneproces kun genvinde en relativ lav

DK 161084 B

2 procentdel, op til ca. 60%, af nitrogen i tilførselsluften. Hvis separationen i søjleapparatet udføres ved et højere tryk for at tilvejebringe nitrogen ved et højere tryk end 4,9 - 6,3 kg/cm2, vil der desuden erfares en endnu lavere udvinding end de ovenfor angivne 60%.

5 I andre kendte fremgangsmåder til fremstilling af højtryknitrogen anvendes en konventionel dobbeltkolonne, der drives ved højere trykniveau. Dette arrangement svarer til det konventionelle dobbeltkolonne-arrangement, men tilførsel siuften er tilvejebragt ved højere tryk og 10 derved drives kolonnerne ved højere tryk. Da den. øvre kolonne drives ved højere tryk end i det konventionelle dobbeltkolonne-arrangement er nitrogenproduktet derefter tilgængelig ved det højere trykniveau. Imidlertid har denne fremgangsmåde en ulempe, idet det kræves, at alle procesfluider håndteres i den øvre kolonne, hvilket medfører en for-15 øget størrelse af den øvre kolonne. En anden ulempe er, at nitrogenproduktets tryk er begrænset til trykket i den øvre eller lavtrykkolonne.

En anden kendt fremgangsmåde til fremstilling af nitrogen ved høje 20 tryk er angivet i US patentskrift nr. 4.222.756. I dette patentskrift forklares anvendelsen af en dobbeltkolonne med en refluxkondensator i den øvre kolonne. Ved denne fremgangsmåde dannes nitrogen ved højere tryk fra toppen af den øvre kolonne og fremkalder reflux for denne øvre kolonne ved at expandere en højtryksoxygen-beriget væske, der er 25 dannet ved bunden af den øvre kolonne. Imidlertid har denne fremgangsmåde også en ulempe, idet det kræves at alle procesfluider skal håndteres i den øvre kolonne, hvilket således medfører en forøget størrelse for den øvre kolonne. Denne proces er endvidere ufordelagtig, da trykket af nitrogenproduktet er begrænset til trykket i den øvre eller 30 lavtrykkolonnen.

I en anden fremgangsmåde til fremstilling af højtryksnitrogen medfører udtræk af noget nitrogenprodukt fra toppen af den nederste- eller højtrykskolonnen. Nitrogen fra dette punkt er almindeligvis kaldt en 35 "shelf"-damp". Denne fremgangsmåde er ufordelagtig, da "shelf"-dampen, der udtrækkes som produkt, ikke er tilgængelig til brug som reflux for den øvre kolonne. Dette har en skadelig indvirkning på den øvre kolonnes refluxforhold, hvilket medfører reduceret nitrogenudvinding. Således kan denne fremgangsmåde kun anvendes effektivt til fremstilling af

DK 161084 B

3 små mængder højtryksnitrogen.

Det er ofte ønskeligt at have tilgængeligt oxygen enten ved omgivelsernes tryk eller ved et hævet tryk til brug i en fremgangsmåde i nær-5 heden af den, som anvender nitrogen under højt tryk. I en sådan situation kan det for eksempel være ønskeligt at levere oxygen med lavere renhed til forbrændingsformål, for således at danne syntetiske brændsler og nitrogen ved hævede tryk for forbedrede olie- eller gasudvinding. En anden anvendelse kan være i metalraffinaderier og ved metal -10 bearbejdningsoperationer som for eksempel aluminiumraffinaderier som kan anvende nitrogen ved hævede tryk som inert gas og oxygen med lav renhed til forbrænding. Selv om der kendes fremgangsmåder til fremstilling af nitrogen, vil det være ønskeligt at have en fremgangsmåde til fremstilling af store mængder nitrogen ved hævet tryk, og hvor der 15 også kan fremstilles noget oxygen.

Det er derfor formålet med den foreliggende opfindelse at tilvejebringe en fremgangsmåde til kryogen dobbeltkolonneluftseparation til fremstilling af nitrogengas ved overatmosfærisk tryk ved separation af 20 luft ved rektifikation omfattende: indføring af renset afkølet tilførselsluft ved overatmosfærisk tryk i en højtrykskolonne, der arbejder ved et tryk fra ca. 5,6 - ca. 21,1 kg/cm2, separation af tilførselsluften ved rektifikation i en højtrykskolonne til en første nitrogenberiget dampfraktion og en første oxygen-25 beriget væskefraktion, indføring af den første oxygenberigede væskefraktion i en middeltrykskolonne, som er i varmeudvekslingsforbindelse med højtrykskolonnen, og som arbejder ved et tryk, der er lavere end trykket i højtrykskolonnen, og som er fra ca. 2,8 - 10,5 kg/cm2, og hvori det råstof, som tilføres 30 til middel trykskolonnen ved rektifikation, adskilles i en anden nitrogenberiget dampfraktion og en anden oxygenberiget væskefraktion, genvinding af fra 0-60 vægt% af den anden nitrogenberigede dampfraktion som middel tryksnitrogengas, kondensering af en del af den første nitrogenberigede dampfraktion ved 35 indirekte varmeudveksling med en del af den anden oxygenberigede væskefraktion for derved at danne en første nitrogenberiget væskedel og en første oxygenberiget dampdel, anvendelse af en del af den første nitrogenberigede væskedel, som flydende væskereflux for højtrykskolonnen og den første oxygenberigede

DK 161084 B

4 dampdel, som dampreflux for middel trykskolonnen, og kendetegnet ved, genvinding af mellem ca. 20 og 60% af den første nitrogenberigede dampfraktion, kondensering af i det mindste en del af den anden nitrogen-5 berigede dampfraktion ved indirekte varmeudveksling med en del af den anden oxygenberigede væskefraktion for frembringelse af en anden ni-trogenberiget væskedel og en anden oxygenberiget dampdel, anvendelse af den anden nitrogenberigede væskedel som væskereflux for middeltrykskolonnen, 10 anvendelse af den første nitrogenberigede væskedel, som yderligere væskereflux for middeltrykskolonnen i en mængde ækvivalent til de fra ca. 0 til 40% af den første nitrogenberigede dampfraktion, således at summen af denne mængde og mængden af højtryksnitrogenberiget damp, som er genvundet, er fra ca. 20 til 60 vægt% af den første nitrogenberigede 15 dampfraktion, og fjernelse af den anden oxygenberigede dampfraktion fra processen.

Udtrykket "indirekte varmeudveksling" betyder, således som anvendt i den foreliggende beskrivelse samt krav, at to fluidstrømme bringes i 20 varmeudvekslingsforbindelse uden nogen fysisk kontakt mellem eller blanding af fluiderne med hinanden.

Med udtrykket ,rkolonne", således som anvendt i den foreliggende beskrivelse samt krav, menes en destillations- eller fraktioneringsko-25 lonne, det vil sige en kontaktkolonne eller -zone, hvor væske- og dampfaser er i modstrømskontakt til udvirkning af separation af en flydende blanding, ved for eksempel ved at kontakte damp- og væskefaserne på en serie lodret med afstand anbragte bunde eller plader, som er monteret inden i kolonnen eller alternativt på pakningselementer, som kolonnen 30 fyldes med. For en yderligere redegørelse for fraktioneringskolonner henvises til Chemical Engineers' Handbook, femte udgave, redigeret af R.H. Perry og C.H. Chilton, McGraw-Hill Book Company, New York, Section 13, "Distillation" B.D. Smith et al, side 13-3, The Continuous Distillation Process.

35

Med udtrykket "dobbeltkolonne" menes en højtrykskolonne, hvis øvre ende er i varmeudveksling med den nedre ende af en lavtrykskolonne. En yderligere redegørelse for dobbeltkolonner findes i Ruheman "The Separation of Gases" Oxford University Press, 1939, kapitel VII, Commercial

DK 161084 B

5

Air Separation.

Processerne for damp- og væskekontaktseparation afhænger af forskellen i komponenternes damptryk. Komponenten med høje damptryk (eller den 5 mere flygtige eller den lavere kogende-komponent) vil have en tendens til at koncentreres i dampfasen, hvorimod komponenten med det lavere tryk (eller den mindre flygtige eller den højere kogende-komponent) vil have en tendens til at koncentreres i væskefasen. Destillation er den separationsproces, hvor en opvarmning af en væskeblanding kan an-10 vendes til at koncentrere den eller de flygtige komponenter i dampfasen og derefter den eller de mindre flygtige komponenter i væskefasen. Partiel kondensering er en separationsproces, hvor afkøling af en dampblanding kan anvendes til at koncentrere den eller de flygtige komponenter i dampfasen og derefter den eller de mindre flygtige komponen-15 ter i væskefasen. Rektifikation eller kontinuerlig destillation er den separationsproces som kombinerer succesive partielle fordampninger og kondensationer, således som opnået ved en modstrømsbehandling af dampog væskefaserne. Modstrømningskontakten mellem damp- og væskefaserne er adiabatisk og kan omfatte integral- eller diffenrential kontakt mel-20 lem faserne. Arrangementer til udførelse af separationsprocesser, hvor-i princippet ved rektifikation anvendes til at adskille blandingen er ofte, ombytteligt, kaldt rektifikationskolonner, destillationskolonner eller fraktioneringskolonner.

25 Med udtrykket "renset, afkølet luft", således som anvendt i den foreliggende beskrivelse og krav, menes luft som er blevet renset for urenheder, som for eksempel vanddampe og carbondioxyd og som er tilvejebragt ved en temperatur under ca. 120°K, fortrinsvis under ca. 110°K.

30 Med udtrykket "refluxforhold", således som anvendt i den foreliggende beskrivelse og krav, menes det numeriske forhold mellem væskestrømmen og dampstrømmen hver udtrykt molært og som er i modstrømskontakt indeni kolonnen, for således at tilvejebringe separation.

35 Med udtrykket "ækvivalent", således som anvendt i krav 1, menes en væske udtrykt i damp, og som sådan menes ækvivalent på basis af massen snarere end for eksempel på basis af volumenet.

Opfindelsen vil herefter blive forklaret nærmere under henvisning til

DK 161084 B

6 den medfølgende tegning, hvor fig. 1 viser et skematisk billede af en foretrukket udførelsesform for fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse, hvor intet af den første nitrogenberigede væskedel anvendes som 5 væskereflux for middel trykskolonnen, og hvor en oxygenstrøm ekspanderes, for at tilvejebringe afkøling af anlægget, fig. 2 et skematisk billede af en anden foretrukket udførelsesform for fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelsen, hvor en luftstrøm ekspanderes, for at tilvejebringe afkøling af 10 anlægget, og fig. 3 et skematisk billede af en tredie foretrukket udførelsesform for fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelsen, hvor noget af den første nitrogenberigede væskedel anvendes som væskereflux for middeltrykskolonnen.

15

Idet der først henvises til fig. 1 ses at fødeluft under tryk 101 føres gennem en deoverheder 100, hvor den afkøles og renses for urenheder, som for eksempel vanddamp og carbondioxid, og hvorfra den strømmer ud i en tilnærmelsesvis mættet tilstand ved 102. Den afkølede fødeluft-20 strøm under tryk 102 deles i en mindre fraktion 105 og en større fraktion 107. Strømmen 105 anvendes til at overhede returstrømme i en varmeveksler 135 og efter kondensation indføres den som væskeluftstrøm 106 i en højtrykskolonne 108, som virker ved et tryk fra 5,6 til 21,1 kg/cm2 fortrinsvis fra 6,3 til 16,9 kg/cm2, og især fra 7 til 14 kg/cm2. 25 Strømmen 107 indføres i bunden af kolonne 108 som højtryksdamptilførsel. I kolonnen 108 separeres tilførselsluften ved rektifikation i en første nitrogenberiget dampfraktion og en første oxygenberiget væskefraktion. Den første nitrogenberigede dampfraktion 109 deles i en del 111, som omfatter fra 20 til 60% af fraktionen 109, fortrinsvis fra 30 til 50%, 30 og især fra 35 til 45%, og som udtages fra kolonnen 108, føres gennem varmeveksleren 135 og deoverhederen 100 og genvindes som et højtryks-nitrogengas-produkt 141 ved en temperatur, som ca. svarer til omgivelsernes. Den resterende del 110 af den første nitrogenberigede dampfraktion indføres i en kondensor 134. Den første oxygenberigede væskefrak-35 tion fjernes fra bunden af kolonnen 108 som en strøm 115, underkøles i en varmeveksler 116 i modstrømning med returstrømme 125 fra en middel-trykskolonne 118, ekspanderes gennem en ventil 119 og indføres i middeltrykskolonnen 118, som drives ved et tryk, der er lavere end trykket i højtrykskolonnen 108, nemlig fra ca. 2,8 til 10,5 kg/cm2, for-

DK 161084 B

7 trinsvis fra ca. 3,2 til 8,4 kg/cm2, og i sær fra ca. 3,5 til 6,3 kg/ cm2.

I kolonnen 118 separeres tilførslen ved rektifikation i en anden ni-5 trogenfaeriget dampfraktion og en anden oxygenberiget væskefraktion.

Den anden oxygenberigede væskefraktion fordampes partielt i kondenso-ren 134 ved indirekte varmeudveksling med delen 110 af den første ni-trogenberigede fraktion, for således at danne en dampreflux for middeltrykskolonnen. Den resulterende kondenserede første nitrogenberi-10 gede væskedel 112 returneres til højtrykskolonnen 108 som væskereflux.

En del 122 af den anden oxygenberigede væskefraktion udtages fra bunden af middel trykskolonnen 118, underafkøles i en varmeveksler 117 i modstrøm med returstrømmene 125, ekspanderes gennem en ventil 124 og 15 indføres i en kondensor 130, hvor den fordampes, for således at danne en oxygenberiget strøm 125. Denne strøm anvendes som kølestrøm i varmevekslerne 117 og 116, føres derefter gennem en varmeveksler 135 og ekspanderes, for at tilvejebringe anlæggets afkøling, således som forklaret mere detaljeret herefter.

20

Den anden nitrogenberigede dampfraktion 127 deles i en strøm 129 og en strøm 128. Strømmen 129, der omfatter fra 0 til 60% af fraktionen 127, fortrinsvis fra 20 til 50%, og især fra 35 til 45%, fjernes fra middel-trykskolonnen 118, føres gennem varmeveksleren 135 og deoverhederen 25 100 og genvindes som middeltryksnitrogengas 139 ved en temperatur, der ca. svarer til omgivelsernes. Den resterende del 128 kondenseres i varmeveksleren 130, for således at danne en anden nitrogenberiget væskedel 131, der anvendes som væskereflux for middeltrykskolonne.

30 Fig. 1 illustrerer en foretrukket udførelsesform, hvori oxygenstrømmen 125 ekspanderes, for at tilvejebringe anlæggets afkøling. Strømmen 125 overhedes i varmeveksleren 135 og deles i strømme 165 og 166. Strømmen 165 varmes ved en partiel passage gennem varmeveksleren 100. Strømmen 166 ekspanderes gennem en ventil 168 og tilføres ved et ækvivalent 35 tryk til strømmen 165, for således at danne en kombineret spildstrøm 170, som turboekspanderes i en turbine 144 for at tilvejebringe anlæggets afkøling. Den resulterende afkølede lavtryksstrøm 145 føres gennem deoverhederen 100 og udtages som en strøm 146 ved omgivelsernes temperatur.

DK 161084 B

8 Således som vist kan der ved fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse fremstilles store mængder høj- og middel tryksnitrogen med en stor effektivitet. Delen 111 som fjernes fra højtrykskolonnen og genvindes som højtryksnitrogengasprodukt omfatter en væsentlig større 5 mængde af nitrogen fra tilførselsluften end det hidtil har være muligt. Denne del 111 kan udtages uden skadelig påvirkning af ref1uxforhold i middeltrykskolonnen. Hidtil har, i en fremgangsmåde til separation i en dobbeltkolonne, udtagningen af en væsentlig del af "shelf”-dampen fra højtrykskolonnen, repræsenteret ved strømmen 111 i fig. 1, medført 10 en reduktion i den mængde væskereflux, som er tilgængelig for lavtrykskolonnen, da mindst ca. 40% af "shelf"-dampen må returneres til højtrykskolonnen efter kondensering til brug som væskereflux. Hvis en stor del af "shelf"-dampen blev udtaget som produkt, ville dette medføre, at lavtrykskolonnen blev drevet med et ineffektivt refluxforhold.

15 Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse løser dette problem ved at tilvejebringe en kompenseringsmængde af væskereflux til lavtrykskolonnen, for således at kompensere for tabet af væskereflux, som skyldes udtagningen af højtryks- og middeltryksnitrogenberigede strømme fra processen og holde lavtrykskolonnens refluxforhold indenfor 20 området som vil medføre en god separation. Denne kompensation tilvejebringes ved at fjerne noget af den anden oxygenberigede væskefraktion fra den øvre søjle og anvende denne væske, for således at danne en væskereflux ved kondensering af nitrogenberiget damp i en kondensor ved toppen af lavtrykskolonnen.

25 I tabel I angives resultaterne af en datamatsimulering af fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse udført i overensstemmelse med den i fig. 1 viste udførelsesform, hvor højtryksnitrogengassen, der blev genvundet, udgjorde ca. 40% af den første nitrogenberigede damp-30 fraktion. Numrene på strømmene svarer til disse, der er angives i fig.

1. Nitrogenudvindingen ved fremgangsmåden, der er opført i tabel I er 77%.

TABEL 1 35

Strøm Nummer Værdi

Tilførselsluft 101

Strømning, m3/h 90756

Tryk, kg/m2 10,4

DK 161084 B

9

Oxygen ved den øverste kondensat 125

Strømning, m3/h 32791

Renhed, %02 58

Tryk, kg/cm2 1,96 5

Oxygen ved den varme ende 146

Strømning, m3/h 32791

Renhed, %02 58

Tryk, kg/cm2 1,05 10 Højtryksnitrogenprodukt 141

Strømning, m3/h 34682

Renhed, ppm O2 4

Tryk, kg/cm2 9,70 15

Middel tryksnitrogenprodukt 139

Strømning, m3/h 23277

Renhed, ppm 02 4

Tryk, kg/cm2 5,06 20

Fig. 2 viser en anden udførelsesform for fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse. I fig. 2 svarer referencetallene til referen-cetallene i fig. 1, idet der er adderet 100 for elementer, der er fælles for begge figurer. I overensstemmelse med den i fig. 2 viste udfø-25 relsesform føres tilførselsluften 201 gennem varmeveksleren 200, men en lille fraktion 204 føres kun partielt gennem varmeveksleren. Den største del 203 passerer helt gennem varmeveksleren 200 og kommer ud som strømmen 202. Strømmen 204, der kaldes den overskydende luftfraktion, turboekspanderes gennem en turbine 244, for at tilvejebringe 30 anlæggets afkøling og føres ved 245 gennem varmeveksleren 200 og frigives ved 242. Den resterende del af den i fig. 2 viste udførelsesform svarer til den, der er vist i fig. 1 med undtagelse af, at oxygenstrømmen 225 ikke turboekspanderes.

35 Således som vist vil fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse i overensstemmelse med fig. 1 eller 2 effektivt tilvejebringe store mængder af høj- og middel tryksnitrogen. I visse situationer kan det være ønskeligt også at fremstille noget oxygen med en renhed, der er større end den renhed som kan opnås med den i fig. 1 viste udførelses- 10

DK 1610 8 4 B

form. Hvis det ønskes at opnå oxygen med en sådan forøget renhed, medens der stadig effektivt produceres nitrogen ved højt tryk, kan fremgangsmåden ifølge opfindelsen udføres i overenstemmelse med den udførelsesform som er vist i fig. 3. I fig. 3 svarer referencetallene til 5 referencetallen i fig. 1, idet der dog adderet 200 for de elementer, som er fælles for begge figurer.

Idet der herefter til fig. 3 ses, at fremgangsmåden udføres på en tilsvarende måde som fremgangsmåden, der er beskrevet under henvisning 10 til fig. 1 med undtagelse af, at den første nitrogenberigede væskedel 312 ikke fuldt ud returneres til højtrykskolonnen 308 som væskereflux. Istedet deles strømmen 312 i en strøm 313 som returneres til højtrykskolonnen 308 som væskereflux og i en strøm 314 som afkøles i varmeveksleren 317, ekspanderes gennem ventilen 324 og kombineres med strømmen 15 331, for således at danne en kombineret væskerefluxstrøm 332. Dette arrangement muliggør fremstilling af oxygen med større renhed, end den der opnås med arrangementerne, der er vist i fig. 1 eller 2. Da middeltrykskolonnen nu kan anvende en dobbeltkilde af refluxvæske kan oxygenstrømmen være tilvejebragt i en mindre mængde og derved med en 20 større renhed. Op til 40% (ækvivalent på basis af massen) af den første nitrogenberigede dampfraktion kan, efter kondensering, anvendes som væskereflux for middel trykskolonne. Som det kan indses er renheden af oxygenproduktet, der kan tilvejebringes ved fremgangsmåden, der er illustreret i fig. 3, omvendt proportional med mængden af højtryksni-25 trogen, som kan dannes ved udtrækning som strømmen 311. Således maxi-meres højtryksnitrogenproduktionen, når intet af den første nitrogenberigede væskedel anvendes som middeltrykskolonnereflux og oxygenrenheden maximeres, når ca. 40% af massen af den første nitrogendampfrak-tion, efter kondensering til dannelse af den første nitrogenberigede 30 væskedel, anvendes som reflux for middeltrykskolonnen. Imidlertid skal den kombinerede mængde af højtryksnitrogengas, der udvindes fra den første nitrogenberigede væskedel , der anvendes som reflux for middel-trykskolonnen ikke overskride (på basis af massen) ca. 60% af den første nitrogenberigede dampfraktion. Fortrinsvis er denne kombinerede 35 mængde fra 30 til 50% af den første nitrogenberigede dampfraktion. Dette vil sikre, at en tilstrækkelig reflux returneres til højtrykskolonnen til at denne effektivt udfører separationen ved rektifikation. Ydermere vil evnen til fremstilling af oxygen med større renhed medføre forbedret nitrogenudvinding, hvilket er en yderligere fordel ved

DK 161084 B

11 fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse i forhold til kendte fremgangsmåder, i hvilken der ikke anvendes dobbelt reflux kilde.

I visse tilfælde kan det være ønskeligt at tilvejebringe oxygenproduk-5 tet ved et højere tryk end ved omgivelsernes tryk. Dette oxygenprodukt kan genvindes ved et tryk op til 2,8 kg/cm2. Når oxygenproduktets tryk forøges, vil de to nitrogenprodukters trykniveauer også forøges. Højtryksnitrogenproduktet vil tilvejebragt ved det højeste tryk omtrentlig svarende trykket i højtrykskolonnen. Middel tryksni trogenproduktet 10 vil være tilvejebragt ved et tryk, der ca. svarer til trykket i middeltrykskolonnen som må være lavere end trykket i højtrykskolonnen, således at varmeudveksling i kondensoren 334 kan foregå. På tilsvarende måde må oxygenproduktets tryk være lavere end trykket i middel trykskolonnen for at tillade varmeudveksling i kondensoren 330. Alternativt 15 kan en lille oxygenfraktion udtrækkes fra bunden af middel trykskolonnen eller nogle få ligevægtstrin ovenover bunden og genvindes som oxygen ved højere tryk.

Selv om fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse er blevet 20 beskrevet detaljeret under henvisning til tre foretrukne udførelsesformer vil fagfolk på området indse, at der kan udøves mange andre udførelsesformer for fremgangsmåden. For eksempel kan det ønskes at fremstille noget væskeformigt nitrogenprodukt foruden gasformigt nitrogenprodukt ved fjernelse og udvinding af noget topreflux fra hver 25 kolonne. Ifølge en anden udførelsesform kan det ønskes at tilføre den kondenserede luftstrøm, efter overhedning af returstrømmene, til middeltrykskolonnen snarere end højtrykskolonnen. I en tredie udførelsesform kan det ønskes at anvende en tilført luftfraktion eller højtryksnitrogenproduktet for tilvejebringelse af anlæggets afkøling snarere 30 end spildnitrogenstrømmen. Når en luftfraktion anvendes for tilvejebringelse af anlæggets afkøling må denne fraktion indføres i en kolonne som tilførsel eller, således som vist i fig. 2, må den føres gennem deoverhederen og ud af processen, for således at regenerere adsorptionslag, der anvendes ved luftens forrensning, ved omgi velser-35 nes temperatur. En lille del af den første nitrogenberigede dampfraktion kan også ekspanderes, for således at regulere luftdeoverhederens temperaturprofiler og tilvejebringe anlæggets afkøling og derefter indføres i middel trykskolonnen. Et andet alternativ kunne omfatte en spildnitrogenstrøm fra middel trykskolonnen til ekspansion, for således

DK 161084 B

12 at frembringe anlæggets afkøling. En sådan strøm kunne fordelagtigt være anvendt for at medvirke til regulering af middel trykskolonnens refluxforhold. Et andet alternativ kunne være indførelsen af den første oxygenberigede væskefraktion i bunden af middel trykskolonnen i ste-5 det for oven over bunden, således som vist i figurerne.

Ved anvendelse af den foreliggende opfindelse kan der fremstilles store mængder nitrogen ved højt tryk og med stor udvinding ved anvendelse af et dobbeltkolonnearrangement. Hvis det ønskes kan fremgangsmåden i føl -10 ge den foreliggende opfindelse også anvendes til fremstilling af noget oxygen enten ved omgivelsernes tryk eller ved et hævet tryk.

15 20 25 30 35

Claims

1. Fremgangsmåde til fremstilling af nitrogengas ved overatmosfærisk tryk ved separation af luft ved rektifikation omfattende: 5 indføring af renset afkølet tilførselsluft ved overatmosfærisk tryk i en højtrykskolonne, der arbejder ved et tryk fra ca. 5,6 - ca. 21,1 kg/cm2, separation af tilførselsluften ved rektifikation i en højtrykskolonne til en første nitrogenberiget dampfraktion og en første oxygen-beriget væskefraktion, 10 indføring af den første oxygenberigede væskefraktion i en middeltrykskolonne, som er i varmeudvekslingsforbindelse med højtrykskolonnen, og som arbejder ved et tryk, der er lavere end trykket i højtrykskolonnen, og som er fra ca. 2,8 - 10,5 kg/cm2, og hvori det råstof, som tilføres til middeltrykskolonnen ved rektifikation, adskilles i en anden nitro-15 genberiget dampfraktion og en anden oxygenberiget væskefraktion, genvinding af fra 0-60 vægt% af den anden nitrogenberigede dampfraktion som middel tryksnitrogengas, kondensering af en del af den første nitrogenberigede dampfraktion ved indirekte varmeudveksling med en del af den anden oxygenberigede væske-20 fraktion for derved at danne en første nitrogenberiget væskedel og en første oxygenberiget dampdel, anvendelse af en del af den første nitrogenberigede væskedel, som flydende væskereflux for højtrykskolonnen og den første oxygenberigede dampdel, som dampreflux for middel trykskolonnen, og 25 kendetegnet ved, genvinding af mellem ca. 20 og 60% af den første nitrogenberigede dampfraktion, kondensering af i det mindste en del af den anden nitrogenberigede dampfraktion ved indirekte varmeudveksling med en del af den anden oxygenberigede væskefraktion for frembringelse af en anden nitro-30 genberiget væskedel og en anden oxygenberiget dampdel, anvendelse af den anden nitrogenberigede væskedel som væskereflux for mi ddeltrykskolonnen, anvendelse af den første nitrogenberigede væskedel, som yderligere væskereflux for middeltrykskolonnen i en mængde ækvivalent til de fra 35 ca. 0 til 40% af den første nitrogenberigede dampfraktion, således at summen af denne mængde og mængden af højtryksnitrogenberiget damp, som er genvundet, er fra ca. 20 til 60 vægt% af den første nitrogenberigede dampfraktion, og fjernelse af den anden oxygenberigede dampfraktion fra processen. DK 161084 B

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at hele den første nitrogenberigede væskedel anvendes som væskereflux for højtrykskolonnen.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den første oxygenberigede væskefraktion indføres i middeltrykskolonnen ved kolonnens bund.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at en del 10 af den første nitrogenberigede dampfraktion udtages fra højtrykskolonnen, ekspanderes og indføres i middeltrykskolonnen.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den nitrogenberigede dampstrøm udtages fra middeltrykskolonne ved et punkt 15 mellem de respektive punkter, hvor den første oxygenberigede væskefraktion og den anden nitrogenberigede væskedel indføres i middeltrykskolonnen, opvarmes, ekspanderes og fjernes fra processen. 20 25 30 35