EP0418139B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft - Google Patents

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Claims (17)

  1. Tieftemperaturverfahren zur Erzeugung von Stickstoff aus Luft, mit folgenden Schritten:
    A) Aufteilen von gekühlter, komprimierter zugeführter Luft, die im wesentlichen frei von Feuchtigkeit und Verunreinigungen ist, in einen ersten und einen zweiten Teilstrom zugeführter Luft;
    B) Einleiten des ersten Teilstroms zugeführter Luft in eine Hochdruckkolonne (32), die mit einem Kopfkondensator (40) ausgestattet ist;
    C) Trennen des ersten Teilstroms zugeführter Luft in der Hochdruckkolonne (32) mittels Tieftemperaturdestillation in einen ersten stickstoffreichen Teilstrom und einen ersten sauerstoffreichen Teilstrom;
    D) Abführen zumindest eines Teils des ersten sauerstoffreichen Teilstroms aus der Hochdruckkolonne (32);
    E) Einleiten zumindest eines Teils des ersten sauerstoffreichen Teilstroms in eine Niederdruckkolonne (34), die mit einem Bodenkondensator/Wiedererhitzer (58) und einem Überkopfkühler/Kondensator (70) für die Tieftemperaturzerlegung in einen zweiten stickstoffreichen Teilstrom und einen zweiten sauerstoffreichen Teilstrom ausgestattet ist;
    F) Einleiten des zweiten Teilstroms zugeführter Luft in den Kondensator/Wiedererhitzer in der Niederdruckkolonne (34);
    G) Kondensieren des zweiten Teilstroms zugeführter Luft durch indirekten Wärmeaustausch mit dem zweiten sauerstoffreichen Teilstrom in der Niederdruckkolonne (34), wobei zumindest ein Teil des zweiten sauerstoffreichen Teilstroms verdampft wird;
    H) Einleiten zumindest eines Teils des kondensierten zweiten Teilstroms zugeführter Luft in den Kopfkondensator (40) der Hochdruckkolonne (32);
    I) Verdampfen zumindest eines Teils des zweiten kondensierten Teilstroms zugeführter Luft in dem Kopfkondensator (40) der Hochdruckkolonne (32) durch indirekten Wärmeaustausch mit zumindest einem Teil des ersten stickstoffreichen Teilstroms in der Hochdruckkolonne (32), um zumindest einen Teil des ersten stickstoffreichen Teilstroms zu kondensieren;
    J) Einleiten zumindest eines Teils des zweiten Teilstroms zugeführter Luft, der durch indirekten Wärmeaustausch mit dem ersten sauerstoffreichen Teilstrom in dem Kopfkondensator (40) der Hochdruckkolonne (32) verdampft wurde, in die Niederdruckkolonne (34) zur Tieftemperaturzerlegung, zusammen mit zumindest einem Teil des ersten sauerstoffreichen Teilstroms, in einen zweiten stickstoffreichen Teilstrom und einen zweiten sauerstoffreichen Teilstrom;
    K) Abführen zumindest eines Teils des zweiten stickstoffreichen Teilstroms aus der Niederdruckkolonne (34) als Nutzstrom;
    L) Abführen zumindest eines Teils des kondensierten zweiten sauerstoffreichen Teilstroms aus der Niederdruckkolonne (34);
    M) Einleiten zumindest eines Teils des abgezogenen zweiten sauerstoffreichen Teilstroms in den Überkopfkühler (70) der Niederdruckkolonne (34);
    N) Verdampfen zumindest eines Teils des zweiten sauerstoffreichen Teilstroms in dem Überkopfkühler (70) durch indirekten Wärmeaustausch mit zumindest einem Teil des aufsteigenden zweiten stickstoffreichen Teilstroms in der Niederdruckkolonne (34), wobei der zweite stickstoffreiche Teilstrom kondensiert wird und einen Rückstrom für die Niederdruckkolonne (34) bildet; und
    O) Abführen zumindest eines Teils des verdampften zweiten sauerstoffreichen Teilstroms aus dem Überkopfkühler (70) als Abfall.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das des weiteren folgenden Schritt umfaßt:
    Abführen zumindest eines Teils des kondensierten ersten stickstoffreichen Teilstroms aus der Hochdruckkolonne (32) als Hochdruckstickstoffnutzstrom.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, das des weiteren die Schritte umfaßt:
    Abführen zumindest eines Teils des kondensierten ersten stickstoffreichen Teilstroms aus der Hochdruckkolonne (32) und
    Einleiten zumindest eines Teils des abgezogenen ersten stickstoffreichen Teilstroms in die Niederdruckkolonne (34).
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das des weiteren folgende Schritte umfaßt:
    Weitere Aufteilung der komprimierten zugeführten Luft in einen dritten Teilstrom zugeführter Luft;
    Entspannen zumindest eines Teils des dritten Teilstroms zugeführter Luft für Kühlzwecke; und
    Einleiten zumindest eines Teils des entspannten Teilstroms zugeführter Luft in die Niederdruckkolonne (34).
  5. Verfahren nach Anspruch 2, das des weiteren den folgenden Schritt umfaßt:
    Entspannen zumindest eines Teils des aus dem Überkopfkühler (70) abgeführten Abfallsauerstoffs zum Kühlen der Anlage.
  6. Verfahren nach Anspruch 2, das des weiteren folgenden Schritt umfaßt:
    Entspannen zumindest eines Teils des Hochdrucknutzstickstoffstroms vor dem Auslaß des Niederdrucknutzstickstoffstroms.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das des weiteren folgende Schritte umfaßt:
    Kühlen der zugeführten Luft durch indirekten Wärmeaustausch mit Abfall- und Nutzströmen und
    Komprimieren der zugeführten Luft, um in der Hochdruckkolonne (32) einen Druck zwischen ca. 2 bar und ca. 20 bar zu erzeugen.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem
    der erste Teilstrom zugeführter Luft in Schritt B) in die untere Hälfte der Hochdruckkolonne (32) eingeleitet wird und
    der erste sauerstoffreiche Teilstrom in Schritt D) von der Basis der Hochdruckkolonne (32) abgeführt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem
    der erste sauerstoffreiche Teilstrom von Schritt E) in die untere Hälfte der Niederdruckkolonne (34) eingeleitet wird und
    der zweite sauerstoffreiche Teilstrom von Schritt N) von der Basis der Niederdruckkolonne (34) abgeführt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das des weiteren folgende Schritte umfaßt:
    Der im Schritt O) erhaltene Abfallsauerstoff durchläuft einen Turbo-Entspanner (78), um gekühlt zu werden, und
    der Abfallsauerstoff aus dem Turboentspanner (78) wird durch indirekten Wärmeaustausch mit der zugeführten Luft, die dadurch gekühlt wird, erwärmt.
  11. Anlage zum Erzeugen von Stickstoff aus gekühlter kondensierter zugeführter Luft, mit:
    - einer Hochdruckdestillationskolonne (32), die mit einem Kopfkondensator (40) zur Tieftemperaturzerlegung durch Fraktionierung von gekühlter komprimierter zugeführter Luft in einen ersten stickstoffreichen Teilstrom und einen ersten sauerstoffreichen Teilstrom ausgestattet ist;
    - einer Niederdruckdestillationskolonne (34) mit einem Überkopfkühler (70) und einem Bodenwiedererhitzer (58), um gekühlte komprimierte zugeführte Luft und zumindest einen Teil des ersten sauerstoffreichen Teilstroms durch Fraktionierung zu zerlegen, um zweite stickstoffreiche und sauerstoffreiche Teilströme zu erhalten;
    - einer Leitung für die Zufuhr von gekühlter komprimierter zugeführter Luft zu dem Wiedererhitzer (58);
    - einer Leitung (54) für den Transport des Teils des ersten sauerstoffreichen Teilstroms von der Hochdruckkolonne (32) zu der Niederdruckkolonne (34) für die darin stattfindende Tieftemperaturzerlegung;
    - einer Leitung (82, 84) für den Transport von kondensierter zugeführter Luft von dem Wiedererhitzer (58) zu dem Überkopfkühler (40);
    - einer Leitung (64) für den Transport von verdampfter Luft von dem Überkopfkühler (40) zu der Niederdruckkolonne (34);
    - einer Leitung (52) zum Abführen des zweiten sauerstoffreichen Teilstroms als Abfall nach der Verdampfung des zweiten sauerstoffreichen Teilstroms in dem Überkopfkühler (70) und einer Leitung (48) zum Abführen des zweiten stickstoffreichen Teilstroms aus der Niederdruckkolonne (34) als Nutzstrom, und
    - einer Leitung (22, 62) zum direkten Einleiten von gekühlter komprimierter zugeführter Luft in die Hochdruckkolonne (32).
  12. Anlage nach Anspruch 11, mit einer Einrichtung (46) in der Leitung (82, 84), die eine vollständige Kondensation der zugeführten Luft sicherstellt, und mit einer Leitung (90), um einen Teil der kondensierten zugeführten Luft in die Niederdruckkolonne (34) einzuleiten.
  13. Anlage nach Anspruch 11 oder 12, mit einer Leitung (68) zum Abführen des ersten stickstoffreichen Nutzstroms aus der Hochdruckkolonne (32) und zu dessen Einleiten in die Niederdruckkolonne (34), um einen Rückstrom zu erzeugen.
  14. Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 13, mit:
    einer Kompressionseinrichtung zum Komprimieren von zugeführter Luft;
    einer Reinigungseinrichtung zum Entfernen von Kohlendioxyd, Wasserdampf und anderen Verunreinigungen aus der Luft, die von der Kompressionseinrichtung komprimiert wurde;
    einem Wärmetauscher (30) zum Abkühlen der komprimierten Luft aus der Reinigungseinrichtung auf eine tiefe Temperatur;
    einer mit dem Überkopfkühler (70) verbundenen Leitung zum Einleiten und Abführen von Flüssigkeiten und Gasen;
    einer mit dem Wärmetauscher (30) sowie der Hoch- und Niederdruckkolonne (32, 34) verbundenen Leitung (22, 60, 62) zum Einleiten von gekühlter komprimierter zugeführter Luft; und
    einem Ventil in mindestens einer der Leitungen, um Gase und Flüssigkeiten zu messen und sie darin zu entspannen.
  15. Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 14, die des weiteren einen Entspanner (78) aufweist, und zumindest einen Teil des Nutzstickstoffstroms entspannt, um ihn zu kühlen.
  16. Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 15, die des weiteren einen Entspanner (78) zum Entspannen von Abfallsauerstoff aufweist.
  17. Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 16, die des weiteren einen Entspanner zum Entspannen von gekühlter komprimierter Luft vor dem Einleiten in die Niederdruckkolonne (34) aufweist, um die Luft zu kühlen.
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