EP1022530A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Druckstickstoff - Google Patents

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EP1022530A1 EP00100823A EP00100823A EP1022530A1 EP 1022530 A1 EP1022530 A1 EP 1022530A1 EP 00100823 A EP00100823 A EP 00100823A EP 00100823 A EP00100823 A EP 00100823A EP 1022530 A1 EP1022530 A1 EP 1022530A1
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residual gas
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Definitions

  • the invention relates to a process for the production of pressure nitrogen by Cryogenic separation of air in a rectification system using a pressure column and has a low pressure column, wherein in the process feed air into the Pressure column initiated, an oxygen-containing liquid fraction from the pressure column removed and fed into the low pressure column, gaseous nitrogen the low pressure column in a top condenser through indirect heat exchange is at least partially condensed with an evaporating liquid, more liquid Nitrogen is withdrawn from the low pressure column or from its top condenser and is introduced into the pressure column and from the evaporating liquid resulting residual gas is removed from the top condenser.
  • the invention is therefore based on the object of a method of the beginning Specify the type and a corresponding device that is economical work particularly cheap.
  • This object is achieved in that the residual gas from the top condenser Low pressure column is relaxed while working.
  • the cold is used to compensate for the insulation losses and may be required for product liquefaction, particularly energetically generated cheap way.
  • No process stream is required for the generation of cold to be compacted; no products are lost.
  • the pressure column is under a head pressure of, for example, 9 to 10 bar, preferably operated from 9.2 to 9.5 bar.
  • the operating pressure of the Low pressure column is, for example, 5.7 to 6.3 bar, preferably 5.9 to 6.1 bar on the head.
  • the evaporation chamber of the top condenser of the low pressure column is standing under a pressure of, for example, 2.4 to 3.0 bar, preferably 2.6 to 2.8 bar.
  • the residual gas is upstream of the work relaxation is warmed up.
  • the heating of the residual gas is preferably by indirect Heat exchange is carried out with a process gas, in particular with feed air.
  • the main heat exchanger can be used for this Cooling of feed air serves.
  • Part of the withdrawn from the low pressure column or from its top condenser liquid nitrogen can be obtained as a liquid product.
  • the liquid product can, for example, together with that to be introduced into the pressure column Liquid nitrogen from the low pressure column or from its Head condenser removed and upstream or downstream of a pump be branched off to increase the pressure to at least pressure column pressure serves.
  • the invention also relates to a device for extracting pressurized nitrogen according to claim 4.
  • An oxygen-containing liquid fraction (8) from the bottom of the pressure column is in one Cooled subcooler 9 and a first part 10 in the low pressure column 5th initiated.
  • a second part 11 of the bottom liquid of the pressure column is in the Evaporation space introduced a first condenser-evaporator 6, the Head condenser of the pressure column forms. That in the first condenser evaporator generated gas 12 is also introduced into the low pressure column 5.
  • a small Amount is removed as rinsing liquid 39.
  • gaseous nitrogen 14 is removed and one first part 15 warmed to about ambient temperature in the main heat exchanger 2 and discharged as a pressure nitrogen product.
  • a second part 17 of the top nitrogen Pressure column is at least partially in the first condenser-evaporator 6 liquefied.
  • the condensate 18 generated is used as a return to the top of the Pressure column 4 abandoned (19).
  • the second condenser-evaporator connected as the top condenser of the low-pressure column 5 7 is operated with liquid 20 from the bottom of the low pressure column. This evaporates and is - aside from a small flush volume 21 Residual gas 22 from the evaporation space of the second condenser-evaporator deducted.
  • Top nitrogen 23 of the low pressure column is on the liquefaction side of the second condenser-evaporator and at least partially condensed. Part of the liquid nitrogen generated thereby serves as a return for the Low pressure column 5.
  • Another part 26 is sucked in by a pump 27 and in brought liquid state to about pressure column pressure.
  • the liquid pressure nitrogen 28 is fed via lines 29 and 19 to the head of the pressure column 4. If if desired, part 30 can be obtained as a liquid product.
  • the residual gas 22, 31, 32, 33 from the top condenser 7 of the low pressure column is in Subcooler 9 and in the main heat exchanger 2 to an intermediate temperature warmed up and working according to the invention in a relaxation machine 34 relaxed.
  • the relaxed residual gas 35 is the cold end of the Main heat exchanger supplied (36).
  • the warm residual gas 37 can Regeneration of a device, not shown, for cleaning the feed air or used as a by-product or released into the atmosphere.
  • the Relaxation machine 34 is preferably designed as a turbine and can by any known device can be braked. Preferably a dissipative Brake 38 used.
  • a part 11 of the pressure column sump liquid 8 as Coolant for the first condenser-evaporator 6 can cool the head Pressure column also in the known manner by means of the sump liquid Low pressure column.
  • pressure column 4 and low pressure column 5 integrated into a double column and / or the first condenser-evaporator in the Bottom of the low pressure column 4 may be arranged.
  • the oxygen-containing liquid Fraction 8 from the bottom of the pressure column is then preferably completely in liquid state fed to the low pressure column 5 (10).

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Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur Gewinnung von Druckstickstoff durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Rektifiziersystem, das eine Drucksäule (4) und eine Niederdrucksäule (5) aufweist. Einsatzluft (1, 3) wird in die Drucksäule (4) eingeleitet. Eine sauerstoffhaltige flüssige Fraktion (8, 10) wird der Drucksäule (4) entnommen und in die Niederdrucksäule (5) eingespeist. Gasförmiger Stickstoff (23) aus der Niederdrucksäule (5) wird in einem Kopfkondensator (7) durch indirekten Wärmeaustausch mit einer verdampfenden Flüssigkeit (20) mindestens teilweise kondensiert. Flüssiger Stickstoff (24, 26, 28, 29, 19) wird aus der Niederdrucksäule (5) oder aus deren Kopfkondensator (7) abgezogen und in die Drucksäule (4) eingeleitet. Aus der verdampfenden Flüssigkeit (20) entstandenes Restgas (22, 31, 32, 33) wird aus dem Kopfkondensator abgeführt und arbeitsleistend entspannt (34). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Druckstickstoff durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Rektifiziersystem, das eine Drucksäule und eine Niederdrucksäule aufweist, wobei bei dem Verfahren Einsatzluft in die Drucksäule eingeleitet, eine sauerstoffhaltige flüssige Fraktion aus der Drucksäule entnommen und in die Niederdrucksäule eingespeist wird, gasförmiger Stickstoff aus der Niederdrucksäule in einem Kopfkondensator durch indirekten Wärmeaustausch mit einer verdampfenden Flüssigkeit mindestens teilweise kondensiert wird, flüssiger Stickstoff aus der Niederdrucksäule oder aus deren Kopfkondensator abgezogen und in die Drucksäule eingeleitet wird und aus der verdampfenden Flüssigkeit entstandenes Restgas aus dem Kopfkondensator abgeführt wird.
Derartige Prozesse sind aus DE-A-3606967 und EP-A-496355 bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine entsprechende Vorrichtung anzugeben, die wirtschaftlich besonders günstig arbeiten.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Restgas aus dem Kopfkondensator der Niederdrucksäule arbeitsleistend entspannt wird.
Auf diese Weise wird die Kälte, die für den Ausgleich der Isolationsverluste und gegebenenfalls zur Produktverflüssigung benötigt wird, auf energetisch besonders günstige Weise erzeugt. Für die Kälterzeugung braucht kein Prozeßstrom eigens verdichtet zu werden; es gehen auch keine Produkte verloren.
Bei der Erfindung wird die Drucksäule unter einem Kopfdruck von beispielsweise 9 bis 10 bar, vorzugsweise 9,2 bis 9,5 bar betrieben. Der Betriebsdruck der Niederdrucksäule beträgt beispielsweise 5,7 bis 6,3 bar, vorzugsweise 5,9 bis 6,1 bar am Kopf. Der Verdampfungsraum des Kopfkondensators der Niederdrucksäule steht unter einem Druck von beispielsweise 2,4 bis 3,0 bar, vorzugsweise 2,6 bis 2,8 bar.
Es ist günstig, wenn das Restgas stromaufwärts der arbeitsleistenden Entspannung angewärmt wird. Die Anwärmung des Restgases wird vorzugsweise durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Prozeßgas, insbesondere mit Einsatzluft durchgeführt. Dazu kann beispielsweise der Hauptwärmetauscher genutzt werden, der zur Abkühlung von Einsatzluft dient.
Ein Teil des aus der Niederdrucksäule oder aus deren Kopfkondensator abgezogenen flüssigen Stickstoffs kann als Flüssigprodukt gewonnen werden. Das Flüssigprodukt kann beispielsweise gemeinsam mit dem in die Drucksäule einzuführenden Flüssigstickstoff aus der Niederdrucksäule beziehungsweise aus deren Kopfkondensator abgezogen und stromaufwärts oder stromabwärts einer Pumpe abgezweigt werden, die zur Erhöhung des Drucks auf mindestens Drucksäulendruck dient.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Gewinnung von Druckstickstoff gemäß Patentanspruch 4.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Verdichtete und gereinigte Einsatzluft strömt über Leitung 1 in einem Hauptwärmetauscher 2 und wird dort auf etwa Taupunkt abgekühlt. Über Leitung 3 wird die kalte Luft der Drucksäule 4 des Rektifiziersystems zugeführt, das aus der Drucksäule 4, der Niederdrucksäule 5 und deren Kopfkondensatoren 6 und 7 besteht.
Eine sauerstoffhaltige flüssige Fraktion (8) vom Sumpf der Drucksäule wird in einem Unterkühler 9 abgekühlt und zu einem ersten Teil 10 in die Niederdrucksäule 5 eingeleitet. Ein zweiter Teil 11 der Sumpfflüssigkeit der Drucksäule wird in den Verdampfungsraum eines ersten Kondensator-Verdampfers 6 eingeführt, der den Kopfkondensator der Drucksäule bildet. Das im ersten Kondensator-Verdampfer erzeugte Gas 12 wird ebenfalls in die Niederdrucksäule 5 eingeleitet. Eine kleine Menge wird als Spülflüssigkeit 39 abgeführt.
Am Kopf der Drucksäule 4 wird gasförmiger Stickstoff 14 abgenommen und zu einem ersten Teil 15 im Hauptwärmetauscher 2 auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und als Druckstickstoffprodukt abgeführt Ein zweiter Teil 17 des Kopfstickstoffs der Drucksäule wird im ersten Kondensator-Verdampfer 6 mindestens teilweise verflüssigt. Das dabei erzeugte Kondensat 18 wird als Rücklauf auf den Kopf der Drucksäule 4 aufgegeben (19).
Der als Kopfkondensator der Niederdrucksäule 5 geschaltete zweite Kondensator-Verdampfer 7 wird mit Flüssigkeit 20 vom Sumpf der Niederdrucksäule betrieben. Diese verdampft und wird - abgesehen von einer kleinen Spülmenge 21 - als Restgas 22 aus dem Verdampfungsraum des zweiten Kondensator-Verdampfers abgezogen. Kopfstickstoff 23 der Niederdrucksäule wird auf die Verflüssigungsseite des zweiten Kondensator-Verdampfers geleitet und mindestens teilweise kondensiert. Der dabei erzeugte flüssige Stickstoff dient zu einem Teil 25 als Rücklauf für die Niederdrucksäule 5. Ein anderer Teil 26 wird von einer Pumpe 27 angesaugt und in flüssigem Zustand auf etwa Drucksäulendruck gebracht. Der flüssige Druckstickstoff 28 wird über die Leitungen 29 und 19 zum Kopf der Drucksäule 4 geführt. Falls gewünscht, kann ein Teil 30 als Flüssigprodukt gewonnen werden.
Das Restgas 22, 31, 32, 33 vom Kopfkondensator 7 der Niederdrucksäule wird im Unterkühler 9 und im Hauptwärmetauscher 2 auf eine Zwischentemperatur angewärmt und erfindungsgemäß in einer Entspannungsmaschine 34 arbeitsleistend entspannt. Das entspannte Restgas 35 wird wieder dem kalten Ende des Hauptwärmetauschers zugeführt (36). Das warme Restgas 37 kann zur Regenerierung einer nicht dargestellten Einrichtung zur Reinigung der Einsatzluft oder als Nebenprodukt verwendet oder in die Atmosphäre abgelassen werden. Die Entspannungsmaschine 34 ist vorzugsweise als Turbine ausgebildet und kann durch jede bekannte Einrichtung gebremst werden. Vorzugsweise wird eine dissipative Bremse 38 eingesetzt.
Alternativ zu der Verwendung eines Teils 11 der Drucksäulen-Sumpfflüssigkeit 8 als Kühlmittel für den ersten Kondensator-Verdampfer 6 kann die Kopfkühlung der Drucksäule auch auf die bekannte Weise mittels Sumpfflüssigkeit der Niederdrucksäule erfolgen. In diesem Fall können Drucksäule 4 und Niederdrucksäule 5 zu einer Doppelsäule integriert und/oder der erste Kondensator-Verdampfer im Sumpf der Niederdrucksäule 4 angeordnet sein. Die sauerstoffhaltige flüssige Fraktion 8 aus dem Sumpf der Drucksäule wird dann vorzugsweise vollständig in flüssigem Zustand der Niederdrucksäule 5 zugeleitet (10).

Claims (4)

  1. Verfahren zur Gewinnung von Druckstickstoff durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Rektifiziersystem, das eine Drucksäule (4) und eine Niederdrucksäule (5) aufweist, wobei bei dem Verfahren Einsatzluft (1, 3) in die Drucksäule (4) eingeleitet, eine sauerstoffhaltige flüssige Fraktion (8, 10) aus der Drucksäule (4) entnommen und in die Niederdrucksäule (5) eingespeist wird, gasförmiger Stickstoff (23) aus der Niederdrucksäule (5) in einem Kopfkondensator (7) durch indirekten Wärmeaustausch mit einer verdampfenden Flüssigkeit (20) mindestens teilweise kondensiert wird, flüssiger Stickstoff (24, 26, 28, 29, 19) aus der Niederdrucksäule (5) oder aus deren Kopfkondensator (7) abgezogen und in die Drucksäule (4) eingeleitet wird und aus der verdampfenden Flüssigkeit (20) entstandenes Restgas (22, 31, 32, 33) aus dem Kopfkondensator abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Restgas (22, 31, 32, 33) arbeitsleistend entspannt (34) wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Restgas (22, 31, 32, 33) stromaufwärts der arbeitsleistenden Entspannung angewärmt (9, 2) wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des aus der Niederdrucksäule (5) oder aus deren Kopfkondensator (7) abgezogenen flüssigen Stickstoffs (24, 26, 28) als Flüssigprodukt (30) gewonnen wird.
  4. Vorrichtung zur Gewinnung von Druckstickstoff durch Tieftemperaturzerlegung von Luft mit einem Rektifiziersystem, das eine Drucksäule (4) und eine Niederdrucksäule (5) aufweist, mit einer Einsatzleitung (1, 3) zum Einleiten von Einsatzluft in die Drucksäule (4), mit einer Flüssigkeitsleitung (8,10) zum Überleiten einer sauerstoffhaltigen flüssigen Fraktion aus der Drucksäule (4) in die Niederdrucksäule (5), einem Kopfkondensator (7), dessen Verflüssigungsraum mit dem oberen Bereich der Niederdrucksäule (5) verbunden (23, 24, 25) ist und dessen Verdampfungsraum mit einer Kühlmittelleitung (20) zum Einleiten einer Kühlflüssigkeit verbunden ist, mit einer Flüssigstickstoffleitung (24, 26, 28, 29,19) zum Einleiten flüssigen Stickstoffs aus der Niederdrucksäule (5) oder aus dem Kopfkondensator (7) in die Drucksäule (4) und mit einer Restgasleitung (22, 31, 32, 33), die mit dem Verdampfungsraum des Kopfkondensators (7) verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Entspannungsmaschine (34), deren Eintritt mit der Restgasleitung (22, 31, 32, 33) verbunden ist.
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