EP1139046B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung Sauerstoffdruckprodukt durch Tieftemperaturzerlegung von Luft - Google Patents

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EP1139046B1
EP1139046B1 EP00115777A EP00115777A EP1139046B1 EP 1139046 B1 EP1139046 B1 EP 1139046B1 EP 00115777 A EP00115777 A EP 00115777A EP 00115777 A EP00115777 A EP 00115777A EP 1139046 B1 EP1139046 B1 EP 1139046B1
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EP
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pressure
column
feed air
air stream
feed
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Dietrich Dipl.-Ing. Rottmann
Christian Dipl.-Ing. Kunz
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Original Assignee
Linde GmbH
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Publication date
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    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/40—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being air

Definitions

  • the invention relates to a method and a device to obtain a pressurized oxygen product Cryogenic air separation each in accordance with the preambles of claims 1 and 9.
  • a method and an apparatus of the type mentioned are out EP 697576 A1 known.
  • the total air is at approximately high-pressure column pressure compresses and the mixing column air then to the operating pressure of the mixing column
  • the mixing column operated under a pressure lower than the operating pressure of the high pressure column of the two-pillar system that is used for nitrogen-oxygen separation.
  • the rectification system of the invention can be a two-column system, for example as classic double column system, be formed, but also as a three or Multi-pillar system. It can be used in addition to the columns for nitrogen-oxygen separation other devices for extracting other air components, especially noble gases (e.g. krypton, xenon and / or argon) exhibit.
  • noble gases e.g. krypton, xenon and / or argon
  • the oxygen-rich fraction used as the insert for the mixing column points an oxygen concentration higher than that of air and for example 70 to 99.5 mol%, preferably 90 to 98 mol%.
  • Under Mixing column is understood to be a countercurrent contact column in which a more volatile gaseous fraction of a less volatile liquid is sent to.
  • the method according to the invention is particularly suitable for the extraction of gaseous impure oxygen under pressure.
  • An impure oxygen is used here Mixture with an oxygen content of 99.5 mol% or less, in particular of 70 to 99.5 mol%.
  • the product pressures are, for example, 2.2 to 4.9 bar, preferably at 2.5 to 4.5 bar.
  • the printed product if necessary, be compressed further in gaseous state. relaxed, with the relaxation of part of the mixing column air doing work is carried out. As a result, the high pressure of this partial air flow can Cooling can be used.
  • the known method is not in all Cases energetically favorable.
  • the invention has for its object a method of the type mentioned and to specify a corresponding device that is particularly small Have energy consumption.
  • a total air flow which comprises at least the first and the second feed air flow, is compressed to a first pressure (p 2 ), which is lower than the operating pressure (p HDS ) of the high-pressure column , and under approximately this first pressure (p 1 ) is cleaned, that the cleaned total air flow is divided into the first and the second feed air flow and that the first feed air flow is further compressed separately from the second feed air flow to a second pressure (p 1 ) which is at least equal to the operating pressure (p HDS ) of the High pressure column
  • the total air flow is not compressed to the highest pressure in the system, but to a lower value.
  • the air part or parts that have a relatively high Require pressure - especially the high pressure column air - are deliberately separated further compressed. This allows you to use the least amount of energy Compress the feed air.
  • the least amount of equipment is required if the first pressure is about the same the operating pressure of the mixing column.
  • the mixing column air second Feed air flow) into the mixing column without any further pressure-changing measures be initiated.
  • the first pressure can be lower than the operating pressure (p MiS ) of the mixing column.
  • the second feed air stream is further compressed separately from the first feed air stream to a third pressure (p 3 ) which is at least equal to the operating pressure (p MiS ) of the mixing column.
  • the liquid-pressurized oxygen-rich fraction is preferably added before the Feed on the mixing column in indirect heat exchange with an overheated one Airflow warmed up.
  • the superheated airflow is caused, for example, by part of the Feed air is formed, which is at high pressure column pressure. This is at a Intermediate temperature from the main heat exchanger, in the feed air to about Dew point is cooled, removed and without further temperature changes Measures for indirect heat exchange with the oxygen-rich liquid brought. In this way, the temperature of the liquid on the mixing column is optimally given to the conditions in countercurrent mass transfer adjusted within the mixing column.
  • the third feed air stream is preferably used before the work-related relaxation post-condensed, particularly during work-related relaxation mechanical energy is used to drive the post-compression.
  • This can a turbine-booster combination can be used in the expansion turbine and post-compressor are mechanically coupled via a common shaft.
  • the third feed air flow can be combined with the first and second on the first Pressure compressed and cleaned. Then it either becomes immediate led to post-compression or together with the first feed air flow densified.
  • the second feed air stream after it has been further compressed and before it is fed in the mixing column can be relaxed while working.
  • the further compression then takes place to a second pressure that is significantly higher than the mixing column pressure.
  • the invention also relates to a device according to claim 9.
  • feed air 1 is brought to a first pressure p 1 of, for example, 2.7 to 3.7 bar, preferably about 3.2 bar, in a two-stage air compressor 2 with after-cooling and enters a cleaning device 3 under this pressure which is preferably formed by a pair of molecular sieve adsorbers.
  • the cleaned total air 4 is divided into three partial streams 5, 6, 7.
  • the first feed air stream 5 is further compressed in a first post-compressor 8 to a second pressure p 2 of, for example, 4.4 to 7.0 bar, preferably about 5.7 bar, and flows into a main heat exchanger 10 after post-cooling 9.
  • the first feed air stream leaves the main heat exchanger 10 via line 11 at approximately dew point temperature and is fed via line 12 into a high pressure column 13.
  • the operating pressure p HDS of the high pressure column 13 is, for example, 4.3 to 6.9 bar, preferably about 5.6 bar.
  • the rectification system also has a low pressure column 14 which is operated under, for example, 1.3 to 1.7 bar, preferably about 1.5 bar.
  • the second feed air stream 6 is likewise passed through the main heat exchanger 10 at approximately the first pressure p 1 (minus line losses and pressure losses in the cleaning device) and finally flows via line 15 to the mixing column.
  • the feed point is located directly above the bottom of the mixing column 16.
  • the third partial stream 7 is post-compressed from about the first pressure p 1 in a second post-compressor 17 to a third pressure p 3 of, for example, 3.8 to 5.6 bar, preferably about 4.7 bar, and after post-cooling 18 via line 19, the warm one End of the main heat exchanger supplied. However, it is only cooled to an intermediate temperature and drawn off from the main heat exchanger 10 again via line 50 before the cold end and expanded in a turbine 20 to perform work. The relaxed air 21 is blown into the low pressure column 14. Post-compressor 17 and turbine 20 are directly mechanically coupled.
  • the rectification system is in the exemplary embodiments as a classic Linde double column apparatus with a condenser-evaporator 22 as the main condenser
  • the invention can also be used in rectification systems with others Capacitor and / or column configuration can be used.
  • Oxygenated liquid 23 from the sump of the high pressure column 13 is in a first supercooling counterflow 24 cooled and after throttling 25 the Low pressure column 14 supplied at an intermediate point 26.
  • Gaseous nitrogen 27 from the head of the high pressure column 13 to a part 28 in the main heat exchanger 10 warmed and obtained as pressure nitrogen product 29. The rest of 30 will be in Main capacitor 22 is substantially fully condensed.
  • the won here liquid nitrogen 31 is at least partially 32 as a return to the high pressure column 13 abandoned. If necessary, another part 33 can be drawn off as a liquid product become.
  • An intermediate liquid (impure nitrogen) of the high pressure column 34 serves after hypothermia 24 and throttling 35 as return for the low pressure column.
  • Gaseous impure nitrogen 36 from the top of the low pressure column is in the Heat exchangers 24 and 10 warmed up and finally drawn off via line 37. He can be used as a regeneration gas for the cleaning device 3 as shown become.
  • Liquid oxygen 38 is drawn off from the bottom of the low-pressure column, in one Pump 39 to a pressure of, for example, 5.7 to 6.5 bar, preferably about 6.1 bar brought, warmed in a second subcooling countercurrent 40 and finally abandoned on top of the mixing column 16 (41).
  • the second Supercooling counterflow 40 becomes in particular an overheated airflow 42 cooled, the upstream of the cold end of the main heat exchanger from the first Feed air flow is branched, and at an intermediate temperature that is lower than the inlet temperature of the turbine 20. This airflow is followed by its cooling via line 43 again combined with the first feed air stream 11. Via the valve 44, the amount of by the second supercooling counterflow flowing airflow set.
  • Gaseous impure compressed oxygen 51 is drawn off from the top of the mixing column 16, warmed in the main heat exchanger 10 and obtained as product 52.
  • the mixing column Bottom liquid 45 and an intermediate liquid 46 are removed and over the Lines 47 and 48 at a suitable location on the low-pressure column 14 fed.
  • Figure 2 differs from Figure 1 only in that the third feed air flow 207 together with the second feed air flow in the first post-compressor 108 is further compressed. This results in a higher inlet pressure on the turbine 20 reached and generated more cold accordingly.
  • the cleaning device is operated at a first pressure p 1 'which is higher than the operating pressure p MiS of the mixing column.
  • the first pressure p 1 ' is here, for example, 2.7 to 3.7 bar, preferably about 3.2 bar.
  • the second feed air stream 306 is expanded upstream of its feed into the mixing column.
  • a third feed air stream that is blown into the low pressure column does not exist.
  • the second feed air stream 306 is further compressed downstream of its branch from the cleaned total air in the second post-compressor 317, which is driven by the turbine 320.
  • the second feed air flow 349 which is further compressed to, for example, 3.8 to 5.6 bar, preferably about 4.7 bar, is fed to the turbine 320 via line 350 and is expanded there to perform work to approximately mixing column pressure p MiS .
  • the cleaning 3 is operated under a particularly low first pressure p 1 "of, for example, 2.7 to 3.7 bar, preferably about 3.2 bar.
  • the turbine 420 is operated as in FIG 1 is acted upon by a third feed air stream 407, 450, which, however, is not subsequently compressed here, but is instead expanded in a work-performing manner from approximately the first pressure p 1 "to approximately low-pressure column pressure.
  • the turbine-driven post-compressor 418 is used here for further compression of the second feed air flow to the second pressure p 2 , which is approximately equal to the operating pressure p MiS of the mixing column.
  • the air compressor and the post-compressor are 8, 108 preferably formed together as a three-stage machine.
  • the further compression of the first feed air flow becomes one in the third stage Machine carried out, the first and second stage for air compression serve upstream of the cleaning 3.
  • this machine can also be four stages, in which case the first three stages before Cleaning device 3 are arranged.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung eines Drucksauerstoff-Produkts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft jeweils gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 9. Ein Verfahren und eine Vorrichtung der genannten Art sind aus EP 697576 A1 bekannt. In der EP 697 576 A wird die Gesamtluft auf etwa Hochdrucksäulendruck verdichtet und die Mischsäulenluft anschließend auf den Betriebsdruck der Mischsäule Bei der Erfindung wird die Mischsäule unter einem Druck betrieben, der niedriger als der Betriebsdruck der Hochdrucksäule des Zwei-Säulen-Systems ist, das zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung dient.
Das Rektifiziersystem der Erfindung kann als Zweisäulensystem, beispielsweise als klassisches Doppelsäulensystem, ausgebildet sein, aber auch als Drei- oder Mehrsäulensystem. Es kann zusätzlich zu den Kolonnen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung weitere Vorrichtungen zur Gewinnung anderer Luftkomponenten, insbesondere von Edelgasen (beispielsweise Krypton, Xenon und/oder Argon) aufweisen.
Die sauerstoffreiche Fraktion, die als Einsatz für die Mischsäule verwendet wird, weist eine Sauerstoffkonzentration auf, die höher als diejenige von Luft ist und beispielsweise bei 70 bis 99,5 mol%, vorzugsweise bei 90 bis 98 mol% liegt. Unter Mischsäule wird eine Gegenstromkontaktkolonne verstanden, in der eine leichterflüchtige gasförmige Fraktion einer schwererflüchtigen Flüssigkeit entgegengeschickt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Gewinnung von gasförmigem unreinem Sauerstoff unter Druck. Als unreiner Sauerstoff wird hier ein Gemisch mit einem Sauerstoffgehalt von 99,5 mol% oder weniger, insbesondere von 70 bis 99,5 mol% bezeichnet. Die Produktdrücke liegen beispielsweise bei 2,2 bis 4,9 bar, vorzugsweise bei 2,5 bis 4,5 bar. Selbstverständlich kann das Druckprodukt bei Bedarf in gasförmigem Zustand weiter verdichtet werden. entspannt, wobei die Entspannung eines Teils der Mischsäulenluft arbeitsleistend durchgeführt wird. Hierdurch kann zwar der hohe Druck dieses Teilluftstroms zur Kältegewinnung eingesetzt werden. Das bekannte Verfahren ist aber nicht in allen Fällen energetisch günstig.
Ein ähnlicher Prozess wird in der nicht vorveröffentlichten EP 1 024 464 A1 beschrieben. Hier werden erster und zweiter Einsatzluftstrom getrennt voneinander gereinigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine entsprechende Vorrichtung anzugeben, die einen besonders geringen Energieverbrauch aufweisen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Gesamtluftstrom, der mindestens den ersten und den zweiten Einsatzluftstrom umfaßt, auf einen ersten Druck (p2) verdichtet wird, der niedriger als der Betriebsdruck (pHDS) der Hochdrucksäule ist, und unter etwa diesem ersten Druck (p1) gereinigt wird, daß der gereinigte Gesamtluftstrom in den ersten und den zweiten Einsatzluftstrom aufgeteilt wird und daß der erste Einsatzluftstrom getrennt vom zweiten Einsatzluftstrom auf einen zweiten Druck (p1) weiterverdichtet wird, der mindestens gleich dem Betriebsdruck (pHDS) der Hochdrucksäule ist
Der Gesamtluftstrom wird also nicht auf den höchsten Druck im System verdichtet, sondern auf einen niedrigeren Wert. Der oder die Luftteile, die einen relativ hohen Druck benötigen - insbesondere die Hochdrucksäulenluft - , werden gezielt separat weiterverdichtet. Hierdurch kann man mit dem geringstmöglichen Energieeinsatz beim Verdichten der Einsatzluft auskommen.
Den geringsten apparativen Aufwand erzielt man, wenn der erste Druck etwa gleich dem Betriebsdruck der Mischsäule ist. Hierbei kann die Mischsäulenluft (zweiter Einsatzluftstrom) ohne weitere druckverändernde Maßnahmen in die Mischsäule eingeleitet werden.
Alternativ dazu kann der erste Druck niedriger als der Betriebsdruck (pMiS) der Mischsäule sein. In diesem Fall wird der zweite Einsatzluftstrom getrennt vom ersten Einsatzluftstrom auf einen dritten Druck (p3) weiterverdichtet, der mindestens gleich dem Betriebsdruck (pMiS) der Mischsäule ist.
Vorzugsweise wird die flüssig auf Druck gebrachte sauerstoffreiche Fraktion vor dem Aufgeben auf die Mischsäule in indirektem Wärmeaustausch mit einem überhitzten Luftstrom angewärmt. Der überhitzte Luftstrom wird beispielsweise durch einen Teil der Einsatzluft gebildet, der sich auf Hochdrucksäulendruck befindet. Dieser wird bei einer Zwischentemperatur aus dem Hauptwärmetauscher, in dem Einsatzluft auf etwa Taupunkt abgekühlt wird, entnommen und ohne weitere temperaturverändemde Maßnahmen zu dem indirekten Wärmeaustausch mit der sauerstoffreichen Flüssigkeit gebracht. Auf diese Weise wird die Temperatur der Flüssigkeit, die auf die Mischsäule aufgegeben wird, optimal an die Verhältnisse beim Gegenstrom-Stoffaustausch innerhalb der Mischsäule angepaßt.
Kälte wird bei dem Verfahren auf günstige Weise erzeugt, indem ein dritter Einsatzluftstrom arbeitsleistend entspannt und in die Niederdrucksäule eingeleitet wird. Hierdurch kann das "natürliche" Druckgefälle zwischen dem ersten Druck oder einem anderen Verfahrensdruck ausgenutzt werden, um Isolationsverluste auszugleichen und gegebenenfalls einen Teil der Produkte zu verflüssigen.
Vorzugsweise wird der dritte Einsatzluftstrom vor der arbeitsleistenden Entspannung nachverdichtet, wobei insbesondere bei der arbeitsleistenden Entspannung erzeugte mechanische Energie zum Antrieb der Nachverdichtung verwendet wird. Hierbei kann eine Turbinen-Booster-Kombination eingesetzt werden, bei der Entspannungsturbine und Nachverdichter über eine gemeinsame Welle mechanisch gekoppelt sind.
Der dritte Einsatzluftstrom kann gemeinsam mit dem ersten und zweiten auf den ersten Druck verdichtetet und gereinigt werden. Anschließend wird er entweder unmittelbar zur Nachverdichtung geführt oder noch gemeinsam mit dem ersten Einsatzluftstrom nachverdichtet.
Alternativ zur Einblasung des dritten Einsatzluftstroms in die Niederdrucksäule kann der zweite Einsatzluftstrom nach seiner Weiterverdichtung und vor der Einspeisung in die Mischsäule arbeitsleistend entspannt werden. Die Weiterverdichtung erfolgt dann auf einen zweiten Druck, der deutlich höher als der Mischsäulendruck ist.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 9.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:
Figur 1
ein Verfahren und eine Vorrichtung mit arbeitsleistender Entspannung eines Teils der auf den ersten Druck verdichteten Luft,
Figur 2
einen abgewandelten Prozeß mit arbeitsleistender Entspannung eines Teils der auf den zweiten Druck verdichteten Luft,
Figur 3
ein Verfahren mit arbeitsleistender Entspannung der Mischsäulenluft und
Figur 4
eine andere Variante von Figur 1 ohne Nachverdichtung der Turbinenluft.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Prozeß wird Einsatzluft 1 in einem zweistufigen Luftverdichter 2 mit Nachkühlung auf einen ersten Druck p1 von beispielsweise 2,7 bis 3,7 bar, vorzugsweise etwa 3,2 bar gebracht und tritt unter diesem Druck in eine Reinigungseinrichtung 3 ein, die vorzugsweise durch ein Paar von Molekularsiebadsorbern gebildet wird. Die gereinigte Gesamtluft 4 wird in drei Teilströme 5, 6, 7 aufgeteilt.
Der erste Einsatzluftstrom 5 wird in einem ersten Nachverdichter 8 auf einen zweiten Druck p2 von beispielsweise 4,4 bis 7,0 bar, vorzugsweise etwa 5,7 bar weiterverdichtet und strömt nach Nachkühlung 9 in einen Hauptwärmetauscher 10 ein. Der erste Einsatzluftstrom verläßt den Hauptwärmetauscher 10 über Leitung 11 bei etwa Taupunktstemperatur und wird über Leitung 12 in eine Hochdrucksäule 13 eingespeist. Der Betriebsdruck pHDS der Hochdrucksäule 13 beträgt beispielsweise 4,3 bis 6,9 bar, vorzugsweise etwa 5,6 bar. Das Rektifiziersystem weist außerdem eine Niederdrucksäule 14 auf, die unter beispielsweise 1,3 bis 1,7 bar, vorzugsweise etwa 1,5 bar betrieben wird.
Der zweite Einsatzluftstrom 6 wird unter etwa dem ersten Druck p1 (abzüglich Leitungsverlusten und Druckverlusten in der Reinigungseinrichtung) ebenfalls durch den Hauptwärmetauscher 10 geleitet und strömt schließlich über Leitung 15 der Mischsäule zu. Die Einspeisestelle liegt unmittelbar über dem Sumpf der Mischsäule 16.
Der dritte Teilstrom 7 wird von etwa dem ersten Druck p1 in einem zweiten Nachverdichter 17 auf einen dritten Druck p3 von beispielsweise 3,8 bis 5,6 bar, vorzugsweise etwa 4,7 bar nachverdichtet und nach Nachkühlung 18 über Leitung 19 dem warmen Ende des Hauptwärmetauschers zugeleitet. Er wird jedoch lediglich auf eine Zwischentemperatur abgekühlt und bereits vor dem kalten Ende über Leitung 50 wieder aus dem Hauptwärmetauscher 10 abgezogen und in einer Turbine 20 arbeitsleistend entspannt. Die entspannte Luft 21 wird in die Niederdrucksäule 14 eingeblasen. Nachverdichter 17 und Turbine 20 sind unmittelbar mechanisch gekoppelt.
Das Rektifiziersystem ist in den Ausführungsbeispielen als klassischer Linde-Doppelsäulen-Apparat mit einem Kondensator-Verdampfer 22 als Hauptkondensator ausgeführt Die Erfindung kann jedoch auch bei Rektifiziersystemen mit anderer Kondensator- und/oder Säulenkonfiguration eingesetzt werden.
Sauerstoffangereicherte Flüssigkeit 23 aus dem Sumpf der Hochdrucksäule 13 wird in einem ersten Unterkühlungs-Gegenströmer 24 abgekühlt und nach Drosselung 25 der Niederdrucksäule 14 an einer Zwischenstelle 26 zugeführt. Gasförmiger Stickstoff 27 vom Kopf der Hochdrucksäule 13 kann zu einem Teil 28 im Hauptwärmetauscher 10 angewärmt und als Druckstickstoffprodukt 29 gewonnen werden. Der Rest 30 wird im Hauptkondensator 22 im wesentlichen vollständig kondensiert. Der hierbei gewonnene flüssige Stickstoff 31 wird mindestens zum Teil 32 als Rücklauf auf die Hochdrucksäule 13 aufgegeben. Bei Bedarf kann ein anderer Teil 33 als Flüssigprodukt abgezogen werden. Eine Zwischenflüssigkeit (unreiner Stickstoff) der Hochdrucksäule 34 dient nach Unterkühlung 24 und Drosselung 35 als Rücklauf für die Niederdrucksäule. Gasförmiger Unreinstickstoff 36 vom Kopf der Niederdrucksäule wird in den Wärmetauschem 24 und 10 angewärmt und schließlich über Leitung 37 abgezogen. Er kann wie dargestellt als Regeneriergas für die Reinigungseinrichtung 3 eingesetzt werden.
Aus dem Sumpf der Niederdrucksäule wird flüssiger Sauerstoff 38 abgezogen, in einer Pumpe 39 auf einen Druck von beispielsweise 5,7 bis 6,5 bar, vorzugsweise etwa 6,1 bar gebracht, in einem zweiten Unterkühlungs-Gegenströmer 40 angewärmt und schließlich auf dem Kopf der Mischsäule 16 aufgegeben (41). Im zweiten Unterkühlungs-Gegenströmer 40 wird insbesondere ein überhitzter Luftstrom 42 abgekühlt, der stromaufwärts des kalten Endes des Hauptwärmetauschers vom ersten Einsatzluftstrom abgezweigt wird, und zwar bei einer Zwischentemperatur, die niedriger als die Eintrittstemperatur der Turbine 20 ist. Dieser Luftstrom wird nach seiner Abkühlung über Leitung 43 wieder mit dem ersten Einsatzluftstrom 11 vereinigt. Über das Ventil 44 wird die Menge des durch den zweiten Unterkühlungs-Gegenströmer fließenden Luftstroms eingestellt.
Vom Kopf der Mischsäule 16 wird gasförmiger unreiner Drucksauerstoff 51 abgezogen, im Hauptwärmetauscher 10 angewärmt und als Produkt 52 gewonnen. Der Mischsäule werden Sumpfflüssigkeit 45 und eine Zwischenflüssigkeit 46 entnommen und über die Leitungen 47 beziehungsweise 48 an geeigneter Stelle der Niederdrucksäule 14 zugeführt.
Figur 2 unterscheidet sich lediglich dadurch von Figur 1, daß der dritte Einsatzluftstrom 207 gemeinsam mit dem zweiten Einsatzluftstrom im ersten Nachverdichter 108 weiterverdichtet wird. Dadurch wird ein höherer Eintrittsdruck an der Turbine 20 erreicht und entsprechend mehr Kälte erzeugt.
In der Variante von Figur 3 wird die Reinigungseinrichtung unter einem ersten Druck p1' betrieben, der höher als der Betriebsdruck pMiS der Mischsäule ist. Der erste Druck p1' beträgt hier beispielsweise 2,7 bis 3,7 bar, vorzugsweise etwa 3,2 bar. Hier wird der zweite Einsatzluftstrom 306 stromaufwärts seiner Einspeisung in die Mischsäule entspannt. Ein dritter Einsatzluftstrom, der in die Niederdrucksäule eingeblasen wird, existiert nicht. Der zweite Einsatzluftstrom 306 wird stromabwärts seiner Abzweigung von der gereinigten Gesamtluft in dem zweiten Nachverdichter 317 weiterverdichtet, der von der Turbine 320 angetrieben wird. Der auf beispielsweise 3,8 bis 5,6 bar, vorzugsweise etwa 4,7 bar weiterverdichtete zweite Einsatzluftstrom 349 wird über Leitung 350 der Turbine 320 zugeführt und dort arbeitsleistend auf etwa Mischsäulendruck pMiS entspannt.
Ähnlich wie in Figur 3 wird in dem Verfahren von Figur 4 die Reinigung 3 unter einem besonders niedrigen ersten Druck p1" von beispielsweise 2,7 bis 3,7 bar, vorzugsweise etwa 3,2 bar betrieben. Die Turbine 420 wird wie in Figur 1 mit einem dritten Einsatzluftstrom 407, 450 beaufschlagt, der allerdings hier nicht nachverdichtet wird, sondern unmittelbar von etwa dem ersten Druck p1" aus auf etwa Niederdrucksäulendruck arbeitsleistend entspannt wird. Der von der Turbine angetriebene Nachverdichter 418 wird hier zur Weiterverdichtung des zweiten Einsatzluftstroms auf den zweiten Druck p2 eingesetzt, der etwa gleich dem Betriebsdruck pMiS der Mischsäule ist.
Bei allen Ausführungsbeispielen sind der Luftverdichter und der Nachverdichter 8, 108 vorzugsweise gemeinsam als dreistufige Maschine ausgebildet. Anders ausgedrückt wird die Weiterverdichtung des ersten Einsatzluftstroms in der dritten Stufe einer Maschine durchgeführt, deren erste und zweite Stufe zur Luftverdichtung stromaufwärts der Reinigung 3 dienen. Altemativ dazu kann diese Maschine auch vierstufig ausgebildet sein, wobei in diesem Fall die ersten drei Stufen vor der Reinigungseinrichtung 3 angeordnet sind.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Gewinnung eines Drucksauerstoff-Produkts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Rektifiziersystem, das eine Hochdrucksäule (13) und eine Niederdrucksäule (14) aufweist, bei dem
    ein erster Einsatzluftstrom (12) in die Hochdrucksäule (13) eingeführt wird,
    eine sauerstoffreiche Fraktion (38) aus der Niederdrucksäule (14) flüssig auf Druck gebracht (39) und auf eine Mischsäule (16) aufgegeben (41) wird,
    ein zweiter Einsatzluftstrom (6, 15, 306, 406) in den unteren Bereich der Mischsäule (16) eingeleitet und in Gegenstromkontakt mit der sauerstoffreichen Fraktion (41) gebracht wird,
    wobei die Mischsäule (16) unter einem Druck (pMiS) betrieben wird, der niedriger als der Betriebsdruck (PHDS) der Hochdrucksäule (13) ist, und bei dem
    aus dem oberen Bereich der Mischsäule (16) gasförmiger unreiner Drucksauerstoff (51) als Kopfprodukt entnommen und als Drucksauerstoff-Produkt (52) gewonnen wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    ein Gesamtluftstrom (1), der den ersten und den zweiten Einsatzluftstromenthält, auf einen ersten Druck (p1) verdichtet (2) wird, der niedriger als der Betriebsdruck (PHDS) der Hochdrucksäule (13) ist, und unter etwa diesem ersten Druck (p1) gereinigt (3) wird, daß
    der gereinigte Gesamtluftstrom (4) in den ersten (5) und den zweiten (6, 306, 406) Einsatzluftstrom aufgeteilt wird und daß
    der erste Einsatzluftstrom (5) getrennt vom zweiten Einsatzluftstrom auf einen zweiten Druck (p2) weiterverdichtet (8, 108) wird, der mindestens gleich dem Betriebsdruck (pHDS) der Hochdrucksäule (13) ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Druck (p1) etwa gleich dem Betriebsdruck (pMiS) der Mischsäule (16) ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Druck niedriger als der Betriebsdruck (pMiS) der Mischsäule (16) ist und daß der zweite Einsatzluftstrom (306, 406) getrennt vom ersten Einsatzluftstrom auf einen dritten Druck (p3) weiterverdichtet (317, 417) wird, der mindestens gleich dem Betriebsdruck (pMiS) der Mischsäule (16) ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssig auf Druck gebrachte sauerstoffreiche Fraktion vor dem Aufgeben (41) auf die Mischsäule (16) in indirektem Wärmeaustausch (40) mit einem überhitzten Luftstrom (42) angewärmt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Einsatzluftstrom (7, 50, 207, 407, 450) arbeitsleistend entspannt (20, 420) und in die Niederdrucksäule (14) eingeleitet (21) wird.
  6. Verfahren nach Ansprüch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Einsatzluftstrom (7) vor der arbeitsleistenden Entspannung (20) nachverdichtet (17) wird, wobei insbesondere bei der arbeitsleistenden Entspannung (20) erzeugte mechanische Energie zur Nachverdichtung (17) verwendet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Einsatzluftstrom durch einen Teil des Gesamtluftstroms (4) stromabwärts der Reinigung (3) gebildet wird und direkt oder nach gemeinsamer Weiterverdichtung (108) mit dem ersten Einsatzluftstrom der Nachverdichtung (17) zugeführt (7, 207) wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Einsatzluftstrom (306, 349, 350) vor seiner Einleitung in die Mischsäule arbeitsleistend entspannt (320) wird.
  9. Vorrichtung zur Gewinnung eines Drucksauerstoff-Produkts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft mit einem Rektifiziersystem, das eine Hochdrucksäule (13) und eine Niederdrucksäule (14) aufweist, und mit
    einer ersten Einsatzluftleitung (5, 11, 12), die in die Hochdrucksäule (13) führt,
    einer Flüssigleitung (38, 41) zur Entnahme einer sauerstoffreichen Fraktion aus der Niederdrucksäule (14), die Mittel (39) zur Druckerhöhung enthält und zu einer Mischsäule (16) führt,
    einer zweiten Einsatzluftleitung (6, 15), die in den unteren Bereich der Mischsäule (16) führt, und mit
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