EP1162423A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Argon - Google Patents

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EP1162423A2
EP1162423A2 EP01113970A EP01113970A EP1162423A2 EP 1162423 A2 EP1162423 A2 EP 1162423A2 EP 01113970 A EP01113970 A EP 01113970A EP 01113970 A EP01113970 A EP 01113970A EP 1162423 A2 EP1162423 A2 EP 1162423A2
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EP
European Patent Office
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argon
column
oxygen
separation
pressure column
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01113970A
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English (en)
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Inventor
Klaus-Peter Walter
Theo Sentis
Joachim Krey
Thorsten Möller
Jens Juckel
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Air Liquide AGS GmbH
Original Assignee
Messer AGS GmbH
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Publication date
Application filed by Messer AGS GmbH filed Critical Messer AGS GmbH
Publication of EP1162423A2 publication Critical patent/EP1162423A2/de
Publication of EP1162423A3 publication Critical patent/EP1162423A3/de
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    • F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for the production of argon, at the compressed, pre-cleaned and cooled air in a rectification system at least one rectification column and one crude argon column is broken down, according to the Features of the preamble of claims 1 and 4.
  • Such a method with a device for the production of argon with up to 10 ppm Contamination content is known from EP 0 377 117 B2, in which one from the so-called argon belly area of a low-pressure column of a two-stage Rectification withdrawn argon-rich oxygen fraction one with a top condenser equipped raw argon column supplied and in this at the same Pressure ratios as in the low pressure column using at least 150 theoretical floors (levels) as well as structured packings or packing in gaseous raw argon and in a heavy-boiling first liquid residual fraction disassembled, the crude argon of a further fine cleaning in a conventional Way with bottoms and with a top condenser and with a bottom evaporator equipped pure argon column for the production of pure argon.
  • EP 0 628 777 B1 describes a method and an apparatus for Obtaining argon with a maximum of 10 ppm residual oxygen known, in which that from the separation of air in a rectification system with at least one Rectification column obtained argon-containing oxygen fraction in a crude argon column and a semi-pure column equipped with a top condenser to an argon product is broken down, the residual fraction of the semi-pure column as reflux liquid for the Crude argon column is used, the number of argon rectification used theoretical floors in the form of conventional floors and / or ordered packings and / or packing in the crude argon / semi-pure column can be reduced at least 30 or 60, so that no head capacitor in the Crude argon column is required, which reduces the expenditure on equipment and the Operating costs can be reduced.
  • the rectification columns are usually like this made that the separation section takes up the entire column diameter, the size of which depends on the amount of gas flowing in the column.
  • the invention has for its object a method and an apparatus initially mentioned type with little equipment and low Operating costs for the particularly economical extraction of raw argon are available to deliver.
  • the invention takes place in the low pressure column below the argon side gas discharge area one spatially separated from the nitrogen-oxygen separation Argon-oxygen pre-separation takes place, whereby the argon portion in the crude argon column withdrawn argon-oxygen side gas increased to about 80% and thus the subsequent separation effort in the crude argon column is significantly reduced.
  • the nitrogen-oxygen pre-separation is preferably concentric enclosing outer argon-oxygen pre-separation by means of a partition in their upper range from the nitrogen-oxygen separation and from that above the Argon-oxygen pre-separation and nitrogen-oxygen separation arranged Section of the low pressure column separated gastight.
  • the gas-tight separation of the argon-oxygen pre-separation according to the invention from the Nitrogen-oxygen separation and these two separation devices from the a gaseous fraction up to 40% above the separation section Section of the low pressure column containing nitrogen is required to the Raw argon column a low-nitrogen argon side vent to a trouble-free, to be able to perform optimal operation of the crude argon condenser.
  • the result of rectification of the argon side gas in the crude argon column as Gaseous top product crude argon is the crude argon product from the Raw argon column deducted and by means of the overhead condenser by indirect Heat exchange preferably against from the pressure column of the rectification column Bottom liquid fed in to return liquid and liquid raw argon condensed.
  • the liquid crude argon product can be withdrawn from the crude argon column or one further fine cleaning in a pure argon column to obtain pure argon product with 0.1 to 10 ppm residual oxygen content.
  • the top condenser of the crude argon column sucks process gas from below argon-oxygen pre-separation and nitrogen-oxygen separation arranged so-called argon enrichment section of the low pressure column, by condensing the top argon product of the crude argon column and so on Pressure drop generated.
  • the suction power of the top condenser of the crude argon column is regulated either by pressure control on the bath side or via that on the side of the Argon side gas flows are available and by throttling the return
  • the condensation area of the crude argon top condenser can be enlarged or reduced.
  • the invention also relates to a device for the production of argon according to the Features of claims 4 to 9.
  • the number of separation stages in the crude argon column can be reduced in such a way that without a complete section and thus the argon-oxygen separation can be carried out economically in a column and thus the apparatus and procedural effort is significantly reduced, making it cost-effective and thus economic production of argon is guaranteed.
  • the figure of the drawing shows a in a schematic side section arrangement Low pressure column 1 of a rectification system of an air separation plant, which a line network 11, 12, 16, 17 with a crude argon column 10 for the extraction of Oxygen, nitrogen and argon are connected.
  • upper section of the low pressure column 1 is through a partition 3 from an outer, arranged below the upper section Argon-oxygen pre-separation 4 and an internal one, from the argon-oxygen pre-separation 4 preferably concentrically enclosed nitrogen-oxygen separation 5 arranged gas-tight separated.
  • the spatially separated argon-oxygen pre-separation 4 and nitrogen-oxygen separation 5 are with rectifying devices, shown only schematically in the form of differently arranged ordered packings and / or packing equipped.
  • the separation section of the low pressure column 1 also has conventionally arranged and trained liquid collector / distributor 6,7,9 and one with line 11 connected raw argon side deduction.
  • argon-oxygen pre-separation 4 and the nitrogen-oxygen separation 5 comprehensive separation section of the low pressure column 1 is one, only partially shown argon enrichment section 8 arranged.
  • the connected to the low-pressure column 1 via the line assembly 11, 12, 16, 17 and a line 13 for the crude argon discharge, a line 15 for supplying Top product and a line 18 for supplying cooling medium and one Head condenser 14 having crude argon column 10 is only schematic with shown conventional, arranged differently in several sections Bottoms and / or ordered packings and / or packing.
  • the pressure column of the rectification system is the pre-compressed, cleaned and cooled Air pre-decomposed, 1 liquid evaporates in the bottom of the low pressure column, which after flowing through the argon enrichment section 8 on the internal nitrogen-oxygen separation 5 and the outer argon-oxygen pre-separation 4 and so on using the rectifiers into a gaseous argon-oxygen fraction and in a nitrogen-oxygen gas mixture with residual contents Argon is further decomposed by about 2%.
  • the argon-oxygen gas mixture rectified in the argon-oxygen pre-separation 4 with an argon content of up to about 80 vol.% is preferred over that with a Throttle-equipped line 11 in the lower region of the crude argon column 10 fed in and in this by means of rectifying via line 15 removable head product disassembled.
  • the gaseous argon overhead of the crude argon column 10 is by means of indirect heat exchange preferred with relaxed sump liquid from the Pressure column of the rectification system fed raw argon condenser 14 at least partly to reflux liquid and a crude argon product with 0.01 ppm to 3% Residual oxygen content condensed.
  • the crude argon product obtained in this way can be obtained as a liquid crude argon product from the Raw argon column 10 deducted and / or a further fine cleaning in one Pure argon column to obtain pure argon product.
  • the sump liquid is in the Line 12 arranged conveyor 19 as a return for the external argon-oxygen pre-separation 4 transported to the low pressure column 1 while out of the room of the raw argon condenser 14 both a line 16 for rinsing liquid and one Lead gas line 17 to low-pressure column 1 and there above the internal nitrogen-oxygen separation 5 are arranged.
  • a line 16 for rinsing liquid and one Lead gas line 17 to low-pressure column 1 and there above the internal nitrogen-oxygen separation 5 are arranged.
  • At the top of the crude argon column 10 takes place over the line 18 an additional feed of cooling medium, preferably from the Bottom of the pressure column, not shown, removed and precooled liquid.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Argon, bei dem verdichtete, vorgereinigte und abgekühlte Luft in einem Rektifiziersystem mit mindestens einer Rektifiziersäule und einer Rohargonsäule zu Sauerstoff, Stickstoff und Argon zerlegt wird.
Erfindungsgemäß wird dadurch, dass in der Niederdrucksäule (1) eine separate Rektizierung des Argon-Sauerstoff-Gemisches unter Verwendung von Rücklaufflüssigkeit der Rohargonsäule (10) erfolgt, der Argon-Anteil im Argon-Sauerstoff-Seitengas der Niederdrucksäule (1) bis auf 80 Vol.-% erhöht, wodurch der Argon-Sauerstoff-Trennungsaufwand in der Rohargonsäule (10) derart verringert wird, dass eine komplette Argonkolonne entfallen kann, wodurch eine kostengünstige und damit wirtschaftliche Argon-Gewinnung gewährleistet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Argon, bei dem verdichtete, vorgereinigte und abgekühlte Luft in einem Rektifiziersystem mit mindestens einer Rektifiziersäule und einer Rohargonsäule zerlegt wird, nach den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 und 4.
Ein derartiges Verfahren mit Vorrichtung zur Gewinnung von Argon mit bis zu 10 ppm Verunreinigungsanteil ist durch EP 0 377 117 B2 bekannt, bei welchen eine aus dem sogenannten Argonbauch-Bereich einer Niederdrucksäule einer zweistufigen Rektifikation abgezogene argonreiche Sauerstofffraktion einer mit einem Kopfkondensator ausgerüsteten Rohargonsäule zugeführt und in dieser bei gleichen Druckverhältnissen wie in der Niederdrucksäule mittels von mindestens 150 theoretischen Böden (Stufen) sowie strukturierten Packungen oder Füllkörpern in gasförmiges Rohargon und in eine schwerersiedende erste flüssige Restfraktion zerlegt, wobei das Rohargon einer weiteren Feinreinigung in einer auf konventionelle Weise mit Böden und mit einem Kopfkondensator sowie mit einem Sumpfver-dampfer ausgerüsteten Reinargonsäule zur Gewinnung von Reinargon unterzogen wird.
Des Weiteren ist durch die EP 0 628 777 B1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Argon mit maximal 10 ppm Sauerstoffrestanteil bekannt, bei welchen die aus der Zerlegung von Luft in einem Rektifiziersystem mit mindestens einer Rektifiziersäule gewonnene argonhaltige Sauerstofffraktion in einer Rohargonsäule und einer mit einem Kopfkondensator ausgerüsteten Halbreinsäule zu einem Argonprodukt zerlegt wird, wobei die Restfraktion der Halbreinsäule als Rücklaufflüssigkeit für die Rohargonsäule Verwendung findet, wobei die Anzahl der zur Argonrektifikation verwendeten theoretischen Böden in Form von konventionellen Böden und/oder geordneten Packungen und/oder Füllkörpern in der Rohargon-/Halbreinsäule auf mindestens 30 bzw. 60 verringert werden kann, sodass kein Kopfkondensator in der Rohargonsäule erforderlich ist, wodurch der apparative Aufwand verringert und die Betriebskosten gesenkt werden.
Bei derartigen Luftzerlegungsanlagen sind die Rektifiziersäulen in der Regel so ausgeführt, dass die Trennsektion den gesamten Kolonnen-Durchmesser einnimmt, dessen Grösse von der in der Kolonne aufströmenden Gasmenge abhängig ist.
Bei einer herkömmlichen Niederdrucksäule des Rektifiziersystems wird etwa ein Drittel des Gasstroms im Bereich des sogenannten Argonbauchs zur Rohargonkolonne abgezogen, die restlichen zwei Drittel des Gasstroms durchströmen die oberhalb des Argonbauchs angeordneten Niederdrucksäulen-Bereiche.
Bei herkömmlichen Niederdruckkolonnen, die mit geordneten Packungen ausgeführt werden, muss durch zusätzliche bauliche Maßnahmen der Tatsache Rechnung getragen werden, dass die Sektion oberhalb des Seitengasabzuges und unterhalb der Gasrückleitung vom Rohargonkondensator mit etwa ein Drittel weniger Gas beaufschlagt wird, indem entweder der Kolonnendurchmesser oder der freie Strömungsquerschnitt der betroffenen Sektion durch zusätzliche Einbauten bei gleichbleibendem Kolonnendurchmesser verkleinert wird. Beide Maßnahmen erhöhen den baulichen Aufwand der Kolonne in beträchtlichem Umfang.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit einem geringen apparativen Aufwand und niedrigen Betriebskosten zur besonders wirtschaftlichen Gewinnung von Rohargon zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und 4 gelöst.
Erfindungsgemäß findet in der Niederdrucksäule unterhalb des Argon-Seitengas-Abzugsbereiches eine von der Stickstoff-Sauerstoff-Trennung räumlich getrennte Argon-Sauerstoff-Vortrennung statt, wodurch der Argon-Anteil im zur Rohargon-kolonne abgezogenen Argon-Sauerstoff-Seitengas bis auf etwa 80% erhöht und damit der nachfolgende Trennungsaufwand in der Rohargonsäule wesentlich gesenkt wird.
Durch die Nutzung der Niederdruckkolonne zur Vortrennung des in der Rohargon-kolonne weiter zu verarbeitenden Argon-Sauerstoff-Gemisches wird die Wirtschaftlichkeit der Argon-Gewinnung wesentlich verbessert.
Dazu ist die, die Stickstoff-Sauerstoff-Vortrennung bevorzugt konzentrisch umschließende, äußere Argon-Sauerstoff-Vortrennung mittels einer Trennwand in ihrem oberen Bereich von der Stickstoff-Sauerstoff-Trennung und von der oberhalb der Argon-Sauerstoff-Vortrennung und Stickstoff-Sauerstoff-Trennung angeordneten Sektion der Niederdrucksäule gasdicht abgetrennt.
Die den bisher bei den herkömmlichen Niederdrucksäulen vorhandenen Säuleneinschnürungsbereich nutzende Argon-Sauerstoff-Vortrennung ist - ebenso wie die Stickstoff-Sauerstoff-Trennung - mit Rektifiziereinrichtungen in Form von unterschiedlich angeordneten konventionellen Böden, vorzugsweise Rundlaufbögen, und/oder geordneten Packungen und/oder Füllkörpern ausgebildet.
In der Stickstoff-Sauerstoff-Trennung der Niederdrucksäule wird Sauerstoff von dem oberen zum unteren Säulenbereich angereichert, wobei aufgrund der unterschiedlichen Siedetemperaturen von Sauerstoff und Stickstoff die Eintrittstemperatur des Gasgemisches deutlich höher ist als die Austrittstemperatur.
Aufgrund der sich nicht stark unterscheidenden Siedetemperaturen von Argon und Sauerstoff entsteht in der äußeren Argon-Sauerstoff-Vortrennung der Niederdrucksäule kein so großes Temperaturgefälle wie in der inneren Stickstoff-Sauerstoff-Trennung der Niederdrucksäule.
Obwohl die Temperatur zwischen der inneren Stickstoff-Sauerstoff-Trennung und der äußeren Argon-Sauerstoff-Vortrennung differieren, werden über die Trennungswand von beiden Trennungseinrichtungen nur so geringe Wärmemengen transportiert, dass die Stickstoff-Sauerstoff-Trennung in der Niederdrucksäule nur unwesentlich beeinflusst wird.
Die erfindungsgemäße gasdichte Trennung der Argon-Sauerstoff-Vortrennung von der Stickstoff-Sauerstoff-Trennung und dieser beiden Trennungseinrichtungen von der oberhalb der Trennungssektion angeordneten, eine gasförmige Fraktion mit bis zu 40% Stickstoffanteil enthaltenen Sektion der Niederdrucksäule ist erforderlich, um der Rohargonsäule einen stickstoffarmen Argon-Seitenabzug zu einem störungs-freien, optimalen Betrieb des Rohargonkondensators zuführen zu können.
Als Rücklauf zur separaten Argon-Sauerstoff-Vortrennung in der Niederdrucksäule findet Sumpfprodukt aus der Rohargonsäule Verwendung.
Das in der Argon-Sauerstoff- Vortrennung der Niederdrucksäule gebildete, einen Argonanteil bis zu 80 Vol.-% aufweisende Rohargon wird oberhalb des Sumpfes der mit unterschiedlich angeordneten geordneten Packungen und/oder Füllkörpem und einem Kopfkondensator ausgerüsteten Rohargonsäule eingespeist und in dieser unter üblichen Prozessbedingungen zu gasförmiges Rohargonprodukt und zu einer ersten schwerersiedenden flüssigen Fraktion rektifiziert.
Das im Ergebnis der Rektifikation des Argon-Seitengases in der Rohargonsäule als gasförmiges Kopfprodukt vorliegende Rohargon wird als Rohargonprodukt aus der Rohargonsäule abgezogen und mittels des Kopfkondensators durch indirekten Wärmeaustausch bevorzugt gegen aus der Drucksäule der Rektifiziersäule eingespeiste Sumpfflüssigkeit zu Rücklaufflüssigkeit und zu flüssigem Rohargon kondensiert.
Das flüssige Rohargonprodukt kann aus der Rohargonsäule abgezogen oder einer weiteren Feinreinigung in einer Reinargonsäule zur Gewinnung von Reinargon-produkt mit 0,1 bis 10 ppm Restsauerstoffanteil unterzogen werden.
Dazu saugt der Kopfkondensator der Rohargonsäule Prozessgas aus der, unterhalb der Argon-Sauerstoff-Vortrennung und der Stickstoff-Sauerstoff-Trennung angeordneten sogenannten Argon-Anreicherungsektion der Niederdrucksäule an, indem er das Argon-Kopfprodukt der Rohargonsäule kondensiert und so ein Druckgefälle erzeugt.
Die Regulierung der Saugleistung des Kopfkondensators der Rohargonsäule erfolgt entweder durch Druckkontrolle auf dessen Badseite oder über die auf der Seite des Argon-Seitengastroms zur Verfügung stehenden und durch Androsseln den Rücklauf vergrößer- bzw. verkleinerbaren Kondensationsfläche des Rohargon-Kopfkondensators.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Gewinnung von Argon nach den Merkmalen der Patentansprüche 4 bis 9.
Durch die erfindungsgemäße Argon-Sauerstoff-Vortrennung in der Niederdrucksäule kann die Anzahl der Trennstufen in der Rohargonsäule derart verringert werden, dass auf eine komplette Sektion verzichtet und so die Argon-Sauerstoff-Trennung wirtschaftlich in einer Kolonne ausgeführt werden kann und somit der apparative und verfahrenstechnische Aufwand wesentlich gesenkt wird, wodurch eine kosten-günstige und damit wirtschaftliche Gewinnung von Argon gewährleistet ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die Figur der Zeichnung zeigt in einer schematischen Seitenschnitt-Anordnung eine Niederdrucksäule 1 eines Rektifiziersystems einer Luftzerlegungsanlage, welche über ein Leitungsverbund 11, 12, 16, 17 mit einer Rohargonsäule 10 zur Gewinnung von Sauerstoff, Stickstoff und Argon verbunden ist.
Die nur teilweise bildlich dargestellte, mit üblichen Rektifiziereinrichtungen in Form von unterschiedlich angeordneten geordneten Packungen und/oder Füllkörpern und einen Flüssigkeitsverteiler 2 ausgerüstete, obere Sektion der Niederdrucksäule 1 ist durch eine Trennwand 3 von einer, unterhalb der oberen Sektion angeordneten, äußeren Argon-Sauerstoff-Vortrennung 4 und einer inneren, von der Argon-Sauerstoff-Vortrennung 4 bevorzugt konzentrisch umschlossenen Stickstoff-Sauerstoff-Trennung 5 gasdicht abgetrennt angeordnet.
Die räumlich voneinander getrennte Argon-Sauerstoff-Vortrennung 4 und StickstoffSauerstoff-Trennung 5 sind mit, nur schematisch dargestellten Rektifizierein-richtungen in Form von unterschiedlich angeordneten geordneten Packungen und/oder Füllkörpern ausgerüstet.
Die Trennsektion der Niederdrucksäule 1 weist zudem herkömmlich angeordnete und ausgebildete Flüssigkeitssammler/-verteiler 6,7,9 und einen mit der Leitung 11 verbundenen Rohargon-Seitenabzug auf.
Unterhalb der die Argon-Sauerstoff-Vortrennung 4 und die Stickstoff-Sauerstoff-Trennung 5 umfassenden Trennsektion der Niederdrucksäule 1 ist eine, nur teilweise dargestellte Argon-Anreicherungssektion 8 angeordnet.
Die über den Leitungsverbund 11, 12, 16, 17 mit der Niederdrucksäule 1 verbundene und eine Leitung 13 für den Rohargonabzug, eine Leitung 15 zur Zuführung von Kopfprodukt und eine Leitung 18 zur Zuführung von Kühlmedium und einen Kopfkondensator 14 aufweisende Rohargonsäule 10 ist mit nur schematisch dargestellten, in mehreren Sektionen unterschiedlich angeordneten konventionellen Böden und/oder geordneten Packungen und/oder Füllkörpern ausgerüstet.
In einer nicht dargestellten mit der Niederdrucksäule 1 thermisch gekoppelten Drucksäule des Rektifiziersystems wird die vorverdichtete, gereinigte und abgekühlte Luft vorzerlegt, wobei im Sumpf der Niederdrucksäule 1 Flüssigkeit verdampft, die sich nach dem Durchströmen der Argon-Anreicherungsektion 8 auf die innere Stickstoff-Sauerstoff-Trennung 5 und die äussere Argon-Sauerstoff-Vortrennung 4 aufteilt und so unter Verwendung der Rektifiziereinrichtungen in eine gasförmige Argon-Sauerstofffraktion und in ein Stickstoff-Sauerstoff-Gasgemisch mit Restgehalten an Argon von etwa 2 % weiterzerlegt wird.
Das in der Argon-Sauerstoff-Vortrennung 4 rektifizierte Argon-Sauerstoff-Gas- gemisch mit einem Argon-Anteil von bis zu etwa 80 Vol.-% wird bevorzugt über die mit einer Drossel ausgerüstete Leitung 11 in den unteren Bereich der Rohargon-säule 10 eingespeist und in dieser mittels Rektifiziereinrichtungen zu über die Leitung 15 abziehbarem Kopfprodukt zerlegt.
Das gasförmige Argon-Kopfprodukt der Rohargonsäule 10 wird mittels des durch indirekten Wärmeaustausch bevorzugt mit entspannter Sumpfflüssigkeit aus der Drucksäule des Rektifiziersystems gespeisten Rohargonkondensators 14 zumindest teilweise zu Rücklaufflüssigkeit und einem Rohargonprodukt mit 0,01 ppm bis 3 % Restsauerstoffgehalt kondensiert.
Das derart gewonnene Rohargonprodukt kann als flüssiges Rohargonprodukt aus der Rohargonsäule 10 abgezogen und/oder einer weiteren Feinreinigung in einer Reinargonkolonne zur Gewinnung von Reinargonprodukt unterzogen werden.
Aus dem Sumpf der Rohargonsäule 10 wird die Sumpfflüssigkeit mittels einer in der Leitung 12 angeordneten Fördereinrichtung 19 als Rücklauf für die äussere Argon-Sauerstoff-Vortrennung 4 zur Niederdrucksäule 1 transportiert, während aus dem Raum des Rohargonkondensators 14 sowohl eine Leitung 16 für Spülflüssigkeit als auch eine Gasleitung 17 zur Niederdrucksäule 1 führen und dort oberhalb der inneren Stickstoff-Sauerstoff-Trennung 5 angeordnet sind. Am Kopf der Rohargonsäule 10 erfolgt über die Leitung 18 eine zusätzliche Einspeisung von Kühlmedium, vorzugsweise aus dem Sumpf der nicht dargestellten Drucksäule entnommene und vorgekühlte Flüssigkeit.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Gewinnung von Argon, bei dem verdichtete, vorgereinigte und abgekühlte Luft in einem Rektifiziersystem mit mindestens einer Rektifizier-säule und einer Rohargonsäule zerlegt wird, wobei ein in einer mit Rektifiziereinrichtungen ausgerüstete Niederdrucksäule des Rektifiziersystems gebildetes und in die mit Rektifiziereinrichtungen und einem Kopfkondensator ausgerüstete Rohargonsäule eingespeistes Argon-Sauerstoff-Gemisch zu Rohargon-Kopfprodukt und Sumpfflüssigkeit zerlegt wird,
    gekennzeichnet dadurch, dass in der Niederdrucksäule (1) eine separate Rektifizierung des Argon-Sauerstoff-Gemisches unter Verwendung von Rücklaufflüssigkeit der Rohargonsäule (10) erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das in der Argon-Sauerstoff-Vortrennung (4) der Niederdrucksäule (1) das Argon-Sauerstoff-Gasgemisch bis zu einem Argon-Anteil von 80 Vol.-% zerlegt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass in der Niederdrucksäule (1) die Argon-Sauerstoff-Vortrennung (4) und Stickstoff-Sauerstoff-Trennung (5) unter annähernd gleichen Temperatur- und Druckverhältnissen erfolgen.
  4. Vorrichtung zur Gewinnung von Argon nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Rektifiziersystem mit mindestens einer Rektifiziersäule und einer Rohargonsäule, wobei die Rektifiziersäule im wesentlichen aus mindestens einer mit einer Drucksäule durch einen Hauptkondensator thermisch gekoppelten und mit unterschiedlich angeordneten geordneten Packungen und/oder Füllkörpern ausgerüsteten Niederdrucksäule besteht, welche mittels Produktleitungen mit der konventionelle Böden und/oder geordnete Packungen und/oder Füllkörper und einen Kopfkondensator aufweisenden Rohargonsäule verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdrucksäule (1) eine Argon-Sauerstoff-Vortrennung (4) und eine Stickstoff-Sauerstoff-Trennung (5) aufweist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Argon-Sauerstoff-Vortrennung (4) und die Stickstoff-Sauerstoff-Trennung (5) in der gleichen Sektion der Niederdrucksäule (1) angeordnet sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
    gekennzeichnet dadurch, dass die Argon-Sauerstoff-Vortrennung (4) die Stickstoff-Sauerstoff-Trennung (5) vorzugsweise umschließt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Argon-Sauerstoff-Vortrennung (4) die Stickstoff-Sauerstoff-Trennung (5) vorzugsweise konzentrisch umschließt.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Argon-Sauerstoff-Vortrennung (4) und die Stickstoff-Sauerstoff-Trennung (5) in ihrem oberen Bereich mittels einer Trennwand (3) voneinander und von einer oberhalb angeordneten Sektion der Niederdrucksäule (1) gasdicht abgetrennt angeordnet sind.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
    gekennzeichnet dadurch, dass die Niederdrucksäule (1) einen konstanten Säulen-Durchmesser aufweist.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013131559A1 (en) 2012-03-06 2013-09-12 Air Products And Chemicals, Inc. Structured packing
CN104165495A (zh) * 2014-06-11 2014-11-26 西亚特工业气体工程（杭州）有限公司 富氧助燃技术新工艺
WO2021076226A1 (en) * 2019-10-17 2021-04-22 Praxair Technology, Inc. System and method for the production of argon in an air separation plant facility or enclave having multiple cryogenic air separation units

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5339648A (en) * 1993-08-05 1994-08-23 Praxair Technology, Inc. Distillation system with partitioned column
DE59503817D1 (de) * 1994-02-23 1998-11-12 Giacomini Spa Hydraulische Kopplung
CA2142317A1 (en) * 1994-02-24 1995-08-25 Anton Moll Process and apparatus for the recovery of pure argon
DE19605500C1 (de) * 1996-02-14 1997-04-17 Linde Ag Vorrichtung und Verfahren zum Verdampfen einer Flüssigkeit
US5836174A (en) * 1997-05-30 1998-11-17 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system for producing multi-purity oxygen
US5946942A (en) * 1998-08-05 1999-09-07 Praxair Technology, Inc. Annular column for cryogenic rectification
US6240744B1 (en) * 1999-12-13 2001-06-05 Air Products And Chemicals, Inc. Process for distillation of multicomponent fluid and production of an argon-enriched stream from a cryogenic air separation process

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013131559A1 (en) 2012-03-06 2013-09-12 Air Products And Chemicals, Inc. Structured packing
CN104165495A (zh) * 2014-06-11 2014-11-26 西亚特工业气体工程（杭州）有限公司 富氧助燃技术新工艺
CN104165495B (zh) * 2014-06-11 2016-04-20 西亚特工业气体科技（杭州）有限公司 富氧助燃技术新工艺
WO2021076226A1 (en) * 2019-10-17 2021-04-22 Praxair Technology, Inc. System and method for the production of argon in an air separation plant facility or enclave having multiple cryogenic air separation units
US11713921B2 (en) 2019-10-17 2023-08-01 Praxair Technology, Inc. System and method for the production of argon in an air separation plant facility or enclave having multiple cryogenic air separation units

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