EP1300640A1 - Process and device for producing ultra-high purity Nitrogen by cryogenic separation of air - Google Patents
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- EP1300640A1 EP1300640A1 EP02022022A EP02022022A EP1300640A1 EP 1300640 A1 EP1300640 A1 EP 1300640A1 EP 02022022 A EP02022022 A EP 02022022A EP 02022022 A EP02022022 A EP 02022022A EP 1300640 A1 EP1300640 A1 EP 1300640A1
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- Y10S62/912—External refrigeration system
Definitions
- the invention relates to a method for the production of nitrogen by Cryogenic decomposition of air in a rectification system containing a pressure column and having a low pressure column, wherein in the process feed air into the pressure column introduced, an oxygen-containing liquid fraction removed from the pressure column and is fed into the low-pressure column, gaseous nitrogen above a Mass transfer section, the at least one theoretical or has practical floor, deducted from the low pressure column and in one Top condenser by indirect heat exchange with a refrigerant at least is partially condensed and high purity nitrogen below the Removed mass transfer section from the low pressure column and as Nitrogen product is recovered.
- the invention is based on the object, a method of the type mentioned and to provide a corresponding device that economically particularly favorable are.
- the method is a refrigeration feed system in which a refrigerant fluid flows and at least a portion of the refrigerant fluid from the Refrigeration supply system above the mass transfer section in the low pressure column is initiated.
- a refrigerant fluid flows and at least a portion of the refrigerant fluid from the Refrigeration supply system above the mass transfer section in the low pressure column is initiated.
- an introduction is within the scope of the invention the refrigerant fluid from the refrigeration supply system in the upper region of the pressure column possible.
- the refrigerant fluid can be formed in the invention by a readily available medium be introduced into the low pressure column and thus the mass transfer involved in the low-pressure column without affecting the purity of the highly pure Nitrogen product is affected and without the operating pressure of the Low pressure column can be tailored to the needs of the refrigeration system got to.
- a suitable cryogenic fluid is nitrogen, which is still Contains volatile contaminants.
- a residual fraction for example from Evaporation space of the top condenser, deducted, working to about Atmospheric pressure is released and removed from the process. This is the minimum operating pressure the top condenser and thus that of the low pressure column alone through the cold supply system. This disadvantage is in the invention avoided without reducing product purity.
- the refrigerant fluid is in the invention preferably at the top of the low pressure column fed.
- the refrigerant fluid from the pressure column removed, in the refrigeration supply system work performing relaxed and in the Low pressure column initiated.
- the Refrigerant fluid is preferably upstream of its work-performing expansion in Indirect heat exchange against cooled process streams warmed up.
- the mass transfer section is separated by one or more rectification plates (see above) mentioned floors) - this is the indication in "practical" number of shelves - or by a short packing section ("theoretical" number of plates).
- the number of For example, barrier floors or theoretical floors amounts to 1 to 10, preferably 2 to 3.
- the refrigerant fluid is usually lighter than nitrogen volatile components. Thanks to the Infeed above the described mass transfer section get this but not in the further withdrawn nitrogen product.
- cooling fluid from the upper region of the pressure column is removed. It is characterized by a nitrogen-rich gas fraction from the Pressure column formed, in particular by the head gas.
- the cooling fluid is passed through a deep-cold Liquid formed outside the rectification system.
- the cryogenic liquid can be, for example, by liquid nitrogen formed from another air separation plant; Altematively can any other mixture of air components can be used.
- the external one Liquid can either be introduced via a pipeline or from a Storage tanks are removed. The feed takes place at the point that the composition of the external fluid corresponds. This can be the top one Be the area of the pressure or low pressure column.
- the cryogenic liquid may partially or completely enter the low pressure column are introduced, preferably at the head.
- the deep cold liquid at least partially in the upper part of the pressure column be introduced.
- refrigerant for the top condenser from the bottom of the Low pressure column removed, and the entire oxygenated product of Pressure column is fed into the low pressure column.
- oxygenated here every fraction is understood, whose oxygen content is greater than that of the air is.
- the nitrogen product can be withdrawn in gaseous form from the low pressure column. Alternatively, it is taken from the low-pressure column in liquid and in indirect Heat exchange with work-performing expanded refrigerant fluid evaporates. Also one Combination of these two process steps is possible.
- the invention also relates to a device according to claims 10 to 12th
- Compressed and purified air 1 is cooled in the embodiment of Figure 1 in a main heat exchanger 2 and a pressure column 4 under a pressure of 9 to 13 bar supplied (3).
- the rectification system also has a low-pressure column 5 which is operated at a pressure of 2 to 5 bar and is in heat-exchanging communication with the pressure column via a common condenser-evaporator (main condenser) 6.
- Part 8 of the nitrogen withdrawn at the top of the pressure column is liquefied in the main condenser 6 and partly fed via lines 9 and 10 as reflux to the pressure column.
- Another stream 14 of the liquid 9 from the main condenser 6 is subcooled (15) and fed to a first part 20 as reflux of the low pressure column 5 at the top.
- To a second part 21 of the supercooled nitrogen is withdrawn as a liquid product PLIN.
- Bottom liquid 11 of the pressure column is throttled after supercooling 15 as an oxygen-containing liquid fraction in the low-pressure column 5 (12).
- the bottom liquid 13 of the low-pressure column 5 is also undercooled (15) and relaxed (16) and then into the evaporation space of the top condenser 17th introduced the low pressure column 5. Condensed in the liquefaction space gaseous nitrogen 18 from the top of the low-pressure column 5; the condensate 19 is in the low pressure column returned and used there as an additional return. Out the lower portion of the evaporation space of the top condenser 17 is over Line 22 continuously or intermittently a flushing fluid (PURGE) deducted.
- PURGE flushing fluid
- the generated in the top condenser 17 steam 23 is in the heat exchanger 15 and the second warmed to about ambient temperature and discarded via line 24 and / or as a regeneration gas for a cleaning device, not shown (for example Molecular sieve station) used. Via a line 35 is not condensed gas, which in particular contains more volatile components, deducted. It will blown off (36) and / or admixed with the steam 23 (37).
- a mass transfer section 25 which in the example is formed by three practical floors (barrier floors).
- gaseous nitrogen via line 26 as a highly pure product taken and in the heat exchanger 15 and 2 to about ambient temperature warmed up.
- the warm nitrogen product 27 can be used immediately as a final product (PGAN) be used or it is - as shown in the drawing - first in one Nitrogen compressor 28 with aftercooler 29 further compressed and finally over Deducted line 30.
- cryogenic liquid from outside the rectification system into one of the columns of the Rectification is initiated
- Liquid Assist a cryogenic liquid from outside the rectification system into one of the columns of the Rectification is initiated
- the cryogenic Liquid may not necessarily have been generated outside the rectification system; rather, liquid can also be used for emergency operation (for example, liquid nitrogen) used during normal operation of the plant and in one Storage tank is stored.
- the embodiment of Figure 1 can be modified so that in the Low pressure column, a gaseous and / or liquid oxygen product is generated.
- a gaseous and / or liquid oxygen product is generated.
- the feed 16 of bottoms of the Low pressure column in this evaporation space is omitted in whole or in part. From the Sump area of the low-pressure column 5, the oxygen product is gaseous and / or withdrawn liquid.
- Compressed and cleaned air 1 is cooled in the embodiment of Figure 2 in a main heat exchanger 2 and a pressure column 4 under a pressure of 9 to 10 bar supplied (3).
- the rectification system also has a low-pressure column 5 which is operated at a pressure of 2 to 3 bar and is in heat-exchanging communication with the pressure column via a common condenser-evaporator (main condenser) 6.
- the withdrawn at the top of the pressure column nitrogen 8 is liquefied in the main condenser 6 and partially abandoned via lines 9 and 10 as reflux to the pressure column.
- Another part 14 of the liquid 9 from the main condenser 6 is subcooled (15) and fed to a first part 20 as reflux of the low pressure column 5 at the top.
- To a second part 21 of the supercooled nitrogen is withdrawn as a liquid product PLIN.
- Bottom liquid 11 of the pressure column is throttled after supercooling 15 as an oxygen-containing liquid fraction in the low-pressure column 5 (12).
- the bottom liquid 13 of the low-pressure column 5 is also undercooled (15) and relaxed (16) and then into the evaporation space of the top condenser 17th introduced the low pressure column 5. Condensed in the liquefaction space gaseous nitrogen 18 from the top of the low-pressure column 5; the condensate 19 is in the low pressure column returned and used there as an additional return. Out the lower portion of the evaporation space of the top condenser 17 is over Line 22 continuously or intermittently a flushing fluid (PURGE) deducted.
- PURGE flushing fluid
- the generated in the top condenser 17 steam 23 is in the heat exchanger 15 and the second warmed to about ambient temperature and discarded via line 24 and / or as a regeneration gas for a cleaning device, not shown (for example Molecular sieve station) used. Via a line 35 is not condensed gas, which in particular contains more volatile components, deducted. It will blown off (36) and / or admixed with the steam 23 (37).
- a mass transfer section 25 which in the example is formed by three practical floors (barrier floors).
- gaseous nitrogen via line 26 as a highly pure product taken and in the heat exchanger 15 and 2 to about ambient temperature warmed up.
- the warm nitrogen product 27 can be used immediately as a final product (PGAN) be used or it is - as shown in the drawing - first in one Nitrogen compressor 28 with aftercooler 29 further compressed and finally over Deducted line 30.
- liquid nitrogen from the storage tank 39 as a refrigerant fluid in the Pressure column are fed (not in the drawing ) Shown.
- the embodiment of Figure 2 can be modified so that in the Low pressure column, a gaseous and / or liquid oxygen product is generated.
- a gaseous and / or liquid oxygen product is generated.
- the feed 16 of bottoms of the Low pressure column in this evaporation space is omitted in whole or in part. From the Sump area of the low-pressure column 5, the oxygen product is gaseous and / or withdrawn liquid.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Stickstoff 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 oberhalb eines Stoffaustauschabschnitts, der mindestens einen theoretischen beziehungsweise praktischen Boden aufweist, aus der Niederdrucksäule abgezogen und in einem Kopfkondensator durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Kältemittel mindestens teilweise kondensiert wird und hoch reiner Stickstoff unterhalb des Stoffaustauschabschnitts aus der Niederdrucksäule entnommen und als Stickstoffprodukt gewonnen wird.The invention relates to a method for the production of nitrogen by Cryogenic decomposition of air in a rectification system containing a pressure column and having a low pressure column, wherein in the process feed air into the pressure column introduced, an oxygen-containing liquid fraction removed from the pressure column and is fed into the low-pressure column, gaseous nitrogen above a Mass transfer section, the at least one theoretical or has practical floor, deducted from the low pressure column and in one Top condenser by indirect heat exchange with a refrigerant at least is partially condensed and high purity nitrogen below the Removed mass transfer section from the low pressure column and as Nitrogen product is recovered.
Derartige Verfahren und entsprechende Vorrichtungen sind aus EP 948730 B1 und EP 955509 A1 bekannt. Hier kann in der Niederdrucksäule Stickstoff unter erhöhtem Druck gewonnen werden. Baut man Sperrböden ("Stoffaustauschabschnitt, der mindestens einen theoretischen beziehungsweise praktischen Boden aufweist," in den oberen Bereich der Niederdrucksäule ein, kann das Stickstoffprodukt besonders hohe Reinheit aufweisen, insbesondere einen sehr geringen Gehalt an leichtflüchtigen Verunreinigungen.Such methods and corresponding devices are known from EP 948730 B1 and EP 955509 A1. Here, in the low-pressure column, nitrogen can be used under elevated pressure Pressure to be gained. Build Floors ("Mass transfer section, the has at least one theoretical or practical ground, "in the the upper region of the low pressure column, the nitrogen product can be particularly high Have purity, in particular a very low content of volatile Impurities.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine entsprechende Vorrichtung anzugeben, die wirtschaftlich besonders günstig sind.The invention is based on the object, a method of the type mentioned and to provide a corresponding device that economically particularly favorable are.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Verfahren ein Kältezuführungssystem aufweist, in dem ein Kältefluid strömt und mindestens ein Teil des Kältefluids aus dem Kältezuführungssystem oberhalb des Stoffaustauschabschnitts in die Niederdrucksäule eingeleitet wird. Alternativ oder zusätzlich ist im Rahmen der Erfindung eine Einführung des Kältefluids aus dem Kältezuführungssystem in den oberen Bereich der Drucksäule möglich. This object is achieved in that the method is a refrigeration feed system in which a refrigerant fluid flows and at least a portion of the refrigerant fluid from the Refrigeration supply system above the mass transfer section in the low pressure column is initiated. Alternatively or additionally, an introduction is within the scope of the invention the refrigerant fluid from the refrigeration supply system in the upper region of the pressure column possible.
Das Kältefluid kann bei der Erfindung durch ein leicht erhältliches Medium gebildet werden, das in die Niederdrucksäule eingeleitet wird und damit an dem Stoffaustausch in der Niederdrucksäule beteiligt ist, ohne dass die Reinheit des hoch reinen Stickstoffprodukts beeinträchtigt wird und ohne dass der Betriebsdruck der Niederdrucksäule auf die Bedürfnisse des Kältezuführungssystem abgestimmt werden muss. (Ein geeignetes Kältefluid stellt zum Beispiel Stickstoff dar, der noch leichtflüchtige Verunreinigungen enthält.) Im Gegensatz dazu wird bei dem Kältezuführungssystem der bekannten Verfahren eine Restfraktion, zum Beispiel vom Verdampfungsraum des Kopfkondensators, abgezogen, arbeitsleistend auf etwa Atmosphärendruck entspannt und aus dem Verfahren entfernt. Dabei liegt der Mindest-Betriebsdruck des Kopfkondensators und damit derjenige der Niederdrucksäule allein durch das Kältezuführungssystem fest. Dieser Nachteil wird bei der Erfindung vermieden, ohne dabei die Produktreinheit zu verringern.The refrigerant fluid can be formed in the invention by a readily available medium be introduced into the low pressure column and thus the mass transfer involved in the low-pressure column without affecting the purity of the highly pure Nitrogen product is affected and without the operating pressure of the Low pressure column can be tailored to the needs of the refrigeration system got to. (For example, a suitable cryogenic fluid is nitrogen, which is still Contains volatile contaminants.) In contrast, in the Refrigeration supply system of the known method a residual fraction, for example from Evaporation space of the top condenser, deducted, working to about Atmospheric pressure is released and removed from the process. This is the minimum operating pressure the top condenser and thus that of the low pressure column alone through the cold supply system. This disadvantage is in the invention avoided without reducing product purity.
Das Kältefluid wird bei der Erfindung vorzugsweise am Kopf der Niederdrucksäule eingespeist.The refrigerant fluid is in the invention preferably at the top of the low pressure column fed.
In einer ersten Variante der Erfindung wird das Kältefluid aus der Drucksäule entnommen, in dem Kältezuführungssystem arbeitsleistend entspannt und in die Niederdrucksäule eingeleitet.In a first variant of the invention, the refrigerant fluid from the pressure column removed, in the refrigeration supply system work performing relaxed and in the Low pressure column initiated.
Durch die arbeitsleistende Entspannung eines Fluids, insbesondere eines Gases, von Drucksäulen- auf Niederdrucksäulendruck kann auf besonders günstige Weise Verfahrenskälte erzeugt werden. Damit können die Isolations- und Austauschverluste kompensiert und gegebenenfalls kleine Mengen an Produkten verflüssigt werden. Das Kältefluid wird vorzugsweise stromaufwärts seiner arbeitsleistenden Entspannung in indirektem Wärmeaustausch gegen abzukühlende Prozess-Ströme angewärmt.Due to the work-performing expansion of a fluid, in particular a gas from Pressure column on low pressure column pressure can be particularly favorable Process refrigeration are generated. This allows the insulation and replacement losses be compensated and possibly liquefied small amounts of products. The Refrigerant fluid is preferably upstream of its work-performing expansion in Indirect heat exchange against cooled process streams warmed up.
Der Stoffaustauschabschnitt wird durch einen oder mehrere Rektifizierböden (so genannte Sperrböden) gebildet - hierfür gilt die Angabe in "praktischer" Bodenzahl - oder durch einen kurzen Packungsabschnitt ("theoretische" Bodenzahl). Die Zahl der Sperrböden beziehungsweise theoretischen Böden beträgt beispielsweise 1 bis 10, vorzugsweise 2 bis 3. Durch den Abzug der Stickstoffprodukts unterhalb dieser Sperrböden weist das Stickstoffprodukt einen sehr geringen Gehalt an leichtflüchtigen Verunreinigungen auf, die im Kopf der Niederdrucksäule zurückbleiben und von dort mit einem weniger reinen Stickstoffstrom abgezogen werden.The mass transfer section is separated by one or more rectification plates (see above) mentioned floors) - this is the indication in "practical" number of shelves - or by a short packing section ("theoretical" number of plates). The number of For example, barrier floors or theoretical floors amounts to 1 to 10, preferably 2 to 3. By withdrawing the nitrogen product below this Floors, the nitrogen product has a very low content of volatile Contaminants that remain in the head of the low pressure column and from there are withdrawn with a less pure nitrogen stream.
Das Kältefluid enthält regelmäßig leichter als Stickstoff flüchtige Bestandteile. Dank der Einspeisung oberhalb des beschriebenen Stoffaustauschabschnitts gelangen diese jedoch nicht in das weiter unten abgezogenen Stickstoffprodukt.The refrigerant fluid is usually lighter than nitrogen volatile components. thanks to the Infeed above the described mass transfer section get this but not in the further withdrawn nitrogen product.
Es ist günstig, wenn das Kältefluid aus dem oberen Bereich der Drucksäule entnommen wird. Es wird zum Beispiel durch eine stickstoffreiche Gasfraktion aus der Drucksäule gebildet, insbesondere durch deren Kopfgas.It is favorable if the cooling fluid from the upper region of the pressure column is removed. It is characterized by a nitrogen-rich gas fraction from the Pressure column formed, in particular by the head gas.
Gemäß einer zweiten Variante der Erfindung wird das Kältefluid durch eine tiefkalte Flüssigkeit gebildet, die außerhalb des Rektifiziersystems erzeugt wurde.According to a second variant of the invention, the cooling fluid is passed through a deep-cold Liquid formed outside the rectification system.
Durch die Einspeisung externer Flüssigkeit als Kältequelle (Liquid Assist) weist das Verfahren eine besonders hohe Flexibilität auf. Es kann beispielsweise ganz oder teilweise auf Maschinen zur Kälteerzeugung, wie zum Beispiel Entspannungsturbinen, verzichtet werden. Die tiefkalte Flüssigkeit kann beispielsweise durch Flüssigstickstoff gebildet werden, der aus einer anderen Luftzerlegungsanlage stammt; altemativ kann jedes andere Gemisch von Luftkomponenten eingesetzt werden. Die externe Flüssigkeit kann entweder über eine Rohrleitung herangeführt oder aus einem Speicherbehälter entnommen werden. Die Einspeisung erfolgt an derjenigen Stelle, die der Zusammensetzung der externen Flüssigkeit entspricht. Dies kann der obere Bereich der Druck- oder Niederdrucksäule sein.Due to the supply of external liquid as a source of cold (Liquid Assist) has the Process a particularly high flexibility. It can, for example, whole or partly on machines for refrigeration, such as expansion turbines, be waived. The cryogenic liquid can be, for example, by liquid nitrogen formed from another air separation plant; Altematively can any other mixture of air components can be used. The external one Liquid can either be introduced via a pipeline or from a Storage tanks are removed. The feed takes place at the point that the composition of the external fluid corresponds. This can be the top one Be the area of the pressure or low pressure column.
Die tiefkalte Flüssigkeit kann teilweise oder vollständig in die Niederdrucksäule eingeleitet werden, vorzugsweise an deren Kopf. Alternativ oder zusätzlich kann die tiefkalte Flüssigkeit mindestens zum Teil in den oberen Bereich der Drucksäule eingeführt werden.The cryogenic liquid may partially or completely enter the low pressure column are introduced, preferably at the head. Alternatively or additionally, the deep cold liquid at least partially in the upper part of the pressure column be introduced.
Vorzugsweise wird Kältemittel für den Kopfkondensator aus dem unteren Bereich der Niederdrucksäule entnommen, und das gesamte sauerstoffangereicherte Produkt der Drucksäule wird in die Niederdrucksäule eingespeist. Unter "sauerstoffangereichert" wird hier jede Fraktion verstanden, deren Sauerstoffgehalt größer als derjenige der Luft ist. Preferably, refrigerant for the top condenser from the bottom of the Low pressure column removed, and the entire oxygenated product of Pressure column is fed into the low pressure column. Under "oxygenated" here every fraction is understood, whose oxygen content is greater than that of the air is.
Das Stickstoffprodukt kann gasförmig aus der Niederdrucksäule abgezogen werden. Alternativ wird es flüssig aus der Niederdrucksäule entnommen und in indirektem Wärmeaustausch mit arbeitsleistend entspanntem Kältefluid verdampft. Auch eine Kombination dieser beiden Verfahrensschritte ist möglich.The nitrogen product can be withdrawn in gaseous form from the low pressure column. Alternatively, it is taken from the low-pressure column in liquid and in indirect Heat exchange with work-performing expanded refrigerant fluid evaporates. Also one Combination of these two process steps is possible.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 10 bis
12.The invention also relates to a device according to
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand zweier in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele - je eines für jede der beiden Varianten der Erfindung - näher erläutert.The invention and further details of the invention are described below two embodiments shown in the drawing - one for each of the two variants of the invention - explained in more detail.
Verdichtete und gereinigte Luft 1 wird bei dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 in
einem Hauptwärmetauscher 2 abgekühlt und einer Drucksäule 4 unter einem Druck
von 9 bis 13 bar zugeleitet (3). Das Rektifiziersystem weist außerdem eine
Niederdrucksäule 5 auf, die mit einem Druck von 2 bis 5 bar betrieben wird und mit der
Drucksäule über einen gemeinsamen Kondensator-Verdampfer (Hauptkondensator) 6
in wärmetauschender Verbindung steht. Ein Teil 8 des am Kopf der Drucksäule
entnommenen Stickstoffs wird im Hauptkondensator 6 verflüssigt und über die
Leitungen 9 und 10 teilweise als Rücklauf auf die Drucksäule aufgegeben. Ein anderer
Strom 14 der Flüssigkeit 9 aus dem Hauptkondensator 6 wird unterkühlt (15) und zu
einem ersten Teil 20 als Rücklauf der Niederdrucksäule 5 am Kopf zugeführt. Zu einem
zweiten Teil 21 wird der unterkühlte Stickstoff als Flüssigprodukt PLIN abgezogen.
Sumpfflüssigkeit 11 der Drucksäule wird nach Unterkühlung 15 als sauerstoffhaltige
flüssige Fraktion in die Niederdrucksäule 5 eingedrosselt (12).Compressed and purified
Die Sumpfflüssigkeit 13 der Niederdrucksäule 5 wird ebenfalls unterkühlt (15) und
entspannt (16) und anschließend in den Verdampfungsraum des Kopfkondensators 17
der Niederdrucksäule 5 eingeführt. In dessen Verflüssigungsraum kondensiert
gasförmiger Stickstoff 18 vom Kopf der Niederdrucksäule 5; das Kondensat 19 wird in
die Niederdrucksäule zurückgeleitet und dort als zusätzlicher Rücklauf verwendet. Aus
dem unteren Bereich des Verdampfungsraums des Kopfkondensators 17 wird über
Leitung 22 kontinuierlich oder intermittierend eine Spülflüssigkeit (PURGE) abgezogen.
Der im Kopfkondensator 17 erzeugte Dampf 23 wird in den Wärmetauschem 15 und 2
auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und über Leitung 24 verworfen und/oder
als Regeneriergas für eine nicht dargestellte Reinigungsvorrichtung (zum Beispiel
Molekularsieb-Station) eingesetzt. Über eine Leitung 35 wird nicht kondensiertes Gas,
das insbesondere leichterflüchtige Komponenten enthält, abgezogen. Es wird
abgeblasen (36) und/oder dem Dampf 23 zugemischt (37).The
Unterhalb des Kopfs der Niederdrucksäule 5 befindet sich ein Stoffaustauschabschnitt
25, der in dem Beispiel durch drei praktische Böden (Sperrböden) gebildet wird.
Darunter wird über Leitung 26 gasförmiger Stickstoff als hochreines Produkt
entnommen und in den Wärmetauschem 15 und 2 auf etwa Umgebungstemperatur
angewärmt. Das warme Stickstoffprodukt 27 kann unmittelbar als Endprodukt (PGAN)
verwendet werden, oder es wird - wie in der Zeichnung dargestellt - zunächst in einem
Stickstoffverdichter 28 mit Nachkühler 29 weiter komprimiert und schließlich über
Leitung 30 abgezogen.Below the head of the
Über Leitung 31 wird ein Teil des gasförmigen Kopfstickstoffs aus der Drucksäule 4 als
Kältefluid abgezogen, im Hauptwärmetauscher 2 auf eine Zwischentemperatur
angewärmt und über Leitung 32 einer Entspannungsmaschine 33 zugeführt, die
beispielsweise als Generatorturbine ausgebildet ist. Das arbeitsleistend auf etwa
Niederdrucksäulendruck entspannte Kältefluid 34 wird dem Kopf der Niederdrucksäule
zugeführt, also oberhalb der Sperrböden 25 eingespeist. Diese Verfahrensschritte
beziehungsweise die dazu verwendeten Vorrichtungsteile bilden ein
"Kältezuführungssystem" gemäß der ersten Variante der Erfindung.Via
Alternativ oder zusätzlich kann in dem "Kältezuführungssystem" gemäß der ersten Variante der Erfindung Stickstoff als Kältefluid auf über Drucksäulen-Druck verdichtet, arbeitsleistend entspannt und in die Drucksäule (vorzugsweise am Kopf) eingespeist werden (in der Zeichnung nicht dargestellt).Alternatively or additionally, in the "refrigeration supply system" according to the first Variant of the invention Nitrogen as refrigerant fluid compressed to over pressure column pressure, Work-relaxed and fed into the pressure column (preferably on the head) are (not shown in the drawing).
Bei Ausfall der Turbine 33 kann die Anlage im Notbetrieb gefahren werden, indem eine
tiefkalte Flüssigkeit (38) von außerhalb des Rektifiziersystems in eine der Säulen des
Rektifiziersystems eingeleitet wird ("Liquid Assist"), wie es in Figur 2 im Detail erläutert
ist. Im Unterschied zu der letztgenannten Patentanmeldung muss die tiefkalte
Flüssigkeit nicht unbedingt außerhalb des Rektifiziersystems erzeugt worden sein;
vielmehr kann für den Notbetrieb auch Flüssigkeit (zum Beispiel flüssiger Stickstoff)
verwendet werden, der während des Normalbetriebs der Anlage erzeugt und in einem
Speichertank gelagert wird.In case of failure of the
Das Ausführungsbeispiel von Figur 1 kann so abgewandelt werden, dass in der
Niederdrucksäule ein gasförmiges und/oder flüssiges Sauerstoffprodukt erzeugt wird.
Dazu wird nur ein Teil der Sumpfflüssigkeit 11 der Drucksäule nach Unterkühlung 15
als sauerstoffhaltige flüssige Fraktion in die Niederdrucksäule 5 eingedrosselt; ein
anderer Teil wird vor dem Ventil 12 abgezweigt und in den Verdampfungsraum des
Kopfkondensators 17 geleitet. Die Einspeisung 16 von Sumpfflüssigkeit der
Niederdrucksäule in diesen Verdampfungsraum entfällt ganz oder teilweise. Aus dem
Sumpfbereich der Niederdrucksäule 5 wird das Sauerstoffprodukt gasförmig und/oder
flüssig abgezogen.The embodiment of Figure 1 can be modified so that in the
Low pressure column, a gaseous and / or liquid oxygen product is generated.
For this purpose, only a part of the
Verdichtete und gereinigte Luft 1 wird bei dem Ausführungsbeispiel von Figur 2 in
einem Hauptwärmetauscher 2 abgekühlt und einer Drucksäule 4 unter einem Druck
von 9 bis 10 bar zugeleitet (3). Das Rektifiziersystem weist außerdem eine
Niederdrucksäule 5 auf, die mit einem Druck von 2 bis 3 bar betrieben wird und mit der
Drucksäule über einen gemeinsamen Kondensator-Verdampfer (Hauptkondensator) 6
in wärmetauschender Verbindung steht. Der am Kopf der Drucksäule entnommene
Stickstoff 8 wird im Hauptkondensator 6 verflüssigt und über die Leitungen 9 und 10
teilweise als Rücklauf auf die Drucksäule aufgegeben. Ein anderer Teil 14 der
Flüssigkeit 9 aus dem Hauptkondensator 6 wird unterkühlt (15) und zu einem ersten
Teil 20 als Rücklauf der Niederdrucksäule 5 am Kopf zugeführt. Zu einem zweiten Teil
21 wird der unterkühlte Stickstoff als Flüssigprodukt PLIN abgezogen. Sumpfflüssigkeit
11 der Drucksäule wird nach Unterkühlung 15 als sauerstoffhaltige flüssige Fraktion in
die Niederdrucksäule 5 eingedrosselt (12).Compressed and cleaned
Die Sumpfflüssigkeit 13 der Niederdrucksäule 5 wird ebenfalls unterkühlt (15) und
entspannt (16) und anschließend in den Verdampfungsraum des Kopfkondensators 17
der Niederdrucksäule 5 eingeführt. In dessen Verflüssigungsraum kondensiert
gasförmiger Stickstoff 18 vom Kopf der Niederdrucksäule 5; das Kondensat 19 wird in
die Niederdrucksäule zurückgeleitet und dort als zusätzlicher Rücklauf verwendet. Aus
dem unteren Bereich des Verdampfungsraums des Kopfkondensators 17 wird über
Leitung 22 kontinuierlich oder intermittierend eine Spülflüssigkeit (PURGE) abgezogen.
Der im Kopfkondensator 17 erzeugte Dampf 23 wird in den Wärmetauschem 15 und 2
auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und über Leitung 24 verworfen und/oder
als Regeneriergas für eine nicht dargestellte Reinigungsvorrichtung (zum Beispiel
Molekularsieb-Station) eingesetzt. Über eine Leitung 35 wird nicht kondensiertes Gas,
das insbesondere leichterflüchtige Komponenten enthält, abgezogen. Es wird
abgeblasen (36) und/oder dem Dampf 23 zugemischt (37).The
Unterhalb des Kopfs der Niederdrucksäule 5 befindet sich ein Stoffaustauschabschnitt
25, der in dem Beispiel durch drei praktische Böden (Sperrböden) gebildet wird.
Darunter wird über Leitung 26 gasförmiger Stickstoff als hochreines Produkt
entnommen und in den Wärmetauschem 15 und 2 auf etwa Umgebungstemperatur
angewärmt. Das warme Stickstoffprodukt 27 kann unmittelbar als Endprodukt (PGAN)
verwendet werden, oder es wird - wie in der Zeichnung dargestellt - zunächst in einem
Stickstoffverdichter 28 mit Nachkühler 29 weiter komprimiert und schließlich über
Leitung 30 abgezogen.Below the head of the
Über Leitung 38 wird flüssiger Stickstoff, der nicht in einer der Säulen 4, 5 des
Rektifiziersystems hergestellt wurde, dem Kopf der Niederdrucksäule - also oberhalb
der Sperrböden 25 - zugeführt. Diese tiefkalte Flüssigkeit wird in dem Beispiel einem
Speichertank 39 entnommen, der aus einer externen Quelle befüllt wird, beispielsweise
mittels Tankwagen. Diese Verfahrensschritte beziehungsweise die dazu verwendeten
Vorrichtungsteile bilden ein "Kältezuführungssystem" gemäß der zweiten Variante der
Erfindung.Via
Alternativ oder zusätzlich kann in dem "Kältezuführungssystem" gemäß der zweiten
Variante der Erfindung flüssiger Stickstoff aus dem Speichertank 39 als Kältefluid in die
Drucksäule (vorzugsweise am Kopf) eingespeist werden (in der Zeichnung nicht
dargestellt).Alternatively or additionally, in the "cold supply system" according to the second
Variant of the invention liquid nitrogen from the
Das Ausführungsbeispiel von Figur 2 kann so abgewandelt werden, dass in der
Niederdrucksäule ein gasförmiges und/oder flüssiges Sauerstoffprodukt erzeugt wird.
Dazu wird nur ein Teil der Sumpfflüssigkeit 11 der Drucksäule nach Unterkühlung 15
als sauerstoffhaltige flüssige Fraktion in die Niederdrucksäule 5 eingedrosselt; ein
anderer Teil wird vor dem Ventil 12 abgezweigt und in den Verdampfungsraum des
Kopfkondensators 17 geleitet. Die Einspeisung 16 von Sumpfflüssigkeit der
Niederdrucksäule in diesen Verdampfungsraum entfällt ganz oder teilweise. Aus dem
Sumpfbereich der Niederdrucksäule 5 wird das Sauerstoffprodukt gasförmig und/oder
flüssig abgezogen.The embodiment of Figure 2 can be modified so that in the
Low pressure column, a gaseous and / or liquid oxygen product is generated.
For this purpose, only a part of the
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