EP1363092A1 - Cryogenic air separation process and apparatus - Google Patents
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- EP1363092A1 EP1363092A1 EP03006695A EP03006695A EP1363092A1 EP 1363092 A1 EP1363092 A1 EP 1363092A1 EP 03006695 A EP03006695 A EP 03006695A EP 03006695 A EP03006695 A EP 03006695A EP 1363092 A1 EP1363092 A1 EP 1363092A1
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- F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
- F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
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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 for the low-temperature separation of air in one Rectification column system, which has at least one separation column, a first Airflow cooled in a main heat exchanger and into the rectification column system is initiated, a second air flow to work relaxed and downstream of the Work-related relaxation through indirect heat exchange with a liquid Fraction from the rectification column system is heated.
- the rectification column system can be a one, two or more column system act for nitrogen-oxygen separation. If necessary, that can Rectification column system one or more additional columns for the extraction of others Air components, especially noble gases.
- JP 61079978 A A method of the type mentioned is known from JP 61079978 A. Similar Processes are described in DE 2518557 C and from Rathbone, "Latest developments in the field of cryogenic techniques for gas separation ", Proceedings of the International Symposium on Gas Separation Technology, Antwerp, Belgium, September 10-15, Shown in 1989. The work-relaxed air is not here Rectification column system fed, but warmed in the main heat exchanger and then discarded.
- the invention is based, such a method and a task specify appropriate device that are particularly economical to operate.
- the "main heat exchanger” can be in the invention by any known type of Heat exchangers are formed by regenerators or by a recuperative - switchable or non-switchable - heat exchanger. It can be from a block or several blocks connected in parallel and / or in series.
- the "additional heat exchanger" according to the invention is preferably by a single, separate heat exchanger block formed by no other Process streams as the second air stream and the liquid fraction to be cooled be directed.
- An alternative is an integration in a supercooling counterflow conceivable through which other process streams of the process flow.
- the "second air flow” can, for example, be separate from the “first air flow” compressed and / or cleaned. Alternatively, both air flows become common compressed and cleaned and upstream of the cooling in the main heat exchanger or at an intermediate temperature of the main heat exchanger. In a Another variant (for example, when the air cools down in a switchable Main heat exchanger - Revex), the second air flow can also come from one of the columns of the rectification column system, for example above some Plywood floors from the high-pressure column of a two-column system.
- the "work relaxation” is carried out in a relaxation machine, preferably in an expansion turbine.
- the second air flow can be downstream of the indirect heat exchange with the liquid fraction partially or completely as a heating stream in the Main heat exchanger to be warmed up.
- the second air stream is downstream of its heating in the Main heat exchanger removed from the process. This means that he is neither the one Rectification column system, still (in a circulatory system) to the work-related relaxation is returned. He can be in the atmosphere blown off or used as an impure product.
- the Main heat exchanger can be the second air flow downstream of the indirect Heat exchange with the liquid fraction at least partially in one or several separation columns of the rectification column system are introduced. Doing so at least part of the second air flow of indirect heat exchange with the liquid fraction introduced as a blowing stream into the rectification column system, especially in the low pressure column of a two or more column system.
- the heating current can be downstream of the indirect heat exchange with the liquid fraction with a product or residual stream from the rectification column system are mixed, for example with an impure nitrogen stream from the Low pressure column of a two-column system.
- part of the from the Expansion machine exiting air into a column of the rectification column system be introduced, for example in the low pressure column of a two-column system.
- the mixing can be upstream or downstream of the main heat exchanger take place, but it is preferably between the outlet from the additional heat exchanger carried out. The mixture is then removed from the process and for example blown off into the atmosphere or used as an impure product.
- this top cold is preferably achieved in that the liquid fraction downstream of the indirect heat exchange in the Additional heat exchanger in the evaporation space of a condenser evaporator is initiated.
- the cold is caused by indirect heat exchange transferred to a condensing stream.
- the liquid fraction can be relaxed.
- Cooling in the additional heat exchanger results in a particularly low level Flash gas amount.
- the rectification column system for one or more columns Has argon recovery and liquid return for in the condenser-evaporator at least one of the columns for argon production is generated.
- "Pillars for Argon production represents, for example, a raw argon column (for argon-oxygen separation) and / or a pure argon column (for argon-nitrogen separation). Die supercooled liquid fraction can be used to cool the head of one or both of these columns, especially the crude argon column.
- Heat exchange in the additional heat exchanger causes the transfer of one increased amount of cold and thus an up to 6% improved argon yield. Due to the increased supercooling of the liquid for the crude argon column head cooling there is also greater flexibility in positioning the Relief valve upstream of the condenser-evaporator.
- the liquid fraction is preferably in the Bottom evaporator of a pure argon column cooled.
- This sump evaporator is used for Generation of rising steam for the pure argon column.
- a liquid from the lower region is, for example, a liquid fraction one of the pillars of the rectification column system, especially from the lower area the high-pressure column of a two-column system for nitrogen-oxygen separation used. It is usually enriched with oxygen, which means that it has one higher oxygen content than air.
- the generated during the work-relieving relaxation of the second air stream mechanical energy can at least partially compress the first and / or second air flow can be used by an appropriate compressor is mechanically coupled to the relaxation machine.
- the invention also relates to a device according to claim 13.
- Atmospheric air 1 is in an air compressor 2 to a pressure of brought, for example, 6 bar, overflows 3 after passing through an after-cooling Line 4 to a post-compressor 5 and there continues to, for example, 16.5 bar compacted. After a further after-cooling 6 is branched out through line 7 flowing air into a first air flow 8 and into a second air flow 201.
- the cleaning device - usually a molecular sieve station - is preferably located between the after-cooler 3 and the post-compressor 5.
- the first air flow 8 is approximately in a main heat exchanger 9 Cooled dew point temperature and via line 10 - if necessary after Throttling 11 - fed into the high pressure column 12 of a rectification column system.
- the rectification column system is in terms of nitrogen-oxygen separation Two-pillar system built, the one next to the high pressure column 12 Has low pressure column 13. These two columns stand above a condenser evaporator 14, the so-called main condenser, in heat exchanging Connection.
- Oxygenated liquid 15 from the sump of the high pressure column 12 is in cooled a supercooling counterflow 16, via line 17 two later descriptive heat exchangers 18 and 205 passed, there undercooled and then relaxed in a throttle valve 19. (A part of oxygen-enriched liquid can via a bypass line 20 to the Heat exchanger 18 are passed.)
- the relaxed oxygen-enriched Liquid 21 is divided into a first partial flow 22 and a second partial flow 23 branched.
- the first partial flow 22 is in a condenser-evaporator 24, which as Pure argon head condenser is formed, partially evaporated and then via line 25 into the evaporation space of a further condenser-evaporator 26, the crude argon overhead condenser, initiated while the first partial flow directly into the raw argon overhead condenser flows.
- the in the evaporation room of the Crude argon overhead condenser 26 formed vapor 27 and the remaining liquid portion 28 are introduced into the low pressure column at a suitable point.
- the gaseous nitrogen 29 formed at the top of the high pressure column 12 becomes one first part 30 warmed to about ambient temperature in the main heat exchanger 9 and discharged via line 31 as a gaseous pressure product.
- a second part 32 it is passed into the liquefaction space of the main condenser 13. That there Part of the condensate 33 formed is returned to the high-pressure column 12 given up.
- the rest is obtained as a liquid product, partly as liquid pressure nitrogen 36, or after hypothermia 16, throttling 39 and Phase separation 40 (via lines 37 and 38) as pressureless liquid nitrogen 41. Flash gas 42 from the phase separation 40 is together with the top product 43 Low pressure column 14 discharged.
- Impure nitrogen 44 becomes liquid from an intermediate point of the high-pressure column 12 withdrawn, supercooled (16) and via line 45 and throttle valve 46 as a return abandoned the head of the low pressure column 14.
- the rectification column system of the embodiment also has one Argon production with a raw argon column consisting of two parts 58 and 59, and with a pure argon column 60.
- a raw argon column consisting of two parts 58 and 59
- a pure argon column 60 At an intermediate point of the low pressure column 14 an argon-containing oxygen fraction 61 is drawn off and into the first crude argon column 58 initiated.
- the top steam 62 of the first crude argon column continues to the bottom of the second raw argon column 59 out.
- Gaseous raw argon 63 from the head of the second Crude argon column is partially condensed in the crude argon overhead condenser 26. there liquid 64 obtained is returned to the second crude argon column 59 given up.
- the bottom liquid 65 of the second crude argon column 59 is by means of a Pump 66 is conveyed via line 67 to the top of the first crude argon column 58.
- the oxygen-rich liquid 68 from the sump of the first ras 58 is finally in the low pressure column 14 is fed back.
- crude argon 69 remaining in vapor form becomes the Pure argon column 60 supplied at an intermediate point.
- Head steam 70 the Pure argon column 60 is partially condensed in the pure argon column top condenser 24.
- the condensate 71 produced in the process is returned to the top of the pure argon column 60 given up.
- the remaining gas 72 makes them more volatile than argon Components, especially nitrogen, are discharged as residual steam.
- the Bottom evaporator 18 is used to obtain ascending steam Evaporation of a part 74 of those obtained in the bottom of the pure argon column 60 Liquid 73.
- the rest forms the liquid pure argon product 75.
- the second airflow 201 after cooling in Main heat exchanger 9 to an intermediate temperature via line 202 one Work-relieving relaxation fed into a turbine 203 and there to something about Brought atmospheric pressure.
- the work-relaxed air 204 transfers in the Additional heat exchanger 205 their peak cold at about 91 K by indirect Heat exchange with the liquid fraction 15 - 17 from the bottom of the High pressure column 12.
- the liquid fraction is in the additional heat exchanger 205 of about 95 cooled to about 93 K. This reduces the flash gas content at Expansion 19 of the liquid fraction downstream of the additional heat exchanger 205, and accordingly more cold is available for head cooling 26/24 of the raw argon column 58/59 or the pure argon column 60 are available.
- the air flow 206-206 downstream of the additional heat exchanger 205 is at the embodiment offered two ways.
- line 207 he can - if necessary after throttling 208 - the residual gas (impure nitrogen) 53 from the Low pressure column 14 mixed and together with this from the process removed (line 54/55).
- line 209 it can pass through valve 210 and above Line 209 are blown into the low-pressure column 13 at a suitable point.
- the two valves 208, 210 can indicate the quantitative ratio of these two flows any desired value can be set. In extreme cases, one of the two Lines 207, 209 are closed.
- the turbine 203 is coupled to the post-compressor 5 via a common shaft.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tieftemperatur-Zerlegung von Luft in einem Rektifiziersäulensystem, das mindestens eine Trennsäule aufweist, wobei ein erster Luftstrom in einem Hauptwärmetauscher abgekühlt und in das Rektifiziersäulensystem eingeleitet wird, ein zweiter Luftstrom arbeitsleistend entspannt und stromabwärts der arbeitsleistenden Entspannung durch indirekten Wärmeaustausch mit einer flüssigen Fraktion aus dem Rektifiziersäulensystem angewärmt wird.The invention relates to a method for the low-temperature separation of air in one Rectification column system, which has at least one separation column, a first Airflow cooled in a main heat exchanger and into the rectification column system is initiated, a second air flow to work relaxed and downstream of the Work-related relaxation through indirect heat exchange with a liquid Fraction from the rectification column system is heated.
Verfahren und Vorrichtungen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft sind zum Beispiel
aus Hausen/Linde, Tieftemperaturtechnik, 2. Auflage 1985, Kapitel 4 (Seiten 281 bis
337) bekannt. Bei dem Rektifiziersäulensystem kann es sich um Ein-, Zwei- oder Mehr-Säulen-System
zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung handeln. Gegebenenfalls kann das
Rektifiziersäulensystem eine oder mehrere weitere Säulen zur Gewinnung anderer
Luftkomponenten, insbesondere von Edelgasen aufweisen.Methods and devices for the low-temperature separation of air are, for example
from Hausen / Linde, low temperature technology, 2nd edition 1985, chapter 4 (
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus JP 61079978 A bekannt. Ähnliche Prozesse sind in DE 2518557 C und aus Rathbone, "Latest developments in the field of cryogenic techniques for gas separation", Proceedings of the International Symposium on Gas Separation Technology, Antwerp, Belgium, September 10-15, 1989 gezeigt. Die arbeitsleistend entspannte Luft wird hier nicht in das Rektifiziersäulensystem eingespeist, sondern in dem Hauptwärmetauscher angewärmt und anschließend verworfen.A method of the type mentioned is known from JP 61079978 A. Similar Processes are described in DE 2518557 C and from Rathbone, "Latest developments in the field of cryogenic techniques for gas separation ", Proceedings of the International Symposium on Gas Separation Technology, Antwerp, Belgium, September 10-15, Shown in 1989. The work-relaxed air is not here Rectification column system fed, but warmed in the main heat exchanger and then discarded.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung anzugeben, die besonders wirtschaftlich zu betreiben sind.The invention is based, such a method and a task specify appropriate device that are particularly economical to operate.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die flüssige Fraktion (15, 17) stromaufwärts des indirekten Wärmeaustauschs (205) mit dem arbeitsleistend entspannten zweiten Luftstrom (204) in indirekten Wärmeaustausch (16) mit mindestens einem weiteren Prozess-Strom (49, 52) gebracht wird. This object is achieved in that the liquid fraction (15, 17) upstream the indirect heat exchange (205) with the work relaxed second Air flow (204) in indirect heat exchange (16) with at least one other Process stream (49, 52) is brought.
Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise wird die bei der arbeitsleistenden Entspannung erzeugte Spitzenkälte gezielt an einer besonders kalten Stelle auf den Flüssigstrom übertragen und kann damit für das Verfahren weiter genutzt werden. Die beiden Wärmeaustausch-Schritte können in getrennten Wärmetauscher-Blöcken durchgeführt werden. (Für diesen Fall wird im folgenden die Bezeichnung "Zusatzwärmetauscher" für den Apparat verwendet, in dem der indirekte Wärmeaustausch zwischen der flüssigen Fraktion und dem entspannten zweiten Luftstrom stattfindet.) Alternativ ist eine Durchführung in einem mindestens teilweise gemeinsamen Block möglich, wobei mindesten in einem relativ kalten Abschnitt dieses Blocks Passagen für den entspannten zweiten Luftstrom, aber nicht für den weiteren Prozess-Strom vorgesehen sind, in einem relativ warmen Abschnitt dagegen Passagen für den weiteren Prozess-Strom, aber nicht für den entspannten zweiten Luftstrom. (In diesem Fall ist der Begriff "Zusatzwärmetauscher" auf den integrierten Wärmeaustauscher-Block zu lesen.)Through the procedure according to the invention, that in the work-performing Relaxation creates peak cold in a particularly cold place on the Transfer liquid power and can thus be used for the process. The Both heat exchange steps can be done in separate heat exchanger blocks be performed. (In this case, the designation is as follows "Additional heat exchanger" used for the apparatus in which the indirect Heat exchange between the liquid fraction and the relaxed second Air flow takes place.) Alternatively, an implementation is at least partially common block possible, at least in a relatively cold section of this Blocks passages for the relaxed second airflow, but not for the further one Process electricity are provided, but in a relatively warm section passages for the further process stream, but not for the relaxed second air stream. (In In this case, the term "additional heat exchanger" is integrated on the Read heat exchanger block.)
Der "Hauptwärmetauscher" kann bei der Erfindung durch jede bekannte Art von Wärmetauscher gebildet werden, durch Regeneratoren oder durch einen rekuperativen - umschaltbaren oder nicht umschaltbaren - Wärmetauscher. Er kann aus einem Block oder mehreren, parallel und/oder seriell verbundenen Blöcken bestehen.The "main heat exchanger" can be in the invention by any known type of Heat exchangers are formed by regenerators or by a recuperative - switchable or non-switchable - heat exchanger. It can be from a block or several blocks connected in parallel and / or in series.
Der erfindungsgemäße "Zusatzwärmetauscher" wird vorzugsweise durch einen einzelnen, separaten Wärmetauscher-Block gebildet, durch den keine anderen Prozess-Ströme als der zweite Luftstrom und die zu abzukühlende flüssige Fraktion geleitet werden. Alternativ ist eine Integration in einen Unterkühlungs-Gegenströmer denkbar, durch den auch andere Prozess-Ströme des Verfahrens fließen.The "additional heat exchanger" according to the invention is preferably by a single, separate heat exchanger block formed by no other Process streams as the second air stream and the liquid fraction to be cooled be directed. An alternative is an integration in a supercooling counterflow conceivable through which other process streams of the process flow.
Der "zweite Luftstrom" kann beispielsweise getrennt von dem "ersten Luftstrom" verdichtet und/oder gereinigt werden. Alternativ werden beide Luftströme gemeinsam verdichtet und gereinigt und stromaufwärts der Abkühlung im Hauptwärmetauscher oder bei einer Zwischentemperatur des Hauptwärmetauschers verzweigt. In einer weiteren Variante (beispielsweise bei Abkühlung der Luft in einem umschaltbaren Hauptwärmetauscher - Revex) kann der zweite Luftstrom auch aus einer der Säulen des Rektifiziersäulensystems entnommen werden, beispielsweise oberhalb einiger Sperrböden aus der Hochdrucksäule eines Zwei-Säulen-Systems. The "second air flow" can, for example, be separate from the "first air flow" compressed and / or cleaned. Alternatively, both air flows become common compressed and cleaned and upstream of the cooling in the main heat exchanger or at an intermediate temperature of the main heat exchanger. In a Another variant (for example, when the air cools down in a switchable Main heat exchanger - Revex), the second air flow can also come from one of the columns of the rectification column system, for example above some Plywood floors from the high-pressure column of a two-column system.
Die "arbeitsleistende Entspannung" wird in einer Entspannungsmaschine durchgeführt, vorzugsweise in einer Expansions-Turbine.The "work relaxation" is carried out in a relaxation machine, preferably in an expansion turbine.
Der zweite Luftstroms kann stromabwärts des indirekten Wärmeaustauschs mit der flüssigen Fraktion teilweise oder vollständig als Anwärmstrom in dem Hauptwärmetauscher angewärmt werden.The second air flow can be downstream of the indirect heat exchange with the liquid fraction partially or completely as a heating stream in the Main heat exchanger to be warmed up.
Vorzugsweise wird der zweite Luftstrom stromabwärts seiner Anwärmung im Hauptwärmetauscher aus dem Verfahren entfernt. Dies bedeutet, dass er weder dem Rektifiziersäulensystem zugeführt, noch (in einem Kreislaufsystem) zu der arbeitsleistenden Entspannung zurückgeleitet wird. Er kann in die Atmosphäre abgeblasen oder als unreines Produkt verwendet werden.Preferably, the second air stream is downstream of its heating in the Main heat exchanger removed from the process. This means that he is neither the one Rectification column system, still (in a circulatory system) to the work-related relaxation is returned. He can be in the atmosphere blown off or used as an impure product.
Alternativ oder zusätzlich zu der (dann teilweisen) Anwärmung im Hauptwärmetauscher kann der zweite Luftstrom stromabwärts des indirekten Wärmeaustauschs mit der flüssigen Fraktion mindestens teilweise in eine oder mehrere Trennsäulen des Rektifiziersäulensystems eingeleitet werden. Dabei wird mindestens ein Teil des zweiten Luftstroms des indirekten Wärmeaustauschs mit der flüssigen Fraktion als Einblasestrom in das Rektifiziersäulensystem eingeleitet, insbesondere in die Niederdrucksäule eines Zwei- oder Mehr-Säulen-Systems.Alternatively or in addition to the (then partial) heating in the Main heat exchanger can be the second air flow downstream of the indirect Heat exchange with the liquid fraction at least partially in one or several separation columns of the rectification column system are introduced. Doing so at least part of the second air flow of indirect heat exchange with the liquid fraction introduced as a blowing stream into the rectification column system, especially in the low pressure column of a two or more column system.
Der Anwärmstrom kann stromabwärts des indirekten Wärmeaustauschs mit der flüssigen Fraktion mit einem Produkt- oder Reststrom aus dem Rektifiziersäulensystem vermischt werden, beispielsweise mit einem unreinen Stickstoffstrom aus der Niederdrucksäule eines Zwei-Säulen-Systems. Zusätzlich kann ein Teil der aus der Entspannungsmaschine austretenden Luft in eine Säule des Rektifiziersäulensystems eingeführt werden, zum Beispiel in die Niederdrucksäule eines Zwei-Säulen-Systems. Die Vermischung kann stromaufwärts oder stromabwärts des Hauptwärmetauschers erfolgen, vorzugsweise wird sie aber zwischen Austritt aus dem Zusatzwärmetauscher durchgeführt. Anschließend wird das Gemisch aus dem Verfahren entfernt und beispielsweise in die Atmosphäre abgeblasen oder als unreines Produkt verwendet.The heating current can be downstream of the indirect heat exchange with the liquid fraction with a product or residual stream from the rectification column system are mixed, for example with an impure nitrogen stream from the Low pressure column of a two-column system. In addition, part of the from the Expansion machine exiting air into a column of the rectification column system be introduced, for example in the low pressure column of a two-column system. The mixing can be upstream or downstream of the main heat exchanger take place, but it is preferably between the outlet from the additional heat exchanger carried out. The mixture is then removed from the process and for example blown off into the atmosphere or used as an impure product.
Vorzugsweise nehmen an dem indirekten Wärmeaustausch in dem Zusatzwärmetauscher keine weiteren Prozess-Ströme außer dem arbeitsleistend entspannten zweiten Luftstrom und der flüssigen Fraktion teil, das heißt der Zusatzwärmetauscher wird durch einen separaten Wärmetauscher-Block mit genau zwei Gruppen von Passagen gebildet. Die Spitzenkälte aus der arbeitsleistenden Entspannung wird damit vollständig auf die flüssige Fraktion übertragen.Preferably take part in the indirect heat exchange in the Additional heat exchanger no other process streams other than that work relaxed second air flow and the liquid fraction, that is Additional heat exchanger is made with a separate heat exchanger block two groups of passages are formed. The peak cold from the job-performing Relaxation is thus completely transferred to the liquid fraction.
Die weitere Nutzung dieser Spitzenkälte wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass die flüssige Fraktion stromabwärts des indirekten Wärmeaustauschs in dem Zusatzwärmetauscher in den Verdampfungsraum eines Kondensator-Verdampfers eingeleitet wird. Bei der Verdampfung wird die Kälte durch indirekten Wärmeaustausch auf einen kondensierenden Strom übertragen. Vor der Einleitung in den Kondensator-Verdampfer kann die flüssige Fraktion entspannt werden. Durch die erfindungsgemäße Abkühlung in dem Zusatzwärmetauscher entsteht dabei eine besonders geringe Flashgas-Menge.The further use of this top cold is preferably achieved in that the liquid fraction downstream of the indirect heat exchange in the Additional heat exchanger in the evaporation space of a condenser evaporator is initiated. In the case of evaporation, the cold is caused by indirect heat exchange transferred to a condensing stream. Before introducing into the condenser-evaporator the liquid fraction can be relaxed. By the invention Cooling in the additional heat exchanger results in a particularly low level Flash gas amount.
Es ist ferner günstig, wenn das Rektifiziersäulensystem eine oder mehrere Säulen zur Argongewinnung aufweist und in dem Kondensator-Verdampfer flüssiger Rücklauf für mindestens eine der Säulen zur Argongewinnung erzeugt wird. "Säulen zur Argongewinnung" stellen beispielsweise eine Rohargonsäule (zur Argon-Sauerstoff-Trennung) und/oder einer Reinargonsäule (zur Argon-Stickstoff-Trennung) dar. Die unterkühlte flüssige Fraktion kann zur Kopfkühlung einer oder beider dieser Säulen, insbesondere der Rohargonsäule, eingesetzt werden. Der erfindungsgemäße Wärmeaustausch in dem Zusatzwärmetauscher bewirkt dabei die Übertragung einer erhöhten Kältemenge und damit eine um bis zu 6 % verbesserte Argonausbeute. Durch die verstärkte Unterkühlung der Flüssigkeit für die Rohargonsäulen-Kopfkühlung besteht außerdem eine höhere Flexibilität hinsichtlich der Positionierung des Entspannungsventils stromaufwärts des Kondensator-Verdampfers.It is also advantageous if the rectification column system for one or more columns Has argon recovery and liquid return for in the condenser-evaporator at least one of the columns for argon production is generated. "Pillars for Argon production "represent, for example, a raw argon column (for argon-oxygen separation) and / or a pure argon column (for argon-nitrogen separation). Die supercooled liquid fraction can be used to cool the head of one or both of these columns, especially the crude argon column. The invention Heat exchange in the additional heat exchanger causes the transfer of one increased amount of cold and thus an up to 6% improved argon yield. Due to the increased supercooling of the liquid for the crude argon column head cooling there is also greater flexibility in positioning the Relief valve upstream of the condenser-evaporator.
Tieftemperatur-Luftzerlegungs-Systeme mit Argongewinnung sind beispielsweise aus DE 2325422 A, EP 171711 A2, EP 377117 B2 (= US 5019145), EP 628777 B1 (= US 5426946), EP 669508 A1 (= US 5592833), EP 669509 B1 (= US 5590544), EP 942246 A2 oder EP 1103772 A1 bekannt.Low temperature air separation systems with argon extraction are, for example, out DE 2325422 A, EP 171711 A2, EP 377117 B2 (= US 5019145), EP 628777 B1 (= US 5426946), EP 669508 A1 (= US 5592833), EP 669509 B1 (= US 5590544), EP 942246 A2 or EP 1103772 A1 known.
Stromaufwärts des Zusatzwärmetauschers wird die flüssige Fraktion vorzugsweise im Sumpfverdampfer einer Reinargonsäule abgekühlt. Dieser Sumpfverdampfer dient zur Erzeugung aufsteigenden Dampfs für die Reinargonsäule. Die Flüssigkeit wird bei dem indirekten Wärmeaustausch gibt in dem Sumpfverdampfer fühlbare, aber keine latente Wärme ab. Diese Vorgehensweise an sich ist im Detail in EP 669509 B1 (= US 5590544) beschrieben.Upstream of the additional heat exchanger, the liquid fraction is preferably in the Bottom evaporator of a pure argon column cooled. This sump evaporator is used for Generation of rising steam for the pure argon column. The liquid is at the indirect heat exchange gives tangible but no latent heat in the sump evaporator Heat. This procedure itself is described in detail in EP 669509 B1 (= US 5590544).
Als flüssige Fraktion wird beispielsweise eine Flüssigkeit aus dem unteren Bereich einer der Säulen des Rektifiziersäulensystems, insbesondere aus dem unteren Bereich der Hochdrucksäule eines Zwei-Säulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung eingesetzt. Sie ist in der Regel sauerstoffangereichert, das heißt sie weist einen höheren Sauerstoffgehalt als Luft auf.A liquid from the lower region is, for example, a liquid fraction one of the pillars of the rectification column system, especially from the lower area the high-pressure column of a two-column system for nitrogen-oxygen separation used. It is usually enriched with oxygen, which means that it has one higher oxygen content than air.
Die bei der arbeitsleistenden Entspannung des zweiten Luftstroms erzeugte mechanische Energie kann mindestens teilweise zur Verdichtung des ersten und/oder zweiten Luftstroms eingesetzt werden, indem ein entsprechender Verdichter mechanisch mit der Entspannungsmaschine gekoppelt ist.The generated during the work-relieving relaxation of the second air stream mechanical energy can at least partially compress the first and / or second air flow can be used by an appropriate compressor is mechanically coupled to the relaxation machine.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 13.The invention also relates to a device according to
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention and further details of the invention are described below of an embodiment shown in the drawing.
Atmosphärische Luft 1 wird in einem Luftverdichter 2 auf einen Druck von
beispielsweise 6 bar gebracht, strömt nach Durchlaufen einer Nachkühlung 3 über
Leitung 4 zu einem Nachverdichter 5 und wird dort weiter auf beispielsweise 16,5 bar
verdichtet. Nach einer weiteren Nachkühlung 6 wird verzweigt die durch Leitung 7
strömende Luft in einen ersten Luftstrom 8 und in einen zweiten Luftstrom 201.
Vor der Einleitung in den Hauptwärmetauscher 9 wird die Luft gereinigt (nicht
dargestellt). Die Reinigungseinrichtung - in der Regel eine Molekularsiebstation -
befindet sich vorzugsweise zwischen dem Nachkühler 3 und dem Nachverdichter 5.Before being introduced into the main heat exchanger 9, the air is cleaned (not
) Shown. The cleaning device - usually a molecular sieve station -
is preferably located between the after-
Der erste Luftstrom 8 wird in einem Hauptwärmetauscher 9 auf etwa
Taupunktstemperatur abgekühlt und über Leitung 10 - gegebenenfalls nach
Drosselung 11 - in die Hochdrucksäule 12 eines Rektifiziersäulensystems eingespeist.
Das Rektifiziersäulensystem ist hinsichtlich der Stickstoff-Sauerstoff-Trennung als
Zwei-Säulen-System aufgebaut, das neben der Hochdrucksäule 12 eine
Niederdrucksäule 13 aufweist. Diese beiden Säulen stehen über einen Kondensator-Verdampfer
14, den so genannten Hauptkondensator, in wärmetauschender
Verbindung.The
Sauerstoffangereicherter Flüssigkeit 15 vom Sumpf der Hochdrucksäule 12 wird in
einem Unterkühlungs-Gegenströmer 16 abgekühlt, über Leitung 17 zwei später zu
beschreibenden Wärmetauschern 18 und 205 zugeleitet, dort weiter unterkühlt und
anschließend in einem Drosselventil 19 entspannt. (Ein Teil der
sauerstoffangereicherten Flüssigkeit kann über eine Bypass-Leitung 20 an dem
Wärmetauscher 18 vorbeigeführt werden.) Die entspannte sauerstoffangereicherte
Flüssigkeit 21 wird in einen ersten Teilstrom 22 und einen zweiten Teilstrom 23
verzweigt. Der erste Teilstrom 22 wird in einem Kondensator-Verdampfer 24, der als
Reinargon-Kopfkondensator ausgebildet ist, teilweise verdampft und anschließend
über Leitung 25 in den Verdampfungsraum eines weiteren Kondensator-Verdampfers
26, des Rohargon-Kopfkondensators, eingeleitet, während der erste Teilstrom direkt in
den Rohargon-Kopfkondensator strömt. Der in dem Verdampfungsraum des
Rohargon-Kopfkondensators 26 gebildete Dampf 27 und der flüssig verbliebene Anteil
28 werden an geeigneter Stelle in die Niederdrucksäule eingeführt.Oxygenated
Der am Kopf der Hochdrucksäule 12 gebildete gasförmige Stickstoff 29 wird zu einem
ersten Teil 30 im Hauptwärmetauscher 9 auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt
und über Leitung 31 als gasförmiges Druckprodukt abgeführt. Zu einem zweiten Teil 32
wird er in den Verflüssigungsraum des Hauptkondensators 13 geleitet. Das dort
gebildete Kondensat 33 wird zu einem Teil 34 als Rücklauf auf die Hochdrucksäule 12
aufgegeben. Der Rest wird als Flüssigprodukt gewonnen, und zwar teilweise als
flüssiger Druckstickstoff 36, oder nach Unterkühlung 16, Drosselung 39 und
Phasentrennung 40 ( über Leitungen 37 und 38) als druckloser Flüssigstickstoff 41.
Flashgas 42 aus der Phasentrennung 40 wird gemeinsam mit dem Kopfprodukt 43 der
Niederdrucksäule 14 abgeführt.The
Von einer Zwischenstelle der Hochdrucksäule 12 wird unreiner Stickstoff 44 flüssig
abgezogen, unterkühlt (16) und über Leitung 45 und Drosselventil 46 als Rücklauf auf
den Kopf der Niederdrucksäule 14 aufgegeben.
Gasförmig verlassen die Niederdrucksäule 14 Sauerstoff (47 - 48), Kopfstickstoff (43 -
49 - 50 - 51) und unreiner Stickstoff (52 - 53 - 54 - 55 - 56) und werden nach
Anwärmung im Unterkühlungs-Gegenströmer 16 und/oder im Hauptwärmetauscher 9
als gasförmige Produkte beziehungsweise Restgas unter Umgebungstemperatur
abgezogen. (Die Ströme 49 und 52 stellen je einen "weiteren Prozess-Strom" im Sinne
der Erfindung dar.) Außerdem wird flüssiger Sauerstoff 56 vom Sumpf der
Niederdrucksäule 14 abgezogen und - gegebenenfalls nach Unterkühlung in 16 - als
weiteres Flüssigprodukt 57 gewonnen.Gaseous leave the
Das Rektifiziersäulensystem des Ausführungsbeispiels weist außerdem eine
Argongewinnung mit einer Rohargonsäule, die aus zwei Teilen 58 und 59 besteht, und
mit einer Reinargonsäule 60 auf. An einer Zwischenstelle der Niederdrucksäule 14 wird
eine argonhaltige Sauerstofffraktion 61 abgezogen und in die erste Rohargonsäule 58
eingeleitet. Der Kopfdampf 62 der ersten Rohargonsäule wird weiter zum Sumpf der
zweiten Rohargonsäule 59 geführt. Gasförmiges Rohargon 63 vom Kopf der zweiten
Rohargonsäule wird in dem Rohargon-Kopfkondensator 26 partiell kondensiert. Dabei
gewonnene Flüssigkeit 64 wird als Rücklauf auf die zweite Rohargonsäule 59
aufgegeben. Die Sumpfflüssigkeit 65 der zweiten Rohargonsäule 59 wird mittels einer
Pumpe 66 über Leitung 67 auf den Kopf der ersten Rohargonsäule 58 gefördert. Die
sauerstoffreiche Flüssigkeit 68 aus dem Sumpf der ersten Ras 58 wird schließlich in
die Niederdrucksäule 14 zurückgespeist.The rectification column system of the embodiment also has one
Argon production with a raw argon column consisting of two
Im Rohargon-Kopfkondensator 26 dampfförmig verbliebenes Rohargon 69 wird der
Reinargonsäule 60 an einer Zwischenstelle zugeführt. Kopfdampf 70 der
Reinargonsäule 60 wird im Reinargonsäule-Kopfkondensator 24 partiell kondensiert.
Dabei erzeugtes Kondensat 71 wird als Rücklauf auf den Kopf der Reinargonsäule 60
aufgegeben. Mit dem verbliebenen Gas 72 werden die leichter als Argon flüchtigen
Komponenten, insbesondere Stickstoff, als Restdampf ausgeschleust. Der
Sumpfverdampfer 18 dient zur Gewinnung von aufsteigendem Dampf durch
Verdampfung eines Teils 74 der im Sumpf der Reinargonsäule 60 anfallenden
Flüssigkeit 73. Der Rest bildet das flüssige Reinargon-Produkt 75.In the crude argon
Gemäß der Erfindung wird der zweite Luftstrom 201 nach Abkühlung im
Hauptwärmetauscher 9 auf eine Zwischentemperatur über Leitung 202 einer
arbeitsleistenden Entspannung in einer Turbine 203 zugeführt und dort auf etwas über
Atmosphärendruck gebracht. Die arbeitsleistend entspannte Luft 204 überträgt in dem
Zusatzwärmetauscher 205 ihre Spitzenkälte bei etwa 91 K durch indirekten
Wärmeaustausch mit der flüssigen Fraktion 15 - 17 aus dem Sumpf der
Hochdrucksäule 12. Die flüssige Fraktion wird im Zusatzwärmetauscher 205 von etwa
95 auf etwa 93 K abgekühlt. Damit verringert sich der Flashgas-Anteil bei der
Entspannung 19 der flüssigen Fraktion stromabwärts des Zusatzwärmetauschers 205,
und entsprechend mehr Kälte steht zur Kopfkühlung 26/24 der Rohargonsäule 58/59
beziehungsweise der Reinargonsäule 60 zur Verfügung.According to the invention, the
Dem Luftstrom 206 -206 stromabwärts des Zusatzwärmetauschers 205 werden bei
dem Ausführungsbeispiel zwei Wege angeboten. Zum einen (Leitung 207) kann er -
gegebenenfalls nach Drosselung 208 - dem Restgas (unreinen Stickstoff) 53 aus der
Niederdrucksäule 14 zugemischt und gemeinsam mit diesem aus dem Verfahren
entfernt (Leitung 54/55) werden. Zum anderen kann er durch Ventil 210 und über
Leitung 209 an geeigneter Stelle in die Niederdrucksäule 13 eingeblasen werden. Über
die beiden Ventile 208, 210 kann das Mengenverhältnis dieser beiden Ströme auf
jeden gewünschten Wert eingestellt werden. Im Extremfall kann auch eine der beiden
Leitungen 207, 209 geschlossen werden.The air flow 206-206 downstream of the
Die Turbine 203 ist über eine gemeinsame Welle mit dem Nachverdichter 5 gekoppelt.The
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- 2003-03-26 EP EP03006695A patent/EP1363092A1/en not_active Withdrawn
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