EP1495274A1 - Verfahren zur gewinnung von argon durch tieftemperaturluftzerlegung - Google Patents

Verfahren zur gewinnung von argon durch tieftemperaturluftzerlegung

Info

Publication number
EP1495274A1
EP1495274A1 EP03722379A EP03722379A EP1495274A1 EP 1495274 A1 EP1495274 A1 EP 1495274A1 EP 03722379 A EP03722379 A EP 03722379A EP 03722379 A EP03722379 A EP 03722379A EP 1495274 A1 EP1495274 A1 EP 1495274A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
column
argon
rectification
sections
section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03722379A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Reinhard Glatthaar
Christian Kunz
Harald Ranke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE2002116269 external-priority patent/DE10216269A1/de
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Priority to EP03722379A priority Critical patent/EP1495274A1/de
Publication of EP1495274A1 publication Critical patent/EP1495274A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/141—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column where at least one distillation column contains at least one dividing wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/0429—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
    • F25J3/04303—Lachmann expansion, i.e. expanded into oxygen producing or low pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04654—Producing crude argon in a crude argon column
    • F25J3/04666—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system
    • F25J3/04672—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser
    • F25J3/04678—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser cooled by oxygen enriched liquid from high pressure column bottoms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04654—Producing crude argon in a crude argon column
    • F25J3/04666—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system
    • F25J3/04672—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser
    • F25J3/04703—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser being arranged in more than one vessel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04654—Producing crude argon in a crude argon column
    • F25J3/04709—Producing crude argon in a crude argon column as an auxiliary column system in at least a dual pressure main column system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04896—Details of columns, e.g. internals, inlet/outlet devices
    • F25J3/04933—Partitioning walls or sheets
    • F25J3/04939—Vertical, e.g. dividing wall columns
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/34—Processes or apparatus using separation by rectification using a side column fed by a stream from the low pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/10—Mathematical formulae, modeling, plot or curves; Design methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/12—Particular process parameters like pressure, temperature, ratios

Definitions

  • the invention relates to a method for the production of argon by low-temperature separation of air in a rectification system which has three rectification sections arranged in series, the first and second and the second and third rectification sections being connected to one another on the gas and liquid side, and the second rectifying section has two sections, which are not connected to one another on the gas and liquid side and are flowed through in parallel, a fluid containing oxygen and argon being introduced into the first of the two sections and a stream containing oxygen and argon being withdrawn from the second of the two sections.
  • the boiling point of argon is between the boiling points of oxygen and nitrogen.
  • the argon accumulates in a central area of the low-pressure column.
  • a gaseous fraction which essentially consists of oxygen and argon, is usually removed from this area.
  • This fraction enriched with about 10% argon, is fed to the so-called crude argon column, in which a rectification separation of oxygen and argon is carried out.
  • Argon can be drawn off at the top of the crude argon column and an essentially oxygen-containing liquid collects in its sump, which is then returned to the low-pressure column.
  • the two sections are connected on the flow side.
  • a three-component mixture introduced into the section on one side of the dividing wall can be broken down into three fractions in a single column.
  • the component with the lowest boiling point can be at the top of the dividing wall column, the medium boiler on the side of the dividing wall opposite the feed and the high-boiling component
  • Component can be obtained from the swamp. In comparison to a column without a dividing wall, higher concentrations of the medium boiler can be achieved with the dividing wall column at the side draw.
  • EP 0638778 B1 describes a process for the low-temperature separation of air in a dividing wall column.
  • the low pressure column is divided in a central area by a partition.
  • Sump liquid is fed from the pressure column on one side of the partition, while the argon-containing fluid is drawn off on the other side of the partition.
  • a waste fluid is removed on the side of the partition wall on which the bottom liquid is introduced.
  • the process parameters are selected so that the argon-containing fluid obtained has an argon concentration of at least 70%.
  • the object of the present invention is therefore to demonstrate an improved process for the production of argon by low-temperature air separation.
  • the argon concentration in the stream taken from the second section being between 15% and 50%, preferably between 15% and 40%, particularly preferably between 20% and 35%.
  • the invention is based on the knowledge that, given the quantity and purity of the argon product, an increase in the initial concentration of argon in the stream introduced into the crude argon column leads to a reduction in the quantity of steam to be transferred. This is positive in that the cross-section of the crude argon column can be reduced accordingly and costs can be saved.
  • the rectification system has at least one air separation column, which has three rectification sections arranged in series, each of which adjoining rectification sections are connected to one another on the gas and liquid side.
  • the middle rectification section has a dividing wall which divides the rectification section into two sections. Within the second rectification section, gas and liquid exchange between the two sections is prevented by the partition. However, both sections are connected on the flow side to the rectification section above and below.
  • the division into two sections through which the flow is parallel can also be carried out by means of two columns arranged parallel to one another. Liquid is drawn off from a first air separation column at an intermediate point and fed to a second column. Gas is led out of the first air separation column at a second intermediate point and introduced into the second column. Gas and liquid formed at the top of the second column from the bottom of the second column are returned to the first air separation column, preferably at the two intermediate points.
  • the two sections separated on the flow side are not realized by a partition, but by two columns connected in parallel.
  • the current withdrawn from the second section is preferably conducted into a crude argon column.
  • the sump liquid obtained there, which essentially contains oxygen, is preferably in the second subsection returned, that is, in the section from which the argon-containing fraction is also removed.
  • the invention is preferably suitable for a rectification system which has a pressure column and a low-pressure column, the dividing wall being arranged in the low-pressure column, and an oxygen-enriched fluid, preferably bottom liquid, being introduced from the pressure column into the first section.
  • the advantages of the process according to the invention are particularly evident when argon with a high purity of more than 95%, preferably more than 98% and / or argon with an oxygen content of less than 100 ppm, preferably less than 10 ppm, is obtained in the crude argon column shall be.
  • the invention is particularly advantageous when more than 100 theoretical trays, preferably between 150 and 200 theoretical trays, are used in the raw argon column. In these cases, the height of the raw argon column is determined by the number of theoretical plates required for the high final purity.
  • the diameter of the crude argon column can, however, be significantly reduced compared to conventional processes without a dividing wall column.
  • Packings for rectification are preferably used in the air separation column. It is advantageous here if the packs are arranged in a plurality of areas, so-called beds, one above the other, the liquid to be rectified and / or the gas to be rectified being collected between two beds and redistributed to the next pack bed. Are other internals or devices for rectification in the air separation column.
  • Air separation column used it has also proven to be useful to provide collectors and / or distributors in the air separation column at certain intervals, so as to counteract distribution in the column.
  • the partition between the two divided areas in the air separation column preferably ends at the upper or lower end of a packing bed, or when using other column internals at the upper or lower end of the corresponding area, which is separated from the adjacent area by a collector / distributor. Since collectors / distributors are already arranged at these joints between two pillar areas, the partition must be used no additional collectors / distributors are provided. Only the collector / distributor located directly above the partition wall has to be converted in such a way that it distributes the liquid in the desired manner over the two sections separated from one another by the partition wall. The same applies if, instead of a dividing wall column, a second column arranged parallel to the first air separation column is used.
  • mass transfer elements are preferably used, which bring about the same pressure drop for the rising gas.
  • FIG. 1 shows a device for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 2 shows another embodiment according to the invention
  • FIG. 3 shows the specific amount of steam to be fed to the crude argon column as a function of its argon concentration
  • Figure 4 shows the argon yield as a function of the argon concentration in the vapor supplied to the crude argon column.
  • FIG. 1 shows the rectification part of a low-temperature air separation plant with argon extraction.
  • feed air 1 is introduced into the pressure column 2.
  • the oxygen-enriched liquid accumulating in the sump of the pressure column 2 is transferred via line 3 into the low pressure column 4.
  • the low pressure column 4 is designed as a dividing wall column. 4 packs are provided as rectification elements in the low-pressure column, which are arranged in a plurality of beds 19, 20, 21, 22 lying one above the other, each having a height of approximately 6 m.
  • Collectors / distributors 23, 24, 25, 26, 27 are provided between each two beds for collecting and distributing the liquid flowing downward in the low-pressure column 4.
  • a partition 5 is arranged such that the low-pressure column 4 is divided into two sections 6, 7.
  • the partition 5 extends over the entire length of the two middle
  • the low-pressure column 4 is fed into the divided subsection 6 via line 3 sump liquid from the pressure column 2. Turbine air can also be introduced into the low-pressure column 4 via line 12. At the top of the low-pressure column 4, gaseous product nitrogen can be obtained via line 8. Furthermore, a deduction 9 for impure nitrogen is provided above the divided sections 6, 7. Gaseous or liquid product oxygen can be removed from the sump of the low-pressure column 4 via the lines 10 and 11.
  • Liquid is distributed to the two sections 6, 7 by means of distributors 24, 25.
  • the same amount of liquid is preferably applied to both sections 6, 7.
  • it can make sense to provide different liquid throughputs in sections 6 and 7.
  • the distribution of the rising steam over the two sections 6, 7 is advantageous as a function of the counter-flowing amounts of liquid and the pressure losses in the packing beds 20, 21.
  • a stream 13 essentially containing argon and oxygen with an argon concentration of 35% is drawn off from the section 7 and introduced into a crude argon column 14 provided with packings.
  • the oxygen-argon mixture is rectified in the crude argon column 14.
  • the argon formed is condensed in a top condenser 15 and in part obtained as product 16 with a residual oxygen content of less than 10 ppm, and in part 17 is returned to the crude argon column 14 as reflux liquid.
  • Liquid oxygen collects in the sump of the crude argon column 14 and is returned via line 18 to the divided section 7 of the low-pressure column 4.
  • Partition 5 a parallel side column 30 is provided.
  • the same elements are provided with the same reference numbers in both figures.
  • the low-pressure column 4 is designed in this case without a partition.
  • the liquid flowing down from the rectification section 22 is distributed on the one hand by means of the distributor 24 to the beds 20, 21 which form the first section.
  • the second section is implemented by the side column 30.
  • a portion of the liquid flowing down from the packing bed 22 is drawn off from the low-pressure column 4 via line 31 and fed to the side column 30 at the top. Gas formed at the top of the side column 30 is via line 32 above the
  • the specific i.e. determines the amount of steam based on the amount of argon product as a function of the argon concentration of the steam.
  • the determined dependency is shown in FIG. 3.
  • the solid curve shows the theoretical minimum amount of steam with an infinite theoretical number of trays.
  • the dashed curve shows the course of the states calculated for a theoretical number of plates of 50. Both curves have essentially the same course. However, it can be seen from the curve for a finite number of trays that in this case approximately 30 to 40% larger amounts of steam have to be used compared to the theoretical curve.
  • the number of theoretical plates in the crude argon column 14 cannot be significantly reduced by increasing the argon concentration in the steam 13 to be supplied at a desired product purity of 98.5%, since the number of plates is not due to the final concentration to be achieved at high product purities is determined by the initial concentration.
  • the low-pressure column 4 is operated according to the invention in such a way that an argon concentration of 45% is achieved in the side draw 13. At this concentration, the amount of steam introduced into the raw argon column 14 can be minimized and the diameter of the raw argon column 14 can be reduced in accordance with the amount of steam.
  • FIG. 4 shows the argon yield as a function of the argon concentration of the vapor fed into the argon column.
  • the solid curve shows the calculated values for a short partition, the dashed curve for a long partition.
  • the number of trays in the low pressure column was kept constant.
  • the solid curve shows that the argon yield remains essentially constant in a range between 10 and 25% argon concentration in the supplied steam.
  • the curve breaks off at 25% because no higher argon concentrations can be achieved with the assumed partition wall length.
  • an essentially constant argon yield can also be found in the range of higher argon concentrations above 30% to 90%. Accordingly, increasing the argon concentration does not have a negative effect on the yield.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Argon durch Tieftemperaturzerlegung von Luft. Das Rektifiziersystem (2, 4) weist zumindest eine Luftzerlegersäule (4) auf, die eine in Säulenlängsrichtung verlaufende Trennwand (5) in einen ersten und einen zweiten Teilabschnitt (6, 7) unterteilt wird. In den ersten Teilabschnitt (6) wird ein Sauerstoff und Argon enthaltendes Fluid (3) eingeleitet. Dem zweiten Teilabschnitt (7) wird ein Sauerstoff und Argon enthaltender Strom (13) mit einer Argonkonzentration zwischen 15 % und 50 % entnommen.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Gewinnung von Argon durch Tieftemperaturluftzerlegung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Argon durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Rektifiziersystem, das drei in Reihe angeordnete Rektifizierabschnitte aufweist, wobei der erste und der zweite sowie der zweite und der dritte Rektifizierabschnitt jeweils gas- und flüssigkeitsseitig miteinander verbunden sind, und wobei der zweite Rektifizierabschnitt zwei Teilabschnitte aufweist, die gas- und flüssigkeitsseitig nicht miteinander verbunden sind und parallel durchströmt werden, wobei in den ersten der zwei Teilabschnitte ein Sauerstoff und Argon enthaltendes Fluid eingeleitet wird und dem zweiten der zwei Teilabschnitte ein Sauerstoff und Argon enthaltender Strom entnommen wird.
Der Siedepunkt von Argon liegt zwischen den Siedepunkten von Sauerstoff und Stickstoff. Bei der klassischen Tieftemperaturzerlegung von Luft durch zweistufige Rektifikation reichert sich das Argon in einem mittleren Bereich der Niederdrucksäule an. Zur Argongewinnung wird aus diesem Bereich üblicherweise eine gasförmige Fraktion entnommen, die im wesentlichen aus Sauerstoff und Argon besteht. Diese mit etwa 10 % Argon angereicherte Fraktion wird der sogenannten Rohargonsäule zugeführt, in der eine rektifikatorische Trennung von Sauerstoff und Argon durchgeführt wird. Am Kopf der Rohargonsäule kann Argon abgezogen werden und in deren Sumpf sammelt sich eine im wesentlichen Sauerstoff enthaltende Flüssigkeit, die dann in die Niederdrucksäule zurückgeleitet wird.
In der Praxis werden häufig Argonreinheiten von über 95 % gefordert. Bei dem bekannten Verfahren wird der Rohargonsäule aber ein lediglich etwa 10 % Argon enthaltender Strom zugeführt. Um diesen auf die gewünschten hohen Argonreinheiten aufzukonzentrieren und um am Kopf der Rohargonsäule die gewünschte Produktmenge abziehen zu können, müssen in die Rohargonsäule beträchtliche Dampfmengen eingeleitet und in dieser rektifiziert werden. Entsprechend groß muss der Querschnitt der Rohargonsäule gewählt werden, wodurch erhebliche Investitionskosten entstehen. Insbesondere aus dem Gebiet der Kohlenwasserstoffgewinnung ist es bereits bekannt, sogenannte Trennwandkolonnen zur Zerlegung ternärer Gemische einzusetzen. Bei einer Trennwandkolonne wird ein Teil der Kolonne durch eine in Kolonnenlängsrichtung angeordnete Wand in zwei Teilabschnitte unterteilt. Oberhalb und unterhalb der Trennwand sind die beiden Teilabschnitte jeweils strömungsseitig verbunden. Bei entsprechender Verfahrensführung kann ein in den Teilabschnitt auf der einen Seite der Trennwand eingeleitetes Dreikomponentengemisch in einer einzigen Kolonne in drei Fraktionen zerlegt werden. Die am leichtesten siedende Komponente kann am Kopf der Trennwandkolonne, der Mittelsieder auf der der Zuführung entgegengesetzten Seite der Trennwand und die schwersiedende
Komponente aus dem Sumpf gewonnen werden. Im Vergleich zu einer Kolonne ohne Trennwand können mit der Trennwandkolonne am Seitenabzug höhere Konzentrationen des Mittelsieders erzielt werden.
In der Tieftemperaturluftzerlegung werden Trennwandkolonnen bisher aufgrund ihrer schwierigeren Regelung kaum eingesetzt. In der EP 0638778 B1 wird ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft in einer Trennwandkolonne beschrieben. Die Niederdrucksäuie ist in einem mittleren Bereich durch eine Trennwand unterteilt. Auf der einen Seite der Trennwand wird Sumpfflüssigkeit aus der Drucksäule zugeführt, während auf der anderen Seite der Trennwand das argonhaltige Fluid abgezogen wird. Zur besseren Regelung des Verfahrens wird auf der Seite der Trennwand, auf der die Sumpfflüssigkeit eingeleitet wird, ein Abfallfluid entnommen. Die Verfahrensparameter werden so gewählt, dass das gewonnene argonhaltige Fluid eine Argonkonzentration von mindestens 70 % aufweist.
Bei einer Produktanforderung im Bereich von 70 % Argonkonzentration kann mit dem in der EP 0638 778 B1 beschriebenen Verfahren die Anzahl der theoretischen Böden in der Rohargonsäule verringert und so Bauhöhe gespart werden. Werden allerdings hohe Argonkonzentrationen von beispielsweise mehr als 95 % gefordert, werden die Vorteile einer Aufkonzentrierung des aus der Niederdrucksäule abgezogenen und der Rohargonsäule zugeführten Fluids auf Werte über 70 % Argon immer geringer. Dies liegt darin begründet, dass zur Erzielung hoher Argonkonzentrationen die Mehrzahl der theoretischen Böden in der Rohargonsäule zur Entfernung der letzten Prozentanteile des Sauerstoffs aus dem Argon notwendig sind. Das heißt, bei hohen Reinheitsanforderungen spielt die Ausgangskonzentration des in die Rohargonsäule eingeleiteten Fluids eine geringere Rolle.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zur Argongewinnung durch Tieftemperaturluftzerlegung aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Argonkonzentration in dem dem zweiten Teilabschnitt entnommenen Strom zwischen 15 % und 50 %, bevorzugt zwischen 15 % und 40 %, besonders bevorzugt zwischen 20 % und 35 %, liegt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei vorgegebener Menge und Reinheit des Argonprodukts eine Erhöhung der Ausgangskonzentration an Argon in dem in die Rohargonsäule eingeleiteten Strom eine Verringerung der überzuführenden Dampfmenge mit sich bringt. Dies ist insofern positiv, als der Querschnitt der Rohargonsäule entsprechend reduziert und Kosten eingespart werden können.
Allerdings ist eine solche Erhöhung der Argonkonzentration im Seitenabzug der Luftzerlegersäule mit einer komplizierteren Ausführung der Luftzerlegersäule und einer aufwändigeren Regelung verbunden. Ferner ist zu beachten, dass die Vorteile der Argonaufkonzentration im Seitenabzug aus der Luftzerlegersäule bei hohen Produktanforderungen immer geringer werden, da, wie oben beschrieben, in diesem Fall die Anzahl der theoretischen Böden in der Rohargonsäule im wesentlichen von der zu erreichenden Endkonzentration und nicht von der Ausgangskonzentration abhängt.
Untersuchungen haben nun gezeigt, dass die minimale Dampfmenge, die der Rohargonsäule für eine ordnungsgemäße Funktion zugeführt werden muss, mit wachsender Argonkonzentration zunächst abnimmt, ab einer Argonkonzentration von 50 % jedoch gleich bleibt. Das heißt, eine weitere Argonanreicherung im Seitenabzug auf Werte über 50 % bringt keine weitere Verringerung der in die Rohargonsäule einzuleitenden Dampfmenge und damit keine Möglichkeit einer weiteren Querschnittsverringerung der Rohargonsäule mit sich. Es verbleibt lediglich der Vorteil einer höheren Argonkonzentration in dem der Rohargonsäule zugeführten Gemisch. Da aber bei hohen Anforderungen an die Argonreinheit die Anzahl der theoretischen Böden in der Rohargonsäule im wesentlichen unabhängig von der Ausgangskonzentration ist, ist eine weitere Erhöhung der Argonkonzentration in dem der Luftzerlegersäule entnommenen Strom nicht mehr sinnvoll. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde dieser Sachverhalt näher untersucht und festgestellt, dass eine Argonkonzentration zwischen 15 % und 50 % in dem dem zweiten Teilabschnitt entnommenen Strom besonders günstig ist.
In der Praxis hat sich herausgestellt, dass eine Verfahrensführung, bei der aus dem zweiten Teilabschnitt ein Strom mit einer Argonkonzentration zwischen 15 % und 40 %, bevorzugt zwischen 20 % und 35 %, entnommen wird, besondere Vorteile bringt.
Die Erfindung ist insbesondere beim Einsatz einer Trennwandkolonne vorteilhaft. In diesem Fall weist das Rektifiziersystem zumindest eine Luftzerlegersäule auf, die drei in Reihe angeordnete Rektifizierabschnitte besitzt, wobei jeweils aneinander grenzende Rektifizierabschnitte gas- und flüssigkeitsseitig miteinander verbunden sind. Der mittlere Rektifzierabschnitt weist eine Trennwand auf, die den Rektifizierabschnitt in zwei Teilabschnitte unterteilt. Innerhalb des zweiten Rektifizierabschnitts wird ein Gas- und Flüssigkeitsaustausch zwischen den beiden Teilabschnitten durch die Trennwand verhindert. Beide Teilabschnitte sind jedoch mit dem darüber und dem darunterliegenden Rektifizierabschnitt strömungsseitig verbunden.
Anstelle einer Trennwandkolonne kann die Aufteilung in zwei parallel durchströmte Teilabschnitte auch durch zwei parallel zueinander angeordnete Säulen erfolgen. Aus einer ersten Luftzerlegersäule wird an einer Zwischenstelle Flüssigkeit abgezogen und einer zweiten Säule zugeführt. Gas wird an einer zweiten Zwischenstelle aus der ersten Luftzerlegersäule herausgeleitet und in die zweite Säule eingebracht. Am Kopf der zweiten Säule entstehendes Gas und Flüssigkeit aus dem Sumpf der zweiten Säule werden in die erste Luftzerlegersäule, vorzugsweise an den beiden Zwischenstellen, zurückgeleitet. Die beiden strömungsseitig getrennten Teilabschnitte werden bei dieser Ausführung nicht durch eine Trennwand, sondern durch zwei parallel geschaltete Säulen realisiert.
Der aus dem zweiten Teilabschnitt, je nach Ausführung entweder aus der Luftzerlegersäule oder aus der zweiten Säule, entnommene Strom wird vorzugsweise in eine Rohargonsäule geleitet. Die dort anfallende, im wesentlichen Sauerstoff enthaltende Sumpfflüssigkeit wird vorzugsweise in den zweiten Teilabschnitt zurückgeführt, das heißt in denjenigen Teilabschnitt, dem auch die argonhaltige Fraktion entnommen wird.
Die Erfindung eignet sich bevorzugt für ein Rektifiziersystem, welches eine Drucksäule und eine Niederdrucksäule aufweist, wobei die Trennwand in der Niederdrucksäule angeordnet ist, und wobei in den ersten Teilabschnitt ein mit Sauerstoff angereichertes Fluid aus der Drucksäule, vorzugsweise Sumpfflüssigkeit, eingeleitet wird.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen sich insbesondere dann, wenn Argon mit hoher Reinheit von mehr als 95 %, bevorzugt mehr als 98 %, und / oder Argon mit einem Sauerstoffgehalt von weniger als 100 ppm, bevorzugt weniger als 10 ppm, in der Rohargonsäule gewonnen werden soll. Die Erfindung ist dann besonders vorteilhaft, wenn in der Rohargonsäzule mehr als 100 theoretische Böden, bevorzugt zwischen 150 und 200 theoretische Böden, eingesetzt werden. In diesen Fällen ist die Bauhöhe der Rohargonsäule ohnehin durch die für die hohe Endreinheit erforderliche Anzahl von theoretischen Böden festgelegt. Der Durchmesser der Rohargonsäule kann aber gegenüber den herkömmlichen Verfahren ohne Trennwandkolonne deutlich reduziert werden.
Vorzugsweise werden in der Luftzerlegersäule Packungen zur Rektifikation eingesetzt. Hierbei ist es günstig, wenn die Packungen in mehreren übereinander liegenden Bereichen, sogenannten Betten, angeordnet werden, wobei die zu rektifizierende Flüssigkeit und / oder das zu rektifizierende Gas zwischen je zwei Betten gesammelt und neu auf das nächste Packungsbett verteilt werden. Werden anstelle von Packungen andere Einbauten oder Vorrichtungen zur Rektifikation in der
Luftzerlegersäule verwendet, so hat es sich ebenfalls bewährt, Sammler und / oder Verteiler in bestimmten Abständen in der Luftzerlegersäule vorzusehen, um so Maldistributionen in der Säule entgegenwirken zu können.
Die Trennwand zwischen den beiden abgeteilten Bereichen in der Luftzerlegersäule endet vorzugsweise jeweils am oberen oder unteren Ende eines Packungsbettes, beziehungsweise beim Einsatz von anderen Kolonneneinbauten am oberen oder unteren Ende des entsprechenden Bereiches, der durch einen Sammler/Verteiler vom benachbarten Bereich abgeteilt ist. Da an diesen Stoßstellen zweier Säulenbereiche ohnehin Sammler/Verteiler angeordnet sind, müssen beim Einsatz der Trennwand keine zusätzlichen Sammler/Verteiler vorgesehen werden. Nur der unmittelbar oberhalb der Trennwand angeordnete Sammler/Verteiler muss so umgerüstet werden, dass er die Flüssigkeit in der gewünschten Weise auf die beiden durch die Trennwand voneinander abgeteilten Teilabschnitte verteilt. Entsprechendes gilt, wenn anstelle einer Trennwandkolonne eine zweite parallel zur ersten Luftzerlegersäule angeordnete Säule verwendet wird.
Als besonders günstig hat es sich dabei erwiesen, die Luftzerlegersäule, insbesondere die Niederdrucksäule einer Doppelsäulenanlage, in vier Bereiche, bzw. bei der Verwendung von Packungen in vier Packungsbetten, zu unterteilen und die Trennwand auf Höhe des zweiten und des dritten Bereiches vorzusehen.
In dem ersten und dem zweiten Teilabschnitt werden vorzugsweise Stoffaustauschelemente eingesetzt, die den gleichen Druckabfall für das aufsteigende Gas bewirken.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:
Figur 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Figur 2 eine andere Ausführungsform gemäß der Erfindung, Figur 3 die der Rohargonsäule zuzuführende spezifische Dampfmenge in Abhängigkeit von deren Argonkonzentration und
Figur 4 die Argonausbeute in Abhängigkeit von der Argonkonzentration in dem der Rohargonsäule zugeführten Dampf.
In Figur 1 ist der Rektifikationsteil einer Tieftemperaturluftzerlegungsanlage mit Argongewinnung dargestellt. Einsatzluft 1 wird, nach entsprechender Reinigung und Abkühlung, in die Drucksäule 2 eingeleitet. Die sich im Sumpf der Drucksäule 2 ansammelnde sauerstoffangereicherte Flüssigkeit wird über Leitung 3 in die Niederdrucksäule 4 überführt. Die Niederdrucksäule 4 ist als Trennwandkolonne ausgeführt. Als Rektifikationselemente sind in der Niederdrucksäule 4 Packungen vorgesehen, die in mehreren übereinander liegenden Betten 19, 20, 21 , 22 angeordnet sind, die jeweils eine Höhe von etwa 6 m haben. Zwischen je zwei Betten sind Sammler/Verteiler 23, 24, 25, 26, 27 zum Sammeln und Verteilen der in der Niederdrucksäule 4 nach unten fließenden Flüssigkeit vorgesehen.
In einem mittleren Bereich der Niederdrucksäule 4 ist eine Trennwand 5 so angeordnet, dass die Niederdrucksäule 4 in zwei Teilabschnitte 6, 7 unterteilt wird. Die Trennwand 5 erstreckt sich dabei über die Gesamtlänge der beiden mittleren
Packungsbetten 20 und 21. Ein Gas- und Flüssigkeitsaustausch zwischen den beiden abgetrennten Teilabschnitten 6, 7 ist in diesem Bereich nicht möglich.
Die Betten 19 und 22 unterhalb und oberhalb der abgetrennten Teilabschnitte 6, 7 erstrecken sich dagegen über den gesamten Querschnitt der Niederdrucksäule 4, so dass die in den beiden Teilabschnitten 6, 7 getrennt aufsteigenden bzw. herabfließenden Gas- bzw. Flüssigkeitsströme wieder zusammengeführt werden.
Der Niederdrucksäule 4 wird in den abgeteilten Teilabschnitt 6 über Leitung 3 Sumpfflüssigkeit aus der Drucksäule 2 zugeführt. Über Leitung 12 kann zudem Turbinenluft in die Niederdrucksäule 4 eingeleitet werden. Am Kopf der Niederdrucksäule 4 kann über Leitung 8 gasförmiger Produktstickstoff gewonnen werden. Ferner ist oberhalb der abgeteilten Teilabschnitte 6, 7 ein Abzug 9 für Unreinstickstoff vorgesehen. Aus dem Sumpf der Niederdrucksäule 4 kann über die Leitungen 10 und 11 gasförmiger beziehungsweise flüssiger Produktsauerstoff entnommen werden.
In den beiden Teilabschnitten 6 und 7 sind Packungen mit gleicher spezifischer Oberflächen eingebaut. Der in der Niederdrucksäule 4 aufsteigende Dampf erfährt somit in beiden Teilabschnitten 6, 7 denselben Druckverlust. Die herabfließende
Flüssigkeit wird auf die beiden Teilabschnitte 6, 7 mittels der Verteiler 24, 25 verteilt. Vorzugsweise wird auf beide Teilabschnitte 6, 7 dieselbe Flüssigkeitsmenge aufgegeben. Zur Optimierung der Verfahrensführung kann es aber durchaus sinnvoll sein, in den Teilabschnitten 6 und 7 unterschiedliche Flüssigkeitsdurchsätze vorzusehen. Die Verteilung des aufsteigenden Dampfes auf die beiden Teilabschnitte 6, 7 stellt sich von Vorteil in Abhängigkeit von den entgegenströmenden Flüssigkeitsmengen und den Druckverlusten in den Packungsbetten 20, 21 von selbst ein.
Aus dem Teilabschnitt 7 wird ein im wesentlichen Argon und Sauerstoff enthaltender Strom 13 mit einer Argonkonzentration von 35 % abgezogen und in eine mit Packungen versehene Rohargonsäule 14 eingeleitet. In der Rohargonsäule 14 wird das Sauerstoff-Argon-Gemisch rektifiziert. Am Kopf der Rohargonsäule 14 wird das entstandene Argon in einem Kopfkondensator 15 kondensiert und zum Teil als Produkt 16 mit einem Restsauerstoffgehalt von weniger als 10 ppm gewonnen, zum Teil 17 als Rücklaufflüssigkeit wieder auf die Rohargonsäule 14 aufgegeben. Im Sumpf der Rohargonsäule 14 sammelt sich flüssiger Sauerstoff, der über Leitung 18 in den abgeteilten Teilabschnitt 7 der Niederdrucksäule 4 zurückgeführt wird.
In der Niederdrucksäule 4 sind durch die Trennwand 5 die Zuspeisungen von
Sumpfflüssigkeit 3 aus der Drucksäule 2 und Turbinenluft 12 von dem Argonabzug 13 abgetrennt. Auf diese Weise können in dem Argonabzug 13 deutlich höhere Argonkonzentrationen eingestellt werden als in Säulen ohne Trennwand.
In Figur 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der anstelle der
Trennwand 5 eine parallele Seitenkolonne 30 vorgesehen ist. Gleiche Elemente sind in beiden Figuren mit denselben Bezugsziffern versehen.
Die Niederdrucksäule 4 ist in diesem Fall ohne Trennwand ausgeführt. Die aus dem Rektifikationsabschnitt 22 herabfließende Flüssigkeit wird zum einen mittels des Verteilers 24 auf die Betten 20, 21 verteilt, die den ersten Teilabschnitt bilden. Der zweite Teilabschnitt wird durch die Seitenkolonne 30 realisiert. Ein Teil der aus dem Packungsbett 22 herabfließenden Flüssigkeit wird über Leitung 31 aus der Niederdrucksäule 4 abgezogen und der Seitenkolonne 30 am Kopf zugeführt. Am Kopf der Seitenkolonne 30 entstehendes Gas wird über Leitung 32 oberhalb des
Packungsbettes 21 in die Niederdrucksäule 4 zurückgeführt. Entsprechend wird mittels der Leitung 33 Flüssigkeit von der Seitenkolonne 30 in die Niederdrucksäule 4 beziehungsweise mittels der Leitung 34 Gas von der Niederdrucksäule 4 in die Seitenkolonne 30 geleitet. Die Verfahrensweisen bei den Ausführungsformen nach Figur 1 und Figur 2 sind gleich, wobei lediglich in Figur 2 die Rektifizierabschnitte 20, 21 der Niederdrucksäule 4 den ersten Teilabschnitt 6 und die Seitenkolonne 30 den zweiten Teilabschnitt 7 darstellen. Entsprechend werden die Ströme 3, 12 in die Niederdrucksäule 4 eingeleitet, während der argonhaltige Strom 13 der Seitenkolonne 30 entnommen wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde durch Simulationen die der Rohargonsäule 14 zuzuführende spezifische, d.h. die auf die Argonproduktmenge bezogene Dampfmenge in Abhängigkeit von der Argonkonzentration des Dampfes bestimmt. Die ermittelte Abhängigkeit ist in Figur 3 dargestellt. Dabei wurde von einer Argonproduktreinheit von 98,5 % und einer konstanten Argonausbeute, d.h. einem konstanten Verhältnis von Argonprodukt zur Argonmenge in der Einsatzluft, ausgegangen.
Die durchgezogene Kurve zeigt die theoretische Mindestdampfmenge bei unendlicher theoretischer Bodenzahl. Die gestrichelte Kurve gibt den Verlauf der für eine theoretische Bodenzahl von 50 berechneten Zustände an. Beide Kurven haben im wesentlichen den gleichen Verlauf. Aus der Kurve für endliche Bodenzahl ist jedoch zu entnehmen, dass in diesem Fall gegenüber der theoretischen Kurve etwa 30 bis 40 % größere Dampfmengen eingesetzt werden müssen.
Beide Kurven zeigen, dass zunächst mit steigender Argonkonzentration immer weniger Dampf in die Rohargonsäule 14 überführt werden muss, um Argon gewünschter Reinheit und Menge zu erhalten. Die Kurven nähern sich aber bei etwa 50 % Argonkonzentration jeweils einem unteren Grenzwert an. Bei höheren
Argonkonzentrationen ist keine beziehungsweise nur noch eine geringfügige weitere Absenkung der zuzuführenden Dampfmenge zu erwarten.
Infolge der sinkenden Dampfmenge bei steigender Argonkonzentration in dem Speisestrom zur Rohargonsäule 14 kann diese in ihrem Durchmesser entsprechend geringer ausgeführt werden kann. Die Verringerung der Dampf menge ist jedoch nur bis zu einer Argonkonzentration von etwa 50% zu beobachten. Bei einer Erhöhung der Konzentration auf über 50 % lässt sich dagegen unter den vorliegenden Bedingungen keine weitere Verringerung der Dampfmenge erzielen, so dass auch keine weitere Verkleinerung des Rohargonsäulenquerschnitts erreicht werden kann. Der mit der Konzentrationserhöhung einhergehende Regelungsaufwand in der Niederdrucksäule steigt jedoch deutlich an.
Auch die Anzahl der theoretischen Böden in der Rohargonsäule 14 kann durch eine Erhöhung der Argonkonzentration in dem zuzuführenden Dampf 13 bei einer gewünschten Produktreinheit von 98,5 % nicht wesentlich gesenkt werden, da bei hohen Produktreinheiten die Anzahl der Böden durch die zu erzielende Endkonzentration und nicht durch die Ausgangskonzentration bestimmt wird.
Die Niederdrucksäule 4 wird erfindungsgemäß so betrieben, dass im Seitenabzug 13 eine Argonkonzentration von 45 % erreicht wird. Bei dieser Konzentration kann die in die Rohargonsäule 14 eingeleitete Dampfmenge minimiert und der Durchmesser der Rohargonsäule 14 entsprechend der Dampfmenge verringert werden.
|n Figur 4 ist die Argonausbeute in Abhängigkeit von der Argonkonzentration des in die Argonsäule eingespeisten Dampfes dargestellt. Die durchgezogene Kurve gibt die berechneten Werte für eine kurze Trennwand, die gestrichelte Kurve für eine lange Trennwand wieder. Die Bodenzahl in der Niederdrucksäule wurde dabei konstant gehalten.
An der durchgezogenen Kurve erkennt man, dass die Argonausbeute in einem Bereich zwischen 10 und 25 % Argonkonzentration im zugespeisten Dampf im wesentlichen konstant bleibt. Die Kurve bricht bei 25 % ab, da mit der angenommenen Trennwandlänge keine höheren Argonkonzentrationen erzielbar sind. Bei einer längeren Trennwand, die der Berechnung der gestrichelten Kurve zugrunde gelegt wurde, ist auch im Bereich höherer Argonkonzentrationen über 30 % bis zu 90 % eine im wesentlichen konstante Argonausbeute festzustellen. Eine Erhöhung der Argonkonzentration wirkt sich demgemäß nicht negativ auf die Ausbeute aus.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Gewinnung von Argon durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Rektifiziersystem, das drei in Reihe angeordnete Rektifizierabschnitte aufweist, wobei der erste und der zweite sowie der zweite und der dritte Rektifizierabschnitt jeweils gas- und flüssigkeitsseitig miteinander verbunden sind, und wobei der zweite Rektifizierabschnitt zwei Teilabschnitte aufweist, die gas- und flüssigkeitsseitig nicht miteinander verbunden sind und parallel durchströmt werden, wobei in den ersten der zwei Teilabschnitte ein Sauerstoff und Argon enthaltendes Fluid eingeleitet wird und dem zweiten der zwei Teilabschnitte ein Sauerstoff und Argon enthaltender Strom entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Argonkonzentration in dem dem zweiten Teilabschnitt (7, 30) entnommenen Strom (13) zwischen 15 % und 50 %, bevorzugt zwischen 15 % und 40 %, besonders bevorzugt zwischen 20 % und 35 %, liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rektifiziersystem zumindest eine Luftzerlegersäule (4) mit drei in Reihe angeordneten Rektifizierabschnitten (19, 20, 21, 22) aufweist, wobei der zweite Rektifizierabschnitt (20, 21) eine in Säulenlängsrichtung verlaufende Trennwand (5) besitzt, wodurch die Luftzerlegersäule (4) auf Höhe der Trennwand (5) in einen ersten (6) und einen zweiten Teilabschnitt (7) unterteilt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Rektifiziersystem zumindest eine erste Luftzerlegersäule (4) und eine zweite Säule (30) aufweist, die an ihrem oberen und ihrem unteren Ende gas- und flüssigkeitsseitig mit
Zwischenstellen der ersten Luftzerlegersäule (4) verbunden sind, wobei der zwischen den Zwischenstellen der ersten Luftzerlegersäule gelegene Abschnitt (20, 21) und die zweite Säule (30) die beiden Teilabschnitte bilden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten Säule (30) der Sauerstoff und Argon enthaltende Strom (13) entnommen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dem zweiten Teilabschnitt (7, 30) entnommene Strom (13) einer Rohargonsäule (14) zugeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Sumpfflüssigkeit aus der Rohargonsäule (14) in den zweiten Teilabschnitt (7, 30) zurückgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass Argon mit einer Reinheit von mehr als 95 %, bevorzugt mehr als 98 %, in der Rohargonsäule (14) gewonnen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Argon mit einem Sauerstoffgehalt von weniger als 10 ppm in der Rohargonsäule (14) gewonnen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohargonsäule (14) mehr als 100, bevorzugt 150 bis 200 theoretische Böden aufweist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Rektifizierabschnitten (19, 20, 21, 22) zumindest zum Teil Packungen zur Rektifikation eingesetzt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sauerstoff und Argon enthaltende Fluid jeweils zwischen zwei Rektifizierabschnitten gesammelt und / oder verteilt wird (23, 24, 25, 26, 27).
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem Rektifiziersystem gasförmig aufsteigende, Sauerstoff und Argon enthaltende Fluid im ersten und im zweiten Teilabschnitt (6, 7) denselben
Druckverlust erfährt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Rektifiziersystem eine Drucksäule (2) und eine Niederdrucksäule (4) aufweist, wobei die Trennwand (5) in der Niederdrucksäule (4) angeordnet ist, und wobei in den ersten Teilabschnitt (6) ein mit Sauerstoff angereichertes Fluid (3) aus der Drucksäule (2) eingeleitet wird.
EP03722379A 2002-04-12 2003-04-01 Verfahren zur gewinnung von argon durch tieftemperaturluftzerlegung Withdrawn EP1495274A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP03722379A EP1495274A1 (de) 2002-04-12 2003-04-01 Verfahren zur gewinnung von argon durch tieftemperaturluftzerlegung

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2002116269 DE10216269A1 (de) 2002-04-12 2002-04-12 Verfahren zur Gewinnung von Argon durch Tieftemperaturluftzerlegung
DE10216269 2002-04-12
EP02011058 2002-05-17
EP02011058 2002-05-17
EP03722379A EP1495274A1 (de) 2002-04-12 2003-04-01 Verfahren zur gewinnung von argon durch tieftemperaturluftzerlegung
PCT/EP2003/003395 WO2003087686A1 (de) 2002-04-12 2003-04-01 Verfahren zur gewinnung von argon durch tieftemperaturluftzerlegung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1495274A1 true EP1495274A1 (de) 2005-01-12

Family

ID=29251755

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP03722379A Withdrawn EP1495274A1 (de) 2002-04-12 2003-04-01 Verfahren zur gewinnung von argon durch tieftemperaturluftzerlegung

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20060005574A1 (de)
EP (1) EP1495274A1 (de)
JP (1) JP2005527767A (de)
KR (1) KR20040101453A (de)
CN (1) CN1646869A (de)
AU (1) AU2003229590A1 (de)
CA (1) CA2502706A1 (de)
RU (1) RU2303211C2 (de)
WO (1) WO2003087686A1 (de)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011111630A1 (de) * 2011-08-25 2013-02-28 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperatur-Zerlegung eines Fluidgemischs
WO2013131559A1 (en) 2012-03-06 2013-09-12 Air Products And Chemicals, Inc. Structured packing
CN105555380B (zh) * 2013-07-18 2017-11-14 Lg化学株式会社 蒸馏装置
JP6204231B2 (ja) * 2014-03-11 2017-09-27 大陽日酸株式会社 空気液化分離装置及び方法
PL3133361T3 (pl) * 2015-08-20 2018-11-30 Linde Aktiengesellschaft System kolumn destylacyjnych i urządzenie do wytwarzania tlenu przez niskotemperaturowy rozkład powietrza
CN112955707B (zh) * 2018-10-23 2023-01-24 林德有限责任公司 用于低温分离空气的方法和设备
WO2023140986A1 (en) 2022-01-19 2023-07-27 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Compositions containing tri-cyclopentadiene and processes for making same
CN114923313B (zh) * 2022-05-17 2024-02-09 陕西聚能新创煤化科技有限公司 粗氩精制液氩系统及其精制工艺

Family Cites Families (9)

* 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
US5755933A (en) * 1995-07-24 1998-05-26 The M. W. Kellogg Company Partitioned distillation column
US5970742A (en) * 1998-04-08 1999-10-26 Air Products And Chemicals, Inc. Distillation schemes for multicomponent separations
BR9906366A (pt) * 1998-04-21 2000-09-19 Air Liquide Processo e unidade de destilação de ar com produção de argÈnio
US5946942A (en) * 1998-08-05 1999-09-07 Praxair Technology, Inc. Annular column for cryogenic rectification
US6138474A (en) * 1999-01-29 2000-10-31 Air Products And Chemicals, Inc. Argon production control through argon inventory manipulation
US6250106B1 (en) * 1999-12-13 2001-06-26 Air Products And Chemicals, Inc. Process for separation of multicomponent fluids using a multizone distallation column
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
FR2831953B1 (fr) * 2001-11-05 2004-09-24 Air Liquide Procede de distillation d'air avec production d'argon et installation de distillation d'air correspondante

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO03087686A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
KR20040101453A (ko) 2004-12-02
CA2502706A1 (en) 2003-10-23
US20060005574A1 (en) 2006-01-12
RU2303211C2 (ru) 2007-07-20
RU2004133324A (ru) 2006-01-27
JP2005527767A (ja) 2005-09-15
AU2003229590A1 (en) 2003-10-27
CN1646869A (zh) 2005-07-27
WO2003087686A1 (de) 2003-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0628777B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Argon
EP0299364B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung durch Rektifikation
EP0636237B1 (de) Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungsanlage
DE69907822T2 (de) Ringspaltsäule für kryogenische Rektifikation
EP0669508B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von reinem Argon
DE10228111A1 (de) Luftzerlegungsverfahren und -anlage mit Mischsäule und Krypton-Xenon-Gewinnung
EP1495274A1 (de) Verfahren zur gewinnung von argon durch tieftemperaturluftzerlegung
DE60004450T2 (de) Kryogenisches Rektifikationsystem zur Herstellung von hochreinem Sauerstoff
EP0607887A2 (de) Anlage und Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und Flüssigkeitsverteiler für eine Stoffaustauschsäule
EP3327393A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur gewinnung eines hochreinsauerstoffproduktstroms durch tieftemperaturzerlegung von luft
DE69631467T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur abtrennung von argon
EP0768503A2 (de) Dreifachsäulenverfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP3207320A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur variablen gewinnung von argon durch tieftemperaturzerlegung
EP3159648B1 (de) Plattenwärmetauscher-kondensatorverdampfer und verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft
DE69723906T2 (de) Lufttrennung
DE60127145T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur kryogenischen Luftzerlegung
DE60125118T2 (de) System mit strukturierter Packung zur Minderung der Höhe einer Destillationskolonne
EP1037004B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Zerlegung eines Gasgemischs bei niedriger Temperatur
DE19855485A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung eines krypton- und/oder xenonangereicherten Gemischs durch Gegenstrom-Stoffaustausch
DE10216269A1 (de) Verfahren zur Gewinnung von Argon durch Tieftemperaturluftzerlegung
DE60019007T2 (de) Rezirkulation einer zwischengelagerten Flüssigkeit beim Wiederanfahren einer Argonsäule
DE60213121T2 (de) Luftdestillationsverfahren mit argonherstellung und die entsprechende luftdestillationseinheit
DE60018176T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur argonerzeugung durch tieftemperaturluftzerleggung
WO2023083488A1 (de) Verfahren und anordnung zur erzeugung eines argonprodukts und eines sauerstoffprodukts und verfahren zum umrüsten einer oder mehrerer luftzerlegungsanlagen
DE3514365C2 (de) Destillationssystem, bestehend aus zwei Destillationskolonnen zur destillativen energiegünstigen Zerlegung eines aus mehreren Fraktionen bestehenden Zulaufproduktes

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20040812

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL LT LV MK

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: LINDE AG

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20091031