EP2211131A1 - Method for operating an air segmentation assembly - Google Patents

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EP2211131A1
EP2211131A1 EP09151023A EP09151023A EP2211131A1 EP 2211131 A1 EP2211131 A1 EP 2211131A1 EP 09151023 A EP09151023 A EP 09151023A EP 09151023 A EP09151023 A EP 09151023A EP 2211131 A1 EP2211131 A1 EP 2211131A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
product
oxygen
air
air separation
line
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Withdrawn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
EP09151023A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dirk Jusczyk
Witold Balczarczyk
Lothar Frohne
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
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Priority to EP09151023A priority Critical patent/EP2211131A1/en
Publication of EP2211131A1 publication Critical patent/EP2211131A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F25J2245/42—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being nitrogen
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    • F25J2245/58—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being argon or crude argon

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating an air separation plant and a device having an air separation plant for providing an oxygen product with a predetermined oxygen concentration.
  • blast furnaces are usually operated with oxygen-enriched air to ensure a more efficient oxidation and reduction reaction.
  • air separation plants were built near the blast furnace facilities to provide suitable oxygen-enriched air for the blast furnace process.
  • Modern air separation plants usually provide, especially if air components such as argon are rectified, highly pure oxygen products of a molar content of over 99% oxygen ready. For most industrial applications, however, no correspondingly high purity oxygen is used, for example in combustion processes. The provision of such an excess oxygen product by the air separation plant may therefore be inefficient.
  • a method for operating an air separation plant, the air separation plant providing a high purity oxygen product having a predetermined oxygen content and at least one further air separation product.
  • a pretreatment and supply of ambient air in an air separation process of the air separation plant takes place as pressurized process air.
  • the high purity oxygen product is mixed with the process air to form a supply oxygen product having a predetermined oxygen content.
  • ASU Air Separation Units
  • the high-purity nitrogen extracted from an air separation plant usually has only 1 ppm (parts per million) oxygen content.
  • the pretreatment and supply of ambient air as pressurized process air often includes the filtering of ambient air, compressing this filtered ambient air and in particular the cleaning and cooling z.
  • the process air is substantially free of dust particles, furthermore, sulfur oxides and ammonia are washed out and any hydrocarbons present in the ambient air and CO 2 are removed from the air, for example, by molecular sieve absorbers.
  • the air separation process carried out in the air separation plant is usually based on the Linde process, can be performed by a Zweiklaklaapparat and preferably takes place according to the principle of internal compression.
  • the further air separation product such as a nitrogen product
  • a nitrogen product can be easily removed from the rectification cycle of the air separation plant. Since in particular nitrogen is present in a particularly pure degree (with only 1 ppm oxygen content), a particularly precise adjustment of the oxygen content for the delivery oxygen product is possible.
  • a particularly well-defined delivery oxygen product can be achieved for the customer.
  • a noble gas product such as argon
  • argon is used as a further air separation product. If oxidation or combustion processes are operated with the delivery oxygen product of the predetermined oxygen concentration, the generation of harmful nitrogen oxides can practically be prevented by mixing the high-purity or excess oxygen product from the air separation process with argon.
  • An apparatus for providing a delivery oxygen product having a predetermined oxygen content comprises an air separation plant which provides a high purity oxygen product having a predetermined oxygen content and at least one further air separation product. It is an air cleaning and drying device for providing pretreated process air and a mixing device for mixing the high-purity oxygen product with the process air and / or the further air separation product to a Delivery oxygen product provided with a predetermined oxygen content.
  • a corresponding device is particularly suitable for carrying out one of the methods described above for operating an air separation plant.
  • the device may, for. B. have a control center device for controlling the air separation plant and the mixing device, wherein the control center device is set up such that a method, as explained above, is performed.
  • the air separation process of the air separation apparatus contemplated herein provides a high purity oxygen product, that is, at least 99% oxygen content.
  • a high purity oxygen product that is, at least 99% oxygen content.
  • simple, usually one-column rectification plants are used. It is then also necessary, in order to obtain a delivery oxygen product with suitable oxygen content, to mix further, for example in gas cylinders, oxygen medium-purity process product. So far, no delivery products are considered with an oxygen content between 90% and 99%.
  • the supply oxygen product has an oxygen content of 98.5%.
  • the oxygen product with 98.5% is particularly suitable for use in glass engineering plants.
  • the oxygen content of the delivery oxygen product is between 99% and 99.5%.
  • the high purity oxygen product preferably has an oxygen content of 99.8%.
  • a computer program product which causes the implementation of a corresponding method for operating an air separation plant on a program-controlled computer or control device.
  • a program-controlled computer or control device is for example a PC or a computer of a control room for the control and regulation of plants, in particular air separation plants in question, is installed on the appropriate software.
  • the computer program product may, for example, be implemented in the manner of a data carrier, such as a USB stick, floppy disk, CD-ROM, DVD, or else be implemented on a server device as a downloadable program file.
  • the device 1 comprises an air separation plant 2, which rectifies ambient air or subjects it to countercurrent distillation.
  • an air separation plant 2 comprises an air cleaning and drying device 3, which is supplied with ambient air via an ambient air line 6.
  • the air purification and drying device 3 filters dust particles and other disturbing for the air separation process components such as nitrogen or sulfur oxides and hydrocarbons from the ambient air and cools them off.
  • the thus pretreated ambient air is supplied as process air to a process air line 7, which in an air separation process, in the Fig. 1 designated by the reference numeral 4, and can be implemented by a code box.
  • An air separation process if properly implemented, will then supply a high purity oxygen product to an oxygen line 9, a high purity nitrogen product to a nitrogen line 10, and, with a suitable design of the code box, further argon to an argon line 11.
  • a suitable design of the code box further argon to an argon line 11.
  • At the air purification and drying device 3 will become more Process air tapped and provided on a process air line 8.
  • the ultrahigh-purity oxygen which is tapped on the oxygen line 9 is not necessary or undesirable.
  • commercial air separation plants that also have an argon cycle provide an oxygen product with 99.8% oxygen content.
  • a mixing device 5 is provided, which via the oxygen line 9, the high-purity oxygen product of 99.8% oxygen and the pretreated via the process air line 8, ie purified and dried process air, which is also suitable for the actual air separation supplied.
  • a delivery oxygen product is now produced by "diluting" the high-purity oxygen product from the line 9 with the process air from the line 8, which has the desired oxygen concentration of, for example, 98.5% oxygen.
  • This delivery oxygen product is provided to an output line 12 the actual customer.
  • a control center computer 100 which controls the components of the air separation plant 2 and the mixing device 5 via suitable control signals CT1, CT2 such that the desired quantities and flows of the high-purity oxygen product and the process air with each other are mixed and present as delivery oxygen product on the output line 12.
  • the apparatus 101 in turn comprises an air separation plant 2 which is adapted to accept ambient air from a raw air conduit 6 and to supply a high purity nitrogen product to a nitrogen conduit 10 via an air separation process, such as a Linde internal compression process, to an oxygen conduit 9 supply and on an argon line 11 to deliver an argon product.
  • an air separation plant 2 which is adapted to accept ambient air from a raw air conduit 6 and to supply a high purity nitrogen product to a nitrogen conduit 10 via an air separation process, such as a Linde internal compression process, to an oxygen conduit 9 supply and on an argon line 11 to deliver an argon product.
  • a portion of the nitrogen of the line 13 is branched off and fed to a mixing device 5.
  • the mixing device 5 is further supplied to the high-purity oxygen product through the line 9.
  • the nitrogen product on line 14 is retrievable.
  • the mixer 5 mixes the high purity oxygen product of the conduit 9 with the high purity nitrogen product of the conduit 13 to provide a desired delivery oxygen product having the oxygen concentration or a desired oxygen content of, for example, 98.5% at the discharge conduit 12.
  • a desired delivery oxygen product having the oxygen concentration or a desired oxygen content of, for example, 98.5% at the discharge conduit 12.
  • only the nitrogen product of the line 13 is mixed with the oxygen product of the line 9.
  • a third variant of a device for providing an oxygen product with a predetermined oxygen content is shown schematically.
  • the device 102 points, as already to the Fig. 1 and 2 explains, an air separation plant 2, which is supplied via a raw air line 6 ambient air.
  • the air separation plant 2 supplies an oxygen line 9 with a high-purity oxygen product, for example with an oxygen content of 99.8%.
  • a nitrogen line 10 a nitrogen product with, for example, only 1ppm oxygen can be tapped off, and on an argon line 11, liquid argon is supplied with only 1 ppm oxygen or 1 ppm nitrogen.
  • the mixing device 5 is fed via the branched argon line 15 to an argon product, ie a noble gas, and via the oxygen line 9 the high-purity oxygen product.
  • the high purity oxygen product is diluted with the argon product and provided at the delivery conduit 12 as a delivery oxygen product for the customer.
  • the delivery oxygen product then has, for example, a composition of 98.5% oxygen and 1.5% argon.
  • the high-purity oxygen product can be mixed with the further decomposition products in any desired composition.
  • the purity of the delivery oxygen product can be adapted to the requirements of the customer, which is different for example in refineries, blast furnaces, glass industry or natural gas burners.
  • FIG. 4 is a schematic representation of an air separation plant shown with a first variant of a mixing device for providing an oxygen product with a predetermined oxygen content.
  • the Fig. 4 shows a device 103 with typical elements of an air separation plant, which is particularly suitable for cryogenic argon production.
  • the plant or apparatus 103 essentially comprises a sucked ambient air cooling and washing means 20, molecular sieve absorbers 22 for purifying the cooled and prefiltered air, a main heat exchanger 28, the cold box 29 having a two-part column or rectification column 31 and optionally an argon circuit 30 for Argonrektbericht with corresponding columns 32, 33, 34.
  • the actual air separation plant deliver on an oxygen line 9, the high purity oxygen product with a concentration of 99.8% gaseous oxygen (GOX) and on a nitrogen line 10 high purity gaseous nitrogen (GAN) with a share of only 1ppm oxygen.
  • GOX gaseous oxygen
  • GAN high purity gaseous nitrogen
  • LOX high purity liquid oxygen
  • LIN liquid nitrogen
  • LAR liquid argon product
  • the cleaning system may include, for example, evaporative coolers operated with water.
  • the thus pre-cooled air is supplied via the air line 21 to a molecular sieve absorber 22 in order to achieve ultrafine drying and to remove carbon dioxide and hydrocarbon traces in the air.
  • the process air is conveyed via line 25, compressed in another compressor 26 and the line 27 the Main heat exchanger 28 supplied.
  • the rectification of the air is carried out in pure nitrogen, which is present at the top of the respective column, and there is oxygen-enriched fluid at the bottom of the column.
  • the reflux for the rectification is effected by condensation of the gaseous nitrogen in the column at the boiling oxygen in the Kondesor undergraduategang between the lower pressure column and the upper low-pressure column. A portion of the liquid nitrogen is used as reflux to the pressure column and the remainder is subcooled and fed to the top of the low pressure column.
  • the air separation plants as they are in the Fig. 4 are constructed in the vicinity of other industrial plants, which in particular require a special oxygen product.
  • a special oxygen product For example, for certain gas burners in the glass industry, supply oxygen products are needed at 98.5%.
  • the standard air separation unit on the oxygen product line 9 supplies an excessively pure oxygen product.
  • the high-purity oxygen product is present, for example, at a pressure of 1.15 bar.
  • a mixing device is provided in order to supply at a discharge line 49 a starting or delivery oxygen product having a desired oxygen concentration at, for example, an output pressure of 7.0 bar.
  • the process air is tapped behind the molecular sieve adsorber 22 via the branch process air line 38.
  • the process air which is also referred to as control or instrument air, is present at a pressure of about 4.5 - 5.2 bar and is supplied to the control valve 39.
  • the oxygen line 9 splits into two sub-lines 41, 42.
  • the line 42 is fed to a compressor or turbine 46, which brings the oxygen product to a discharge pressure of 7.0 bar.
  • the oxygen line 41 is guided into a mixing chamber 43, which is also connected via the line 40 to the control valve 39.
  • the mixing chamber 43 provides via the conduit 44 the high purity pilot or process blended oxygen product to the compressor 45 of the conduit 47 which provides the blended oxygen product.
  • the lines 47, 48 lead to the common output line 49. It is thus possible, by controlling or regulating the control valve 39, for example via the control center control, not shown, to intersect the over-pure oxygen product of the line 9 with already pressurized process air to the desired output concentration to achieve the delivery oxygen product with oxygen.
  • the system compared to conventional configurations more efficient, since the blending with process air more product on the delivery line 49 are available.
  • the desired concentration of oxygen is already present for further use, for example for gas burners. Due to the fact that the process air is already available at 4.5 bar for the decomposition process, mixing in the mixing chamber is particularly easy.
  • additional control valves for example in the oxygen line 41, can be provided.
  • a section of an air separation plant is shown with a second variant of a mixing device for providing an oxygen product with a predetermined oxygen content.
  • the main heat exchanger 28 and the cold box 29 is shown.
  • the main heat exchanger 28 is supplied through the control air line 23, 27, the air to be processed and then subjected in the cold box 29 with the rectification column 31 an air separation process. In essence, the same process steps as in terms of Fig. 4 explained.
  • a super-clean oxygen product can be tapped off and on a nitrogen line 10 high-purity nitrogen product.
  • the oxygen line 9 is first split into partial branches 51, 52, 53.
  • the oxygen lines 52, 53 are respectively supplied to compressors 56, 57, which lead via further oxygen lines 58, 59 to a common output line 61.
  • High purity nitrogen which is also frequently vented to the atmosphere, is subjected to compression by the compressor 50 and fed to a control valve 39.
  • the oxygen branch 51 and the compressed nitrogen product are fed to a mixing chamber 54, wherein the respective gas stream is adjusted depending on the desired oxygen concentration in the delivery oxygen product.
  • the oxygen product blended with the nitrogen in the mixing chamber 54 is supplied to a compressor 55 which is connected to the common discharge pipe 61 via an output pipe 60. At the output line 61 is now the blended with nitrogen high purity oxygen product in a concentration, as it is desired for further processing.
  • the high-purity oxygen at the line 9 as well as the high-purity nitrogen at the nitrogen line 10 are usually at a pressure of 1.15 bar. Therefore, a compression of the nitrogen product by the compressor 40 to about 6 bar.
  • the after-compressors 55, 56, 57 then bring the delivery oxygen product to be supplied to the common delivery line 61 to an output pressure of 7 bar.
  • a compressor for example, offer four- or multi-stage turbocompressors.
  • the Fig. 6 shows an exemplary process flow diagram of an air separation plant, which provides further decomposition products in addition to oxygen.
  • Abgriffsstellen 62 shown for the further decomposition products, which are suitable for mixing the high-purity oxygen product.
  • tapping points 62 may be coupled either singly or together with a mixing device to intersect a delivery oxygen product from the high purity oxygen product at line 19 with further decomposition products and / or process air.
  • the tapping points 62 can be provided, for example, on the line 8, the process air, ie compressed and purified air leads.
  • a gaseous high purity nitrogen product may be used on the nitrogen line 10 for mixing with the high purity oxygen product.
  • the blending or mixing of the high-purity oxygen product on the line 9 with the argon product present on the line 35 is conceivable.
  • An air separation process with internal compaction is performed, further with an argon rectification. It is first sucked raw ambient air to the air line 6 and filtered in the filter 16 and compressed in a turbo compressor at, for example, about 6 bar. The filter 16 removes dust particles before entering the compressor 18. In a further stage, the sucked air is cleaned via a direct contact cooler 20A and trickle evaporator cooler 20B. In the direct contact cooler 20A, the sucked and compressed air is washed out so that contaminants are removed. The water used in the lines 86, 88 is cooled in the trickle evaporator 20B against dried nitrogen residual gas from the rectification process. In the molecular sieve absorbers 22A, 22B used alternately to allow regeneration of the molecular sieves, moisture, carbon dioxide or hydrocarbons are removed from the air in the conduit 21. Finally, process air is available in the lines 23, 89.
  • the air is brought in the heat exchanger 84 in countercurrent to the recovered from the rectification of residual oxygen gas in line 83 near the liquefaction temperature.
  • the cycle compressor 24 compresses the process air, which is cooled in the main heat exchanger 28 in countercurrent with the oxygen from the low pressure column 31A and the nitrogen from the condenser 73 by means of the inner compression pumps 75, 77.
  • the oxygen and nitrogen evaporate, which can then be tapped off as the respective product on the oxygen or nitrogen lines 9, 10.
  • the recompressed, substantially liquid air passes through a liquid separator 65 and is supplied to the lower part of the column 31B through the line 71.
  • the liquid oxygen is supplied via the line 74
  • the liquid nitrogen is supplied via the line 76 to the inner compression pumps 75, 77 and brought into the high-pressure heat exchanger 28.
  • the pressure column 31B the air is pre-decomposed so that an oxygen-rich sump is formed and a virtually pure nitrogen-containing overhead fraction is formed.
  • the evaporator capacitor combination 73 of the vaporizing pure oxygen is liquefied.
  • a portion of the nitrogen is fed to the pressure column 31B as reflux.
  • the upper low-pressure column 31A further decomposition of the prefractions into pure oxygen takes place as bottom product, which is tapped on the line 74 and pure nitrogen as the top product which can be tapped on the line 82.
  • Reinargon can also be obtained in further rectification steps, with oxygen-argon mixture taken from the low-pressure column 31A being prefractionated in the crude argon column 32. In this case, the remaining nitrogen in the pure argon column 33 is completely removed, so that practically pure argon drops as product on the line 35.
  • the points indicated by the box 62 are suitable for coupling to a mixing device, as exemplified in the preceding figures. Thus it is possible to blur the high purity oxygen product to a suitable oxygen concentration for the consumer as the delivery oxygen product.
  • the presented methods and plants are particularly suitable for the provision of oxygen products for refineries or natural gas burners which are to be fired with certain oxygen mixtures.

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Abstract

The method involves pre-treating and feeding ambient air as pressurized process air in an air separation process unit (4) of an air separation system (2), where the air separation system provides highly-pure oxygen product with oxygen content and air separation product. A mixing device (5) is used for mixing the highly-pure oxygen product with the process air and/or the air separation product to provide supply oxygen product with oxygen content. Nitrogen product or noble gas product i.e. argon product is provided as the air separation product by the air separation system. An independent claim is also included for a device for providing supply oxygen product with oxygen content by an air separation system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Luftzerlegungsanlage und eine Vorrichtung mit einer Luftzerlegungsanlage zur Bereitstellung eines Sauerstoffproduktes mit vorgegebener Sauerstoffkonzentration.The present invention relates to a method for operating an air separation plant and a device having an air separation plant for providing an oxygen product with a predetermined oxygen concentration.

In vielen modernen Industrieanlagen werden Industriegase, wie insbesondere Sauerstoff benötigt. Z. B. werden Hochöfen meist mit Sauerstoff-angereichter Luft betrieben, um eine effizientere Oxidation- und Reduktionsreaktion zu gewährleisten. Dazu wurden in der Vergangenheit Luftzerlegungsanlagen in der Nähe der Hochofenanlagen gebaut, um für den Hochofenprozess geeignete Sauerstoff-angereicherte Luft bereitzustellen.Many modern industrial plants require industrial gases, in particular oxygen. For example, blast furnaces are usually operated with oxygen-enriched air to ensure a more efficient oxidation and reduction reaction. In the past, air separation plants were built near the blast furnace facilities to provide suitable oxygen-enriched air for the blast furnace process.

In der Regel genügt bei Verbrennungsprozessen mit Sauerstoff-angereichter Luft ein Sauerstoffgehalt von 30% bis 40% aus. Daher hat man in der Vergangenheit nur einfache Luftzerleger, die in der Regel nach dem Einsäulenverfahren Luft rektifizieren und ein Sauerstoffprodukt mit einem Sauerstoffgehalt um die 40% liefern, eingesetzt. Die US 3,143,412 oder US 4,732,597 offenbaren beispielsweise Verfahren und Anlagen, um mittelreine Sauerstoffprodukte für Hochofenanwendungen bereitzustellen.As a rule, in combustion processes with oxygen-enriched air, an oxygen content of 30% to 40% is sufficient. Therefore, in the past, only simple air separators, which typically rectify air by the one-column process and provide an oxygen product with an oxygen content of around 40%, have been used. The US 3,143,412 or US 4,732,597 For example, disclose methods and equipment for providing medium purity oxygen products for blast furnace applications.

Moderne Luftzerlegungsanlagen stellen meist, wenn insbesondere auch Luftbestandteile, wie Argon rektifiziert werden, hochreine Sauerstoffprodukte von einem Molgehalt von über 99% Sauerstoff bereit. Für die meisten industriellen Anwendungen wird jedoch kein entsprechend hochreiner Sauerstoff, beispielsweise in Verbrennungsprozessen, verwendet. Die Bereitstellung von einem derart überreinen Sauerstoffprodukt durch die Luftzerlegungsanlage kann daher ineffizient sein.Modern air separation plants usually provide, especially if air components such as argon are rectified, highly pure oxygen products of a molar content of over 99% oxygen ready. For most industrial applications, however, no correspondingly high purity oxygen is used, for example in combustion processes. The provision of such an excess oxygen product by the air separation plant may therefore be inefficient.

Da oftmals empfindliche Oxidationsvorgänge mit dem von einer Luftzerlegungsanlage gelieferten Sauerstoffprodukt betrieben werden, ist es auch gewünscht, die übrigen Bestandteile des anschließend verwendeten Sauerstoffproduktes gezielt kontrollieren zu können, was bei dem Beispiel der Hochofenbefeuerung nicht nötig ist.Since often sensitive oxidation processes with that of a It is also desired to be able to selectively control the other constituents of the oxygen product subsequently used, which is not necessary in the example of blast furnace firing.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren oder eine Vorrichtung oder Anlage zum aufwandsgünstigen Bereitstellen eines Liefersauerstoffproduktes mit einem vorgegebenen Sauerstoffgehalt zu schaffen.It is therefore an object of the present invention to provide a method or a device or system for low-cost provision of a delivery oxygen product with a predetermined oxygen content.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 12 gelöst.This object is achieved by a method according to claim 1 and a device according to claim 12.

Demgemäß ist ein Verfahren zum Betreiben einer Luftzerlegungsanlage vorgesehen, wobei die Luftzerlegungsanlage ein hochreines Sauerstoffprodukt mit einem vorgegebenen Sauerstoffgehalt und zumindest ein weiteres Luftzerlegungsprodukt bereitstellt. Bei dem Verfahren erfolgt ein Vorbehandeln und Zuführen von Umgebungsluft in einen Luftzerlegungsprozess der Luftzerlegungsanlage als druckbeaufschlagte Prozessluft. Ferner wird das hochreine Sauerstoffprodukt mit der Prozessluft zu einem Liefersauerstoffprodukt mit einem vorgegebenen Sauerstoffgehalt gemischt.Accordingly, a method is provided for operating an air separation plant, the air separation plant providing a high purity oxygen product having a predetermined oxygen content and at least one further air separation product. In the method, a pretreatment and supply of ambient air in an air separation process of the air separation plant takes place as pressurized process air. Further, the high purity oxygen product is mixed with the process air to form a supply oxygen product having a predetermined oxygen content.

Übliche Luftzerlegungsanlagen, die auch als ASU (= Air Separation Units) bezeichnet werden, liefern hochreine Sauerstoffprodukte mit einem Sauerstoffgehalt von etwa 99,8 %. Allerdings versteht man auch noch unter einem Sauerstoffprodukt mit einem Sauerstoffgehalt von über 90% ein hochreines Sauerstoffprodukt.Conventional air separation units, also referred to as ASU (= Air Separation Units), provide high-purity oxygen products with an oxygen content of about 99.8%. However, even under an oxygen product with an oxygen content of over 90%, a high-purity oxygen product is understood.

Als weiteres Luftzerlegungsprodukt kommt insbesondere gasförmiger oder auch flüssiger Stickstoff in Frage. Der einer Luftzerlegungsanlage entnommene hochreine Stickstoff hat in der Regel lediglich 1ppm (parts per million) Sauerstoffgehalt.As a further air separation product is in particular gaseous or liquid nitrogen in question. The high-purity nitrogen extracted from an air separation plant usually has only 1 ppm (parts per million) oxygen content.

Das Vorbehandeln und Zuführen von Umgebungsluft als druckbeaufschlagte Prozessluft umfasst häufig das Filtern von Umgebungsluft, Verdichten dieser gefilterten Umgebungsluft und insbesondere die Reinigung und Abkühlung z. B. durch Verdunstungskühler und Molekularsiebabsorber, um die Prozessluft zu erzeugen. Die Prozessluft ist im Wesentlichen frei von Staubpartikeln, ferner sind Schwefeloxyde und Ammoniak herausgewaschen und etwaige in der Umgebungsluft vorliegende Kohlenwasserstoffe und CO2 werden zum Beispiel durch Molekularsiebabsorbern aus der Luft entfernt. Der in der Luftzerlegungsanlage durchgeführte Luftzerlegungsprozess orientiert sich üblicherweise am Linde-Verfahren, kann durch einen Zweisäulenapparat vollzogen werden und erfolgt vorzugsweise nach dem Prinzip der Innenverdichtung.The pretreatment and supply of ambient air as pressurized process air often includes the filtering of ambient air, compressing this filtered ambient air and in particular the cleaning and cooling z. Through evaporative coolers and molecular sieve absorbers to produce the process air. The process air is substantially free of dust particles, furthermore, sulfur oxides and ammonia are washed out and any hydrocarbons present in the ambient air and CO 2 are removed from the air, for example, by molecular sieve absorbers. The air separation process carried out in the air separation plant is usually based on the Linde process, can be performed by a Zweisäulenapparat and preferably takes place according to the principle of internal compression.

Es ist ein Vorteil, das hochreine Sauerstoffprodukt mit der Prozessluft zu dem Liefersauerstoffprodukt zu mischen, da die Prozessluft einerseits bereits gereinigt für die Luftzerlegungsanlage vorliegt und andererseits auch für den Luftzerlegungsprozess auf einen überhöhten Druck von z. B. etwa 4 bis 5 bar gebracht ist. Für Prozessluft sind auch die Bezeichnungen Steuerluft oder Instrumentenluft geläufig. Die Prozessluft wird in der Regel dem Hauptwärmetauscher der Luftzerlegungsanlage zugeführt und kann dort für Mischzwecke abgegriffen oder mit einer Leitung abgezweigt werden.It is an advantage to mix the high-purity oxygen product with the process air to the delivery oxygen product, since the process air already on the one hand already cleaned for the air separation plant and on the other hand for the air separation process to an excessive pressure of z. B. is brought about 4 to 5 bar. For process air, the terms control air or instrument air are also familiar. The process air is usually fed to the main heat exchanger of the air separation plant and can be tapped there for mixing purposes or branched off with a line.

Bei einer alternativen Variante eines Verfahren zum Betreiben einer Luftzerlegungsanlage, welche ein hochreines Sauerstoffprodukt mit einem vorgegebenen Sauerstoffgehalt und zumindest ein weiteres Luftzerlegungsprodukt bereitstellt, sind die Schritte vorgesehen: Vorbehandeln und Zuführen von Umgebungsluft in einen Luftzerlegungsprozess der Luftzerlegungsanlage als druckbeaufschlagte Prozessluft, und Mischen des hochreinen Sauerstoffprodukts mit dem weiteren Luftzerlegungsprodukt zu einem Liefersauerstoffprodukt mit einem vorgegebenen Sauerstoffgehalt.In an alternative variant of a method of operating an air separation plant which provides a high purity oxygen product having a predetermined oxygen content and at least one further air separation product, the steps of: pre-treating and supplying ambient air into an air separation process of the air separation plant as pressurized process air, and mixing the high purity oxygen product with the further air separation product to a delivery oxygen product with a predetermined oxygen content.

Das weitere Luftzerlegungsprodukt, wie beispielsweise ein Stickstoffprodukt, kann dem Rektifikationskreislauf der Luftzerlegungsanlage einfach entnommen werden. Da insbesondere Stickstoff in besonders reinem Grad vorhanden ist (mit nur 1 ppm Sauerstoffgehalt) wird eine besonders präzise Einstellung des Sauerstoffgehaltes für das Liefersauerstoffprodukt möglich. Beim Mischen oder Verschneiden des hochreinen Sauerstoffproduktes aus dem Luftzerlegungsprozess mit dem Stickstoffprodukt ist daher ein besonders wohldefiniertes Liefersauerstoffprodukt für den Kunden erzielbar.The further air separation product, such as a nitrogen product, can be easily removed from the rectification cycle of the air separation plant. Since in particular nitrogen is present in a particularly pure degree (with only 1 ppm oxygen content), a particularly precise adjustment of the oxygen content for the delivery oxygen product is possible. When mixing or blending the high-purity oxygen product from the air separation process with the nitrogen product, therefore, a particularly well-defined delivery oxygen product can be achieved for the customer.

Es ist auch denkbar, dass als weiteres Luftzerlegungsprodukt ein Edelgasprodukt, wie Argon, verwendet wird. Sofern Oxidations- oder Verbrennungsprozesse mit dem Liefersauerstoffprodukt der vorgegebenen Sauerstoffkonzentration betrieben werden, kann durch Vermischen des hochreinen oder überreinen Sauerstoffproduktes aus dem Luftzerlegungsprozess mit Argon das Entstehen von schädlichen Stickoxiden praktisch ausgeschlossen werden.It is also conceivable that a noble gas product, such as argon, is used as a further air separation product. If oxidation or combustion processes are operated with the delivery oxygen product of the predetermined oxygen concentration, the generation of harmful nitrogen oxides can practically be prevented by mixing the high-purity or excess oxygen product from the air separation process with argon.

Es ist auch möglich, das Vermischen mit Prozessluft und einem der weiteren Luftzerlegungsprodukte vorzunehmen. Allerdings kann auch ausschließlich ein Stickstoffprodukt als weiteres Luftzerlegungsprodukt mit dem hochreinen Sauerstoffprodukt gemischt werden, um für den jeweiligen weiteren Kundenprozess notwendige Sauerstoffkonzentration einzustellen.It is also possible to mix with process air and one of the other air separation products. However, only a nitrogen product can also be mixed as a further air separation product with the high-purity oxygen product in order to set the oxygen concentration necessary for the respective further customer process.

Eine Vorrichtung zur Bereitstellung von einem Liefersauerstoffprodukt mit einem vorgegebenen Sauerstoffgehalt umfasst eine Luftzerlegungsanlage, welche ein hochreines Sauerstoffprodukt mit einem vorgegebenen Sauerstoffgehalt und zumindest ein weiteres Luftzerlegungsprodukt bereitstellt. Es ist eine Luftreinigungs- und Trocknungseinrichtung zur Bereitstellung von vorbehandelter Prozessluft und eine Mischeinrichtung zum Mischen des hochreinen Sauerstoffproduktes mit der Prozessluft und/oder dem weiteren Luftzerlegungsprodukt zu einem Liefersauerstoffprodukt mit einem vorgegebenen Sauerstoffgehalt vorgesehen. Eine entsprechende Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Durchführung eines der vorstehend beschriebenen Verfahren zum Betreiben einer Luftzerlegungsanlage.An apparatus for providing a delivery oxygen product having a predetermined oxygen content comprises an air separation plant which provides a high purity oxygen product having a predetermined oxygen content and at least one further air separation product. It is an air cleaning and drying device for providing pretreated process air and a mixing device for mixing the high-purity oxygen product with the process air and / or the further air separation product to a Delivery oxygen product provided with a predetermined oxygen content. A corresponding device is particularly suitable for carrying out one of the methods described above for operating an air separation plant.

Die Vorrichtung kann z. B. eine Leitstelleneinrichtung zum Steuern der Luftzerlegungsanlage und der Mischeinrichtung aufweisen, wobei die Leitstelleneinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein Verfahren, wie vorstehend erläutert, durchgeführt wird.The device may, for. B. have a control center device for controlling the air separation plant and the mixing device, wherein the control center device is set up such that a method, as explained above, is performed.

Anders als bei bekannten Verfahren und Anlagen zum Betreiben einer Luftzerlegungsanlage zur Bereitstellung eines Liefersauerstoffproduktes, liefert der hier betrachtete Luftzerlegungsprozess des Luftzerlegers ein hochreines Sauerstoffprodukt, also mit mindestens 99% Sauerstoffgehalt. Bei konventionellen Vorgehensweise, wie es beispielsweise in der JP 2002-286361 beschrieben ist, werden einfache, meist Einsäulen-Rektifikationsanlagen verwendet. Es ist dann auch notwendig, um ein Liefersauerstoffprodukt mit geeignetem Sauerstoffgehalt zu gewinnen, weitere, beispielsweise in Gasflaschen vorliegenden Sauerstoff mittelreinen Prozessprodukt beizumischen. Bisher werden auch keine Lieferprodukte mit einem Sauerstoffgehalt zwischen 90% und 99% betrachtet.Unlike prior art methods and apparatus for operating an air separation plant to provide a delivery oxygen product, the air separation process of the air separation apparatus contemplated herein provides a high purity oxygen product, that is, at least 99% oxygen content. In conventional procedure, as for example in the JP 2002-286361 described, simple, usually one-column rectification plants are used. It is then also necessary, in order to obtain a delivery oxygen product with suitable oxygen content, to mix further, for example in gas cylinders, oxygen medium-purity process product. So far, no delivery products are considered with an oxygen content between 90% and 99%.

In einer bevorzugten Variante des Verfahrens zum Betreiben einer Luftzerlegungsanlage oder einer Vorrichtung zur Bereitstellung von einem Liefersauerstoffprodukt hat das Liefersauerstoffprodukt einen Sauerstoffgehalt von 98,5%. Das Sauerstoffprodukt mit 98,5% eignet sich insbesondere zur Verwendung in glastechnischen Anlagen.In a preferred variant of the method for operating an air separation plant or a device for providing a delivery oxygen product, the supply oxygen product has an oxygen content of 98.5%. The oxygen product with 98.5% is particularly suitable for use in glass engineering plants.

In einer weiteren bevorzugten Variante des Verfahrens zum Betreiben einer Luftzerlegungsanlage oder einer Vorrichtung zur Bereitstellung von einem Liefersauerstoffprodukt beträgt der Sauerstoffgehalt des Liefersauerstoffproduktes zwischen 99% und 99,5%. Dabei hat das hochreine Sauerstoffprodukt vorzugsweise einen Sauerstoffgehalt von 99,8%.In a further preferred variant of the method for operating an air separation plant or a device for providing a delivery oxygen product, the oxygen content of the delivery oxygen product is between 99% and 99.5%. The high purity oxygen product preferably has an oxygen content of 99.8%.

Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale, Verfahrensschritte oder Aspekte. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.Further possible implementations of the invention also include combinations of features, method steps or aspects described above or below with respect to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned. The skilled person will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the invention.

In einer Variante der Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt vorgesehen, welches die Durchführung eines entsprechenden Verfahrens zum Betreiben einer Luftzerlegungsanlage auf einer programmgesteuerten Rechner- oder Steuereinrichtung veranlasst. Als programmgesteuerte Rechner- oder Steuereinrichtung kommt zum Beispiel ein PC oder ein Rechner einer Leitwarte zur Steuerung und Regelung von Anlagen, insbesondere Luftzerlegungsanlagen, in Frage, auf dem entsprechende Software installiert ist. Das Computerprogrammprodukt kann beispielsweise in der Art eines Datenträgers wie zum Beispiel USB-Stick, Floppy-Disk, CD-ROM, DVD implementiert werden oder auch auf einer Servereinrichtung als herunterladbare Programmdatei implementiert sein.In a variant of the invention, a computer program product is provided, which causes the implementation of a corresponding method for operating an air separation plant on a program-controlled computer or control device. As a program-controlled computer or control device is for example a PC or a computer of a control room for the control and regulation of plants, in particular air separation plants in question, is installed on the appropriate software. The computer program product may, for example, be implemented in the manner of a data carrier, such as a USB stick, floppy disk, CD-ROM, DVD, or else be implemented on a server device as a downloadable program file.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.Further advantageous embodiments and aspects of the invention are the subject of the dependent claims and the embodiments of the invention described below. Furthermore, the invention will be explained in more detail by means of preferred embodiments with reference to the attached figures.

Es zeigt dabei:

  • Fig. 1: eine schematische Darstellung einer ersten Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einer ersten Variante zum Bereitstellen von einem Sauerstoffprodukt mit vorgegebenem Sauerstoffgehalt;
  • Fig. 2: eine schematische Darstellung einer zweiten Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einer zweiten Variante zum Bereitstellen von einem Sauerstoffprodukt mit vorgegebenem Sauerstoffgehalt;
  • Fig. 3: eine schematische Darstellung einer dritten Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einer dritten Variante zum Bereitstellen von einem Sauerstoffprodukt mit vorgegebenem Sauerstoffgehalt;
  • Fig. 4: eine schematische Darstellung einer Luftzerlegungsanlage mit einer Variante einer Mischeinrichtung zur Bereitstellung von einem Sauerstoffprodukt mit vorgegebenem Sauerstoffgehalt;
  • Fig. 5: eine Teildarstellung einer Luftzerlegungsanlage mit einer zweiten Variante einer Mischeinrichtung zur Bereitstellung von einem Sauerstoffprodukt mit vorgegebenem Sauerstoffgehalt; und
  • Fig. 6: ein beispielhaftes Verfahrensfließbild einer Luftzerlegungsanlage, die sich zur Durchführung eines Verfahrens zum Bereitstellen von einem Sauerstoffprodukt mit vorgegebenem Sauerstoffgehalt eignet.
It shows:
  • Fig. 1 a schematic representation of a first apparatus for performing a method according to a first variant for providing an oxygen product with a predetermined oxygen content;
  • Fig. 2 a schematic representation of a second device for carrying out a method according to a second variant for providing an oxygen product with a predetermined oxygen content;
  • Fig. 3 a schematic representation of a third device for carrying out a method according to a third variant for providing an oxygen product with a predetermined oxygen content;
  • Fig. 4 a schematic representation of an air separation plant with a variant of a mixing device for providing an oxygen product with a predetermined oxygen content;
  • Fig. 5 a partial representation of an air separation plant with a second variant of a mixing device for providing an oxygen product with a predetermined oxygen content; and
  • Fig. 6 : An exemplary process flow diagram of an air separation plant suitable for carrying out a method for providing an oxygen product with a predetermined oxygen content.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.In the figures, the same or functionally identical elements have been given the same reference numerals, unless stated otherwise.

In der Fig. 1 ist eine Variante einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines Sauerstoffproduktes mit vorgegebenem Sauerstoffgehalt schematisch dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Luftzerlegungsanlage 2, welche Umgebungsluft rektifiziert bzw. einer Gegenstromdestillation unterzieht. In der Regel umfasst eine Luftzerlegungsanlage 2 eine Luftreinigungs- und Trocknungseinrichtung 3, der über eine Umgebungsluftleitung 6 Umgebungsluft zugeführt wird. Die Luftreinigungs- und Trocknungseinrichtung 3 filtert Staubpartikel und andere für den Luftzerlegungsprozess störende Bestandteile wie Stick- oder Schwefeloxide und Kohlenwasserstoffe aus der Umgebungsluft heraus und kühlt diese auch ab. Die derart vorbehandelte Umgebungsluft wird als Prozessluft einer Prozessluftleitung 7 zugeführt, welche in einem Luftzerlegungsprozess, der in der Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet ist, und durch eine Code-Box implementiert werden kann.In the Fig. 1 a variant of a device for providing an oxygen product with a predetermined oxygen content is shown schematically. The device 1 comprises an air separation plant 2, which rectifies ambient air or subjects it to countercurrent distillation. As a rule, an air separation plant 2 comprises an air cleaning and drying device 3, which is supplied with ambient air via an ambient air line 6. The air purification and drying device 3 filters dust particles and other disturbing for the air separation process components such as nitrogen or sulfur oxides and hydrocarbons from the ambient air and cools them off. The thus pretreated ambient air is supplied as process air to a process air line 7, which in an air separation process, in the Fig. 1 designated by the reference numeral 4, and can be implemented by a code box.

Ein Luftzerlegungsverfahren bzw. -Prozess liefert dann bei geeigneter Implementierung ein hochreines Sauerstoffprodukt an einer Sauerstoffleitung 9, ein hochreines Stickstoffprodukt an einer Stickstoffleitung 10 und bei geeigneter Ausgestaltung der Code-Box ferner Argon an einer Argonleitung 11. An der Luftreinigungs- und Trocknungseinrichtung 3 wird weitere Prozessluft abgegriffen und an einer Prozessluftleitung 8 bereitgestellt.An air separation process, if properly implemented, will then supply a high purity oxygen product to an oxygen line 9, a high purity nitrogen product to a nitrogen line 10, and, with a suitable design of the code box, further argon to an argon line 11. At the air purification and drying device 3 will become more Process air tapped and provided on a process air line 8.

Für viele Anwendungen ist der höchstreine Sauerstoff, welcher an der Sauerstoffleitung 9 abgegriffen wird, nicht notwendig oder unerwünscht. Beispielsweise liefern handelsübliche Luftzerlegungsanlagen, die auch einen Argonkreislauf haben, ein Sauerstoffprodukt mit 99,8% Sauerstoffgehalt. Beispielsweise bei glasindustriellen Anwendungen wird lediglich eine Reinheit von 98,5% Sauerstoffgehalt benötigt. Daher ist eine Mischeinrichtung 5 vorgesehen, der über die Sauerstoffleitung 9 das hochreine Sauerstoffprodukt von 99,8 % Sauerstoff und der über die Prozessluftleitung 8 vorbehandelte, also gereinigte und getrocknete Prozessluft, die auch für die eigentliche Luftzerlegung geeignet ist, zugeführt. Mit der Mischeinrichtung 5 wird nun durch "Verdünnen" des hochreinen Sauerstoffproduktes aus der Leitung 9 mit der Prozessluft aus der Leitung 8 ein Liefersauerstoffprodukt erzeugt, das die gewünschte Sauerstoffkonzentration von beispielsweise 98,5% Sauerstoff hat. Dieses Liefersauerstoffprodukt wird an einer Ausgabeleitung 12 dem eigentlichen Abnehmer bereitgestellt.For many applications, the ultrahigh-purity oxygen which is tapped on the oxygen line 9 is not necessary or undesirable. For example, commercial air separation plants that also have an argon cycle provide an oxygen product with 99.8% oxygen content. For example, in glass-industrial applications only a purity of 98.5% oxygen content is needed. Therefore, a mixing device 5 is provided, which via the oxygen line 9, the high-purity oxygen product of 99.8% oxygen and the pretreated via the process air line 8, ie purified and dried process air, which is also suitable for the actual air separation supplied. With the mixing device 5, a delivery oxygen product is now produced by "diluting" the high-purity oxygen product from the line 9 with the process air from the line 8, which has the desired oxygen concentration of, for example, 98.5% oxygen. This delivery oxygen product is provided to an output line 12 the actual customer.

Um das Mischen der Prozessluft mit dem hochreinen Sauerstoffprodukt zu kontrollieren, ist ein Leitstellenrechner 100 vorgesehen, der über geeignete Steuersignale CT1, CT2 die Bestandteile der Luftzerlegungsanlage 2 und der Mischeinrichtung 5 derart steuert, dass die gewünschten Mengen und Flüsse des hochreinen Sauerstoffproduktes und der Prozessluft miteinander vermischt werden und als Liefersauerstoffprodukt an der Ausgabeleitung 12 vorliegen.In order to control the mixing of the process air with the high-purity oxygen product, a control center computer 100 is provided, which controls the components of the air separation plant 2 and the mixing device 5 via suitable control signals CT1, CT2 such that the desired quantities and flows of the high-purity oxygen product and the process air with each other are mixed and present as delivery oxygen product on the output line 12.

In der Fig. 2 ist eine zweite Variante einer Vorrichtung zum Bereitstellen von einem Sauerstoffprodukt mit vorgegebenem Sauerstoffgehalt schematisch dargestellt. Die Vorrichtung 101 weist wiederum eine Luftzerlegungsanlage 2 auf, die geeignet ist, Umgebungsluft an einer Rohluftleitung 6 anzunehmen und mittels eines Luftzerlegungsprozesses, beispielsweise einem Linde-Prozess mit Innenverdichtung, einer Sauerstoffleitung 9 ein hochreines Sauerstoffprodukt zu liefern, an einer Stickstoffleitung 10 ein hochreines Stickstoffprodukt zu liefern und an einer Argonleitung 11 ein Argonprodukt zu liefern.In the Fig. 2 a second variant of a device for providing an oxygen product with a predetermined oxygen content is shown schematically. The apparatus 101 in turn comprises an air separation plant 2 which is adapted to accept ambient air from a raw air conduit 6 and to supply a high purity nitrogen product to a nitrogen conduit 10 via an air separation process, such as a Linde internal compression process, to an oxygen conduit 9 supply and on an argon line 11 to deliver an argon product.

Von der Stickstoffleitung wird ein Teil des Stickstoffs der Leitung 13 abgezweigt und einer Mischeinrichtung 5 zugeführt. Der Mischeinrichtung 5 ist ferner das hochreine Sauerstoffprodukt durch die Leitung 9 zugeführt. Ferner ist das Stickstoffprodukt an der Leitung 14 abrufbar. Die Mischeinrichtung 5 vermischt das hochreine Sauerstoffprodukt der Leitung 9 mit dem hochreinen Stickstoffprodukt der Leitung 13, um ein gewünschtes Liefersauerstoffprodukt mit der Sauerstoffkonzentration bzw. einem gewünschten Sauerstoffgehalt von beispielsweise 98,5% an der Ausgabeleitung 12 bereitzustellen. Bei der in Fig. 2 dargestellten Variante wird ausschließlich das Stickstoffprodukt der Leitung 13 mit dem Sauerstoffprodukt der Leitung 9 vermischt.From the nitrogen line, a portion of the nitrogen of the line 13 is branched off and fed to a mixing device 5. The mixing device 5 is further supplied to the high-purity oxygen product through the line 9. Furthermore, the nitrogen product on line 14 is retrievable. The mixer 5 mixes the high purity oxygen product of the conduit 9 with the high purity nitrogen product of the conduit 13 to provide a desired delivery oxygen product having the oxygen concentration or a desired oxygen content of, for example, 98.5% at the discharge conduit 12. At the in Fig. 2 variant shown, only the nitrogen product of the line 13 is mixed with the oxygen product of the line 9.

In der Fig. 3 ist eine dritte Variante einer Vorrichtung zum Bereitstellen von einem Sauerstoffprodukt mit vorgegebenem Sauerstoffgehalt schematisch dargestellt. Die Vorrichtung 102 weist, wie bereits zu den Fig. 1 und 2 erläutert, eine Luftzerlegungsanlage 2 auf, der über eine Rohluftleitung 6 Umgebungsluft zugeführt wird. Die Luftzerlegungsanlage 2 liefert an einer Sauerstoffleitung 9 ein hochreines Sauerstoffprodukt, mit beispielsweise einem Sauerstoffgehalt von 99,8%. An einer Stickstoffleitung 10 ist ein Stickstoffprodukt mit beispielsweise nur 1ppm Sauerstoff abgreifbar, und an einer Argonleitung 11 wird flüssiges Argon mit nur 1ppm Sauerstoff oder einem 1ppm Stickstoff geliefert.In the Fig. 3 a third variant of a device for providing an oxygen product with a predetermined oxygen content is shown schematically. The device 102 points, as already to the Fig. 1 and 2 explains, an air separation plant 2, which is supplied via a raw air line 6 ambient air. The air separation plant 2 supplies an oxygen line 9 with a high-purity oxygen product, for example with an oxygen content of 99.8%. On a nitrogen line 10, a nitrogen product with, for example, only 1ppm oxygen can be tapped off, and on an argon line 11, liquid argon is supplied with only 1 ppm oxygen or 1 ppm nitrogen.

Der Mischeinrichtung 5 wird über die abgezweigte Argonleitung 15 ein Argonprodukt, d. h. ein Edelgas, zugeführt und über die Sauerstoffleitung 9 das hochreine Sauerstoffprodukt. In der Mischeinrichtung 5 wird beispielsweise mittels einem geeigneten Leitstellenrechner gesteuert, der in den Figuren 2 oder 3 nicht dargestellt ist, das hochreine Sauerstoffprodukt mit dem Argonprodukt verdünnt und an der Ausgabeleitung 12 als ein Liefersauerstoffprodukt für den Abnehmer bereitgestellt. Das Liefersauerstoffprodukt hat dann beispielsweise eine Zusammensetzung von 98,5% Sauerstoff und 1,5% Argon.The mixing device 5 is fed via the branched argon line 15 to an argon product, ie a noble gas, and via the oxygen line 9 the high-purity oxygen product. In the mixing device 5 is controlled for example by means of a suitable Leitstellenrechner, in the FIGS. 2 or 3 not shown, the high purity oxygen product is diluted with the argon product and provided at the delivery conduit 12 as a delivery oxygen product for the customer. The delivery oxygen product then has, for example, a composition of 98.5% oxygen and 1.5% argon.

Es ist ferner möglich, die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Misch- oder Verdünnungs- oder Verschnittverfahren zu kombinieren. D. h. je nach gewünschtem Sauerstoffgehalt für das Liefersauerstoffprodukt und dessen Verwendung können das hochreine Sauerstoffprodukt mit den weiteren Zerlegungsprodukten in beliebiger Zusammensetzung vermischt werden. Insbesondere kann die Reinheit des Liefersauerstoffproduktes an die Anforderungen des Kunden angepasst werden, die beispielsweise bei Raffinerien, Hochöfen, Glasindustrie oder Erdgasbrennern unterschiedlich ist.It is also possible that in the Fig. 1 to 3 mixing or dilution or blending procedures to be combined. Ie. Depending on the desired oxygen content for the delivery oxygen product and its use, the high-purity oxygen product can be mixed with the further decomposition products in any desired composition. In particular, the purity of the delivery oxygen product can be adapted to the requirements of the customer, which is different for example in refineries, blast furnaces, glass industry or natural gas burners.

In der Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer Luftzerlegungsanlage mit einer ersten Variante einer Mischeinrichtung zur Bereitstellung von einem Sauerstoffprodukt mit vorgegebenem Sauerstoffgehalt dargestellt. Die Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung 103 mit typischen Elementen einer Luftzerlegungsanlage, welche insbesondere zur kryogenschen Argonerzeugung geeignet ist. Die Anlage oder Vorrichtung 103 umfasst im Wesentlichen eine Kühl- und Wascheinrichtung 20 für angesaugte Umgebungsluft, Molekularsiebabsorber 22 zum Reinigen der abgekühlten und vorgefilterten Luft, einen Hauptwärmetauscher 28, die Cold-Box 29, die eine zweiteilige Kolonne oder Rektifikationssäule 31 aufweist und optional einen Argonkreislauf 30 zur Argonrektifikation mit entsprechenden Säulen 32, 33, 34. Die eigentliche Luftzerlegungsanlage liefer an einer Sauerstoffleitung 9 das hochreine Sauerstoffprodukt mit einer Konzentration von 99,8% gasförmigem Sauerstoff (GOX) und an einer Stickstoffleitung 10 hochreinen gasförmiger Stickstoff (GAN) mit einem Anteil von nur 1ppm Sauerstoff. An der Cold-Box 29, 30 ist ferner an einer Flüssigsauerstoffleitung 37 hochreiner flüssiger Sauerstoff (LOX) ebenfalls mit einer Reinheit von 99,8% abgreifbar, an einer Flüssigstickstoffleitung 36 hochreiner flüssiger Stickstoff (LIN) mit einer Verunreinigung von nur 1ppm Sauerstoff und an einer Flüssigargonleitung 35 flüssiges Argonprodukt (LAR) mit einer Verunreinigung von 1ppm Sauerstoff und/oder 1ppm Stickstoff abgreifbar.In the Fig. 4 is a schematic representation of an air separation plant shown with a first variant of a mixing device for providing an oxygen product with a predetermined oxygen content. The Fig. 4 shows a device 103 with typical elements of an air separation plant, which is particularly suitable for cryogenic argon production. The plant or apparatus 103 essentially comprises a sucked ambient air cooling and washing means 20, molecular sieve absorbers 22 for purifying the cooled and prefiltered air, a main heat exchanger 28, the cold box 29 having a two-part column or rectification column 31 and optionally an argon circuit 30 for Argonrektifikation with corresponding columns 32, 33, 34. The actual air separation plant deliver on an oxygen line 9, the high purity oxygen product with a concentration of 99.8% gaseous oxygen (GOX) and on a nitrogen line 10 high purity gaseous nitrogen (GAN) with a share of only 1ppm oxygen. At the cold box 29, 30 also high purity liquid oxygen (LOX) with a purity of 99.8% can be tapped on a liquid oxygen line 37, on a liquid nitrogen line 36 high purity liquid nitrogen (LIN) with an impurity of only 1 ppm oxygen and at a liquid argon line 35 liquid argon product (LAR) with an impurity of 1 ppm oxygen and / or 1 ppm nitrogen tapped.

Es wird Umgebungsluft von einer Rohluftleitung 6 angesaugt und von einem Luftfilter 16 vorgereinigt. Dabei werden Partikel und Staubbestandteile aus der Luft entfernt. Anschließend wird über eine Luftleitung 17 die entsprechend vorgefilterte Luft einem Verdichter 18 zugeführt, und die verdichtete Luft wird über die Leitung 19 der Reinigungs- und Waschanlage 20 zuführt. Die Reinigungsanlage kann beispielsweise Verdunstungskühler, die mit Wasser betrieben werden, umfassen. Die derart vorgekühlte Luft wird über die Luftleitung 21 einem Molekularsiebabsorber 22 zugeführt, um eine Feinsttrocknung zu erzielen und Kohlendioxid- und Kohlenwasserstoffspuren in der Luft zu entfernen. Ausgangsseitig der Molekularsiebabsorber 22 liegt dann die Prozessluft in der Leitung 23 vor. Die Prozessluft wird über die Leitung 25 gefördert, in einem weiteren Kompressor 26 verdichtet und über die Leitung 27 dem Hauptwärmetauscher 28 zugeführt.It is sucked in ambient air from a raw air line 6 and pre-cleaned by an air filter 16. In the process, particles and dust components are removed from the air. Subsequently, the corresponding pre-filtered air is supplied to a compressor 18 via an air line 17, and the compressed air is supplied via the line 19 of the cleaning and washing system 20. The cleaning system may include, for example, evaporative coolers operated with water. The thus pre-cooled air is supplied via the air line 21 to a molecular sieve absorber 22 in order to achieve ultrafine drying and to remove carbon dioxide and hydrocarbon traces in the air. On the output side of the molecular sieve absorber 22 is then the process air in the line 23 before. The process air is conveyed via line 25, compressed in another compressor 26 and the line 27 the Main heat exchanger 28 supplied.

In dem anschließenden Luftzerlegungsprozess nach dem Linde-Verfahren, z. B. mit Innenverdichtung, erfolgt die Rektifikation der Luft in reinen Stickstoff, der am Kopf der jeweiligen Kolonne vorliegt, und es entsteht Sauerstoffangereichertes Fluid am Fuß der Kolonne. Der Rückfluss für die Rektifikation erfolgt durch Kondensation des gasförmigen Stickstoffs in der Kolonne am siedenden Sauerstoff im Kondesorübergang zwischen der unteren Druckkolonne und der oberen Niederdruckkolonne. Ein Teil des flüssigen Stickstoffs wird als Rückfluss in die Druckkolonne verwendet, und der Rest wird unterkühlt und zum Kopf der Niederdruckkolonne geführt.In the subsequent air separation process according to the Linde method, for. B. with internal compression, the rectification of the air is carried out in pure nitrogen, which is present at the top of the respective column, and there is oxygen-enriched fluid at the bottom of the column. The reflux for the rectification is effected by condensation of the gaseous nitrogen in the column at the boiling oxygen in the Kondesorübergang between the lower pressure column and the upper low-pressure column. A portion of the liquid nitrogen is used as reflux to the pressure column and the remainder is subcooled and fed to the top of the low pressure column.

Bei der anschließenden Argonrektifikation wird aus der Niederdrucksäule der Hauptkolonne 31 ein Gasstrom mit bereits etwa 4%-iger Argonkonzentration zur weiteren Rektifikation in der Rohargon- und den weiteren Argonsäulen 32, 33, 34 abgeleitet. Entsprechende den Argonsäulen können beispielsweise, wie in der EP 0377117 A1 ausgeführt ist, aufgebaut werden.In the subsequent Argonrektifikation a gas stream with already about 4% argon concentration for further rectification in the crude argon and the other argon columns 32, 33, 34 derived from the low pressure column of the main column 31. Corresponding to the argon columns, for example, as in the EP 0377117 A1 is executed, to be constructed.

Häufig werden die Luftzerlegungsanlagen, wie sie in der Fig. 4 dargestellt sind, in der Nähe weiterer industrieller Anlagen aufgebaut, die insbesondere ein spezielles Sauerstoffprodukt benötigen. Für bestimmte Gasbrenner in der Glasindustrie werden beispielsweise Liefersauerstoffprodukte mit 98,5% benötigt. Insofern liefert die standardmäßig ausgeführte Luftzerlegungsanlage an der Sauerstoffproduktleitung 9 ein überreines Sauerstoffprodukt. Das hochreine Sauerstoffprodukt liegt beispielsweise bei einem Druck von 1,15 bar vor. Um an einer Ausgangsleitung 49 ein Ausgangs- oder Liefersauerstoffprodukt mit gewünschter Sauerstoffkonzentration bei beispielsweise einem Ausgabedruck von 7,0 bar zu liefern, ist eine Mischeinrichtung vorgesehen.Frequently the air separation plants, as they are in the Fig. 4 are constructed in the vicinity of other industrial plants, which in particular require a special oxygen product. For example, for certain gas burners in the glass industry, supply oxygen products are needed at 98.5%. In this respect, the standard air separation unit on the oxygen product line 9 supplies an excessively pure oxygen product. The high-purity oxygen product is present, for example, at a pressure of 1.15 bar. In order to supply at a discharge line 49 a starting or delivery oxygen product having a desired oxygen concentration at, for example, an output pressure of 7.0 bar, a mixing device is provided.

Dazu wird Prozessluft hinter dem Molekularsiebadsorber 22 über die Abzweigprozessluftleitung 38 abgegriffen. Die Prozessluft, die auch als Steuer- oder Instrumentenluft bezeichnet wird, liegt dabei bei einem Druck von etwa 4,5 - 5,2 bar vor und wird dem Steuerventil 39 zugeführt. Die Sauerstoffleitung 9 spaltet in zwei Teilleitungen 41, 42 auf. Der Leitung 42 wird einem Verdichter oder einer Turbine 46 zugeführt, der das Sauerstoffprodukt auf einen Ausgabedruck von 7,0 bar bringt. Ferner ist die Sauerstoffleitung 41 in eine Mischkammer 43 geführt, die auch über die Leitung 40 mit dem Regelventil 39 verbunden ist. Die Mischkammer 43 liefert über die Leitung 44 das hochreine mit Steuer- oder Prozessluft verschnittene Sauerstoffprodukt dem Verdichter 45 der Leitung 47, die das verschnittene Sauerstoffprodukt bereitstellt. Die Leitungen 47, 48 führen zu der gemeinsamen Ausgabeleitung 49. Es ist somit möglich, durch Steuern oder Regeln des Regelventils 39, beispielsweise über die hier nicht dargestellte Leitstellensteuerung, das überreine Sauerstoffprodukt der Leitung 9 mit bereits druckbeaufschlagter Prozessluft zu verschneiden, um die gewünschte Ausgabekonzentration des Liefersauerstoffproduktes mit Sauerstoff zu erzielen.For this process air is tapped behind the molecular sieve adsorber 22 via the branch process air line 38. The process air, which is also referred to as control or instrument air, is present at a pressure of about 4.5 - 5.2 bar and is supplied to the control valve 39. The oxygen line 9 splits into two sub-lines 41, 42. The line 42 is fed to a compressor or turbine 46, which brings the oxygen product to a discharge pressure of 7.0 bar. Furthermore, the oxygen line 41 is guided into a mixing chamber 43, which is also connected via the line 40 to the control valve 39. The mixing chamber 43 provides via the conduit 44 the high purity pilot or process blended oxygen product to the compressor 45 of the conduit 47 which provides the blended oxygen product. The lines 47, 48 lead to the common output line 49. It is thus possible, by controlling or regulating the control valve 39, for example via the control center control, not shown, to intersect the over-pure oxygen product of the line 9 with already pressurized process air to the desired output concentration to achieve the delivery oxygen product with oxygen.

Insgesamt ist für den Kunden oder Abnehmer des Liefersauerstoffproduktes mit der gewünschten Konzentration, wie z. B. 98,5%, die Anlage gegenüber herkömmlichen Konfigurationen effizienter, da durch das Verschneiden mit Prozessluft mehr Lieferprodukt an der Ausgabeleitung 49 bereitstehen. Zudem ist bereits die gewünschte Konzentration an Sauerstoff für die weitere Verwendung, beispielsweise für Gasbrenner, vorhanden. Dadurch, dass die Prozessluft bereits mit 4,5 bar für den Zerlegungsprozess vorliegt, ist eine Mischung in der Mischkammer besonders einfach. Ferner können zusätzliche Regelventile, beispielsweise in der Sauerstoffleitung 41, vorgesehen werden.
In der Fig. 5 ist ein Ausschnitt einer Luftzerlegungsanlage mit einer zweiten Variante einer Mischeinrichtung zur Bereitstellung von einem Sauerstoffprodukt mit vorgegebenem Sauerstoffgehalt dargestellt. In dem Ausschnitt der Vorrichtung 104 ist der Hauptwärmetauscher 28 und die Cold-Box 29 dargestellt. Dem Hauptwärmetauscher 28 wird durch die Steuerluftleitung 23, 27 die zu prozessierende Luft zugeführt und anschließend in der Cold-Box 29 mit der Rektifikationssäule 31 einem Luftzerlegungsverfahren unterzogen. Im Wesentlichen werden dieselben Prozessschritte wie hinsichtlich der Fig. 4 erläutert durchgeführt.Overall, for the customer or customer of the delivery oxygen product with the desired concentration, such. B. 98.5%, the system compared to conventional configurations more efficient, since the blending with process air more product on the delivery line 49 are available. In addition, the desired concentration of oxygen is already present for further use, for example for gas burners. Due to the fact that the process air is already available at 4.5 bar for the decomposition process, mixing in the mixing chamber is particularly easy. Furthermore, additional control valves, for example in the oxygen line 41, can be provided.
In the Fig. 5 a section of an air separation plant is shown with a second variant of a mixing device for providing an oxygen product with a predetermined oxygen content. In the section of the device 104, the main heat exchanger 28 and the cold box 29 is shown. The main heat exchanger 28 is supplied through the control air line 23, 27, the air to be processed and then subjected in the cold box 29 with the rectification column 31 an air separation process. In essence, the same process steps as in terms of Fig. 4 explained.

An einer Sauerstoffleitung 9 ist ein überreines Sauerstoffprodukt abgreifbar und an einer Stickstoffleitung 10 hochreines Stickstoffprodukt. Bei der in der Fig. 5 dargestellten Variante einer Vorrichtung 104 zur Bereitstellung von Sauerstoffprodukt mit vorgegebener Konzentration wird keine Mischung mit Steuer- oder Prozessluft vorgenommen, um eine niedrigere Konzentration als das hochreine Sauerstoffprodukt aufweist zu erzielen, sondern das hochreine Stickstoffprodukt wird mit dem überreinen Sauerstoffprodukt zu dem Liefersauerstoffprodukt verschnitten. Dazu wird zunächst die Sauerstoffleitung 9 in Teilzweige 51, 52, 53 aufgespaltet. Die Sauerstoffleitungen 52, 53 werden jeweils Verdichtern 56, 57 zugeführt, welche über weitere Sauerstoffleitungen 58, 59 zu einer gemeinsamen Ausgabeleitung 61 führen. Hochreiner Stickstoff, der auch häufig in die Atmosphäre abgelassen wird, wird einer Verdichtung durch den Verdichter 50 unterzogen und einem Regelventil 39 zugeführt. Der Sauerstoffzweig 51 sowie das verdichtete Stickstoffprodukt werden einer Mischkammer 54 zugeführt, wobei je nach gewünschter Sauerstoffkonzentration in dem Liefersauerstoffprodukt der jeweilige Gasstrom eingestellt wird. Das in der Mischkammer 54 mit dem Stickstoff verschnittene Sauerstoffprodukt wird einem Verdichter 55 zugeführt, der über eine Ausgabeleitung 60 mit der gemeinsamen Ausgabeleitung 61 verbunden ist. An der Ausgabeleitung 61 liegt nun das mit Stickstoff verschnittene hochreine Sauerstoffprodukt in einer Konzentration vor, wie es für die weitere Verarbeitung gewünscht ist.On an oxygen line 9, a super-clean oxygen product can be tapped off and on a nitrogen line 10 high-purity nitrogen product. When in the Fig. 5 In the illustrated embodiment of a device 104 for providing oxygen product of predetermined concentration, no mixing with control or process air to achieve a lower concentration than the high purity oxygen product is achieved, but the high purity nitrogen product is blended with the supernatant oxygen product to produce the oxygen product. For this purpose, the oxygen line 9 is first split into partial branches 51, 52, 53. The oxygen lines 52, 53 are respectively supplied to compressors 56, 57, which lead via further oxygen lines 58, 59 to a common output line 61. High purity nitrogen, which is also frequently vented to the atmosphere, is subjected to compression by the compressor 50 and fed to a control valve 39. The oxygen branch 51 and the compressed nitrogen product are fed to a mixing chamber 54, wherein the respective gas stream is adjusted depending on the desired oxygen concentration in the delivery oxygen product. The oxygen product blended with the nitrogen in the mixing chamber 54 is supplied to a compressor 55 which is connected to the common discharge pipe 61 via an output pipe 60. At the output line 61 is now the blended with nitrogen high purity oxygen product in a concentration, as it is desired for further processing.

Der hochreine Sauerstoff an der Leitung 9 wie auch der hochreine Stickstoff an der Stickstoffleitung 10 liegen üblicherweise mit einem Druck von 1,15 bar vor. Daher erfolgt eine Verdichtung des Stickstoffproduktes durch den Verdichter 40 auf etwa 6 bar. Die Nachverdichter 55, 56, 57 bringen dann das der gemeinsamen Ausgabeleitung 61 zuzuführende Liefersauerstoffprodukt auf einen Ausgabedruck von 7 bar. Als Verdichter bieten sich beispielsweise vier- oder mehrstufige Turboverdichter an.The high-purity oxygen at the line 9 as well as the high-purity nitrogen at the nitrogen line 10 are usually at a pressure of 1.15 bar. Therefore, a compression of the nitrogen product by the compressor 40 to about 6 bar. The after-compressors 55, 56, 57 then bring the delivery oxygen product to be supplied to the common delivery line 61 to an output pressure of 7 bar. As a compressor, for example, offer four- or multi-stage turbocompressors.

Die Fig. 6 zeigt ein beispielhaftes Verfahrensfließbild einer Luftzerlegungsanlage, die neben Sauerstoff weitere Zerlegungsprodukte liefert. Dabei sind in der Fig. 6 Abgriffsstellen 62 für die weiteren Zerlegungsprodukte dargestellt, die zum Mischen des hochreinen Sauerstoffproduktes geeignet sind. Beispielsweise können die Abgriffspunkte 62 entweder einzeln oder auch gemeinsam mit einer Mischeinrichtung gekoppelt werden, um ein Liefersauerstoffprodukt aus dem hochreinen Sauerstoffprodukt an der Leitung 19 mit weiteren Zerlegungsprodukten und/oder Prozessluft zu verschneiden. Die Abgriffspunkte 62 können beispielsweise an der Leitung 8 vorgesehen werden, die Prozessluft, also verdichtete und gereinigte Luft, führt. Es kann ferner ein gasförmiges hochreines Stickstoffprodukt an der Stickstoffleitung 10 zum Mischen mit dem hochreinen Sauerstoffprodukt verwendet werden. Schließlich ist auch die Verschneidung oder Vermischung des hochreinen Sauerstoffproduktes an der Leitung 9 mit dem an der Leitung 35 vorliegenden Argonprodukt denkbar.The Fig. 6 shows an exemplary process flow diagram of an air separation plant, which provides further decomposition products in addition to oxygen. There are in the Fig. 6 Abgriffsstellen 62 shown for the further decomposition products, which are suitable for mixing the high-purity oxygen product. For example, tapping points 62 may be coupled either singly or together with a mixing device to intersect a delivery oxygen product from the high purity oxygen product at line 19 with further decomposition products and / or process air. The tapping points 62 can be provided, for example, on the line 8, the process air, ie compressed and purified air leads. Further, a gaseous high purity nitrogen product may be used on the nitrogen line 10 for mixing with the high purity oxygen product. Finally, the blending or mixing of the high-purity oxygen product on the line 9 with the argon product present on the line 35 is conceivable.

Im Folgenden wird die Luftzerlegungsanlage bzw. das Verfahrensfließbild 105 kursorisch beschrieben. Es wird ein Luftzerlegungsprozess mit Innenverdichtung durchgeführt, wobei ferner eine Argonrektifikation erfolgt. Es wird zunächst rohe Umgebungsluft an der Luftleitung 6 angesaugt und im Filter 16 gefiltert und in einem Turbokompressor bei beispielsweise etwa 6 bar verdichtet. Der Filter 16 entfernt Staubpartikeln vor dem Eintritt in den Verdichter 18. Bei einer weiteren Stufe wird über einen Direktkontaktkühler 20A und Rieselverdunstungskühler 20B die angesaugte Luft gereinigt. In dem Direktkontaktkühler 20A wird die angesaugte und verdichtete Luft ausgewaschen, sodass Verunreinigungen entfernt werden. Das verwendete Wasser in den Leitungen 86, 88 wird in dem Rieselverdunstungskühler 20B gegen getrocknetes Stickstoffrestgas aus dem Rektifikationsprozess gekühlt. In den Molekularsiebabsorbern 22A, 22B, die alternierend verwendet werden, um eine Regeneration der Molekularsiebe zu erlauben, werden Feuchtigkeit, Kohlendioxid oder Kohlenwasserstoffe aus der Luft in der Leitung 21 entfernt. Schließlich steht Prozessluft in den Leitungen 23, 89 bereit.In the following, the air separation plant or the process flow diagram 105 will be described cursorily. An air separation process with internal compaction is performed, further with an argon rectification. It is first sucked raw ambient air to the air line 6 and filtered in the filter 16 and compressed in a turbo compressor at, for example, about 6 bar. The filter 16 removes dust particles before entering the compressor 18. In a further stage, the sucked air is cleaned via a direct contact cooler 20A and trickle evaporator cooler 20B. In the direct contact cooler 20A, the sucked and compressed air is washed out so that contaminants are removed. The water used in the lines 86, 88 is cooled in the trickle evaporator 20B against dried nitrogen residual gas from the rectification process. In the molecular sieve absorbers 22A, 22B used alternately to allow regeneration of the molecular sieves, moisture, carbon dioxide or hydrocarbons are removed from the air in the conduit 21. Finally, process air is available in the lines 23, 89.

Die Luft wird im Wärmetauscher 84 im Gegenstrom zu dem aus der Rektifikation gewonnenen Restsauerstoffgas in der Leitung 83 nahe der Verflüssigungstemperatur gebracht. Der Kreislaufverdichter 24 verdichtet die Prozessluft, welche im Hauptwärmetauscher 28 im Gegenstrom mit dem Sauerstoff aus der Niederdrucksäule 31A und dem Stickstoff aus dem Kondensator 73 mittels der Innenverdichtungspumpen 75, 77 gekühlt wird. Im Haupt- bzw. Hochdruckwärmetauscher 28 verdampft der Sauerstoff und Stickstoff, der dann als jeweiliges Produkt an den Sauerstoff bzw. Stickstoffleitungen 9, 10 abgreifbar ist.The air is brought in the heat exchanger 84 in countercurrent to the recovered from the rectification of residual oxygen gas in line 83 near the liquefaction temperature. The cycle compressor 24 compresses the process air, which is cooled in the main heat exchanger 28 in countercurrent with the oxygen from the low pressure column 31A and the nitrogen from the condenser 73 by means of the inner compression pumps 75, 77. In the main or high-pressure heat exchanger 28, the oxygen and nitrogen evaporate, which can then be tapped off as the respective product on the oxygen or nitrogen lines 9, 10.

Die nachverdichtete praktisch flüssige Luft durchläuft einen Flüssigkeitsabscheider 65 und wird in den unteren Teil der Kolonne 31B durch die Leitung 71 zugeführt. Aus der oberen Niederdrucksäule 31A wird der flüssige Sauerstoff über die Leitung 74 und aus der Drucksäule 31B wird der flüssige Stickstoff über die Leitung 76 den Innenverdichtungspumpen 75, 77 zugeführt und in den Hochdruckwärmetauscher 28 gebracht. In der Drucksäule 31B wird die Luft vorzerlegt, sodass sich ein sauerstoffreicher Sumpf bildet und eine praktisch reinen Stickstoff enthaltende Kopffraktion entsteht. Durch die Verdampferkondensator-Kombination 73 wird der verdampfende reine Sauerstoff verflüssigt. Ein Teil des Stickstoffs wird in die Drucksäule 31B als Rückfluss geführt. In der oberen Niederdrucksäule 31A erfolgt eine weitere Zerlegung der Vorfraktionen in reinen Sauerstoff als Sumpfprodukt, welcher an der Leitung 74 abgegriffen wird und reinen Stickstoff als Kopfprodukt der an der Leitung 82 abgreifbar ist.The recompressed, substantially liquid air passes through a liquid separator 65 and is supplied to the lower part of the column 31B through the line 71. From the upper low-pressure column 31A, the liquid oxygen is supplied via the line 74, and from the pressure column 31B, the liquid nitrogen is supplied via the line 76 to the inner compression pumps 75, 77 and brought into the high-pressure heat exchanger 28. In the pressure column 31B, the air is pre-decomposed so that an oxygen-rich sump is formed and a virtually pure nitrogen-containing overhead fraction is formed. By the evaporator capacitor combination 73 of the vaporizing pure oxygen is liquefied. A portion of the nitrogen is fed to the pressure column 31B as reflux. In the upper low-pressure column 31A, further decomposition of the prefractions into pure oxygen takes place as bottom product, which is tapped on the line 74 and pure nitrogen as the top product which can be tapped on the line 82.

In weiteren Rektifikationsschritten kann zudem Reinargon gewonnen werden, wobei aus der Niederdrucksäule 31A entnommenes Sauerstoff-Argon-Gemisch in der Rohargonsäule 32 vorfraktioniert wird. Dabei wird der verbliebene Stickstoff in der Reinargonsäule 33 vollständig entfernt, sodass praktisch reines Argon als Produkt an der Leitung 35 abfällt.Reinargon can also be obtained in further rectification steps, with oxygen-argon mixture taken from the low-pressure column 31A being prefractionated in the crude argon column 32. In this case, the remaining nitrogen in the pure argon column 33 is completely removed, so that practically pure argon drops as product on the line 35.

Ohne auf die Einzelheiten des Rektifikationsprozesses einzugehen, seien die Produktleitungen kurz aufgeführt. An der Rohluftleitung 6 wird Rohluft zur Rektifikation in der Anlage eingesaugt. In der Leitung 91 ist unreiner Stickstoff abgreifbar, der z. B. in die Atmosphäre geblasen wird. An der Sauerstoffleitung 9 ist hochreines Sauerstoffprodukt mit meist etwa 99,8% Sauerstoffgehalt abgreifbar. An der Leitung 10 ist hochreiner Stickstoff gasförmig greifbar. An der Leitung 74 ist flüssiger Sauerstoff in hochreiner Form abgreifbar. An der Leitung 81 ist hochreiner Stickstoff in flüssigem Zustand abgreifbar. An der Leitung 123 wird Stickstoff in hochreiner und gasförmiger Form beispielsweise der Atmosphäre zugeführt. An der Leitung 35 ist flüssiges Argonprodukt abgreifbar.Without going into the details of the rectification process, the product lines are briefly listed. Raw air is sucked in at the unfiltered air line 6 for rectification in the plant. In line 91 impure nitrogen can be tapped, the z. B. is blown into the atmosphere. At the oxygen line 9 high-purity oxygen product with mostly about 99.8% oxygen content can be tapped. On the line 10 high purity nitrogen is gaseous tangible. On the line 74 liquid oxygen can be tapped in a highly pure form. On the line 81 high purity nitrogen in the liquid state can be tapped. On the line 123 nitrogen in highly purified and gaseous form, for example, the atmosphere is supplied. On the line 35 liquid argon product can be tapped.

Die mit dem Kasten 62 bezeichneten Stellen eignen sich zur Ankopplung an eine Mischeinrichtung, wie sie in den vorhergehenden Figuren beispielhaft erläutert wurde. Damit ist es möglich, das hochreine Sauerstoffprodukt auf eine geeignete Sauerstoffkonzentration für den Abnehmer als Liefersauerstoffprodukt zu verschneiden.The points indicated by the box 62 are suitable for coupling to a mixing device, as exemplified in the preceding figures. Thus it is possible to blur the high purity oxygen product to a suitable oxygen concentration for the consumer as the delivery oxygen product.

Die vorgestellten Verfahren und Anlagen eignen sich insbesondere zur Bereitstellung von Sauerstoffprodukten für Raffinerien oder Erdgasbrenner, die mit bestimmten Sauerstoffgemischen zu befeuern sind.The presented methods and plants are particularly suitable for the provision of oxygen products for refineries or natural gas burners which are to be fired with certain oxygen mixtures.

Die Durchführung des Verfahrens bzw. der angesprochenen Verfahrensschritte lässt sich jeweils durch die in den Verfahrensfließbildern und schematischen Darstellungen der Luftzerlegungsanlagen gezeigten Einrichtungen implementieren. Dabei ist dem Fachmann klar, welche Verfahrenssteile welcher Einrichtung zugeordnet sind. Demgemäß sind die Einrichtungen derart ausgestaltet das jeweilige Verfahrensschritte oder - Teile umgesetzt und durchgeführt werden. Die koordinieren erfolgt dabei zum Beispiel durch einen entsprechenden Leitstellenrechner.The implementation of the method or of the method steps mentioned can be implemented in each case by the devices shown in the process flow diagrams and schematic illustrations of the air separation plants. It is clear to the person skilled in the art which parts of the process are assigned to which device. Accordingly, the devices are configured in such a way that the respective method steps or parts are implemented and carried out. The coordination takes place, for example, by a corresponding control center computer.

Bezugszeichenliste:LIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorrichtung zur Bereitstellung von SauerstoffproduktDevice for providing oxygen product
22
LuftzerlegungsanlageAir separation plant
33
Reinigungs- und TrocknungseinrichtungCleaning and drying device
44
LuftzerlegungsprozessAir separation process
55
Mischeinrichtungmixing device
66
Rohluftleitungdirty air duct
7, 87, 8
ProzessluftleitungProcess air line
99
Sauerstoffleitungoxygen line
1010
Stickstoffleitungnitrogen line
1111
Argonleitungargon line
1212
Ausgabeleitungoutput line
13, 1413, 14
Stickstoffleitungnitrogen line
1515
Argonleitungargon line
1616
RohluftfilterRohluftfilter
1717
Luftleitungair line
1818
Verdichtercompressor
1919
Luftleitungair line
20, 20A, 20B20, 20A, 20B
Luftfilter und -KühlerAir filter and radiator
2121
Luftleitungair line
22, 22A, 22B22, 22A, 22B
MolekularsiebfilterMolecular sieve
2323
ProzessluftleitungProcess air line
2424
Verdichtercompressor
2525
ProzessluftleitungProcess air line
2626
Verdichtercompressor
2727
ProzessluftleitungProcess air line
2828
HauptwärmetauscherMain heat exchanger
2929
Coldboxcoldbox
3030
ArgonrektifikationskreislaufArgonrektifikationskreislauf
3131
Rektifikationssäulerectification column
31A31A
NiederdrucksäuleLow-pressure column
31B31B
Drucksäulepressure column
32, 33, 3432, 33, 34
ArgonrektifikationssäuleArgonrektifikationssäule
3535
FlüssigargonleitungLiquid argon line
3636
FlüssigstickstoffleitungLiquid nitrogen line
3737
FlüssigsauerstoffleitungLiquid oxygen line
3838
ProzessluftleitungProcess air line
3939
Regelventilcontrol valve
4040
ProzessluftleitungProcess air line
41, 4241, 42
Sauerstoffleitungoxygen line
4343
Mischeinrichtungmixing device
4444
Sauerstoffleitungoxygen line
45, 4645, 46
Verdichtercompressor
47, 4847, 48
Sauerstoffleitungoxygen line
4949
Ausgabeleitungoutput line
5050
Verdichtercompressor
51, 52, 5351, 52, 53
Sauerstoffleitungoxygen line
5454
Mischeinrichtungmixing device
55, 56, 5755, 56, 57
Verdichtercompressor
58, 59, 6058, 59, 60
Sauerstoffleitungoxygen line
6161
Ausgabeleitungoutput line
6262
MischschnittstelleMixing interface
6363
ProzessluftleitungProcess air line
6464
Regelventilcontrol valve
6565
FlüssigleitsabscheiderFlüssigleitsabscheider
66, 6766, 67
ProzessluftleitungProcess air line
6868
Expansionsturbineexpansion turbine
69, 70, 7169, 70, 71
ProzessluftleitungProcess air line
7272
Stickstoffleitungnitrogen line
7373
Kondensatorcapacitor
7474
Sauerstoffleitungoxygen line
7575
InnenverdichtungspumpeInternal compression pump
7676
Stickstoffleitungnitrogen line
7777
InnenverdichtungspumpeInternal compression pump
7878
Unterkühlersubcooler
7979
Stickstoffleitungnitrogen line
8080
Regelventilcontrol valve
8181
FlüssigstickstoffleitungLiquid nitrogen line
82, 8382, 83
Stickstoffleitungnitrogen line
8484
Wärmetauscherheat exchangers
8585
Stickstoffleitungnitrogen line
8686
Wasserleitungwater pipe
8787
Pumpepump
8888
Wasserleitungwater pipe
8989
ProzessluftleitungProcess air line
90, 9190, 91
Stickstoffleitungnitrogen line
9292
SauerstoffsumpfleitungOxygen sump line
9393
Wärmetauscherheat exchangers
9494
SauerstoffsumpfleitungOxygen sump line
95, 9695, 96
Regelventilcontrol valve
9797
SauerstoffsumpfleitungOxygen sump line
98, 9998, 99
Rohargonleitungcrude argon
100100
Leitstellenrechnercontrol center computer
101, 102, 103101, 102, 103
Vorrichtung zur Bereitstellung von SauerstoffproduktDevice for providing oxygen product
104104
Vorrichtungsteilbereich zur Bereitstellung von SauerstoffproduktDevice section for providing oxygen product
105105
LuftzerlegungsanlageAir separation plant
106106
Regelventilcontrol valve
107107
Rohargonleitungcrude argon
108108
Abscheiderseparators
109109
Kondensatorcapacitor
110110
Rohargonleitungcrude argon
111111
SauerstoffsumpfleitungOxygen sump line
112112
Regelventilcontrol valve
113, 114113, 114
Sauerstoffleitungoxygen line
115115
Verdichtercompressor
116116
Sauerstoffleitungoxygen line
117, 118117, 118
SauerstoffsumpfleitungOxygen sump line
119119
Regelventilcontrol valve
120120
SauerstoffsumpfleitungOxygen sump line
121121
Stickstoffleitungnitrogen line
122122
Kondensatorcapacitor
123, 124123, 124
Stickstoffleitungnitrogen line
125125
SauerstoffsumpfleitungOxygen sump line
126126
Regelventilcontrol valve
127, 128127, 128
SauerstoffsumpfleitungOxygen sump line
129129
Regelventilcontrol valve
130, 131130, 131
SauerstoffsumpfleitungOxygen sump line
132, 133132, 133
FlüssigargonleitungLiquid argon line
134134
Regelventilcontrol valve
135135
FlüssigargonleitungLiquid argon line
CT1, CT2CT1, CT2
Steuersignalecontrol signals

Claims (15)

Verfahren zum Betreiben einer Luftzerlegungsanlage (2), welche ein hochreines Sauerstoffprodukt mit einem vorgegebenen Sauerstoffgehalt und zumindest ein weiteres Luftzerlegungsprodukt bereitstellt, mit den Schritten: Vorbehandeln und Zuführen von Umgebungsluft in einen Luftzerlegungsprozess der Luftzerlegungsanlage (2) als druckbeaufschlagte Prozessluft; und Mischen des hochreinen Sauerstoffprodukts mit der Prozessluft und/oder dem weiteren Luftzerlegungsprodukt zu einem Liefersauerstoffprodukt mit einem vorgegebenen Sauerstoffgehalt. A method of operating an air separation plant (2) which provides a high purity oxygen product having a predetermined oxygen content and at least one further air separation product, comprising the steps of: Pretreating and supplying ambient air into an air separation process of the air separation plant (2) as pressurized process air; and Mixing the high purity oxygen product with the process air and / or the further air separation product to a delivery oxygen product having a predetermined oxygen content. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das hochreine Sauerstoffprodukt mindestens einen Sauerstoffgehalt von 99% hat.The method of claim 1, wherein the high purity oxygen product has at least an oxygen content of 99%. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Liefersauerstoffprodukt einen Sauerstoffgehalt zwischen 90% und 99% hat.The method of claim 1, wherein the delivery oxygen product has an oxygen content between 90% and 99%. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, wobei ausschließlich ein Stickstoffprodukt als weiteres Luftzerlegungsprodukt mit dem hochreinen Sauerstoffprodukt gemischt wird.The method of any one of claims 1-3, wherein only a nitrogen product is mixed as a further air separation product with the high purity oxygen product. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, wobei die Luftzerlegungsanlage (2) zur Doppelsäulenrektifikation ausgestaltet ist.Method according to one of claims 1 - 4, wherein the air separation plant (2) is designed for double column rectification. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, wobei die Luftzerlegungsanlage (2) geeignet ist, ein Edelgasprodukt als weiteres Luftzerlegungsprodukt, insbesondere ein Argonprodukt, bereitzustellen.Method according to one of claims 1-5, wherein the air separation plant (2) is adapted to provide a noble gas product as a further air separation product, in particular an argon product. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, ferner umfassend: Nachverdichten des Liefersauerstoffprodukts auf einen vorgegebenen Lieferproduktdruck.The method of any of claims 1-6, further comprising: recompressing the delivery oxygen product to a predetermined delivery product pressure. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Prozessluft und/oder das weitere Luftzerlegungsprodukt zum Mischen mit dem hochreinen Sauerstoffprodukt vor dem Nachverdichten einem Verdichter (50) und einem Regelventil (39) zugeführt wird.The method of claim 7, wherein the process air and / or the further air separation product is supplied to a compressor (50) and a control valve (39) for mixing with the high-purity oxygen product before the recompression. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8, wobei das Vorbehandeln Reinigen, Trocknen, Vorkühlen und Verdichten der Umgebungsluft zum Erzeugen der Prozessluft umfasst.The method of any of claims 1-8, wherein the pretreatment comprises cleaning, drying, precooling, and compressing the ambient air to produce the process air. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 9, wobei die Prozessluft einem Hauptwärmetauscher (28) der Luftzerlegungsanlage (103) zugeführt wird.Method according to one of claims 1 - 9, wherein the process air is supplied to a main heat exchanger (28) of the air separation plant (103). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 10, wobei das hochreine Sauerstoffprodukt und das weitere Zerlegungsprodukt im Wesentlichen bei einem Umgebungsdruck zwischen 1,0 und 1,6 bar vorliegen.The method of any of claims 1-10, wherein the high purity oxygen product and the further decomposition product are substantially at an ambient pressure of between 1.0 and 1.6 bar. Vorrichtung (1) zur Bereitstellung von einen Liefersauerstoffprodukt mit einem vorgegebenen Sauerstoffgehalt mit einer Luftzerlegungsanlage (3), welche ein hochreines Sauerstoffprodukt mit einem vorgegebenen Sauerstoffgehalt und zumindest ein weiteres Luftzerlegungsprodukt bereitstellt, einer Luftreinigungs- und Trocknungseinrichtung (3) zur Bereitstellung von vorbehandelter Prozessluft und einer Mischeinrichtung (5) zum Mischen des hochreinen Sauerstoffprodukts mit der Prozessluft und/oder dem weiteren Luftzerlegungsprodukt zu einem Liefersauerstoffprodukt mit einem vorgegebenen Sauerstoffgehalt.Device (1) for providing a delivery oxygen product with a predetermined oxygen content with an air separation plant (3), which provides a high-purity oxygen product with a predetermined oxygen content and at least one further air separation product, an air cleaning and drying device (3) for providing pretreated process air and a Mixing device (5) for mixing the high-purity oxygen product with the process air and / or the further air separation product to a delivery oxygen product with a predetermined oxygen content. Vorrichtung (1) nach Anspruch 12, wobei eine Leitstelleneinrichtung (100) zum Steuern der Luftzerlegungsanlage (2) und der Mischeinrichtung (5) vorgesehen ist, und die Leitstelleneinrichtung (100) derart eingerichtet ist, dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 11 durchgeführt wird.Device (1) according to claim 12, wherein a control center device (100) for controlling the air separation plant (2) and the mixing device (5) is provided, and the control center device (100) is arranged such that a method according to one of claims 1-11 is carried out. Vorrichtung (1) nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Luftzerlegungsanlage (2) zur Innenverdichtung eingerichtet ist.Device (1) according to claim 12 or 13, wherein the air separation plant (2) is set up for internal compression. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 - 14, wobei die Mischeinrichtung (5) mindestens ein Steuerventil (39) und einen Verdichter (45, 46, 55, 56, 57) umfasst.Device (1) according to one of claims 11-14, wherein the mixing device (5) comprises at least one control valve (39) and a compressor (45, 46, 55, 56, 57).
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