EP2503269A1 - Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft - Google Patents

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EP2503269A1
EP2503269A1 EP12001385A EP12001385A EP2503269A1 EP 2503269 A1 EP2503269 A1 EP 2503269A1 EP 12001385 A EP12001385 A EP 12001385A EP 12001385 A EP12001385 A EP 12001385A EP 2503269 A1 EP2503269 A1 EP 2503269A1
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EP
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heat exchanger
main heat
countercurrent
coldbox
column
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Augustin Rampp
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Linde GmbH
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/26—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for allowing differential expansion between elements

Definitions

  • the invention relates to a device for the cryogenic separation of air according to the preamble of patent claim 1.
  • the "distillation column system for nitrogen-oxygen separation" of the invention may be formed as a single column, as a two-column system (for example, as a classic Linde double column system), or as a three or more column system.
  • other devices may be provided for obtaining high purity products and / or other air components, particularly noble gases, for example, argon recovery and / or krypton-xenon recovery.
  • a “main heat exchanger” serves to cool feed air in indirect heat exchange with recycle streams from the distillation column system for nitrogen-oxygen separation (or other columns), and may basically be formed by a single heat exchanger block.
  • the main heat exchanger may be formed of one or more parallel and / or serially connected heat exchanger blocks, for example one or more plate heat exchanger blocks.
  • the main heat exchanger has at least two heat exchanger blocks.
  • a "supercooling countercurrent" is a unit separate from the main heat exchanger and serves to subcool one or more liquids from one of the columns of the nitrogen-oxygen separation distillation column system, or from a mixing column countercurrent to one or more cold gaseous reflux streams or warm up. These reflux streams come from a column of the distillation column system (usually from the low pressure column in two or more column systems) and are regularly downstream of the subcooling countercurrent introduced into another column or a condenser-evaporator.
  • liquid streams that are depressurized at boiling temperature from a higher pressure column (for example, the high pressure column of a two column system) to a lower pressure column (for example, the low pressure column) are as close as possible to the Boiling cooled, which corresponds to the lower pressure level.
  • the amount of steam (Flash) is minimized during the relaxation from the higher to the lower pressure.
  • liquid oxygen from a low-pressure column is fed through the subcooling countercurrent before being fed into a mixing column, it is heated inversely in order to come as close as possible to the boiling point below the - usually higher - pressure of the mixing column.
  • the cold return streams coming from the columns at the temerature are warmed under the lower pressure. Since these streams go into the main heat exchanger, the process air in the high-pressure column is also warmer, that is, it is closer to the tau temperature. The proportion of pre-liquefied air is minimized.
  • a coldbox is used for the thermal insulation of system components (see for example Hausen / Linde, Tiefftemperaturtechnik, 1985, especially pages 490 and 491 ).
  • a "cold box” is here understood to mean an insulating casing which comprises a heat-insulated interior completely with outer walls; in the interior are arranged to be isolated plant parts, for example, one or more separation columns and / or heat exchangers.
  • the insulating effect can be effected by appropriate design of the outer walls and / or by the filling of the gap between system parts and outer walls with an insulating material. In the latter variant, a powdery material such as perlite is preferably used.
  • Both the distillation column system for Nitrogen-oxygen separation as well as the main heat exchanger and the subcooling countercurrent must be enclosed by one or more cold boxes.
  • the subcooling countercurrent sits next to the distillation columns. If the additional space requirement of the subcooling countercurrent exceeds the transport dimension of the column coldbox, it is accommodated in the main heat exchanger box (the "first coldbox") next to the main heat exchanger.
  • the invention has for its object to find a particularly favorable arrangement of the system components.
  • One container for example, a column or a heat exchanger
  • the cross sections of the two containers may overlap, but they may also be arranged completely offset from one another. Analogously, the term "one above the other" should be understood.
  • the subcooling countercurrent is suspended directly on the main heat exchanger, via at least one pipe, the main heat exchanger and subcooling countercurrent fluidly connects. It can be connected to one, several or all heat exchanger blocks of the main heat exchanger. Compared to a support on the ground avoids thereby a fixed point, and consuming strain loops in the connections between the main heat exchanger and subcooling countercurrent can be omitted.
  • the suspension can be done via one or all pipelines, the main heat exchanger and subcooling countercurrent fluidly connect, or by a selection of procedurally necessary piping. Preferably, any other support is dispensed with.
  • the vertical distance between the lower end of the main heat exchanger and the upper end of the subcooling countercurrent in the device according to the invention is for example 1 to 7 m, preferably 2 to 5 m.
  • cross section of the main heat exchanger used below is to be understood as the smallest horizontal rectangle that covers the cross sections of all the heat exchanger blocks that form the main heat exchanger.
  • supercooling countercurrent and main heat exchanger are arranged so that overlap the vertical projections of the cross sections of supercooling countercurrent and main heat exchanger on a horizontal plane and in particular the vertical projection of the cross section of the main heat exchanger to a horizontal plane, the corresponding projection of the cross section of Subcooling counterflow completely covered.
  • the subcooling countercurrent is also arranged completely below the main heat exchanger in the sense of everyday speech.
  • the subcooling countercurrent is centrally located under the main heat exchanger blocks.
  • the device has a second coldbox separate from the first coldbox, within which at least one column of the distillation column system for nitrogen-oxygen separation is arranged.
  • a second coldbox separate from the first coldbox, within which at least one column of the distillation column system for nitrogen-oxygen separation is arranged.
  • all columns of the distillation column system for nitrogen-oxygen separation can be arranged outside the first cold box, in particular in the second cold box. In the latter case, therefore, all cold parts of the device are housed in exactly two individually transportable cold boxes.
  • the inventive arrangement of the subcooling countercurrent can be used in all types of cryogenic air separation plants, ie in particular in one or two-column systems without mixing column.
  • the invention can also be applied to mixed column systems, wherein the mixing column is preferably arranged in the second cold box.
  • Embodiments of corresponding arrangements are in the WO 2011116981 A2 described.
  • the apparatus in this case also comprises means for introducing feed air via the main heat exchanger into the mixing column, and a liquid oxygen line for introducing liquid oxygen from the distillation column system for nitrogen-oxygen separation (in particular from a low-pressure column) in the upper region of Mixing column and an oxygen product line for withdrawing oxygen gas from the upper part of the mixing column through the main heat exchanger.
  • the main heat exchanger can be supported at any point. However, it is particularly advantageous if the main heat exchanger Suspension is attached from above, in particular by being suspended from supports at the upper end of the blocks.
  • the exemplary embodiment has a first coldbox 12 and a second coldbox 3. Of the two cold boxes 3 are in FIG. 1 only the lateral outer walls are shown. Details such as piping, valves and the interior of the apparatus 1, 2, 5, 6 are not shown. The space between the apparatus 1, 2, 5, 6 and the outer wall of the common cold box 3 is filled with perlite. The upper and lower sides of each coldbox are each formed by a separate outer wall.
  • the main heat exchanger 6 is formed from more than one heat exchanger block, namely in the example of two parallel and juxtaposed plate heat exchanger blocks.
  • the "cross section" 20 of the main heat exchanger is here formed by the smallest horizontal rectangle, which covers the cross sections of all the blocks that make up the main heat exchanger and in FIG. 1 represented by a dotted line.
  • the subcooling countercurrent 2 is formed by a single plate heat exchanger block and is located centrally below the main heat exchanger. It is advantageous if the subcooling countercurrent is arranged as far down as possible and thus the difference in height between the bottom of the high pressure column and the feed points of the liquid streams to be supercooled in the supercooling countercurrent is as low as possible.
  • the distillation column system for nitrogen-oxygen separation of the embodiment has a high pressure column and a low pressure column, which are realized as a classic double column 5 and housed in the second cold box 3.
  • the double column 5 is supported via a frame, not shown, on the bottom 4 of the common cold box 3.
  • a mixing column 1 is arranged, which is supported on the double column 5 via connecting elements 10, 11.
  • the mixing column 1 is supported exclusively on the double column, via at least two connecting elements which are respectively arranged in the upper and lower region of the mixing column 1.
  • the type of connection is in the WO 2011116981 A2 explained in more detail.
  • the upper connecting element consists of a pair of elements 10, 11 and is in FIG. 1 shown.
  • the dashed circle 1 a represents a modification of the embodiment, in which the mixing column is arranged differently.
  • FIG. 2 one of the pipe connections between main heat exchanger 6, supercooling countercurrent 2 and second coldbox 3 is indicated in the drawing. (The usual further connections between distillation column system and main heat exchanger are not shown here.)
  • Via line 16 is pure or impure nitrogen from the low pressure column (upper part of the double column 5) introduced and fed into the lower end of the subcooling counterflow 2.
  • the nitrogen warmed in the subcooling countercurrent nitrogen is removed via line 17 from the upper end of the subcooling countercurrent 2, divided by a pair of lines 18, 19 on the two blocks of the main heat exchanger 6 and flows into the lower end. At the upper, warm end of the main heat exchanger, the nitrogen is then removed below about ambient temperature (not shown).
  • the supercooling countercurrent is suspended solely via the lines 17, 18 and 19 at the main heat exchanger 6; further support or suspension devices are not provided.
  • one or more further pipelines, the main heat exchanger and subcooling countercurrent fluidly connect, are used to suspend the subcooling countercurrent to the main heat exchanger.

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Abstract

Die Vorrichtung dient zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und umfasst einen Hauptwärmetauscher (6), der mindestens zwei Wärmetauscher-Blöcke aufweist, ein Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung (5), das mindestens eine Hochdrucksäule aufweist, einen Unterkühlungs-Gegenströmer (2), Mittel zum Einleiten von Einsatzluft über den Hauptwärmetauscher (6) in die Hochdrucksäule, Mittel zum Einleiten eines Flüssigstroms aus dem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung (5) in den Unterkühlungs-Gegenströmer (2) und Mittel zum Einleiten eines Gasstroms (16) aus dem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung (5) in den Unterkühlungs-Gegenströmer (2). Der Hauptwärmetauscher (6) und der Unterkühlungs-Gegenströmer (2) sind in einer ersten Coldbox (12) angeordnet. Das obere Ende des Unterkühlungs-Gegenströmers (2) ist unterhalb des unteren Endes des Hauptwärmetauschers (6) angeordnet. Der Unterkühlungs-Gegenströmer (2) über mindestens eine Rohrleitung (17, 18, 19), die Hauptwärmetauscher (6) und Unterkühlungs-Gegenströmer (2) strömungstechnisch verbindet, an dem Hauptwärmetauscher (6) aufgehängt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Verfahren und Vorrichtungen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft sind zum Beispiel aus Hausen/Linde, Tieftemperaturtechnik, 2. Auflage 1985, Kapitel 4 (Seiten 281 bis 337) bekannt.
  • Das "Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung" der Erfindung kann als Einzelsäule, als Zwei-Säulen-System (zum Beispiel als klassisches Linde-Doppelsäulensystem), oder auch als Drei- oder Mehr-Säulen-System ausgebildet sein. Zusätzlich zu den Kolonnen im Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung können weitere Vorrichtungen zur Gewinnung hochreiner Produkte und/oder anderer Luftkomponenten, insbesondere von Edelgasen vorgesehen sein, beispielsweise eine Argongewinnung und/oder eine Krypton-Xenon-Gewinnung.
  • Ein "Hauptwärmetauscher" dient zur Abkühlung von Einsatzluft in indirektem Wärmeaustausch mit Rückströmen aus dem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung (oder aus weiteren Säulen) und kann grundsätzlich durch einen einzelnen Wärmetauscher-Block gebildet sein. Der Hauptwärmetauscher kann aus einem oder mehreren parallel und/oder seriell verbundenen Wärmetauscher-Blöcken gebildet sein, zum Beispiel aus einem oder mehreren Plattenwärmetauscher-Blöcken. Bei der Erfindung weist der Hauptwärmetauscher mindestens zwei Wärmetauscher-Blöcke auf.
  • Ein "Unterkühlungs-Gegenströmer" ist eine vom Hauptwärmetauscher getrennte Einheit und dient dazu, eine oder mehrere Flüssigkeiten aus einer der Säulen des Destilliersäulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung oder auch aus einer Mischsäule im Gegenstrom zu einem oder mehreren kalten gasförmigen Rückströmen zu unterkühlen oder anzuwärmen. Diese Rückströme kommen aus einer Säule des Destilliersäulen-Systems (bei Zwei- oder Mehr-Säulen-Systemen in der Regel aus der Niederdrucksäule) und werden regelmäßig stromabwärts des Unterkühlungs-Gegenströmers in eine andere Säule oder einen Kondensator-Verdampfer eingeleitet. Beispielsweise werden in einem Unterkühlungs-Gegenströmer flüssige Ströme, die mit Siedetemperatur aus einer Säule mit höheren Druck (zum Beispiel der Hochdrucksäule eines Zwei-Säulen-Systems) in eine Säule mit niedrigerem Druck (zum Beispiel die Niederdrucksäule) entspannt werden, möglichst nahe an die Siedetemperatur abgekühlt, die dem niedrigeren Druckniveau entspricht. Dabei wird die Dampfmenge (Flash) bei der Entspannung vom höheren auf den niedrigeren Druck minimiert. Wenn flüssiger Sauerstoff aus einer Niederdrucksäule vor der Einspeisung in eine Mischsäule durch den Unterkühlungs-Gegenströmer geführt wird, wird dieser umgekehrt angewärmt, um möglichst nahe an den Siedepunkt unter dem - regelmäßig höheren - Druck der Mischsäule zu gelangen. Im Gegenzug dazu werden die kalten Rückströme, die mit der Tautemperatur aus den Säulen kommen, unter dem niedrigeren Druck angewärmt. Da diese Ströme in den Hauptwärmetauscher gehen, wird die Prozessluft in die Hochdrucksäule ebenfalls wärmer, das heißt sie ist der Tautemperatur näher. Der Anteil der vorverflüssigten Luft wird minimiert.
  • Eine spezielle Klasse von Luftzerlegungsanlagen weist eine Mischsäule auf, in der flüssiger Sauerstoff aus dem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung in Gegenstrom-Stoffaustausch mit einem Teil der Einsatzluft gebracht wird. Solche Systeme sind seit den siebziger Jahren des vorigen Jahrhunderts bekannt (DE 2204376 = US 4022030 ). Außerdem sind solche Verfahren in US 5454227 , US 5490391 , DE 19803437 A1 , DE 19951521 A1 , EP 1139046 B1 (= US 2001052244 A1 ), EP 1284404 A1 (= US 6662595 B2 ), DE 10209421 A1 , DE 10217093 A1 , EP 1376037 B1 (= US 6776004 B2 ), EP 1387136 A1 und EP 1666824 A1 offenbart.
  • Eine Coldbox dient zur thermischen Isolierung von Anlagenteilen (siehe zum Beispiel Hausen/Linde, Tieftemperaturtechnik, 1985, insbesondere Seiten 490 und 491). Unter einer "Coldbox" wird hier eine isolierende Umhüllung verstanden, die einen wärmeisolierten Innenraum vollständig mit Außenwänden umfasst; in dem Innenraum sind zu isolierenden Anlagenteile angeordnet, zum Beispiel ein oder mehrere Trennsäulen und/oder Wärmetauscher. Die isolierende Wirkung kann durch entsprechende Ausgestaltung der Außenwände und/oder durch die Füllung des Zwischenraums zwischen Anlagenteilen und Außenwänden mit einem Isoliermaterial bewirkt werden. Bei der letzteren Variante wird vorzugsweise ein pulverförmiges Material wie zum Beispiel Perlite verwendet. Sowohl das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung als auch der Hauptwärmetauscher und der Unterkühlungs-Gegenströmer müssen von einer oder mehreren Coldboxen umschlossen sein.
  • Bei kleineren Anlagen sitzt der Unterkühlungs-Gegenströmer neben den Destilliersäulen. Überschreitet der zusätzliche Platzbedarf des Unterkühlungs-Gegenströmer das Transportmaß der Säulen-Coldbox, wird dieser in der Hauptwärmetauscher-Box (der "ersten Coldbox") neben dem Hauptwärmetauscher untergebracht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders günstige Anordnung der Anlagenteile zu finden.
  • Diese Aufgabe wird dadurch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Alle Angaben zur räumlichen Orientierung beziehen sich hier auf Ausrichtung der Vorrichtung während des Betriebs der Kolonnen.
  • Ein Behälter (zum Beispiel eine Säule oder ein Wärmetauscher) befindet sich "oberhalb" (beziehungsweise "unterhalb") eines anderen Behälters, wenn sich seine Unterkante (Oberkante) auf höherem (niedrigerem) geodätischen Niveau als die Oberkante (Unterkante) des anderen Behälters befindet. Dabei kann, muss aber nicht eine vertikale Linie existieren, die durch beide Behälter hindurchgeht. In der Projektion auf eine horizontale Ebene können sich die Querschnitte der beiden Behälter überschneiden, sie können aber auch vollständig versetzt zueinander angeordnet sein Analog ist der Begriff "übereinander" zu verstehen.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung des Unterkühlungs-Gegenströmers unterhalb des Hauptwärmetauschers erscheint zunächst widersinnig, weil der Unterkühlungs-Gegenströmer ein wesentlich kleineres Volumen aufweist und damit die Kombination aus Hauptwärmetauscher und Unterkühlungs-Gegenströmer sozusagen auf dem Kopf steht. Im Rahmen der Erfindung hat sich jedoch herausgestellt, dass die erfindungsgemäße Anordnung überraschend große Vorteile bringt. Insbesondere können der oder die Gasströme, die aus dem Destilliersäulen-System oder einer Mischsäule kommen und zunächst im Unterkühlungs-Gegenströmer angewärmt werden, mit sehr geringem Verrohrungsaufwand aus dem oberen Ende des Unterkühlungs-Gegenströmers in das untere Ende des Hauptwärmetauschers eingeführt werden. Außerdem ergibt sich gegenüber einer Nebeneinander-Anordnung von Hauptwärmetauscher und Unterkühlungs-Gegenströmer eine geringere Breite der ersten Coldbox, sodass diese einfacher transportiert werden kann beziehungsweise mehr Hauptwärmetauscher-Volumen innerhalb der maximal zulässigen Transportbreite realisiert werden kann.
  • Im Rahmen der Erfindung wird der Unterkühlungs-Gegenströmer direkt an dem Hauptwärmetauscher aufgehängt, und zwar über mindestens eine Rohrleitung, die Hauptwärmetauscher und Unterkühlungs-Gegenströmer strömungstechnisch verbindet. Er kann mit einem, mehreren oder allen Wärmetauscher-Blöcken des Hauptwärmetauschers verbunden werden. Gegenüber einer Abstützung am Boden vermeidet man dadurch einen Festpunkt, und aufwändige Dehnschleifen in den Verbindungen zwischen Hauptwärmetauscher und Unterkühlungs-Gegenströmer können entfallen. Die Aufhängung kann über eine oder alle Rohrleitungen erfolgen, die Hauptwärmetauscher und Unterkühlungs-Gegenströmer strömungstechnisch verbinden, oder durch eine Auswahl der verfahrenstechnisch notwendigen Rohrleitungen. Vorzugsweise wird auf jede sonstige Abstützung verzichtet.
  • Der vertikale Abstand zwischen unterem Ende des Hauptwärmetauschers und oberem Ende des Unterkühlungs-Gegenströmer beträgt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise 1 bis 7 m, vorzugsweise 2 bis 5 m.
  • Der im Folgenden verwendete Begriff "Querschnitt des Hauptwärmetauschers" ist als das kleinste horizontale Rechteck zu verstehen, das die Querschnitte aller Wärmetauscher-Blöcke überdeckt, die den Hauptwärmetauscher bilden.
  • Vorzugsweise sind bei der Erfindung Unterkühlungs-Gegenströmer und Hauptwärmetauscher so angeordnet, dass sich die vertikalen Projektionen der Querschnitte von Unterkühlungs-Gegenströmer und Hauptwärmetauscher auf eine horizontale Ebene überschneiden und insbesondere die vertikale Projektion des Querschnitts des Hauptwärmetauschers auf eine horizontale Ebene die entsprechende Projektion des Querschnitts des Unterkühlungs-Gegenströmers vollständig überdeckt. Im letzteren Fall ist der Unterkühlungs-Gegenströmer auch im Sinne der Alltagssprache vollständig unterhalb des Hauptwärmetauschers angeordnet. In der am meisten bevorzugten Anordnung sitzt der Unterkühlungs-Gegenströmer mittig unter den Hauptwärmetauscher-Blöcken.
  • Es ist günstig, wenn die Vorrichtung eine zweite, von der ersten Coldbox getrennte Coldbox aufweist, innerhalb der mindestens eine Säule des Destilliersäulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung angeordnet ist. Durch die Aufteilung auf zwei oder mehr Coldboxen können auch mittelgroße Anlagen weitgehend vorgefertigt werden, ohne dass die zulässigen Transportmaße überschritten werden. Jede Coldbox wird mit Ihren Einbauten vollständig in der Fabrik vorgefertigt. Die Coldboxen werden separat zur Baustelle gebracht, dort aufgestellt und miteinander verbunden.
  • Dabei können alle Säulen des Destilliersäulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung außerhalb der ersten Coldbox angeordnet sein, insbesondere in der zweiten Coldbox. Im letzteren Fall sind also alle kalten Teile der Vorrichtung in genau zwei einzeln transportierbaren Coldboxen untergebracht.
  • Wie oben erwähnt kann die erfindungsgemäße Anordnung des Unterkühlungs-Gegenströmers bei allen Typen von Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen eingesetzt werden, also insbesondere bei Ein- oder Zwei-Säulen-Systemen ohne Mischsäule. Die Erfindung kann auch auf Mischsäulenanlagen angewendet werden, wobei die Mischsäule vorzugsweise in der zweiten Coldbox angeordnet ist. Ausführungsbeispiele für entsprechende Anordnungen sind in der WO 2011116981 A2 beschrieben.
  • Die Vorrichtung weist in diesem Fall außerdem Mittel zum Einleiten von Einsatzluft über den Hauptwärmetauscher in die Mischsäule auf, sowie eine Flüssigsauerstoffleitung zum Einleiten von flüssigem Sauerstoff aus dem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung (insbesondere aus einer Niederdrucksäule) in den oberen Bereich der Mischsäule und eine Sauerstoffproduktleitung zum Abziehen von Sauerstoffgas aus dem oberen Bereich der Mischsäule durch den Hauptwärmetauscher.
  • Grundsätzlich kann der Hauptwärmetauscher an jeder beliebigen Stelle abgestützt werden. Es ist jedoch besonders günstig, wenn der Hauptwärmetauscher durch Aufhängung von oben befestigt ist, insbesondere indem er an Trägern am oberen Ende des der Blöcke aufgehängt ist. Eine derartige Konstruktion ist zum Beispiel in EP 1239254 B1 (= US 7325594 B2 ) im Detail gezeigt.
  • Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigen:
    • Figur 1
    eine erfindungsgemäße Vorrichtung in horizontaler Querschnittsdarstellung und
    Figur 2
    dieselbe Vorrichtung die erste Coldbox as erste Ausführungsbeispiel in vertikaler Querschnittsdarstellung.
  • Das Ausführungsbeispiel weist eine erste Coldbox 12 und eine zweite Coldbox 3 auf. Von den beiden Coldboxen 3 sind in Figur 1 nur die seitlichen Außenwände dargestellt. Details wie Rohrleitungen, Ventile und das Innere der Apparate 1, 2, 5, 6 sind nicht gezeigt. Der Zwischenraum zwischen den Apparaten 1, 2, 5, 6 und der Außenwand der gemeinsamen Coldbox 3 ist mit Perlite gefüllt. Die Ober- und Unterseiten jeder Coldbox werden durch je eine separate Außenwand gebildet.
  • In der ersten Coldbox 12 sind ein Hauptwärmetauscher 6 und ein Unterkühlungs-Gegenströmer 2 angeordnet. Der Hauptwärmetauscher 6 wird aus mehr als einem Wärmetauscher-Block gebildet, nämlich in dem Beispiel aus zwei parallel geschalteten und nebeneinander angeordneten Plattenwärmetauscher-Blöcken. Der "Querschnitt" 20 des Hauptwärmetauschers wird hier durch das kleinste horizontale Rechteck gebildet, das die Querschnitte aller Blöcke überdeckt, die den Hauptwärmetauscher bilden und in Figur 1 durch eine punktierte Linie repräsentiert wird. Der Unterkühlungs-Gegenströmer 2 wird durch einen einzigen Plattenwärmetauscher-Block gebildet und ist zentral unterhalb des Hauptwärmetauschers angeordnet. Es ist günstig, wenn der Unterkühlungs-Gegenströmer möglichst weit unten angeordnet ist und damit der Höhenunterschied zwischen dem Sumpf der Hochdrucksäule und den Einspeisestellen der zu unterkühlenden Flüssigströme in den Unterkühlungs-Gegenströmer möglichst gering ist.
  • Das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung des Ausführungsbeispiels weist eine Hochdrucksäule und eine Niederdrucksäule auf, die als klassische Doppelsäule 5 realisiert und in der zweiten Coldbox 3 untergebracht sind. Die Doppelsäule 5 ist über ein nicht dargestelltes Gestell auf dem Boden 4 der gemeinsamen Coldbox 3 abgestützt. In der zweiten Coldbox ist außerdem eine Mischsäule 1 angeordnet, die sich über Verbindungselemente 10, 11 an der Doppelsäule 5 abstützt.
  • Die Mischsäule 1 stützt sich ausschließlich an der Doppelsäule ab, und zwar über mindestens zwei Verbindungselemente die jeweils im oberen und unteren Bereich der Mischsäule 1 angeordnet sind. Die Art der Verbindung ist in der WO 2011116981 A2 näher erläutert. Das obere Verbindungselement besteht aus einem Paar von Elementen 10, 11 und ist in Figur 1 dargestellt.
  • Der gestrichelte Kreis 1 a stellt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels dar, bei der die Mischsäule abweichend angeordnet ist.
  • In Figur 2 ist außerdem eine der Rohrleitungsverbindungen zwischen Hauptwärmetauscher 6, Unterkühlungs-Gegenströmer 2 und zweiter Coldbox 3 zeichnerisch angedeutet. (Die üblichen weiteren Verbindungen zwischen Destilliersäulen-System und Hauptwärmetauscher sind hier nicht dargestellt.) Über Leitung 16 wird reiner oder unreiner Stickstoff aus der Niederdrucksäule (oberer Teil der Doppelsäule 5) herangeführt und in das untere Ende des Unterkühlungs-Gegenströmers 2 eingespeist. Der im Unterkühlungs-Gegenströmer angewärmte Stickstoff wird über Leitung 17 aus dem oberen Ende des Unterkühlungs-Gegenströmers 2 entnommen, über ein Paar von Leitungen 18, 19 auf die beiden Blöcke des Hauptwärmetauschers 6 aufgeteilt und strömt in deren unteres Ende ein. Am oberen, warmen Ende des Hauptwärmetauschers wird der Stickstoff dann unter etwa Umgebungstemperatur entnommen (nicht dargestellt). In dem Ausführungsbeispiel ist der Unterkühlungs-Gegenströmer ausschließlich über die Leitungen 17, 18 und 19 an dem Hauptwärmetauscher 6 aufgehängt; weitere Abstützungs- oder Aufhängungseinrichtungen sind nicht vorgesehen. Alternativ können eine oder mehrere weitere Rohrleitungen, die Hauptwärmetauscher und Unterkühlungs-Gegenströmer strömungstechnisch verbinden, zur Aufhängung des Unterkühlungs-Gegenströmers am Hauptwärmetauscher eingesetzt werden.

Claims (7)

  1. Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft mit einem Hauptwärmetauscher (6), der mindestens zwei Wärmetauscher-Blöcke aufweist, mit einem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung (5), das mindestens eine Hochdrucksäule aufweist, mit einem vom Hauptwärmetauscher getrennten Unterkühlungs-Gegenströmer (2), der durch einen Wärmetauscher-Block gebildet wird, mit Mitteln zum Einleiten von Einsatzluft über den Hauptwärmetauscher (6) in die Hochdrucksäule, mit Mitteln zum Einleiten eines Flüssigstroms aus dem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung (5) in den Unterkühlungs-Gegenströmer (2) und mit Mitteln zum Einleiten eines Gasstroms (16) aus dem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung (5) in den Unterkühlungs-Gegenströmer (2), wobei der Hauptwärmetauscher (6) und der , Unterkühlungs-Gegenströmer (2) in einer ersten Coldbox (12) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Ende des Unterkühlungs-Gegenströmers (2) unterhalb des unteren Endes des Hauptwärmetauschers (6) angeordnet ist und der Unterkühlungs-Gegenströmer (2) über mindestens eine Rohrleitung (17, 18, 19), die Hauptwärmetauscher (6) und Unterkühlungs-Gegenströmer (2) strömungstechnisch verbindet, an dem Hauptwärmetauscher (6) aufgehängt ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die vertikalen Projektionen der Querschnitte von Unterkühlungs-Gegenströmer (2) und Hauptwärmetauscher (6) auf eine horizontale Ebene überschneiden.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikale Projektion des Querschnitts (20) des Hauptwärmetauschers (6) auf eine horizontale Ebene die entsprechende Projektion des Querschnitts des Unterkühlungs-Gegenströmers (2) vollständig überdeckt.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Säule des Destilliersäulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung (5) in einer zweiten, von der ersten Coldbox (12) getrennten Coldbox (3) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Säulen des Destilliersäulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung (5) außerhalb der ersten Coldbox (12) angeordnet sind, insbesondere in der zweiten Coldbox (3).
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine Mischsäule (1, 1a), die in der zweiten Coldbox (3) angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptwärmetauscher (6) durch Aufhängung von oben befestigt ist.
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