EP2703757A1

EP2703757A1 - Method and plant for creating liquid and gaseous oxygen products by cryogenic decomposition of air

Info

Publication number: EP2703757A1
Application number: EP12007213.7A
Authority: EP
Inventors: Tobias Lautenschlager
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2012-10-18
Publication date: 2014-03-05
Also published as: EP2906889A2; DE102012017484A1; ZA201501162B; WO2014037091A3; EP2906889B1; RU2647297C2; CL2015000527A1; RU2015112309A; PL2906889T3; BR112015004726B1; BR112015004726A2; WO2014037091A2

Abstract

The method involves recovering a fraction of liquid with higher oxygen content from a high-pressure separating column (S1) of the distillation column system (S) for the production of liquid oxygen product (LOX). The liquid is guided out of the air separation plant. The fraction of liquid with reduced oxygen content in the low pressure separating column (S2) of the distillation column system is removed for production of GOX. The mixing column pressure in the mixing column (S3) is evaporated against the mixing column air. The gas from the air separation plant is led out. An independent claim is included for air separation plant.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung flüssiger und gasförmiger Sauerstoffprodukte durch Tieftemperaturzerlegung von Luft unter Verwendung einer Mischsäule und eine entsprechende Luftzerlegungsanlage.The invention relates to a process for the production of liquid and gaseous oxygen products by cryogenic separation of air using a mixing column and a corresponding air separation plant.

State of the art

Die Herstellung von Sauerstoff oder sauerstoffreichen Gemischen, nachfolgend als Sauerstoffprodukte bezeichnet, erfolgt üblicherweise durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in Luftzerlegungsanlagen mit an sich bekannten Destillationssäulensystemen. Diese können als Zweisäulensysteme, insbesondere als klassische Doppelsäulensysteme, aber auch als Drei- oder Mehrsäulensysteme ausgebildet sein. Ferner können Vorrichtungen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere der Edelgase Krypton, Xenon und/oder Argon, vorgesehen sein.The production of oxygen or oxygen-rich mixtures, hereinafter referred to as oxygen products, is usually carried out by cryogenic separation of air in air separation plants with known distillation column systems. These can be designed as two-column systems, in particular as classic double-column systems, but also as three-column or multi-column systems. Furthermore, devices for obtaining further air components, in particular the noble gases krypton, xenon and / or argon, may be provided.

Für eine Reihe von industriellen Anwendungen wird zumindest nicht ausschließlich reiner Sauerstoff benötigt. Dies eröffnet die Möglichkeit, Luftzerlegungsanlagen hinsichtlich ihrer Erstellungs- und Betriebskosten, insbesondere ihres Energieverbrauchs, zu optimieren (siehe beispielsweise Kapitel 3.8 in Kerry, F.G.: Industrial Gas Handbook: Gas Separation and Purification. Boca Raton: CRC Press, 2006 ).At least not exclusively pure oxygen is needed for a number of industrial applications. This opens up the possibility of optimizing air separation plants with regard to their production and operating costs, in particular their energy consumption (see, for example Chapter 3.8 in Kerry, FG: Industrial Gas Handbook: Gas Separation and Purification. Boca Raton: CRC Press, 2006 ).

Beispielsweise können hierzu Luftzerlegungsanlagen mit so genannten Mischsäulen eingesetzt werden, wie sie in EP 0 531 182 A1 , EP 0 697 576 A1 , EP 0 698 772 A1 , EP 1 139 046 A1 , DE 101 39 727 A1 , DE 102 28 111 A1 , DE 199 51 521 A1 sowie US 5 490 391 A dargestellt sind. In eine Mischsäule werden am oberen Ende ein flüssiger, sauerstoffreicher Strom und am unteren Ende ein gasförmiger Luftstrom eingespeist und einander entgegengeschickt. Durch intensiven Kontakt geht ein gewisser Anteil des leichter flüchtigen Stickstoffs aus dem Luftstrom in den sauerstoffreichen Strom über. Der sauerstoffreiche Strom wird in der Mischsäule verdampft und an deren oberem Ende als gasförmiger, "unreiner" Sauerstoff abgezogen. Der unreine Sauerstoff kann der Luftzerlegungsanlage als gasförmiges Sauerstoffprodukt entnommen werden. Der Luftstrom seinerseits wird verflüssigt, in gewissem Umfang mit Sauerstoff angereichert, und am unteren Ende der Mischsäule abgezogen. Der verflüssigte Luftstrom kann anschließend an energetisch und/oder trenntechnisch geeigneter Stelle in das verwendete Destillationssäulensystem eingespeist werden. Durch die Verwendung einer Mischsäule kann die für die Stofftrennung erforderliche Energie auf Kosten der Reinheit des gasförmigen Sauerstoffprodukts beträchtlich reduziert werden.For example, this air separation plants can be used with so-called mixing columns, as in EP 0 531 182 A1 . EP 0 697 576 A1 . EP 0 698 772 A1 . EP 1 139 046 A1 . DE 101 39 727 A1 . DE 102 28 111 A1 . DE 199 51 521 A1 such as US 5,490,391 A are shown. In a mixing column at the top of a liquid, oxygen-rich stream and fed at the bottom of a gaseous air stream and sent towards each other. Through intensive contact, a certain proportion of the more volatile nitrogen from the air stream passes into the oxygen-rich stream. The oxygen-rich stream is vaporized in the mixing column and at its upper end as gaseous, "impure" oxygen deducted. The impure oxygen can be taken from the air separation plant as a gaseous oxygen product. The air stream in turn is liquefied, enriched to some extent with oxygen, and withdrawn at the bottom of the mixing column. The liquefied air stream can then be fed into the distillation column system used at an energetically and / or separation-appropriate location. By using a mixing column, the energy required for material separation can be significantly reduced at the expense of the purity of the gaseous oxygen product.

Nachteilig an bekannten Anlagen, die mit Mischsäulen arbeiten, ist die eingeschränkte Entnahmemöglichkeit von flüssigen Produkten, weil diese, wie unten erläutert, als reine Gasanlagen ausgebildet sind. So ist die maximale Entnahmemenge von Flüssigstickstoff und Flüssigsauerstoff in Anlagen mit Mischsäulen üblicherweise auf höchstens 0,5% der insgesamt eingesetzten Luftmenge begrenzt.A disadvantage of known systems that work with mixing columns, the limited removal option of liquid products, because these, as explained below, are designed as pure gas systems. Thus, the maximum withdrawal amount of liquid nitrogen and liquid oxygen in systems with mixing columns is usually limited to at most 0.5% of the total amount of air used.

Es besteht daher der Bedarf nach verbesserten Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung flüssiger und gasförmiger Sauerstoffprodukte durch Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei denen größere Anteile flüssiger Produkte gewonnen werden können.There is therefore a need for improved processes and apparatus for producing liquid and gaseous oxygen products by cryogenic separation of air in which larger proportions of liquid products can be recovered.

Disclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung flüssiger und gasförmiger Sauerstoffprodukte durch Tieftemperaturzerlegung von Luft mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, a method and a device for producing liquid and gaseous oxygen products by cryogenic separation of air with the features of the independent claims are proposed. Preferred embodiments are the subject of the respective dependent claims and the following description.

Advantages of the invention

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient der Erzeugung zumindest eines flüssigen Sauerstoffprodukts und eines gasförmigen Sauerstoffprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft. Hierzu wird ein Destillationssäulensystem einer Luftzerlegungsanlage verwendet. Zur Gewinnung des flüssigen Sauerstoffprodukts wird eine Flüssigfraktion mit einem ersten, höheren Sauerstoffgehalt aus einer Trennsäule des Destillationssäulensystems entnommen und flüssig aus der Luftzerlegungsanlage herausgeführt. Zur Gewinnung des gasförmigen Sauerstoffprodukts wird eine Flüssigfraktion mit einem zweiten, geringeren Sauerstofigehalt aus derselben Trennsäule des Destillationssäulensystems entnommen und zumindest in einer Mischsäule bei einem Mischsäulendruck gegen Mischsäulenluft verdampft, wie eingangs erläutert. Das gasförmige Sauerstoffprodukt wird ebenfalls, jedoch im gasförmigen Zustand, aus der Luftzerlegungsanlage herausgeführt.A method according to the invention serves to produce at least one liquid oxygen product and one gaseous oxygen product by cryogenic decomposition of air. For this purpose, a distillation column system of an air separation plant is used. To obtain the liquid oxygen product, a liquid fraction having a first, higher oxygen content of a Separation column of the distillation column system removed and led out liquid from the air separation plant. To obtain the gaseous oxygen product, a liquid fraction having a second, lower oxygen content is taken from the same separation column of the distillation column system and evaporated at least in a mixing column at a mixing column pressure against mixing column air, as explained above. The gaseous oxygen product is also, but in the gaseous state, led out of the air separation plant.

Das flüssige Sauerstoffprodukt wird nachfolgend auch als "reiner", das gasförmige Sauerstoffprodukt auch als "unreiner" Sauerstoff bezeichnet, wobei die möglichen Gehalte an Sauerstoff unten angegeben sind. Die Reinheit des "reinen" Sauerstoffprodukts richtet sich nach dem Typ der verwendeten Luftzerlegungsanlage und den Anforderungen der jeweiligen Verbraucher. Die Herstellung "unreiner" gasförmiger Sauerstoffprodukte lässt sich, wie erläutert, mit Mischsäulen energetisch günstig realisieren. Die Begriffe "höherer" und "geringerer" Sauerstoffgehalt beziehen sich aufeinander.The liquid oxygen product is hereinafter also referred to as "purer", the gaseous oxygen product also as "impure" oxygen, the possible contents of oxygen are given below. The purity of the "pure" oxygen product depends on the type of air separation unit used and the requirements of the respective consumer. The production of "impure" gaseous oxygen products can, as explained, be realized with mixed columns in an energy-efficient manner. The terms "higher" and "lower" oxygen content refer to each other.

Im Rahmen dieser Anmeldung ist von der Gewinnung von Sauerstoff- und Stickstoffprodukten die Rede. Ein "Produkt" verlässt die erläuterte Anlage und wird beispielsweise in einem Tank eingelagert oder verbraucht. Es nimmt also nicht mehr nur ausschließlich an den anlageninternen Kreisläufen teil, kann jedoch vor dem Verlassen der Anlage entsprechend verwendet werden, beispielsweise als Kälteträger in einem Wärmetauscher. Der Begriff "Produkt" umfasst also nicht solche Fraktionen oder Ströme, die in der Anlage selbst verbleiben und ausschließlich dort, beispielsweise als Rücklauf, Kühlmittel oder Spülgas, verwendet werden.In the context of this application, the extraction of oxygen and nitrogen products is mentioned. A "product" leaves the described plant and is stored or consumed, for example, in a tank. So it no longer only participates exclusively in the plant-internal circuits, but can be used accordingly before leaving the plant, for example as a refrigerant in a heat exchanger. The term "product" thus does not include such fractions or streams that remain in the plant itself and are used exclusively there, for example as reflux, coolant or purge gas.

Der Begriff "Produkt" beinhaltet ferner eine Mengenangabe. Ein "Produkt" entspricht mindestens 1%, insbesondere mindestens 2%, beispielsweise mindestens 5% oder mindestens 10% der in einer entsprechenden Anlage eingesetzten Luftmenge. Geringere Mengen auch herkömmlicherweise in ausgesprochenen Gasanlagen anfallender und einer solchen Anlage gegebenenfalls entnehmbarer Flüssigfraktionen stellen damit keine "Produkte" im Sinne dieser Anmeldung dar. Wie nachfolgend erläutert, wird durch die Entnahme von Flüssigprodukten einer Luftzerlegungsanlage eine beträchtliche Kältemenge "entzogen", die sonst durch Verdampfung dieser Flüssigprodukte zum Teil zurückgewonnen werden könnte. Eine derartige Entnahme wirkt sich jedoch erst ab einer bestimmten Entnahmemenge, also erst dann, wenn tatsächlich ein "Produkt" im Sinne der oben getroffenen Definition entnommen wird, aus.The term "product" further includes a quantity. A "product" corresponds to at least 1%, in particular at least 2%, for example at least 5% or at least 10% of the amount of air used in a corresponding plant. Lower amounts of liquid fractions conventionally obtained in liquefied gas installations and possibly removed from such a plant thus do not constitute "products" within the meaning of this application. As explained below, the removal of liquid products from an air separation plant "extracts" a considerable amount of refrigerant which would otherwise be removed by evaporation this Liquid products could be recovered in part. Such a removal, however, affects only from a certain withdrawal amount, so only when actually a "product" is taken in the sense of the above definition, from.

Die Anforderungen industrieller Verbraucher an die Produkte von Luftzerlegungsanlagen und deren hierdurch bedingte Konstruktionsprinzipien unterscheiden sich mitunter beträchtlich. So sind für bestimmte Einsatzszenarien ausgesprochene Gasanlagen bekannt, in denen bevorzugt oder ausschließlich gasförmige Produkte, beispielsweise Sauerstoff und/oder Stickstoff, gewonnen werden können. Andere Anwendungen erfordern hingegen Flüssigprodukte und damit ausgesprochene Flüssiganlagen.The requirements of industrial consumers for the products of air separation plants and their consequent design principles differ sometimes considerably. Thus, gas installations pronounced for certain application scenarios are known in which preferred or exclusively gaseous products, for example oxygen and / or nitrogen, can be obtained. Other applications, however, require liquid products and thus pronounced liquid systems.

Die Entnahme von Flüssigprodukten aus Gasanlagen ist in der Regel nicht möglich, auch wenn solche Flüssigprodukte dort als Zwischenprodukte, beispielsweise in einer Trennsäule, anfallen. Die dort verwendeten Konstruktionsprinzipien können daher auch nicht ohne weiteres auf Flüssiganlagen übertragen werden. In Gasanlagen können die als Zwischenprodukte gewonnenen kryogenen Flüssigkeiten verdampft und zur Kühlung insbesondere der eingesetzten Luft verwendet werden. Wenn einer Luftzerlegungsanlage jedoch Flüssigprodukte, beispielsweise flüssiger Sauerstoff und/oder Stickstoff, entnommen werden sollen, wird dem System hierdurch diese Kältemenge entzogen. Die in Flüssiganlagen "fehlende" Kälte muss daher zusätzlich erzeugt werden, und zwar letztlich in Form von Verdichterleistung.The removal of liquid products from gas systems is generally not possible, even if such liquid products are produced there as intermediates, for example in a separation column. Therefore, the design principles used there can not be readily transferred to liquid systems. In gas plants, the cryogenic liquids obtained as intermediates can be evaporated and used for cooling in particular the air used. If, however, liquid products, for example liquid oxygen and / or nitrogen, are to be taken from an air separation plant, the system removes this amount of cold. The "missing" in liquid systems cold must therefore be generated in addition, and ultimately in the form of compressor performance.

Die Erfindung entfaltet ihre besonderen Vorteile in Anlagen, die dafür verwendet werden, ein gasförmiges Sauerstoffprodukt mit beispielsweise weniger als 98 mol-% (Molprozent) Reinheit und gleichzeitig hierzu größere Mengen eines im hier verwendeten Sinn "reinen" flüssigen Sauerstoffprodukts herzustellen. Das Verfahren erweist sich hierbei als hocheffizient und erlaubt die Gewinnung von 1 % bis 5% oder 1 % bis 10% der insgesamt der Luftzerlegungsanlage in komprimierter Form zugeführten Luft (im Rahmen dieser Anmeldung als "Gesamtluft" bezeichnet) in Form flüssiger Produkte. Wenngleich diese Anmeldung vornehmlich die Entnahme flüssigen Sauerstoffs beschreibt, kann in entsprechender Weise auch flüssiger Stickstoff gewonnen werden.The invention has particular advantages in plants used to produce a gaseous oxygen product having, for example, less than 98 mole percent (mole percent) purity and, at the same time, larger amounts of a "pure" liquid oxygen product as used herein. The method proves to be highly efficient and allows the recovery of 1% to 5% or 1% to 10% of the air supplied to the air separation plant in compressed form (referred to in the context of this application as "total air") in the form of liquid products. Although this application primarily describes the removal of liquid oxygen, liquid nitrogen can also be obtained in a corresponding manner.

Dem hier vorgestellten Verfahren kann beispielsweise eine Luftzerlegungsanlage mit einem Doppelsäulensystem zugrunde liegen. Derartige Doppelsäulensysteme umfassen eine Hochdrucktrennsäule und eine Niederdrucktrennsäule zur Trennung von Sauerstoff und Stickstoff. Die Hochdrucktrennsäule arbeitet bei einem Betriebsdruck von beispielsweise 5 bis 7,5 bar, insbesondere von 5,5 bis 6 bar, und die Niederdrucktrennsäule bei einem Betriebsdruck von beispielsweise 1,3 bis 1,8 bar, insbesondere von 1,3 bis 1,6 bar. Hierbei, und bei den nachfolgend angegebenen Drücken, handelt es sich um Absolutdrücke. Die Hochdrucktrennsäule und die Niederdrucktrennsäule können auch zumindest teilweise baulich voneinander getrennt sein. Es handelt sich in diesem Fall um die eingangs erwähnten Zweisäulensysteme.The method presented here may, for example, be based on an air separation plant with a double column system. Such dual column systems include a high pressure separation column and a low pressure separation column for separation of oxygen and nitrogen. The high-pressure separating column operates at an operating pressure of, for example, 5 to 7.5 bar, in particular from 5.5 to 6 bar, and the low-pressure separating column at an operating pressure of, for example, 1.3 to 1.8 bar, in particular from 1.3 to 1.6 bar. Here, and at the pressures given below, these are absolute pressures. The high-pressure separation column and the low-pressure separation column can also be at least partially structurally separated from one another. In this case, these are the two-post systems mentioned at the beginning.

Die Erfindung kann jedoch auch mit Drei- oder Mehrsäulensystemen zur Trennung von Sauerstoff und Stickstoff und/oder mit Destillationssäulensystemen, die zur Gewinnung weiterer Komponenten eingerichtet sind, realisiert werden. In diesem Fall wird im Rahmen dieser Anmeldung die Trennsäule mit dem höchsten Betriebsdruck als "Hochdrucktrennsäule" bezeichnet. Die Trennsäule, der üblicherweise Sauerstoff, beispielsweise ein sauerstoffreicher Strom mit mehr als 99 mol-%, entnommen wird, wird im Sprachgebrauch dieser Anmeldung dann als "Niederdrucktrennsäule" bezeichnet. In bestimmten Fällen kann die Mischsäule auch unter einem höheren Druck als die Hochdrucktrennsäule betrieben werden.However, the invention can also be realized with three or more column systems for the separation of oxygen and nitrogen and / or with distillation column systems, which are set up to obtain further components. In this case, the separation column with the highest operating pressure is referred to as "high pressure separation column" in the context of this application. The separation column, which is usually taken from oxygen, for example an oxygen-rich stream having more than 99 mol%, is then referred to in the language usage of this application as a "low-pressure separation column". In certain cases, the mixing column may also be operated at a higher pressure than the high pressure separation column.

In einem entsprechenden Verfahren werden die Flüssigfraktion mit dem ersten Sauerstoffgehalt und die Flüssigfraktion mit dem zweiten Sauerstoffgehalt vorteilhafterweise in unterschiedlichen Höhen aus der Niederdrucktrennsäule entnommen. Beispielsweise werden die Flüssigfraktion mit dem ersten Sauerstoffgehalt aus dem Sumpf der Niederdrucktrennsäule und die Flüssigfraktion mit dem zweiten Sauerstoffgehalt in einer dem zweiten Sauerstoffgehalt entsprechenden Höhe seitlich aus der Niederdrucktrennsäule entnommen. Die Entnahmehöhe aus der Niederdrucktrennsäule korreliert bekanntermaßen unmittelbar mit dem Sauerstoffgehalt bei den jeweils verwendeten Betriebsbedingungen, so dass der Fachmann eine entsprechende Beziehung unschwer herstellen kann. Die Entnahme seitlich aus der Niederdrucktrennsäule erweist sich energetisch als besonders günstig. Auf diese Weise kann insbesondere vermieden werden, wertvollen "reinen" Sauerstoff unnötigerweise für die Herstellung des unreinen, gasförmigen Sauerstoffprodukts zu verbrauchen. Der beispielsweise aus dem Sumpf der Niederdrucktrennsäule entnommene "reine" Sauerstoff weist beispielsweise 99,6 mol-% Sauerstoffgehalt auf und wurde damit bereits fast vollständig von Argon getrennt. Hierzu wurde eine entsprechende Trennarbeit aufgewandt. Die Flüssigfraktion mit dem zweiten Sauerstoffgehalt, die der Niederdrucktrennsäule seitlich entnommen werden kann, weist hingegen beispielsweise 97 mol-% Sauerstoff und 3 mol-% Argon auf. Die zur Trennung von Sauerstoff und Argon erforderliche Arbeit kann damit eingespart werden. Mit anderen Worten ist es energetisch günstiger, für ein in "unreiner" Form benötigtes gasförmiges Sauerstoffprodukt eine unreine Ausgangsfraktion zu verwenden als eine "reine" Fraktion in einer Mischsäule zu verunreinigen.In a corresponding method, the liquid fraction having the first oxygen content and the liquid fraction having the second oxygen content are advantageously taken from the low-pressure separation column at different heights. For example, the liquid fraction having the first oxygen content from the bottom of the low pressure separation column and the liquid fraction having the second oxygen content at a level corresponding to the second oxygen content are laterally removed from the low pressure separation column. The extraction level from the low-pressure separation column is known to correlate directly with the oxygen content at the operating conditions used in each case, so that the skilled person can easily establish a corresponding relationship. The removal laterally from the low-pressure separation column proves to be energetically particularly favorable. In this way, in particular, it is possible to avoid unnecessarily consuming valuable "pure" oxygen for the production of the impure gaseous oxygen product. For example, from the bottom of the low pressure separation column removed "pure" oxygen, for example, 99.6 mol% oxygen content and was thus almost completely separated from argon. For this purpose, a corresponding separation work has been used. By contrast, the liquid fraction with the second oxygen content, which can be taken from the side of the low-pressure separation column, has, for example, 97 mol% of oxygen and 3 mol% of argon. The work required for the separation of oxygen and argon can thus be saved. In other words, it is energetically more favorable to use an impure starting fraction for a gaseous oxygen product needed in an "impure" form than to contaminate a "pure" fraction in a mixing column.

Der flüssige sauerstoffreiche Strom, der in die Mischsäule eingespeist wird, also jener sauerstoffreiche Strom, der der erfindungsgemäß entnommenen Flüssigfraktion mit dem zweiten, geringeren Sauerstoffgehalt entspricht, weist vorteilhafterweise einen Sauerstoffgehalt von 70 bis 99 mol-%, insbesondere 90 bis 98 mol-%, auf. Der erste Sauerstoffgehalt, der sich in dem flüssigen Sauerstoffprodukt wiederfindet, entspricht vorteilhafterweise wenigstens 99 mol-%, insbesondere wenigstens 99,5 mol-%. Der erste liegt vorteilhafterweise immer über dem zweiten Sauerstoffgehalt.The liquid oxygen-rich stream which is fed into the mixing column, that is to say that oxygen-rich stream which corresponds to the liquid fraction having the second, lower oxygen content removed according to the invention, advantageously has an oxygen content of 70 to 99 mol%, in particular 90 to 98 mol%. on. The first oxygen content found in the liquid oxygen product advantageously corresponds to at least 99 mol%, in particular at least 99.5 mol%. The first is advantageously always above the second oxygen content.

Vorteilhafterweise wird in einem entsprechenden Verfahren die Flüssigfraktion mit dem ersten Sauerstoffgehalt nach der Entnahme aus der Trennsäule des Destillationssäulensystems in zumindest einem Wärmetauscher unterkühlt. Dies ermöglicht es, die Flüssigfraktion anschließend sicher in einen Tank zu überführen, ohne dass hierbei zwangsläufig auftretende Wärmeverluste zu einer übermäßigen Verdampfung führen würden.Advantageously, in a corresponding process, the liquid fraction having the first oxygen content is subcooled after removal from the separation column of the distillation column system in at least one heat exchanger. This makes it possible to then safely transfer the liquid fraction into a tank, without this inevitably occurring heat losses would lead to excessive evaporation.

Die Flüssigfraktion mit dem zweiten Sauerstoffgehalt wird ihrerseits nach der Entnahme aus der Trennsäule des Destillationssäulensystems und/oder nach dem Verdampfen in der Mischsäule in zumindest einem Wärmetauscher erwärmt. Zur Erwärmung der Flüssigfraktion nach der Entnahme aus dem Destillationssäulensystem kann derselbe Wärmetauscher verwendet werden, der auch zur Unterkühlung der Flüssigfraktion mit dem ersten Sauerstoffgehalt nach der Entnahme aus dem Destillationssäulensystem dient. Vor oder nach dem Verdampfen in der Mischsäule kann die Flüssigfraktion mit dem zweiten Sauerstoffgehalt jedoch auch durch einen Hauptwärmetauscher der Luftzerlegungsanlage geführt und dort weiter erwärmt werden.The liquid fraction with the second oxygen content is in turn heated after removal from the separation column of the distillation column system and / or after evaporation in the mixing column in at least one heat exchanger. To heat the liquid fraction after removal from the distillation column system, the same heat exchanger can be used, which also serves to subcool the liquid fraction having the first oxygen content after removal from the distillation column system. Before or after evaporation in the mixing column, however, the liquid fraction having the second oxygen content can also be passed through a main heat exchanger of the air separation plant and further heated there.

Vorteilhafterweise wird die Flüssigfraktion mit dem zweiten Sauerstoffgehalt nach der Entnahme aus der Trennsäule des Destillationssäulensystems mittels wenigstens einer Pumpe und wenigstens eines Entspannungsventils kopfseitig in die Mischsäule eingespeist. Der Druck wird dabei auf den Mischsäulendruck erhöht, der oberhalb des Drucks der Niederdrucktrennsäule liegt, der die Flüssigfraktion mit dem zweiten Sauerstoffgehalt vorteilhafterweise entnommen wird.Advantageously, the liquid fraction with the second oxygen content is fed to the top of the mixing column after removal from the separation column of the distillation column system by means of at least one pump and at least one expansion valve. The pressure is thereby increased to the mixing column pressure, which is above the pressure of the low-pressure separating column, from which the liquid fraction with the second oxygen content is advantageously taken.

Das erläuterte Verfahren ist vorteilhafterweise als so genanntes HAP-Verfahren (High Air Pressure) realisiert. Die der Luftzerlegungsanlage insgesamt zugeführte Gesamtluft wird dabei vorteilhafterweise in einem Hauptverdichter auf einen Einspeisedruck von 6 bis 30 bar, insbesondere von 7 bis 20 bar, beispielsweise von 10 bis 14 bar, verdichtet. Vorzugsweise stellt dabei der Hauptverdichter die einzige mit externer Energie angetriebene Maschine zur Verdichtung von Luft dar. Unter einer "einzigen Maschine" wird hier beispielsweise ein einstufiger oder mehrstufiger Verdichter verstanden, dessen Stufen alle mit dem gleichen Antrieb verbunden sind, wobei alle Stufen in demselben Gehäuse untergebracht oder mit demselben Getriebe verbunden sind. In diesem Luftverdichter wird vorzugsweise die Gesamtluft auf einen Druck verdichtet, der beispielsweise deutlich über dem Betriebsdruck der Säule mit dem höchsten Druckniveau liegt. Neben dieser Verdichtung können gleichwohl Teilströme, beispielsweise in Boostern, die mit Expansionsturbinen gekoppelt sind, "nachverdichtet" werden, wozu aber keine externe Energie zugeführt wird.The described method is advantageously implemented as a so-called HAP method (High Air Pressure). The total air supplied to the air separation plant is advantageously compressed in a main compressor to a feed pressure of 6 to 30 bar, in particular from 7 to 20 bar, for example from 10 to 14 bar. Preferably, the main compressor is the only external energy driven machine for compressing air. By a "single machine" is meant here, for example, a single-stage or multi-stage compressor whose stages are all connected to the same drive, all stages in the same housing housed or connected to the same gear. In this air compressor, the total air is preferably compressed to a pressure which, for example, is significantly above the operating pressure of the column with the highest pressure level. In addition to this compression, however, partial flows, for example in boosters which are coupled with expansion turbines, can be "recompressed", but for which no external energy is supplied.

In dem Verfahren kann der Einspeisedruck alternativ oder zusätzlich auch im Verhältnis zum Betriebsdruck der Hochdrucktrennsäule angegeben werden. Dies bedeutet hier, dass die Druckdifferenz zwischen dem Einspeisedruck und dem Betriebsdruck der Hochdrucktrennsäule nicht nur dem natürlichen Druckabfall durch Leitungen, Wärmetauscher und andere Apparate entspricht, sondern mindestens 1 bar, insbesondere mindestens 3 bar, vorzugsweise mindestens 5 bar, beträgt. Die Druckdifferenz zwischen dem Einspeisedruck und dem Betriebsdruck der Hochdrucktrennsäule beträgt beispielsweise 5 bis 25 bar, insbesondere 7 bis 15 bar.In the method, the feed pressure may alternatively or additionally also be stated in relation to the operating pressure of the high-pressure separation column. This means here that the pressure difference between the feed pressure and the operating pressure of the high-pressure separation column not only corresponds to the natural pressure drop through lines, heat exchangers and other apparatus, but at least 1 bar, in particular at least 3 bar, preferably at least 5 bar. The pressure difference between the feed pressure and the operating pressure of the high-pressure separation column is, for example, 5 to 25 bar, in particular 7 to 15 bar.

Vorteilhafterweise wird zumindest ein erster Teilstrom der Gesamtluft zumindest in einer ersten Entspannungsmaschine auf den Betriebsdruck der Hochdrucktrennsäule entspannt und in die Hochdrucktrennsäule eingespeist. Hierdurch kann zusätzliche Kälte gewonnen werden.Advantageously, at least a first partial flow of the total air is at least in a first expansion machine to the operating pressure of the high-pressure separation column relaxed and fed into the high pressure separation column. As a result, additional cold can be obtained.

Der erste Teilstrom kann vor der Entspannung in der ersten Entspannungsmaschine in einem mit der ersten Entspannungsmaschine gekoppelten Booster verdichtet und/oder vor und/oder nach der Entspannung in der ersten Entspannungsmaschine abgekühlt werden. Durch eine Abkühlung nach der Verdichtung, z.B. durch Wasserkühlung und/oder durch eine Abkühlung auf eine Zwischentemperatur in einem Hauptwärmetauscher, kann die entstehende Verdichtungswärme abgeführt werden. Wird nach der Entspannung das dann kalte Gas durch das kalte Ende des Hauptwärmetauschers geführt, kann eine weitere Abkühlung bewirkt werden.The first partial flow may be compressed prior to expansion in the first expansion machine in a booster coupled to the first expansion machine and / or cooled before and / or after the expansion in the first expansion machine. By cooling after compaction, e.g. by water cooling and / or by cooling to an intermediate temperature in a main heat exchanger, the resulting compression heat can be dissipated. If, after the relaxation of the then cold gas passed through the cold end of the main heat exchanger, a further cooling can be effected.

Als Mischsäulenluft wird vorteilhafterweise ein zweiter Teilstrom der Gesamtluft verwendet, der zumindest in einer zweiten Entspannungsmaschine auf den Mischsäulendruck entspannt und in einem unteren Bereich in die Mischsäule eingespeist wird. Auch dies trägt dazu bei, den Kältebedarf der Anlage zu decken. Die beiden Entspannungsmaschinen weisen unterschiedliche Eintrittstemperaturen auf, das heißt die Eintrittstemperatur der zweiten Entspannungsmaschine ist insbesondere mindestens 5 K höher oder niedriger als diejenige der ersten Entspannungsmaschine.As a mixing column air, a second partial flow of the total air is advantageously used, which is relaxed at least in a second expansion machine to the mixing column pressure and fed into a lower region in the mixing column. This also helps to meet the cooling requirements of the system. The two expansion machines have different inlet temperatures, that is, the inlet temperature of the second expansion machine is in particular at least 5 K higher or lower than that of the first expansion machine.

Je nach baulichen oder energetischen Erwägungen kann der erste und/oder der zweite Teilstrom auf unterschiedliche Weise gekühlt werden, so dass sich das Verfahren beispielsweise hinsichtlich kleinerer Volumina für den Hauptwärmetauscher einerseits oder hinsichtlich einer maximalen Energieeinsparung optimieren lässt.Depending on structural or energy considerations, the first and / or the second partial flow can be cooled in different ways, so that the method can be optimized, for example, in terms of smaller volumes for the main heat exchanger on the one hand or in terms of maximum energy savings.

Auch der zweite Teilstrom kann vor und/oder nach der Entspannung in der zweiten Entspannungsmaschine abgekühlt werden, so dass sich die jeweils gewünschten Temperaturen erzielen lassen.Also, the second partial flow can be cooled before and / or after the relaxation in the second expansion machine, so that the respective desired temperatures can be achieved.

Eine der beiden Entspannungsmaschinen ist vorzugsweise mit einem Booster gekoppelt. Durch diese Kopplung kann die Expansionsarbeit sinnvoll genutzt werden. Vorteilhafterweise wird dabei genau die Luftmenge, die in die mit dem Booster gekoppelte Entspannungsmaschine eingeleitet wird, vorher durch den Booster geführt, der vorteilhafterweise als Warmverdichter ausgebildet ist.One of the two relaxation machines is preferably coupled with a booster. Through this coupling, the expansion work can be used meaningfully. Advantageously, exactly the amount of air that is introduced into the relaxation machine coupled to the booster, previously passed through the booster, which is advantageously designed as a hot compressor.

Die andere der beiden Entspannungsmaschinen wird vorteilhafterweise eine mechanisch mit einem Generator und/oder einer Ölbremse gekoppelt, in dem bzw. der die frei werdende Expansionsarbeit entsprechend umgesetzt werden kann.The other of the two expansion machines is advantageously coupled mechanically to a generator and / or an oil brake, in which or the released expansion work can be implemented accordingly.

In dem erläuterten Verfahren wird als Mischsäulendruck vorteilhafterweise ein Druck von 2 bis 6 bar verwendet. Der Mischsäulendruck richtet sich beispielsweise nach dem extern erforderlichen Bereitstellungsdruck für das gasförmige Sauerstoffprodukt oder kann ebenfalls entsprechend energetischer Erwägungen optimiert werden. Im letzteren Fall ist ein Druck von oder nahe bei 2 bar von Vorteil.In the illustrated method, a pressure of 2 to 6 bar is advantageously used as the mixing column pressure. The mixing column pressure depends, for example, on the externally required supply pressure for the gaseous oxygen product or can also be optimized according to energy considerations. In the latter case, a pressure of or close to 2 bar is an advantage.

Eine erfindungsgemäße Luftzerlegungsanlage ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche eingerichtet. Sie weist Mittel auf, die dafür eingerichtet sind, zur Gewinnung eines flüssigen Sauerstoffprodukts einer Trennsäule eines Destillationssäulensystems der Luftzerlegungsanlage eine Flüssigfraktion mit einem ersten, höheren Sauerstoffgehalt zu entnehmen, und Mittel, die dafür eingerichtet sind, derselben Trennsäule des Destillationssäulensystems eine Flüssigfraktion mit einem zweiten, geringeren Sauerstoffgehalt zu entnehmen und zumindest in einer Mischsäule bei einem Mischsäulendruck gegen Mischsäulenluft zu verdampfen. Die Luftzerlegungsanlage profitiert von den zuvor erläuterten Vorteilen in gleicher Weise, so dass auf diese ausdrücklich verwiesen werden kann.An air separation plant according to the invention is set up to carry out a method according to one of the preceding claims. It comprises means adapted to extract a liquid fraction having a first, higher oxygen content for recovering a liquid oxygen product from a separation column of a distillation column system of the air separation plant, and means adapted to provide a liquid fraction with a second fraction to the same separation column of the distillation column system; lower oxygen content and to evaporate at least in a mixing column at a mixing column pressure against mixed column air. The air separation plant profits from the advantages explained above in the same way, so that it can be expressly referred to.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter erläutert.Preferred embodiments of the invention will be further explained with reference to the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Figur 2 zeigt eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung

Brief description of the drawings

FIG. 1 shows an air separation plant according to an embodiment of the invention.
FIG. 2 shows an air separation plant according to an embodiment of the invention

Embodiments of the invention

In Figur 1 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt. Die Luftzerlegungsanlage weist unter anderem einen Hauptwärmetauscher E1, ein Destillationssäulensystem S mit einer Hochdrucktrennsäule S1 und einer Niederdrucktrennsäule S2, eine Mischsäule S3, einen Unterkühler E3 und zwei als Expansionsturbinen ausgebildete Entspannungsmaschinen X1 und X2 auf. Die nachfolgend angegebenen Betriebsparameter wie beispielsweise die jeweiligen Betriebsdrücke stellen Beispiele für die oben genannten Bereiche dar.In FIG. 1 an air separation plant according to an embodiment of the invention is shown schematically. The air separation plant has inter alia a main heat exchanger E1, a distillation column system S with a High-pressure separating column S1 and a low-pressure separating column S2, a mixing column S3, a subcooler E3 and two expansion machines designed as expansion turbines X1 and X2. The following operating parameters such as the respective operating pressures are examples of the above ranges.

Über eine Leitung a kann vorgereinigte und auf einen Druck von beispielsweise 10 bis 14 bar verdichtete Luft AIR in die Anlage 100 eingespeist werden. Zur Verdichtung der Luft AIR wird ein nicht dargestellter Hauptverdichter verwendet, die insgesamt eingespeiste Luft wird als "Gesamtluft" bezeichnet.Via a line a prepurified and compressed to a pressure of for example 10 to 14 bar air AIR can be fed into the system 100. For the compression of the air AIR an unillustrated main compressor is used, the total supplied air is referred to as "total air".

Ein Teil der Gesamtluft aus Leitung a, im Rahmen dieser Anmeldung als "erster Teilstrom" bezeichnet, kann über eine Leitung b einem Booster C1 zugeführt werden. Der Booster C1 kann mit einer ersten Entspannungsturbine X1 gekoppelt sein. Die in dem Booster C1 weiter verdichtete Luft kann anschließend in einem Nachkühler E2 abgekühlt und dem Hauptwärmetauscher E1 an dessen warmem Ende zugeführt werden. Über eine Leitung c kann dieser erste Teilstrom dem Hauptwärmetauscher E1 bei einer Zwischentemperatur entnommen, in der ersten Entspannungsturbine X1 kälte- und arbeitsleistend entspannt, und anschließend am kalten Ende erneut durch den Hauptwärmetauscher E1 geführt werden.A portion of the total air from line a, referred to in the context of this application as a "first partial flow" can be supplied via a line b a booster C1. The booster C1 may be coupled to a first expansion turbine X1. The further compressed in the booster C1 air can then be cooled in an aftercooler E2 and fed to the main heat exchanger E1 at its warm end. Via a line c, this first partial stream can be taken from the main heat exchanger E1 at an intermediate temperature, cooled down in the first expansion turbine X1 and expanded by work, and then again passed through the main heat exchanger E1 at the cold end.

Weitere Luft aus Leitung a kann über eine Leitung d dem Hauptwärmetauscher E1 an dessen warmem Ende zugeführt werden. Ein Teil hiervon kann, gegebenenfalls auch nur bei Bedarf, über ein Entspannungsventil V1 entspannt werden. Ein zweiter Teil der Luft aus Leitung d, und damit ein Teil der Gesamtluft, im Rahmen dieser Anmeldung als "zweiter Teilstrom" bezeichnet, kann dem Hauptwärmetauscher E1 bei einer Zwischentemperatur über eine Leitung s entnommen werden. Die Luft in Leitung s wird, wie unten erläutert, in die Mischsäule S3 eingespeist. Die Menge der in die Mischsäule S3 eingespeisten Luft kann auch über das Entspannungsventil V1 eingestellt werden.Further air from line a can be supplied via a line d to the main heat exchanger E1 at its warm end. A part of this can, if appropriate even only if necessary, be expanded by way of an expansion valve V1. A second part of the air from line d, and thus part of the total air, referred to in the context of this application as "second partial flow", can be taken from the main heat exchanger E1 at an intermediate temperature via a line s. The air in line s is, as explained below, fed into the mixing column S3. The amount of air fed into the mixing column S3 can also be adjusted via the expansion valve V1.

Der erste Teilstrom der Luft aus Leitung a und gegebenenfalls die über das Entspannungsventil V1 entspannte Luft liegen nach dem Verlassen des Hauptwärmetauschers E1 an dessen kaltem Ende jeweils bei einer Temperatur nahe der Kondensationstemperatur der Luft vor. Ein entsprechender Luftstrom kann über eine Leitung e in die Hochdrucktrennsäule S1 eingespeist werden. Der Betriebsdruck der Hochdrucktrennsäule S1, und damit der Druck in Leitung e, liegt bei den erläuterten Werten. Die Entspannungsturbine X1 bzw. das Ventil V1 sind entsprechend eingestellt.The first partial flow of the air from line a and possibly the air expanded via the expansion valve V1 after leaving the main heat exchanger E1 at its cold end in each case at a temperature close to the condensation temperature of the air. A corresponding airflow can over a line e are fed to the high pressure separation column S1. The operating pressure of the high-pressure separation column S1, and thus the pressure in line e, is at the values explained. The expansion turbine X1 and the valve V1 are set accordingly.

In der Hochdrucktrennsäule S1 erfolgt eine Vortrennung der Luft. Der Hochdrucktrennsäule S1 kann in einem unteren Bereich bzw. aus dem Sumpf über eine Leitung f eine sauerstoffangereicherte flüssige Sumpffraktion entnommen, in einem Unterkühler E3 abgekühlt und nach Entspannung auf den Betriebsdruck der Niederdrucktrennsäule S2 über ein Entspannungsventil V2 über eine Leitung g in die Niederdrucktrennsäule S2 eingespeist werden.In the high-pressure separating column S1, a pre-separation of the air takes place. The high-pressure separation column S1 can be removed in a lower region or from the sump via a line f an oxygen-enriched liquid bottom fraction, cooled in a subcooler E3 and fed by relaxation to the operating pressure of the low pressure separation column S2 via a pressure relief valve V2 via a line g in the low pressure separation column S2 become.

Kopfseitig kann der Hochdrucktrennsäule S1 eine gasförmige, stickstoffreiche Kopffraktion entnommen werden. Zumindest ein Teilstrom hiervon kann über eine Leitung h in einem Kondensator E4, der im Betrieb von einer sauerstoffreichen Sumpffraktion der Niederdrucktrennsäule S2 bedeckt ist, kondensiert werden. Zumindest ein Teil des Kondensats kann als flüssiger Rücklauf über eine Leitung i am Kopf der Hochdrucktrennsäule S1 eingespeist werden. Ein weiterer Teil des Kondensats kann über eine Leitung k dem Unterkühler E3 zugeführt (nicht dargestellt) und über eine Leitung m als flüssiges Stickstoffprodukt LIN beispielsweise in einen Tank eingespeist werden.The top of the high-pressure separation column S1 can be taken from a gaseous, nitrogen-rich overhead fraction. At least a partial stream thereof can be condensed via a line h in a condenser E4, which in operation is covered by an oxygen-rich bottom fraction of the low-pressure separation column S2. At least part of the condensate can be fed in as liquid reflux via a line i at the top of the high-pressure separation column S1. Another part of the condensate can be fed via a line k to the subcooler E3 (not shown) and fed via a line m as a liquid nitrogen product LIN, for example, into a tank.

Ein weiterer Teilstrom der kopfseitig der Hochdrucktrennsäule S1 entnommenen gasförmigen, stickstoffreichen Kopffraktion kann über eine Leitung I dem Hauptwärmetauscher E1 zugeführt, in diesem erwärmt und über ein Entspannungsventil V3 entspannt werden. Eine entsprechend erhaltene stickstoffreiche gasförmige Fraktion kann beispielsweise als Dichtgas in den verwendeten Verdichtern verwendet werden.Another partial stream of the top side of the high-pressure separation column S1 removed gaseous, nitrogen-rich overhead fraction can be fed via a line I to the main heat exchanger E1, heated in this and relaxed via a relief valve V3. An appropriately obtained nitrogen-rich gaseous fraction can be used, for example, as a sealing gas in the compressors used.

Der Hochdrucktrennsäule S1 kann in einer definierten Höhe über eine Leitung n eine stickstoffangereicherte Fraktion entnommen, in dem Unterkühler E3 abgekühlt, und nach Entspannung über ein Entspannungsventil V4 über eine Leitung o als flüssiger stickstoffreicher Strom kopfseitig in die Niederdrucktrennsäule S2 eingespeist werden. Aus dem Sumpf kann der Niederdrucktrennsäule S2 zumindest ein Teil der sauerstoffreichen Sumpffraktion über eine Leitung p entnommen und über einen Anschluss p' dem Unterkühler E3 zugeführt werden. Diese Flüssigfraktion weist einen hohen Sauerstoffgehalt auf, der im Rahmen dieser Anmeldung als "erster" Sauerstoffgehalt bezeichnet wird. Nach der Abkühlung kann diese Fraktion über eine Leitung q und ein Ventil V5 eine sauerstoffreiche flüssige Fraktion als Flüssigsauerstoffprodukt LOX abgegeben, also in flüssiger Form aus der Luftzerlegungsanlage herausgeführt werden.The high-pressure separation column S1 can be taken at a defined height via a line n a nitrogen-enriched fraction, cooled in the subcooler E3, and fed after relaxation via a pressure relief valve V4 via a line o as a liquid nitrogen-rich stream on the head side in the low pressure separation column S2. At least part of the oxygen-rich bottoms fraction can be taken from the bottom of the low-pressure separation column S2 via a line p and fed to the subcooler E3 via a connection p '. This liquid fraction has a high oxygen content, which is referred to in the context of this application as "first" oxygen content. After cooling, this fraction can be discharged via a line q and a valve V5, an oxygen-rich liquid fraction as a liquid oxygen product LOX, so be led out in liquid form from the air separation plant.

Kopfseitig kann der Niederdrucktrennsäule S2 über eine Leitung r eine gasförmige Kopffraktion entnommen, im Hauptwärmetauscher E1 angewärmt und über ein Ventil V6 abgegeben werden. Diese Fraktion kann z.B. zur Regeneration von Adsorptionseinrichtungen zur Aufreinigung der einzuspeisenden Luft AIR verwendet werden.On the head side, the low-pressure separation column S2 can be taken off via a line r a gaseous top fraction, heated in the main heat exchanger E1 and discharged via a valve V6. This fraction can e.g. be used for the regeneration of adsorption for the purification of the air to be fed AIR.

Die Luftzerlegungsanlage ist als Mischsäulenanlage ausgebildet. Hierzu kann zumindest ein Teil der Luft aus Leitung d (der "zweite Teilstrom") dem Hauptwärmetauscher E1 bei einer Zwischentemperatur entnommen und über die Leitung s einer zweiten Expansionsturbine X2 zugeführt werden. In der zweiten Expansionsturbine X2, die an eine Energiewandlereinheit G, beispielsweise einen Generator oder eine Ölbremse, angebunden ist, kann die Luft auf einen Druck von beispielsweise 2 bis 4 bar, insbesondere 3 bar, entspannt werden. Die Luft wird dann gasförmig in den unteren Teil einer Mischsäule S3 eingespeist, die bei einem entsprechenden Druck betrieben wird.The air separation plant is designed as a mixed column system. For this purpose, at least part of the air from line d (the "second partial stream") can be taken from the main heat exchanger E1 at an intermediate temperature and fed via line s to a second expansion turbine X2. In the second expansion turbine X2, which is connected to an energy converter unit G, for example a generator or an oil brake, the air can be expanded to a pressure of, for example, 2 to 4 bar, in particular 3 bar. The air is then fed in gaseous form to the lower part of a mixing column S3, which is operated at a corresponding pressure.

Kopfseitig der Mischsäule S3 wird in diese über eine Leitung t eine sauerstoffangereicherte Fraktion eingespeist, die in einer definierten Höhe der Niederdrucktrennsäule S2 über eine Leitung u flüssig und mit dem im Rahmen dieser Anmeldung als "zweitem Sauerstoffgehalt" bezeichneten Gehalt an Sauerstoff entnommen wird. Die über die Leitung u entnommene Fraktion wird über eine Pumpe P1 auf einen Druck oberhalb des Drucks der Mischsäule S3 gepumpt, über Leitungen v und w in dem Unterkühler E3 und dann in dem Hauptwärmetauscher E1 jeweils auf eine Zwischentemperatur angewärmt, und über ein Ventil V7 und die Leitung t in die Mischsäule S3 eingespeist.At the top of the mixing column S3, an oxygen-enriched fraction is fed into the latter via a line t, which liquid is taken off at a defined height of the low-pressure separation column S2 via a line u and with the content of oxygen referred to as "second oxygen content" in the context of this application. The taken over the line u fraction is pumped via a pump P1 to a pressure above the pressure of the mixing column S3, heated via lines v and w in the subcooler E3 and then in the main heat exchanger E1 each to an intermediate temperature, and via a valve V7 and the line t is fed into the mixing column S3.

Durch den intensiven Kontakt und damit direkten Wärmetausch mit der sauerstoffangereicherten Fraktion aus Leitung t wird die gasförmig in den unteren Teil der Mischsäule S3 eingespeiste Luft verflüssigt. Die verflüssigte Luft kann in einem unteren Bereich der Mischsäule S3 über eine Leitung x abgezogen, in dem Unterkühler E3 auf eine Zwischentemperatur abgekühlt, und über eine Leitung y und ein Entspannungsventil V8 in die Niederdrucktrennsäule S2 eingespeist ("eingeblasen") werden.Due to the intensive contact and thus direct heat exchange with the oxygen-enriched fraction from line t, the gas fed into the lower part of the mixing column S3 is liquefied. The liquefied air can be withdrawn in a lower region of the mixing column S3 via a line x, cooled in the subcooler E3 to an intermediate temperature, and fed via a line y and an expansion valve V8 in the low-pressure separation column S2 ("blown").

Vom Kopf der Mischsäule S3 kann über eine Leitung z eine gasförmige sauerstoffreiche Fraktion entnommen, in dem Hauptwärmetauscher E1 angewärmt, und über ein Ventil V9 als gasförmiges Sauerstoffprodukt abgegeben werden.From the top of the mixing column S3, a gaseous oxygen-rich fraction can be withdrawn via a line z, heated in the main heat exchanger E1, and discharged via a valve V9 as a gaseous oxygen product.

In Figur 2 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt. Diese weist die wesentlichen Komponenten der zuvor in Bezug auf Figur 1 erläuterten Luftzerlegungsanlage auf und wird entsprechend betrieben. Auf eine wiederholte Erläuterung wird verzichtet.In FIG. 2 an air separation plant according to a further embodiment of the invention is shown schematically. This indicates the essential components of the previously with regard to FIG. 1 explained air separation plant and is operated accordingly. A repeated explanation is omitted.

Abweichend zu der in Figur 1 getroffenen Anordnung wird hier jedoch der zweite Teilstrom der Luft nach der Entspannung in der Expansionsturbine X2 durch das kalte Ende des Hauptwärmetauschers E1 geführt, der erste Teilstrom hingegen nicht. Alternative Anordnungen können jedoch auch eine entsprechende Kühlung beider Teilströme in dem Hauptwärmetauscher E1 vorsehen.Notwithstanding the in FIG. 1 taken arrangement here, however, the second partial flow of air after relaxation in the expansion turbine X2 performed by the cold end of the main heat exchanger E1, the first partial flow, however, not. However, alternative arrangements can also provide for a corresponding cooling of both partial flows in the main heat exchanger E1.

Die in den Figuren 1 und 2 gezeigten Anordnungen sind auf unterschiedliche Ziele hin optimiert. Die Anordnung der Figur 1 erlaubt dabei ein kleineres Volumen für den Hauptwärmetauscher, ist aber dafür energetisch nicht vollständig optimiert. Die in Figur 2 gezeigte Anordnung ist energetisch besser optimiert bzw. optimierbar, benötigt aber einen größeren Hauptwärmetauscher.The in the FIGS. 1 and 2 shown arrangements are optimized for different goals. The arrangement of FIG. 1 allows a smaller volume for the main heat exchanger, but is not fully optimized for energy. In the FIG. 2 shown arrangement is energetically better optimized or optimized, but requires a larger main heat exchanger.

Claims

Process for the production of at least one liquid oxygen product (LOX) and one gaseous oxygen product (GOX) by cryogenic separation of air (AIR) in a distillation column system (S) of an air separation plant having a high pressure separation column (S1) in which the liquid oxygen product (LOX ), a liquid fraction having a first, higher oxygen content from a separation column (S2) of the distillation column system (S) and liquid is led out of the air separation plant, and in which for the recovery of the gaseous oxygen product (GOX) a liquid fraction having a second, lower oxygen content thereof Separation column (S2) of the distillation column system (S), evaporated in a mixing column (S3) against mixing column air, and is led out of the air separation unit in gaseous form.

A process according to claim 1, wherein a distillation column system (S) having a high pressure separation column (S1) and a low pressure separation column (S2) is used, and the liquid fraction having the first oxygen content and the liquid fraction having the second oxygen content at different levels from the low pressure separation column (S2) be removed.

A method according to any one of the preceding claims, wherein as the first oxygen content an oxygen content of at least 99 mole percent, in particular at least 99.5 mole percent, and as the second oxygen content an oxygen content of 70 to 99 mole percent, in particular 90 to 98 mole percent, is used.

Method according to one of claims 1 to 3, wherein a total of the air separation plant supplied total air in a main compressor to a feed pressure of 6 to 30 bar, in particular from 7 to 20 bar, for example from 10 to 14 bar, is compressed.

Method according to one of claims 1 to 4, wherein a first partial flow of the total air, at least in a first expansion machine (X1) to the operating pressure of the high pressure separation column (S1) relaxed and in the High pressure separation column (S1) is fed and in which a second partial stream of the total air is used as mixing column air, which is expanded in a flash machine (X2) to the mixing column pressure and fed in a lower region in the mixing column (S3), the two expansion machines different inlet temperatures exhibit.

A method according to claim 5, wherein one (X1; X2) of the two expansion machines is coupled to a booster (C1) in which the air flow subsequently introduced into the expansion machine coupled to the booster is previously compressed, and wherein the another (X2; X1) of the two expansion machines is mechanically coupled to a generator and / or an oil brake (G).

A method according to claim 5 or 6, wherein either the first partial flow or the mixing column cools the mixing column air downstream of the work-performing expansion (X1; X2).

Method according to one of claims 5 to 7, wherein the first partial flow upstream of the expansion in the first expansion machine (X1) and / or the second partial flow upstream of the expansion in the second expansion machine (X2) is cooled.

Method according to one of the preceding claims, in which the liquid fraction with the second oxygen content after removal from the separation column (S2) of the distillation column system (S) by means of at least one pump (P1) and at least one expansion valve (V7) head side into the mixing column (S3) is fed.

Process according to one of the preceding claims, in which the mixing column is operated under a mixing column pressure of 2 to 6 bar.

Air separation plant adapted to carry out a process according to any one of the preceding claims, comprising means adapted for obtaining a liquid oxygen product (LOX) a liquid fraction having a first, higher oxygen content from a separation column (S2) of a Distillation column system (S) of the air separation plant, and means which are adapted to take a liquid fraction having a second, lower oxygen content from the same separation column (S2) of the distillation column system (S) and at least in a mixing column (S3) at a mixing column pressure against Vaporize mixing column air.