EP2758735A2 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung zweier gereinigter luftteilströme - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erzeugung zweier gereinigter luftteilströme

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EP2758735A2
EP2758735A2 EP12766000.9A EP12766000A EP2758735A2 EP 2758735 A2 EP2758735 A2 EP 2758735A2 EP 12766000 A EP12766000 A EP 12766000A EP 2758735 A2 EP2758735 A2 EP 2758735A2
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EP
European Patent Office
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air stream
partial air
partial
pressure
purified
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12766000.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Alekseev
Dimitri Goloubev
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
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Publication date
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    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/04—Compressor cooling arrangement, e.g. inter- or after-stage cooling or condensate removal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/40—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid being air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/52—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being oxygen enriched compared to air ("crude oxygen")
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/04—Down-flowing type boiler-condenser, i.e. with evaporation of a falling liquid film
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/30—External or auxiliary boiler-condenser in general, e.g. without a specified fluid or one fluid is not a primary air component or an intermediate fluid
    • F25J2250/40—One fluid being air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/30—External or auxiliary boiler-condenser in general, e.g. without a specified fluid or one fluid is not a primary air component or an intermediate fluid
    • F25J2250/50—One fluid being oxygen

Definitions

  • the invention relates to a method for producing two purified partial air streams at different pressures.
  • condenser-evaporator refers to a heat exchanger in which a first condensing fluid stream undergoes indirect heat exchange with a second evaporating fluid stream.
  • Each condenser evaporator has a
  • Condensing passages or evaporation passages exist.
  • the condensation (liquefaction) of a first fluid flow is performed, in the evaporation space the evaporation of a second fluid flow.
  • Evaporation and liquefaction space are formed by groups of passages that are in heat exchange relationship with each other.
  • a condenser-evaporator may be formed, for example, as a falling film or bath evaporator.
  • a falling-film evaporator the fluid to be evaporated flows from top to bottom through the evaporation space and is partially evaporated.
  • a bath evaporator (sometimes called “circulation evaporator” or thermosiphon evaporator ”) is the heat exchanger block in one
  • Liquid bath of the fluid to be evaporated This flows by means of
  • the evaporation space may include both the evaporation passages and the outside space around the heat exchanger block.
  • the condenser evaporators for the low-pressure column (the low-pressure column intermediate evaporator and the low-pressure column bottom evaporator) can be used in the
  • the invention has for its object to make such a method and a corresponding device so that they are energetically particularly favorable to operate. This object is achieved by the features of claim 1.
  • the total air stream is cooled before its division by direct heat exchange with cooling water in the first direct contact cooler to a particularly low temperature, in particular below the
  • Ambient temperature is. With conventional aftercoolers, such a low temperature usually can not be achieved. With this particularly low temperature then enters the second partial air flow in the
  • a conventional aftercooler Before the first direct contact cooler, a conventional aftercooler can be connected, in which the total air flow after its compression to the first
  • Temperature is cooled, which is regularly higher than the ambient temperature. The cooling of the total air between compression and division on the two
  • Partial air streams can also be made exclusively in the first direct contact cooler.
  • the heat exchange with cooling water for cooling the post-compressed second partial air flow (14) could in principle be done indirectly. In the invention, however, this cooling is at least partially carried out as direct heat exchange in a second direct contact cooler.
  • a conventional aftercooler may be connected, in which the post-compressed second partial air stream by indirect heat exchange with cooling water to a temperature is cooled, which is regularly higher than the ambient temperature.
  • the cooling can also be made exclusively in the direct contact cooler.
  • All the compression steps can be multi-stage and then preferably each have a conventional intermediate cooling between each pair of successive stages.
  • the invention also relates to the use of the above method for
  • the invention also relates to a device according to claim 4.
  • the device according to the invention can be supplemented by device features which correspond to the features of the dependent method claims.
  • Atmospheric air 1 is sucked in Figure 1 by a main air compressor 3 with aftercooler 4 via a filter 2 and there compressed to a first total air pressure of 3.1 bar.
  • the main air compressor may have two or more stages with intercooling; it is preferably designed for redundancy reasons two-stranded (both not shown in the drawing).
  • the total air flow 5 is under the first total air pressure and a temperature of 295 K a first
  • Direct contact cooler 6 fed and cooled there in direct heat exchange with cooling water 7 from an evaporative cooler 8 further to 283 K. The cooled. Total air flow 9 is divided into a first partial air flow 10 and a second partial air flow 11.
  • the second partial air stream 11 is in a secondary compressor 12 with aftercooler 13 from the first total air pressure (minus pressure drops) to a second
  • the booster may have two or more intermediate cooling stages; it is preferably designed for redundancy reasons two-stranded (both not shown in the drawing).
  • One strand of each Main air compressor and the Nachverêtrs can be designed as a machine with a common drive, in particular as a transmission compressor.
  • the second partial air stream 14 is then cooled in a second direct-contact cooler 15 of 295 K to 290 K, in direct heat exchange with a warmer cooling water stream sixteenth
  • the first partial air stream is cleaned in a first cleaning device 18, which is operated under the first total air pressure, and then fed via line 19 under this pressure to the warm end of a main heat exchanger, which is formed in the embodiment by two blocks 20, 21 connected in parallel.
  • the cooled to about dew point air forms a "first feed air stream", which is a first high-pressure column 23 is supplied.
  • the first high-pressure column 23 is part of a distillation column system for nitrogen-oxygen separation, which also has a second high-pressure column 24, a
  • Low-pressure column consisting of two gates 25, 26, a Niederbuchklalen- intermediate evaporator 27, a low-pressure column sump evaporator 28 and a secondary condenser 29 has.
  • the low-pressure column intermediate evaporator 27 and the low-pressure column bottom evaporator 28 are formed as a falling film evaporator, the secondary condenser 29 as a bath evaporator.
  • the pre-cooled second partial air stream 17 is cleaned in a second cleaning device 30, which is operated under the second total air pressure. From the purified second partial air stream, a small part can be removed via line 32, which is used as instrument air or for purposes outside the air separation.
  • Remainder flows via line 33 to the main heat exchanger 20 and is cooled there.
  • the cooled second partial air stream 34 is divided into a "second feed air stream" 35, which is introduced into the second high-pressure column 24, and into a "third
  • the at least partially, preferably substantially completely condensed, third substream 37 is introduced into a separator (phase separator) 38.
  • the liquid portion 39 becomes a first part 40 of the first high-pressure column 23 fed.
  • To a second part 41 it is fed via a supercooling countercurrent 42 and line 43 in the low-pressure column 26.
  • Nitrogen-rich overhead gas 44 of the first high-pressure column 23 is condensed to a first part in the low-pressure column intermediate evaporator 27.
  • recovered liquid nitrogen 46 is fed to a first part 47 as reflux to the top of the first high-pressure column 23.
  • a second part 48 is cooled in the supercooling countercurrent 42 and fed via line 49 as reflux to the top of the low-pressure column 26.
  • a portion 50 of the supercooled liquid can be recovered as needed as a liquid product (LIN).
  • a second portion 51 of the nitrogen-rich overhead gas 44 of the first high-pressure column 23 is introduced into the main heat exchanger 20. At least a part of it 52 warmed only to an intermediate temperature, and then in a
  • the outlet pressure of the turbine is just enough to the work-performing relaxed flow 54 through the main heat exchanger 20 and via the lines 55, 56, 57 as a regeneration gas through the first and the second
  • Another part of the stream 51 is in the main heat exchanger 20 up to
  • Nitrogen-rich head gas 58 of the second high-pressure column 24 is in the
  • Low-pressure column bottom evaporator 28 condenses.
  • recovered liquid nitrogen 59 is given to a first part 60 as reflux to the head of the second high-pressure column 24.
  • a second part 61 is cooled in the supercooling countercurrent 42 and fed via line 62 as reflux to the top of the low-pressure column 26.
  • Sub-condenser 29 and is partially evaporated there.
  • the vaporized portion 68 is directed to the cold end of the main heat exchanger block 20, at about
  • the liquid remaining fraction is evaporated to a part 70 in a pump 71 to a pressure of 6 bar, in the main heat exchanger block 21 and warmed and finally admixed with the gaseous oxygen product 69.
  • Another part 72 may be via the subcooling countercurrent 42, pump 73 and line 74 as
  • Liquid oxygen product (LOX) are recovered.
  • Low-pressure column section 26 is obtained by means of a pump 76 in the
  • nitrogen-rich residual gas 80 is withdrawn under a pressure of 1, 26 bar and fed after warming in supercooling countercurrent 42 and main heat exchanger 20 via line 81 virtually pressureless as dry gas into the evaporative cooler 8 and used there for cooling of cooling water 82 ,

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Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur Erzeugung zweier gereinigter Luftteilströme unter verschiedenen Drücken. Ein Gesamtluftstrom (1) wird auf einen ersten Gesamtluftdruck verdichtet. Der verdichtete Gesamtluftstrom (5) wird unter dem ersten Gesamtluftdruck durch Wärmeaustausch (4, 6) mit Kühlwasser gekühlt. Der Wärmeaustausch mit Kühlwasser zur Kühlung des Gesamtluftstroms (5) wird mindestens teilweise als direkter Wärmeaustausch in einem ersten Direktkontaktkühler (6) durchgeführt. Der gekühlte Gesamtluftstrom (9) wird in einen ersten Luftteilstrom (10) und einen zweiten Luftteilstrom (11) aufgeteilt. Der erste Luftteilstrom (10) wird unter dem ersten Gesamtluftdruck in einer ersten Reinigungseinrichtung (18) gereinigt und als erster gereinigter Luftteilstrom (19) gewonnen. Der zweite Luftteilstrom (11) wird auf einen höheren Druck nachverdichtet (12), der höher als der erste Gesamtluftdruck ist. Der nachverdichtete zweite Luftteilstrom (14) wird in einem zweiten Direktkontaktkühler (15) durch direkten Wärmeaustausch (13, 15) mit Kühlwasser gekühlt. Der gekühlte zweite Luftteilstrom (17) wird unter dem höheren Druck in einer zweiten Reinigungseinrichtung (30) gereinigt und als zweiter gereinigter Luftteilstrom (31) gewonnen.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung zweier gereinigter Luftteilströme
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung zweier gereinigter Luftteilströme unter verschiedenen Drücken.
Als "Kondensator-Verdampfer" wird ein Wärmetauscher bezeichnet, in dem ein erster kondensierender Fluidstrom in indirekten Wärmeaustausch mit einem zweiten verdampfenden Fluidstrom tritt. Jeder Kondensator-Verdampfer weist einen
Verflüssigungsraum und einen Verdampfungsraum auf, die aus
Verflüssigungspassagen beziehungsweise Verdampfungspassagen bestehen. In dem Verflüssigungsraum wird die Kondensation (Verflüssigung) eines ersten Fluidstroms durchgeführt, in dem Verdampfungsraum die Verdampfung eines zweiten Fluidstroms. Verdampfungs- und Verflüssigungsraum werden durch Gruppen von Passagen gebildet, die untereinander in Wärmeaustauschbeziehung stehen.
Ein Kondensator-Verdampfer kann beispielsweise als Fallfilm- oder Badverdampfer ausgebildet sein. Bei einem "Fallfilmverdampfer" strömt das zu verdampfende Fluid von oben nach unten durch den Verdampfungsraum und wird dabei teilweise verdampft. Bei einem "Badverdampfer" (gelegentlich auch "Umlaufverdampfer" oder Thermosiphon-Verdampfer" genannt) steht der Wärmetauscherblock in einem
Flüssigkeitsbad des zu verdampfenden Fluids. Dieses strömt mittels des
Thermosiphon-Effekts von unten nach oben durch die Verdampfungspassagen und tritt oben als Zwei-Phasen-Gemisch wieder aus. Die verbleibende Flüssigkeit strömt außerhalb des Wärmetauscherblocks in das Flüssigkeitsbad zurück. (Bei einem Badverdampfer kann der Verdampfungsraum sowohl die Verdampfungspassagen als auch den Außenraum um den Wärmetauscherblock umfassen.)
Die Kondensator-Verdampfer für die Niederdrucksäule (der Niederdrucksäulen- Zwischenverdampfer und der Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer) können im
Inneren der Niederdrucksäule angeordnet sein oder einem oder mehreren separaten Behältern. Aus EP 342436 A2 ist es bekannt, einen Gesamtluftstrom (1 ) auf einen ersten Gesamtluftdruck zu verdichten, auf zwei Luftteilströme aufzuteilen, einen davon nachzuverdichten und die beiden Luftteilströme in zwei Reinigungseinrichtungen, die unter verschiedenen Drücken betrieben werden zur verdichtet wird, zu reinigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung so zu gestalten, dass sie energetisch besonders günstig zu betreiben sind. Diese Aufgabe wird dadurch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei der Erfindung wird der Gesamtluftstrom vor seiner Aufteilung durch direkten Wärmeaustausch mit Kühlwasser in dem ersten Direktkontaktkühler auf eine besonders niedrige Temperatur abgekühlt, die insbesondere unterhalb der
Umgebungstemperatur liegt. Mit konventionellen Nach- oder Zwischenkühlern kann eine solch niedrige Temperatur üblicherweise nicht erreicht werden. Mit dieser besonders niedrigen Temperatur tritt dann der zweite Luftteilstrom in die
Nachverdichtung ein. Die entsprechende Volumenreduzierung am Eintritt des
Nachverdichters bewirkt eine spürbare Verbesserung des Wirkungsgrads der
Nachverdichtung und spart dadurch Energie.
Vor den ersten Direktkontaktkühler kann ein konventioneller Nachkühler geschaltet sein, in dem der Gesamtluftstrom nach seiner Verdichtung auf den ersten
Gesamtluftdruck durch indirekten Wärmeaustausch mit Kühlwasser auf eine
Temperatur gekühlt wird, die regelmäßig höher als die Umgebungstemperatur ist. Die Kühlung der Gesamtluft zwischen Verdichtung und Aufteilung auf die beiden
Luftteilströme kann aber auch ausschließlich in dem ersten Direktkontaktkühler vorgenommen werden. Auch der Wärmeaustausch mit Kühlwasser zur Kühlung des nachverdichteten zweiten Luftteilstroms (14) könnte grundsätzlich indirekt erfolgen. Bei der Erfindung wir diese Kühlung jedoch mindestens teilweise als direkter Wärmeaustausch in einem zweiten Direktkontaktkühler durchgeführt. Vor den zweiten Direktkontaktkühler kann ein konventioneller Nachkühler geschaltet sein, in dem der nachverdichtete zweite Luftteilstrom durch indirekten Wärmeaustausch mit Kühlwasser auf eine Temperatur gekühlt wird, die regelmäßig höher als die Umgebungstemperatur ist. Die Kühlung kann aber auch ausschließlich in dem Direktkontaktkühler vorgenommen werden.
Alle Verdichtungsschritte können mehrstufig ausgeführt sein und weisen dann vorzugsweise je eine konventionelle Zwischenkühlung zwischen jedem Paar von aufeinander folgenden Stufen auf.
Die Erfindung betrifft außerdem die Anwendung des obigen Verfahrens zur
Bereitstellung von Einsatzluft auf zwei unterschiedlichen Druckniveaus für eine Tieftemperatur-Luftzerlegung gemäß Patentanspruch 3.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 4. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann durch Vorrichtungsmerkmale ergänzt werden, die den Merkmalen der abhängigen Verfahrensansprüche entsprechen.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand eines in Figur 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Atmosphärische Luft 1 wird in Figur 1 von einem Hauptluftverdichter 3 mit Nachkühler 4 über ein Filter 2 angesaugt und dort auf einen ersten Gesamtluftdruck von 3,1 bar verdichtet. Der Hauptluftverdichter kann zwei oder mehr Stufen mit Zwischenkühlung aufweisen; er ist aus Redundanzgründen vorzugsweise zweisträngig ausgebildet (beides in der Zeichnung nicht dargestellt). Der Gesamtluftstrom 5 wird unter dem ersten Gesamtluftdruck und einer Temperatur von 295 K einem ersten
Direktkontaktkühler 6 zugeführt und dort in direktem Wärmeaustausch mit Kühlwasser 7 aus einem Verdunstungskühler 8 weiter auf 283 K abgekühlt. Der abgekühlte . Gesamtluftstrom 9 wird in einen ersten Luftteilstrom 10 und einen zweiten Luftteilstrom 11 aufgeteilt.
Der zweite Luftteilstrom 11 wird in einem Nachverdichter 12 mit Nachkühler 13 von dem ersten Gesamtluftdruck (minus Druckverlusten) auf einen zweiten
Gesamtluftdruck von 4,9 bar verdichtet. Der Nachverdichter kann zwei oder mehr Stufen mit Zwischenkühlung aufweisen; er ist aus Redundanzgründen vorzugsweise zweisträngig ausgebildet (beides in der Zeichnung nicht dargestellt). Je ein Strang des Hauptluftverdichters und des Nachverdichters können als eine Maschine mit gemeinsamem Antrieb ausgebildet sein, insbesondere als Getriebeverdichter. Der zweite Luftteilstrom 14 wird anschließend in einem zweiten Direktkontaktkühler 15 von 295 K auf 290 K abgekühlt, und zwar in direktem Wärmeaustausch mit einem wärmeren Kühlwasserstrom 16.
Der erste Luftteilstrom wird in einer ersten Reinigungseinrichtung 18, die unter dem ersten Gesamtluftdruck betrieben wird, gereinigt und anschließend über Leitung 19 unter diesem Druck dem warmen Ende eines Hauptwärmetauschers zugeleitet, der in dem Ausführungsbeispiel durch zwei parallel geschaltete Blöcke 20, 21 gebildet wird. Die auf etwa Taupunkt abgekühlte Luft bildet einen "ersten Einsatzluftstrom", der einer ersten Hochdrucksäule 23 zugeführt wird.
Die erste Hochdrucksäule 23 ist Teil eines Destilliersäulen-Systems zur Stickstoff- Sauerstoff-Trennung, das außerdem eine zweite Hochdrucksäule 24, eine
Niederdrucksäule, bestehend aus zwei Anschnitten 25, 26, einen Niederdrucksäulen- Zwischenverdampfer 27, einen Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer 28 und einen Nebenkondensator 29 aufweist. Der Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer 27 und der Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer 28 sind als Fallfilmverdampfer ausgebildet, der Nebenkondensator 29 als Badverdampfer.
Der vorgekühlte zweite Luftteilstrom 17 wird in einer zweiten Reinigungseinrichtung 30, die unter dem zweiten Gesamtluftdruck betrieben wird, gereinigt. Aus dem gereinigten zweite Luftteilstrom kann über Leitung 32 ein kleiner Teil entnommen werden, der als Instrumentenluft oder für zwecke außerhalb der Luftzerlegung eingesetzt wird. Der
Rest strömt über Leitung 33 zum Hauptwärmetauscher 20 und wird dort abgekühlt. Der abgekühlte zweite Luftteilstrom 34 wird aufgeteilt in einen "zweiten Einsatzluftstrom" 35, der in die zweite Hochdrucksäule 24 eingeleitet wird, und in einen "dritten
Einsatzluftstrom" 36, welcher dem Verflüssigungsraum des Nebenkondensators 29 zugeleitet wird.
Der mindestens teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig kondensierte dritte Teilstrom 37 wird in einen Abscheider (Phasentrenner) 38 eingeleitet. Der flüssige Anteil 39 wird zu einem ersten Teil 40 der ersten Hochdrucksäule 23 zugeleitet. Zu einem zweiten Teil 41 wird er über einen Unterkühlungs-Gegenströmer 42 und Leitung 43 in die Niederdrucksäule 26 eingespeist.
Stickstoffreiches Kopfgas 44 der ersten Hochdrucksäule 23 wird zu einem ersten Teil in dem Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer 27 kondensiert. Dabei gewonnener flüssiger Stickstoff 46 wird zu einem ersten Teil 47 als Rücklauf auf den Kopf der ersten Hochdrucksäule 23 aufgegeben. Ein zweiter Teil 48 wird in dem Unterkühlungs- Gegenströmer 42 abgekühlt und über Leitung 49 als Rücklauf auf den Kopf der Niederdrucksäule 26 aufgegeben. Ein Teil 50 der unterkühlten Flüssigkeit kann bei Bedarf als Flüssigprodukt (LIN) gewonnen werden.
Ein zweiter Teil 51 des stickstoffreichen Kopfgases 44 der ersten Hochdrucksäule 23 wird in den Hauptwärmetauscher 20 eingeleitet. Mindestens ein Teil 52 davon wir nur auf eine Zwischentemperatur angewärmt, und anschließend in einer
generatorgebremsten Druckstickstoff-Turbine 53 von 2,7 bar auf 1 ,25 bar
arbeitsleistend entspannt. Der Austrittsdruck der Turbine reicht gerade aus, um den arbeitsleistend entspannten Strom 54 durch den Hauptwärmetauscher 20 und über die Leitungen 55, 56, 57 als Regeneriergas durch die erste und die zweite
Reinigungseinrichtung 18, 30 zu drücken.
Ein weiterer Teil des Stroms 51 wird im Hauptwärmetauscher 20 bis auf
Umgebungstemperatur angewärmt und als gasförmiges Druckstickstoffprodukt (PGAN) gewonnen. Stickstoffreiches Kopfgas 58 der zweiten Hochdrucksäule 24 wird in dem
Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer 28 kondensiert. Dabei gewonnener flüssiger Stickstoff 59 wird zu einem ersten Teil 60 als Rücklauf auf den Kopf der zweiten Hochdrucksäule 24 aufgegeben. Ein zweiter Teil 61 wird in dem Unterkühlungs- Gegenströmer 42 abgekühlt und über Leitung 62 als Rücklauf auf den Kopf der Niederdrucksäule 26 aufgegeben.
Die Sumpfflüssigkeiten 63, 64 der beiden Hochdrucksäulen 23, 24 werden
zusammengeführt, über Leitung 65, den Unterkühlungs-Gegenströmer 42 und Leitung 66 in die Niederdrucksäule 26 eingespeist. Die Sumpfflüssigkeit 66 der Niederdrucksäule 25 wird in den Verdampfungsraum des Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfers 28 eingeleitet und dort teilweise verdampft. Der flüssig verbliebene Anteil 67 strömt in den Verdampfungsraum des
Nebenkondensators 29 und wird dort teilweise verdampft. Der verdampfte Anteil 68 wird zum kalten Ende des Hauptwärmetauscher-Blocks 20 geleitet, auf etwa
Umgebungstemperatur angewärmt und schließlich über Leitung 69 als gasförmiges Sauerstoffprodukt (GÖX) einer Reinheit von 95 mol-% gewonnen. Der flüssig verbliebene Anteil wird zu einem Teil 70 in einer Pumpe 71 auf einen Druck von 6 bar, in dem Hauptwärmetauscher-Block 21 verdampft und angewärmt und schließlich dem gasförmigen Sauerstoffprodukt 69 zugemischt. Ein anderer Teil 72 kann über den Unterkühlungs-Gegenströmer 42, Pumpe 73 und Leitung 74 als
Flüssigsauerstoffprodukt (LOX) gewonnen werden.
Eine flüssige Zwischenfraktion 75, die am unteren Ende des zweiten
Niederdrucksäulenabschnitts 26 anfällt wird mittels einer Pumpe 76 in den
Verdampfungsraum des Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfers 27 gefördert und dort teilweise verdampft. Dabei erzeugter Dampf wird gemeinsam mit dem am Kopf des ersten Niederdrucksäulenabschnitts 25 anfallenden Dampf über die Leitungen 77 und 79 in den zweiten Niederdrucksäulenabschnitt 26 geleitet, gegebenenfalls gemeinsam mit umlaufender Spülflüssigkeit 78. Der Rest der flüssig verbliebenen Zwischenfraktion dient als Rücklaufflüssigkeit im ersten Niederdrucksäulenabschnitt 25.
Am Kopf der Niederdrucksäule 26 wird stickstoffreiches Restgas 80 unter einem Druck von 1 ,26 bar abgezogen und nach Anwärmung in Unterkühlungs-Gegenströmer 42 und Hauptwärmetauscher 20 über Leitung 81 praktisch drucklos als trockenes Gas in den Verdunstungskühler 8 eingespeist und dort zur Abkühlung von Kühlwasser 82 genutzt.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Erzeugung zweier gereinigter Luftteilströme unter verschiedenen Drücken, bei dem
- ein Gesamtluftstrom (1) auf einen ersten Gesamtluftdruck verdichtet wird,
- der verdichtete Gesamtluftstrom (5) unter dem ersten Gesamtluftdruck durch
Wärmeaustausch (4, 6) mit Kühlwasser gekühlt wird,
- der Wärmeaustausch mit Kühlwasser zur Kühlung des Gesamtluftstroms (5) mindestens teilweise als direkter Wärmeaustausch in einem ersten
Direktkontaktkühler (6) durchgeführt wird,
- der gekühlte Gesamtluftstrom (9) in einen ersten Luftteilstrom (10) und einen zweiten Luftteilstrom (1 ) aufgeteilt wird,
- der erste Luftteilstrom (10) unter dem ersten Gesamtluftdruck in einer ersten
Reinigungseinrichtung (18) gereinigt und als erster gereinigter Luftteilstrom (19) gewonnen wird,
- der zweite Luftteilstrom (1 ) auf einen höheren Druck nachverdichtet (12) wird, der höher als der erste Gesamtluftdruck ist,
- der nachverdichtete zweite Luftteilstrom (14) durch Wärmeaustausch (13, 15) mit
Kühlwasser gekühlt wird,
- der Wärmeaustausch mit Kühlwasser zur Kühlung des nachverdichteten zweiten
Luftteilstroms (14) mindestens teilweise als direkter Wärmeaustausch in einem zweiten Direktkontaktkühler (15) durchgeführt wird,
- der gekühlte zweite Luftteilstrom (17) unter dem höheren Druck in einer zweiten
Reinigungseinrichtung (30) gereinigt und als zweiter gereinigter Luftteilstrom (31) gewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass des Gesamtluftstroms (5) in dem ersten Direktkontaktkühler (6) auf eine niedrige Temperatur gekühlt wird, die unterhalb der Umgebungstemperatur liegt.
Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, bei dem ein erster und ein zweiter gereinigter Luftteilstrom gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 erzeugt wird und mindestens ein Teil des ersten gereinigten Luftteil Stroms und mindestens ein Teil des zweiten gereinigten Luftteilstroms in das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff- Trennung eingeführt werden.
Vorrichtung zur Erzeugung zweier gereinigter Luftteilströme unter verschiedenen Drücken, mit
- einem Hauptluftverdichter zum Verdichten eines Gesamtluftstroms (1) auf einen ersten Gesamtluftdruck,
- einem ersten Direktkontaktkühler (6) zum Kühlen des verdichteten
Gesamtluftstroms (5) unter dem ersten Gesamtluftdruck durch direkten Wärmeaustausch (4, 6) mit Kühlwasser,
- Mitteln zum Aufteilen des in dem ersten Direktkontaktkühler gekühlten
Gesamtluftstroms (9) in einen ersten Luftteilstrom (10) und einen zweiten Luftteilstrom (11),
- einer ersten Reinigungseinrichtung (18) zum Reinigen des ersten Luftteilstroms
(10) unter dem ersten Gesamtluftdruck,
- Mitteln zum Gewinnen des ersten Luftteilstroms als erster gereinigter
Luftteilstromstrom (19) stromabwärts der ersten Reinigungseinrichtung (18),
- einem Nachverdichter (12) zum Nachverdichten des zweiten Luftteilstron s (1 1) auf einen höheren Druck, der höher als der erste Gesamtluftdruck ist,
- einem zweiten Direktkontaktkühler (15) zum Kühlen des nachverdichteten zweiten Luftteilstroms (14) durch direkten Wärmeaustausch (4, 6) mit
Kühlwasser,
- einer zweiten Reinigungseinrichtung (30) zum Reinigen des gekühlten zweiten
Luftteilstroms (17) unter dem höheren Druck und mit
- Mitteln zum Gewinnen des zweiten Luftteilstroms als zweiter gereinigter
Luftteilstromstrom (31) stromabwärts der zweiten Reinigungseinrichtung (30).
EP12766000.9A 2011-09-20 2012-09-20 Verfahren und vorrichtung zur erzeugung zweier gereinigter luftteilströme Withdrawn EP2758735A2 (de)

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