EP2980514A1 - Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und Luftzerlegungsanlage - Google Patents

Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und Luftzerlegungsanlage Download PDF

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EP2980514A1
EP2980514A1 EP14002683.2A EP14002683A EP2980514A1 EP 2980514 A1 EP2980514 A1 EP 2980514A1 EP 14002683 A EP14002683 A EP 14002683A EP 2980514 A1 EP2980514 A1 EP 2980514A1
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EP
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pressure level
air
pressure
heat exchanger
turbine
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Withdrawn
Application number
EP14002683.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Lautenschlager
Dimitri Dr. Goloubev
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Publication date
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Priority to EP15742185.0A priority patent/EP3175192B1/de
Priority to US15/328,995 priority patent/US10480853B2/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/40—Separating high boiling, i.e. less volatile components from air, e.g. CO2, hydrocarbons
    • 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
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F25J2240/10—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream 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
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/12—Particular process parameters like pressure, temperature, ratios

Definitions

  • the invention relates to a method for the cryogenic separation of air in an air separation plant and a corresponding air separation plant according to the preambles of the independent claims.
  • Air separation plants have distillation column systems which can be designed, for example, as two-column systems, in particular as classic Linde double-column systems, but also as three-column or multi-column systems.
  • distillation columns for the recovery of nitrogen and / or oxygen in the liquid and / or gaseous state for example, liquid oxygen, LOX, gaseous oxygen, GOX, liquid nitrogen, LIN and / or gaseous nitrogen, GAN
  • distillation columns for nitrogen-oxygen Separation distillation columns can be provided for obtaining further air components, in particular the noble gases krypton, xenon and / or argon.
  • the distillation column systems are operated at different operating pressures in their respective distillation columns.
  • Known double column systems have, for example, a so-called high-pressure column (sometimes also referred to merely as a pressure column) and a so-called low-pressure column.
  • the operating pressure of the high-pressure column is, for example, 4.3 to 6.9 bar, preferably about 5.0 bar.
  • the low-pressure column is operated at an operating pressure of, for example, 1.3 to 1.7 bar, preferably about 1.5 bar.
  • the pressures given here and below are absolute pressures.
  • HAP high-air pressure
  • the pressure difference is at least 2 or 4 bar and preferably between 6 and 16 bar.
  • the pressure is at least twice as high as the operating pressure of the high-pressure column.
  • HAP processes are eg from the EP 2 466 236 A1 , of the EP 2 458 311 A1 and the US 5,329,776 A known.
  • the increased compaction can reduce the container and pipe dimensions required for air purification. Furthermore, the absolute water content of the compressed air decreases. Depending on the existing boundary conditions can be dispensed with a refrigeration system for air purification.
  • the compressed air quantity in the main air compressor can also be decoupled from the process air quantity.
  • process air so used for the actual rectification and fed into the high-pressure column.
  • Another part is relaxed to recover cold, whereby the amount of cold can be adjusted independently of the process air.
  • decoupling is not provided in all HAP methods.
  • the so-called internal compression can be used.
  • a liquid stream is taken from the distillation column system and at least partially brought to liquid pressure.
  • the liquid brought to pressure is heated in a main heat exchanger of the air separation plant against a heat transfer medium and evaporated or, in the presence of appropriate pressures, transferred from the liquid to the supercritical state.
  • the liquid stream may in particular be liquid oxygen, but also nitrogen or argon.
  • the internal compression is thus used to obtain appropriate gaseous printed products.
  • the advantage of internal compression processes is that corresponding fluids do not have to be compressed outside the air separation plant in a gaseous state, which often proves to be very complicated and / or requires considerable safety measures.
  • the internal compression is described in the literature cited above.
  • liquefaction is used for the transfer from the liquid to the supercritical or gaseous state.
  • a heat transfer fluid is liquefied.
  • the heat carrier is usually formed by a part of the air separation plant supplied air.
  • this heat transfer medium In order to efficiently heat and liquefy the stream brought to liquid pressure, this heat transfer medium must have a higher pressure than the liquid that is being pressurized due to thermodynamic conditions. Therefore, a correspondingly high-density power must be provided.
  • This is also referred to as "throttle flow” because it is conventionally expanded by means of a flash valve (“throttle”), thereby at least partially liquefied and fed into the distillation column system used.
  • the aim of the present invention is to combine the low investment costs associated with HAP processes with the efficiency advantages of conventional MAC / BAC processes.
  • the present invention proposes a method for the cryogenic separation of feed air in an air separation plant and a corresponding air separation plant with the features of the independent claims.
  • Preferred embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.
  • expansion turbine or “expansion machine”, which can be coupled via a common shaft with further expansion turbines or energy converters such as oil brakes, generators or compressors, is set up to relax a gaseous or at least partially liquid stream.
  • expansion turbines may be designed for use in the present invention as a turboexpander. If a compressor is driven by one or more expansion turbines, but without externally, for example by means of an electric motor, supplied energy, the term “turbine-driven compressor” or alternatively “turbine booster” is used.
  • a “compressor” is a device designed to compress at least one gaseous stream from at least one inlet pressure at which it is fed to the compressor to at least one final pressure at which it is taken from the compressor.
  • a compressor forms a structural unit, which, however, can have a plurality of “compressor stages” in the form of piston, screw and / or Schaufelrad- or turbine assemblies (ie axial or radial compressor stages). This also applies in particular to the "main (air) compressor” of an air separation plant, which is characterized by the fact that all or most of the amount of air fed into the air separation plant, ie the total feed air flow, is compressed by this.
  • a "secondary compressor”, in which a part of the air quantity compressed in the main air compressor is brought to an even higher pressure in the MAC / BAC process, is often also of multi-stage design.
  • corresponding compressor stages are driven by means of a common drive, for example via a common shaft.
  • MAC / BAC processes use recompressors that are driven by externally supplied energy; in HAP processes, such recompressors are not.
  • turbine boosters are typically present in both cases, in particular in order to be able to make sensible use of shaft power released during the expansion for cooling purposes.
  • a “heat exchanger” serves to indirectly transfer heat between at least two e.g. in countercurrent flow, such as a warm compressed air stream and one or more cold streams or a cryogenic liquid air product and one or more hot streams.
  • a heat exchanger may be formed from a single or multiple heat exchanger sections connected in parallel and / or in series, e.g. from one or more plate heat exchanger blocks.
  • a heat exchanger for example, the "main heat exchanger” used in an air separation plant, which is characterized in that the main part of the streams to be cooled or heated to be cooled or heated by him, has "passages", which are as separate fluid channels with heat exchange surfaces are formed.
  • pressure level and "temperature level” to characterize pressures and temperatures, thereby providing for the It should be stated that appropriate pressures and temperatures in a corresponding plant need not be used in the form of exact pressure or temperature values in order to realize the inventive concept. However, such pressures and temperatures typically range in certain ranges that are, for example, ⁇ 1%, 5%, 10%, 20% or even 50% about an average. Corresponding pressure levels and temperature levels can be in disjoint areas or in areas that overlap one another. In particular, for example, pressure levels include unavoidable or expected pressure drops, for example, due to cooling effects. The same applies to temperature levels.
  • the inventive method uses an air separation plant with a main air compressor, a main heat exchanger and a distillation column system with a operated at a first pressure level low pressure column and operated at a second pressure level high pressure column.
  • the above and other used pressure levels are given below in detail.
  • a feed air stream which comprises the entire feed air supplied to the air separation plant is compressed in the main air compressor to a third pressure level which is at least 2 bar, in particular at least 4 bar, above the second pressure level.
  • the third pressure level may for example also be twice the second pressure level.
  • a first portion is cooled at least once in the main heat exchanger and expanded in a first expansion turbine, starting from the third pressure level.
  • cooled at least once is understood here and below that a corresponding current before and / or after the relaxation at least once at least through a section of the main heat exchanger is performed.
  • a second portion is treated similarly, ie also cooled at least once in the main heat exchanger and starting in a second expansion turbine relaxed from the third pressure level.
  • the second part is the so-called turbine flow, its relaxation takes place in order to provide additional cooling in a corresponding system and to be able to regulate this.
  • a third portion is further compressed to a fourth pressure level and then also cooled at least once in the main heat exchanger and expanded from the fourth pressure level.
  • the third portion is the so-called inductor flow, which, as explained above, in particular allows internal compression.
  • Air of the first portion and / or the second portion and / or the third portion is then fed at the first and / or at the second pressure level in the distillation column system.
  • the entire air of the first portion is fed to the second pressure level in the high-pressure column.
  • All or part of the air of the second portion may be fed to the low pressure column at the first pressure level and / or to the high pressure column at the second pressure level. The same applies to the third share.
  • the present invention is based on the recognition that a combination of a HAP process associated with the energy efficiency of a MAC / BAC process is particularly advantageous both in terms of the creation and in the operating costs of an air separation plant.
  • a sealing fluid expander from an energetic point of view ie in terms of operating costs
  • the use of a HAP method allows low creation costs.
  • the use of a sealing fluid expander is not advantageous in conventional HAP processes because the energy saving achievable by a sealing fluid expander is coupled to the pressure difference occurring at the sealing fluid expander. At lower inlet pressures and thus lower pressure differences, the use is less rewarding overall.
  • improved by the increased pressures of a MAC / BAC process Q T-profiles can not be conventionally achieved by a HAP method.
  • the final pressure of the main air compressor (in this case the "third pressure level") is determined both by the internal compression pressures, ie the pressures of the gaseous air products to be provided by internal compression, and by the amount of liquid air products to be extracted.
  • the first dependence results from the vaporization capacity of a corresponding stream, which is essentially set by the pressure, the latter from the amount of cold "withdrawn” by the removal of the liquid air products, which must be compensated for by relaxation of another stream.
  • the amount of air of the feed air stream that is, the amount of air of the entire, compressed by the main air compressor feed air is determined by the amount of air products generated, but the system can be fed more or less exergy only via a variation of the discharge pressure of the main air compressor. Due to technical-economical limits (used pipe classes) this is typically limited to approx. 23 bar.
  • the present invention therefore proposes to further densify the third portion successively in a booster compressor, a first turbine booster and a second turbine booster to the fourth pressure level.
  • a booster compressor a first turbine booster
  • a second turbine booster a second turbine booster
  • the present invention proposes to further densify the third portion successively in a booster compressor, a first turbine booster and a second turbine booster to the fourth pressure level.
  • the booster used in the context of the present invention is a compressor driven by external energy, which is thus not or at least not exclusively driven by expansion of a fluid which has previously been compressed in the air separation plant.
  • the invention makes it possible by the said compression to provide the third portion (throttle flow) at a significantly increased fourth pressure level, which makes the use of a sealing fluid expander energetically meaningful. Therefore, it is provided according to the invention to use a corresponding Dichtfluidexpander to relax the third portion to which the third portion is supplied in the liquid state and at the fourth (supercritical) pressure level.
  • the third portion may be supplied to the second turbine booster in particular depending on the amount of liquid or liquid products that are obtained in a corresponding air separation plant and to be removed, at different temperature levels.
  • the third portion of the first turbine booster at a temperature level of 0 to 50 ° C and the second turbine booster at a temperature level of -40 to 50 ° C.
  • the second turbine booster is therefore not a typical cold compressor, so no "cold” turbine booster.
  • cold turbine boosters are less advantageous because the entire available cooling capacity is used to provide these liquid air products.
  • a cold turbine booster inevitably introduces heat into the system since the heat of compression from the compressed stream typically can not be dissipated in an aftercooler, but only in the main heat exchanger, coupled with a corresponding input of heat.
  • the third portion of the first turbine booster is advantageous to the third portion of the first turbine booster at a temperature level of 0 to 50 ° C and the second turbine booster at a temperature level of -140 to -20 ° C supply.
  • the second turbine booster is in this case a typical cold compressor, so a "cold" turbine booster.
  • the temperature of the third portion compressed in the second turbine booster may be, for example, at -90 to 20 ° C. directly downstream of the second turbine booster.
  • a cold turbine booster adds heat to the system because the heat of compression from the compressed stream is typically not dissipated in an aftercooler operating with cooling water but only in the main heat exchanger itself, with associated heat input.
  • a cold turbine booster permits particularly good heating and liquefaction of internal compression products and is suitable for air separation plants for generating large quantities of corresponding gaseous printed products and comparatively small amounts of liquid air products.
  • the use of a second turbine booster operated at the mentioned low inlet temperatures permits removal of a comparatively small amount of up to 3 mol% of the feed air stream in Form of liquid air products, for example liquid oxygen (LOX), liquid nitrogen (LIN) and / or liquid argon (LAR).
  • LOX liquid oxygen
  • LIN liquid nitrogen
  • LAR liquid argon
  • the invention advantageously provides for driving the turbine boosters in each case with one of the expansion turbines, for example, the first turbine booster with the second expansion turbine and the second turbine booster with the first expansion turbine.
  • the additional compressor used in addition to the compression of the third portion (throttle flow), however, is driven by external energy, so not via associated expansion turbines, each relax the air portions of the feed air stream. It can be advantageous, for example, to drive the secondary compressor with high-pressure fluid and / or electrically and / or together with a compressor stage of the main air compressor. In the latter case, at least one compressor stage of the main air compressor and at least one compressor stage of the secondary compressor are arranged, for example, on a common shaft. Even a use of several appropriate measures can be done simultaneously.
  • the third portion is taken from or fed to the main heat exchanger at appropriate temperature levels.
  • additional after-cooling may be provided downstream of the second turbine booster and before being reintroduced into the main heat exchanger. If, however, the second turbine booster operated at the lower temperatures mentioned, this is, as explained, not the case.
  • the cooling in the main heat exchanger after the recompression in the second turbine booster is advantageously carried out by a temperature level that depends on the inlet and outlet temperature of the second turbine booster and a possible aftercooling, ie, for example, 10 to 50 ° C or -90 to 20 ° C to a temperature level of -140 to -180 ° C.
  • the first portion before relaxing in the first expansion turbine in the main heat exchanger to a temperature level of 0 to -150 ° C is cooled.
  • the first portion is cooled to a temperature level of -130 to -180 ° C after relaxing in the first expansion turbine in the main heat exchanger.
  • the first portion is again passed through the main heat exchanger.
  • the second portion is advantageously cooled to a temperature level of -50 to -150 ° C before relaxing in the second expansion turbine in the main heat exchanger.
  • the first pressure level 1 to 2 bar and / or the second pressure level 5 to 6 bar and / or the third pressure level 8 to 23 bar and / or the fourth pressure level 50 to 70 bar absolute pressure
  • the first pressure level is advantageously 1 to 2 bar and / or the second pressure level 5 to 6 bar and / or the third pressure level 8 to 23 bar and / or the fourth pressure level 50 to 70 bar absolute pressure.
  • the third pressure level can be achieved in each case with conventional HAP main air compressors, the fourth, in particular achieved with the help of said compressor the pressure level allows the use of a Dichtfluidexpanders.
  • the fourth pressure level is at supercritical pressure.
  • the process according to the invention makes it possible, in particular, to remove at least one liquid air product from the distillation column system, to pressurize it in the main heat exchanger or to convert it into the supercritical state (to "liquefy") and to carry out at least one internal compression product from the air separation plant. So as mentioned several times for use with a mecanical combustion plant.
  • the at least one internal compression product can be carried out at a pressure of 6 bar to 100 bar from the air separation plant. Due to the additional heat input explained above, the method according to the invention is particularly suitable for providing internal compaction products in comparison high pressure, ie at least 30 bar, when the second turbine booster is operated at the mentioned lower temperatures.
  • FIG. 1 an air separation plant according to a particularly preferred embodiment of the invention is shown schematically and designated 100 in total.
  • the air separation plant 100 is supplied to feed air (AIR) in the form of an input air flow a, pre-cleaned by a filter 1 and then fed to a main air compressor 2.
  • AIR feed air
  • the main air compressor 2 is illustrated very schematically.
  • the main air compressor 2 typically has a plurality of compressor stages, which can be driven via a common shaft with one or more electric motors.
  • this compressed feed air flow a Downstream of the main air compressor 2 is compressed in this compressed feed air flow a, which is here the entire, in the air separation plant treated feed air 100, a cleaning device 3, not shown, and there free of residual moisture and carbon dioxide, for example.
  • It will be a compressed (and purified) feed air stream b obtained downstream of the cleaning device 3 at a pressure level of, for example, 15 to 23 bar, referred to in this application as the third pressure level, is present.
  • the third pressure level in the illustrated example is well above the operating pressure of a typical high-pressure column of an air separation plant, as explained above. This is a HAP procedure.
  • the feed air stream b is successively divided into the streams c, d and e.
  • the current c is referred to as the first portion
  • the current d as the second portion
  • the current e as the third portion of the feed air flow b.
  • the streams c and d are separated from each other warmly supplied to a main heat exchanger 4 of the air separation plant 100 and this removed again at different intermediate temperature levels.
  • the stream c is after removal from the main heat exchanger 4 in an expansion turbine 5, which is referred to in the context of this application as the first expansion turbine to a pressure level of for example 5 to 6 bar, which is referred to in the context of this application as a second pressure level, relaxed, and again passed through a section of the main heat exchanger 4.
  • the stream d is also released to the second pressure level after removal from the main heat exchanger 4 in an expansion turbine 6, which is referred to in the context of this application as a second expansion turbine.
  • the current e is the so-called inductor current, which in particular enables internal compression.
  • the current e is for this purpose first in a booster 7 and then in two turbine booster, which are each driven by the first expansion turbine 5 and the second expansion turbine 6 (not separately designated), re-compressed.
  • the turbine booster driven by the second expansion turbine 6 is referred to here as the first turbine booster, whereas the turbine booster driven by the first expansion turbine 5 is referred to as the second turbine booster.
  • the recompression takes place at a pressure level of for example 50 to 70 bar, which is referred to in the context of this application as the fourth pressure level.
  • Downstream of the booster 7 and upstream of the turbine booster is the power e at a pressure level of for example 26 to 36 bar.
  • the secondary compressor 7 is driven by external energy, ie not by a relaxation of compressed air portions of the feed air stream b.
  • the current e is recooled in each case in non-separately designated aftercoolers of the turbine boosters to a temperature which corresponds approximately to the cooling water temperature. A further cooling takes place as shown by means of the main heat exchanger 4 as needed.
  • the current e is thus again passed through an aftercooler and then through the main heat exchanger 4 and then expanded in a sealing fluid expander 8.
  • the fourth pressure level is well above the critical pressure for nitrogen and above the critical pressure for oxygen.
  • the flow e After cooling in the main heat exchanger 4 and upstream of the sealing fluid expander 8, the flow e is in the liquid state at supercritical pressure.
  • the sealing fluid expander 8 is coupled, for example, with a generator or an oil brake (without designation). After relaxation, the current e is here at the second pressure level. He is still liquid, but is at a subcritical pressure.
  • the distillation column system 10 is shown greatly simplified. It comprises at least one at a pressure level of 1 to 2 bar (referred to here as the first pressure level) operated low pressure column 11 and operated at the second pressure level high pressure column 12 of a double column system in which the low pressure column 11 and the high pressure column 12 via a main condenser 13 in heat exchanging connection stand.
  • the first pressure level a pressure level of 1 to 2 bar
  • the second pressure level high pressure column 12 of a double column system in which the low pressure column 11 and the high pressure column 12 via a main condenser 13 in heat exchanging connection stand.
  • valves, pumps, other heat exchangers and the like has been omitted for clarity.
  • the streams c, d and e are fed into the high pressure column 12 in the example shown. However, it can also be provided, for example, not to feed the stream d and / or the stream e into the distillation column system after appropriate expansion into the low-pressure column 11 and / or portions.
  • the distillation column system 10, the currents f, g and h can be removed in the example shown.
  • the air separation plant 100 is set up to carry out an internal compression process, as explained in more detail.
  • the streams f and g which may be a liquid, oxygen-rich stream f and a liquid, nitrogen-rich stream g, are therefore pressurized by means of pumps 9 in the liquid state and vaporized in the main heat exchanger 4 or, depending on the pressure , transferred from the liquid to the supercritical state.
  • Fluid of the flows f and g can be taken from the air separation plant 100 as internally compressed oxygen (GOX-IC) or internally compressed nitrogen (GAN-IC).
  • Stream h illustrates one or more streams taken from the distillation column system 10 in the gaseous state at the first pressure level.
  • FIG. 2 an air separation plant according to a particularly preferred embodiment of the invention is shown schematically and indicated generally at 200. Equal or comparable plant components and currents as in FIG. 1 shown air separation unit 100 are given identical reference numerals and will not be explained repeatedly.
  • the feed air stream b is also present downstream of the cleaning device 3 at a third pressure level, which, however, here is for example 9 to 17 bar.
  • the fourth pressure level, to which the current e (inductor current) is compressed, is for example 30 to 80 bar here. While the stream e here after the Nachverdichtungsuze in the first turbine booster in a not separately designated aftercooler is cooled back to a temperature which corresponds approximately to the cooling water temperature, cooling takes place downstream of the second turbine booster only by means of the main heat exchanger 4, but not by means of an aftercooler such in the air separation plant 100 according to FIG. 1 , Since the second turbine booster is operated as a "cold" turbine booster, the current e downstream of this second turbine booster is at a correspondingly low temperature level well below the ambient temperature.
  • the air separation plant 100, the drive of the booster 7 is carried out together with one or more compressor stages of the Main air compressor 2 and using a pressurized fluid, such as pressure steam, which is in an expansion turbine (not separately referred to) relaxed.
  • a pressurized fluid such as pressure steam
  • an air separation plant 100 is suitable according to FIG. 1 in which the second turbine booster is operated as a "warm” turbine booster, especially for the provision of larger quantities of liquid air products (not shown), an air separation plant 200 according to FIG FIG. 2 whereas the second turbine booster operates as a "cold” turbine booster, especially for providing high pressure gaseous internal compression products.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft (AIR) in einer Luftzerlegungsanlage (100) mit einem Hauptluftverdichter (2), einem Hauptwärmetauscher (4) und einem Destillationssäulensystem (10) mit einer auf einem ersten Druckniveau betriebenen Niederdrucksäule (11) und einer auf einem zweiten Druckniveau betriebenen Hochdrucksäule (12) vorgeschlagen, bei dem ein Einsatzluftstrom (a), der die gesamte, der Luftzerlegungsanlage (100, 200) zugeführte Einsatzluft umfasst, in dem Hauptluftverdichter (2) auf ein drittes Druckniveau verdichtet wird, welches mindestens 2 bar oberhalb des zweiten Druckniveaus liegt, wobei von dem verdichteten Einsatzluftstrom (b) ein erster Anteil (c) mindestens einmal in dem Hauptwärmetauscher (4) abgekühlt und von dem dritten Druckniveau in einer ersten Entspannungsturbine (5) entspannt wird, ein zweiter Anteil (d) mindestens einmal in dem Hauptwärmetauscher (4) abgekühlt und ausgehend von dem dritten Druckniveau in einer zweiten Entspannungsturbine (6) entspannt wird, und ein dritter Anteil (e) weiter auf ein viertes Druckniveau verdichtet, mindestens einmal in dem Hauptwärmetauscher (4) abgekühlt und ausgehend von dem vierten Druckniveau entspannt wird, wobei Luft des ersten Anteils (c) und/oder des zweiten Anteils (d) und/oder des dritten Anteils (e) auf dem ersten und/oder auf dem zweiten Druckniveau in das Destillationssäulensystem (10) eingespeist wird. Es ist vorgesehen, dass der dritte Anteil (e) nacheinander in einem Nachverdichter (7), einem ersten Turbinenbooster und einem zweiten Turbinenbooster auf das vierte Druckniveau weiter verdichtet wird, und zum Entspannen des dritten Anteils (e) ein Dichtfluidexpander (8) verwendet wird, dem der dritte Anteil (e) in flüssigem Zustand und auf dem vierten Druckniveau zugeführt wird. Eine Luftzerlegungsanlage (100) ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft in einer Luftzerlegungsanlage sowie eine entsprechende Luftzerlegungsanlage gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
    • Stand der Technik
  • Die Herstellung von Luftprodukten in flüssigem oder gasförmigem Zustand durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in Luftzerlegungsanlagen ist bekannt und in der Fachliteratur, beispielsweise bei H.-W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH 2006, insbesondere Abschnitt 2.2.5, "Cryogenic Rectification", beschrieben. Luftzerlegungsanlagen weisen Destillationssäulensysteme auf, die beispielsweise als Zweisäulensysteme, insbesondere als klassische Linde-Doppelsäulensysteme, aber auch als Drei- oder Mehrsäulensysteme ausgebildet sein können. Neben den Destillationssäulen zur Gewinnung von Stickstoff und/oder Sauerstoff in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand (beispielsweise flüssigem Sauerstoff, LOX, gasförmigem Sauerstoff, GOX, flüssigem Stickstoff, LIN und/oder gasförmigem Stickstoff, GAN), also den Destillationssäulen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, können Destillationssäulen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere der Edelgase Krypton, Xenon und/oder Argon, vorgesehen sein.
  • Die Destillationssäulensysteme werden bei unterschiedlichen Betriebsdrücken in ihren jeweiligen Destillationssäulen betrieben. Bekannte Doppelsäulensysteme weisen beispielsweise eine sogenannte Hochdrucksäule (bisweilen auch lediglich als Drucksäule bezeichnet) und eine sogenannte Niederdrucksäule auf. Der Betriebsdruck der Hochdrucksäule beträgt beispielsweise 4,3 bis 6,9 bar, vorzugsweise etwa 5,0 bar. Die Niederdrucksäule wird bei einem Betriebsdruck von beispielsweise 1,3 bis 1,7 bar, vorzugsweise etwa 1,5 bar, betrieben. Bei den hier und im Folgenden angegebenen Drücken handelt es sich um Absolutdrücke.
  • Bei der Luftzerlegung können sogenannte High-Air-Pressure-Verfahren (HAP-Verfahren) eingesetzt werden. Bei einem HAP-Verfahren wird die gesamte, der Luftzerlegungsanlage zugeführte bzw. die in einem entsprechenden Verfahren insgesamt eingesetzte Luft (als Einsatzluft bezeichnet) in einem Hauptluftverdichter auf einen Druck verdichtet, der deutlich über dem höchsten Betriebsdruck des Destillationssäulensystems, typischerweise also deutlich über dem Betriebsdruck der Hochdrucksäule, liegt. Der Druckunterschied beträgt mindestens 2 oder 4 bar und vorzugsweise zwischen 6 und 16 bar. Beispielsweise ist der Druck mindestens doppelt so hoch wie der Betriebsdruck der Hochdrucksäule. HAP-Verfahren sind z.B. aus der EP 2 466 236 A1 , der EP 2 458 311 A1 und der US 5 329 776 A bekannt.
  • Bei HAP-Verfahren lassen sich aufgrund der stärkeren Verdichtung die zur Luftreinigung erforderlichen Behälter- und Leitungsdimensionen verringern. Ferner sinkt der absolute Wassergehalt der verdichteten Luft. Je nach den vorliegenden Randbedingungen kann auf eine Kälteanlage zur Luftreinigung verzichtet werden.
  • In HAP-Verfahren kann die im Hauplufttverdichter verdichtete Luftmenge ferner von der Prozessluftmenge entkoppelt werden. In einem derartigen Fall wird nur ein Teil der auf den genannten Druck verdichteten Einsatzluft als sogenannte Prozessluft genutzt, also für die eigentliche Rektifikation verwendet und in die Hochdrucksäule eingespeist. Ein weiterer Teil wird zur Gewinnung von Kälte entspannt, wobei die Kältemenge unabhängig von der Prozessluft eingestellt werden kann. Eine derartige Entkopplung ist jedoch nicht in allen HAP-Verfahren vorgesehen.
  • Ferner sind Verfahren bekannt, bei denen die Einsatzluft in dem Hauptluftverdichter nur auf den höchsten Betriebsdruck des Destillationssäulensystems, typischerweise also nur den Betriebsdruck der Hochdrucksäule oder geringfügig darüber, verdichtet wird. Ein Teil der Einsatzluft kann daher nach Abkühlung ohne weitere Entspannung in das Destillationssäulensystem eingespeist werden. Nur bestimmte Anteile, die beispielsweise zur zusätzlichen Kälteproduktion oder auch zur Erwärmung flüssiger Ströme (siehe sogleich) benötigt werden, werden in einem oder mehreren Nachverdichtern weiter verdichtet. Derartige Verfahren mit Haupt- und Nachverdichter(n) werden auch als MAC/BAC-Verfahren (engl. Main Air Compressor/Booster Air Compressor) bezeichnet. In einem MAC/BAC-Verfahren wird also nicht die gesamte Einsatzluft, sondern nur ein Teil auf einen Druck deutlich über dem höchsten Betriebsdruck des Destillationssäulensystems verdichtet.
  • Bei der Luftzerlegung kann die sogenannte Innenverdichtung zum Einsatz kommen. Bei der Innenverdichtung wird dem Destillationssäulensystem ein flüssiger Strom entnommen und zumindest zum Teil flüssig auf Druck gebracht. Der flüssig auf Druck gebrachte Strom wird in einem Hauptwärmetauscher der Luftzerlegungsanlage gegen einen Wärmeträger erwärmt und verdampft oder, beim Vorliegen entsprechender Drücke, vom flüssigen in den überkritischen Zustand überführt. Bei dem flüssigen Strom kann es sich insbesondere um flüssigen Sauerstoff, jedoch auch um Stickstoff oder Argon handeln. Die Innenverdichtung wird damit zur Gewinnung entsprechender gasförmiger Druckprodukte eingesetzt. Der Vorteil an Innenverdichtungsverfahren ist unter anderem, dass entsprechende Fluide nicht außerhalb der Luftzerlegungsanlage in gasförmigem Zustand verdichtet werden müssen, was sich häufig als sehr aufwendig erweist und/oder beträchtliche Sicherheitsmaßnahmen erfordert. Auch die Innenverdichtung ist in der eingangs zitierten Fachliteratur beschrieben.
  • Nachfolgend wird für die Überführung aus dem flüssigen in den überkritischen oder gasförmigen Zustand der Sammelbegriff "Entflüssigung" verwendet. Die Überführung aus dem überkritischen oder gasförmigen in den flüssigen Zustand, deren Produkt eine eindeutig definierte Flüssigkeit ist, wird als "Verflüssigung" bezeichnet.
  • Gegen den zu entflüssigenden Strom wird ein Wärmeträger verflüssigt. Der Wärmeträger wird dabei üblicherweise durch einen Teil der der Luftzerlegungsanlage zugeführten Luft gebildet. Um den flüssig auf Druck gebrachten Strom effizient erwärmen und entflüssigen zu können, muss dieser Wärmeträger aufgrund thermodynamischer Gegebenheiten einen höheren Druck als der flüssig auf Druck gebrachte Strom aufweisen. Daher muss ein entsprechend hoch verdichteter Strom bereitgestellt werden. Dieser wird auch als "Drosselstrom" bezeichnet, weil er herkömmlicherweise mittels eines Entspannungsventils ("Drossel") entspannt, hierdurch zumindest zum Teil entflüssigt und in das verwendete Destillationssäulensystem eingespeist wird.
  • Die Herstellung von innenverdichtetem, gasförmigem Sauerstoff mittels HAP-Verfahren ist insbesondere aufgrund des Wegfalls eines Nachverdichters zur Bereitstellung eines entsprechend hoch verdichteten Stroms vergleichsweise kostengünstig und in unterschiedlichen Ausgestaltungen realisierbar. In bestimmten Fällen können sich jedoch MAC/BAC-Verfahren als energetisch günstiger erweisen, was insbesondere auf den Einsatz einer Turbine (statt des herkömmlichen Entspannungsventils) zurückzuführen ist, der der Drosselstrom im flüssigen Zustand bei überkritischem Druck zugeführt und in weiterhin flüssigem Zustand bei unterkritischem Druck entnommen wird. Eine derartige Turbine wird im Rahmen dieser Anmeldung als Dichtfluidexpander bezeichnet (engl. Dense Liquid Expander bzw. Dense Fluid Expander, DLE). Die energetischen Vorteile eines derartigen Dichtfluidexpanders sind ebenfalls in der eingangs zitierten Fachliteratur, beispielsweise Abschnitt 2.2.5.6, "Apparatus", Seite 48 und 49, beschrieben.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die mit den HAP-Verfahren verbundenen niedrigen Investitionskosten mit den Effizienzvorteilen von herkömmlichen MAC/BAC-Verfahren zu kombinieren.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Einsatzluft in einer Luftzerlegungsanlage sowie eine entsprechende Luftzerlegungsanlage mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Bevorzugte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Vor der Erläuterung der Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deren Grundlagen und die verwendeten Begriffe erläutert.
  • Eine "Entspannungsturbine" bzw. "Entspannungsmaschine", die über eine gemeinsame Welle mit weiteren Entspannungsturbinen oder Energiewandlern wie Ölbremsen, Generatoren oder Verdichtern gekoppelt sein kann, ist zur Entspannung eines gasförmigen oder zumindest teilweise flüssigen Stroms eingerichtet. Insbesondere können Entspannungsturbinen zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung als Turboexpander ausgebildet sein. Wird ein Verdichter mit einer oder mehreren Entspannungsturbinen angetrieben, jedoch ohne extern, beispielsweise mittels eines Elektromotors, zugeführte Energie, wird der Begriff "turbinengetriebener Verdichter" oder alternativ "Turbinenbooster" verwendet.
  • Ein "Verdichter" ist eine Vorrichtung, die zum Verdichten wenigstens eines gasförmigen Stroms von wenigstens einem Eingangsdruck, bei dem dieser dem Verdichter zugeführt wird, auf wenigstens einen Enddruck, bei dem dieser dem Verdichter entnommen wird, eingerichtet ist. Ein Verdichter bildet eine bauliche Einheit, die jedoch mehrere "Verdichterstufen" in Form von Kolben-, Schrauben- und/oder Schaufelrad- bzw. Turbinenanordnungen (also Axial- oder Radialverdichterstufen) aufweisen kann. Dies gilt auch insbesondere für den "Haupt(luft)verdichter" einer Luftzerlegungsanlage, der sich dadurch auszeichnet, dass durch diesen die gesamte oder der überwiegende Anteil der in die Luftzerlegungsanlage eingespeisten Luftmenge, also der gesamte Einsatzluftstrom, verdichtet wird. Ein "Nachverdichter", in dem in MAC/BAC-Verfahren ein Teil der im Hauptluftverdichter verdichteten Luftmenge auf einen nochmals höheren Druck gebracht wird, ist häufig ebenfalls mehrstufig ausgebildet. Insbesondere werden entsprechende Verdichterstufen mittels eines gemeinsamen Antriebs, beispielsweise über eine gemeinsame Welle, angetrieben.
  • Herkömmlicherweise kommen in MAC/BAC-Verfahren Nachverdichter zum Einsatz, die mittels extern zugeführter Energie angetrieben werden, in HAP-Verfahren finden sich derartige Nachverdichter nicht. Turbinenbooster sind jedoch typischerweise in beiden Fällen vorhanden, insbesondere um bei der Entspannung zur Kälteproduktion freiwerdende Wellenleistung sinnvoll nutzen zu können.
  • Ein "Wärmetauscher" dient zur indirekten Übertragung von Wärme zwischen zumindest zwei z.B. im Gegenstrom zueinander geführten Strömen, beispielsweise einem warmen Druckluftstrom und einem oder mehreren kalten Strömen oder einem tiefkalten flüssigen Luftprodukt und einem oder mehreren warmen Strömen. Ein Wärmetauscher kann aus einem einzelnen oder mehreren parallel und/oder seriell verbundenen Wärmetauscherabschnitten gebildet sein, z.B. aus einem oder mehreren Plattenwärmetauscherblöcken. Ein Wärmetauscher, beispielsweise auch der in einer Luftzerlegungsanlage eingesetzte "Hauptwärmetauscher", der sich dadurch auszeichnet, dass durch ihn der Hauptanteil der abzukühlenden bzw. zu erwärmenden Ströme abgekühlt bzw. erwärmt wird, weist "Passagen" auf, die als voneinander getrennte Fluidkanäle mit Wärmeaustauschflächen ausgebildet sind.
  • Die vorliegende Anmeldung verwendet zur Charakterisierung von Drücken und Temperaturen die Begriffe "Druckniveau" und "Temperaturniveau", wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass entsprechende Drücke und Temperaturen in einer entsprechenden Anlage nicht in Form exakter Druck- bzw. Temperaturwerte verwendet werden müssen, um das erfinderische Konzept zu verwirklichen. Jedoch bewegen sich derartige Drücke und Temperaturen typischerweise in bestimmten Bereichen, die beispielsweise ± 1%, 5%, 10%, 20% oder sogar 50% um einen Mittelwert liegen. Entsprechende Druckniveaus und Temperaturniveaus können dabei in disjunkten Bereichen liegen oder in Bereichen, die einander überlappen. Insbesondere schließen beispielsweise Druckniveaus unvermeidliche oder zu erwartende Druckverluste, beispielsweise aufgrund von Abkühlungseffekten, ein. Entsprechendes gilt für Temperaturniveaus.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet eine Luftzerlegungsanlage mit einem Hauptluftverdichter, einem Hauptwärmetauscher und einem Destillationssäulensystem mit einer auf einem ersten Druckniveau betriebenen Niederdrucksäule und einer auf einem zweiten Druckniveau betriebenen Hochdrucksäule. Die genannten und weitere verwendete Druckniveaus sind unten im Detail angegeben.
  • In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Einsatzluftstrom, der die gesamte, der Luftzerlegungsanlage zugeführte Einsatzluft umfasst, in dem Hauptluftverdichter auf ein drittes Druckniveau verdichtet, welches mindestens 2 bar, insbesondere mindestens 4 bar, oberhalb des zweiten Druckniveaus liegt. Das dritte Druckniveau kann beispielsweise auch das Doppelte des zweiten Druckniveaus betragen. Es wird also ein HAP-Verfahren durchgeführt.
  • Von dem verdichteten Einsatzluftstrom wird ein erster Anteil mindestens einmal in dem Hauptwärmetauscher abgekühlt und in einer ersten Entspannungsturbine ausgehend von dem dritten Druckniveau entspannt. Unter "mindestens einmal abgekühlt" wird hier und im Folgenden verstanden, dass ein entsprechender Strom vor und/oder nach der Entspannung mindestens einmal zumindest durch einen Abschnitt des Hauptwärmetauschers geführt wird.
  • Ein zweiter Anteil wird ähnlich behandelt, d.h. ebenfalls mindestens einmal in dem Hauptwärmetauscher abgekühlt und in einer zweiten Entspannungsturbine ausgehend von dem dritten Druckniveau entspannt. Bei dem zweiten Anteil handelt es sich um den sogenannten Turbinenstrom, seine Entspannung erfolgt, um in einer entsprechenden Anlage zusätzliche Kälte bereitstellen und diese regeln zu können.
  • Ein dritter Anteil wird auf ein viertes Druckniveau weiter verdichtet und dann ebenfalls mindestens einmal in dem Hauptwärmetauscher abgekühlt und ausgehend von dem vierten Druckniveau entspannt. Bei dem dritten Anteil handelt es sich um den sogenannten Drosselstrom, der, wie zuvor erläutert, insbesondere die Innenverdichtung ermöglicht.
  • Luft des ersten Anteils und/oder des zweiten Anteils und/oder des dritten Anteils wird anschließend auf dem ersten und/oder auf dem zweiten Druckniveau in das Destillationssäulensystem eingespeist. Typischerweise wird dabei die gesamte Luft des ersten Anteils auf dem zweiten Druckniveau in die Hochdrucksäule eingespeist. Die gesamte oder ein Teil der Luft des zweiten Anteils kann auf dem ersten Druckniveau in die Niederdrucksäule und/oder auf dem zweiten Druckniveau in die Hochdrucksäule eingespeist werden. Entsprechendes gilt für den dritten Anteil.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine Kombination eines HAP-Verfahrens verbunden mit der energetischen Effizienz eines MAC/BAC-Verfahrens sowohl hinsichtlich der Erstellungs- als auch hinsichtlich der Betriebskosten einer Luftzerlegungsanlage besonders vorteilhaft ist. Wie erläutert, ist insbesondere der Einsatz eines Dichtfluidexpanders aus energetischer Sicht (also hinsichtlich der Betriebskosten) besonders günstig, wohingegen der Einsatz eines HAP-Verfahrens geringe Erstellungskosten ermöglicht. Der Einsatz eines Dichtfluidexpanders ist jedoch in herkömmlichen HAP-Verfahren nicht vorteilhaft, weil die durch einen Dichtfluidexpander erzielbare Energieeinsparung an die an dem Dichtfluidexpander auftretende Druckdifferenz gekoppelt ist. Bei geringeren Eintrittsdrücken und damit geringeren Druckdifferenzen ist der Einsatz insgesamt weniger lohnend. Auch die durch die erhöhten Drücke eines MAC/BAC-Verfahrens verbesserten Q,T-Profile lassen sich herkömmlicherweise mittels eines HAP-Verfahrens nicht erreichen.
  • Bei HAP-Verfahren ist der Enddruck des Hauptluftverdichters (hier also das "dritte Druckniveau") sowohl von den Innenverdichtungsdrücken, also den Drücken der mittels Innenverdichtung bereitzustellenden gasförmigen Luftprodukte, als auch von der Menge der zu gewinnenden flüssigen Luftprodukte abhängig. Erstere Abhängigkeit ergibt sich aus der im Wesentlichen durch den Druck eingestellten Verdampfungskapazität eines entsprechenden Stroms, letztere aus der durch die Entnahme der flüssigen Luftprodukte "entzogenen" Kältemenge, die durch Entspannung eines weiteren Stroms ausgeglichen werden muss.
  • Da die Luftmenge des Einsatzluftstroms, also die Luftmenge der gesamten, durch den Hauptluftverdichter verdichteten Einsatzluft, durch die Menge der erzeugten Luftprodukte festgelegt ist, kann der Anlage aber nur über eine Variation des Enddrucks des Hauptluftverdichters mehr oder weniger Exergie zugeführt werden. Aufgrund technisch-ökonomischer Grenzen (eingesetzte Rohrklassen) ist dieser typischerweise auf ca. 23 bar limitiert.
  • Unter diesen Randbedingungen kann in herkömmlichen HAP-Verfahren kein ausreichender Druck zur Verfügung gestellt werden, der den Einsatz einer Flüssigturbine vorteilhaft erscheinen lässt. Wie erwähnt, ist der Einsatz einer Flüssigturbine nur dann technisch vorteilhaft, wenn hierüber eine ausreichende Druckdifferenz erzielt werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung schlägt daher vor, den dritten Anteil nacheinander in einem Nachverdichter, einem ersten Turbinenbooster und einem zweiten Turbinenbooster auf das vierte Druckniveau weiter zu verdichten. Es werden also statt den üblichen maximal zwei Verdichtungsschritten, die typischerweise durch zwei Turbinenbooster realisiert sind, zumindest drei Verdichtungsschritte eingesetzt, von denen zwei durch jeweils einen Turbinenbooster und einer durch einen Nachverdichter realisiert werden. Hierdurch kann ein deutlich höheres viertes Druckniveau erzielt werden.
  • Wie erwähnt, kommen herkömmlicherweise zwar in MAC/BAC-Verfahren, jedoch nicht in HAP-Verfahren, Nachverdichter zum Einsatz, die mittels extern zugeführter Energie angetrieben werden. Die vorliegende Erfindung schlägt jedoch ebendies vor. Bei dem im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzten Nachverdichter handelt es sich um einen mit externer Energie angetriebenen Verdichter, der also nicht oder zumindest nicht ausschließlich durch Entspannung eines zuvor in der Luftzerlegungsanlage selbst verdichteten Fluids angetrieben wird. Zu den unterschiedlichen Möglichkeiten, einen erfindungsgemäß bereitgestellten Nachverdichter mit externer Energie anzutreiben, sei auf die Erläuterungen unten verwiesen.
  • Die Erfindung ermöglicht durch die genannte Verdichtung eine Bereitstellung des dritten Anteils (Drosselstrom) auf einem deutlich erhöhten vierten Druckniveau, das den Einsatz eines Dichtfluidexpanders energetisch sinnvoll macht. Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen, zum Entspannen des dritten Anteils einen entsprechenden Dichtfluidexpander zu verwenden, dem der dritte Anteil in flüssigem Zustand und auf dem vierten (überkritischen) Druckniveau zugeführt wird.
  • Der dritte Anteil (Drosselstrom) kann dem zweiten Turbinenbooster insbesondere je nach der Menge des oder der flüssigen Luftprodukte, die in einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage gewonnen und dieser entnommen werden sollen, auf unterschiedlichen Temperaturniveaus zugeführt werden.
  • Für eine Bereitstellung größerer Mengen eines oder mehrerer flüssiger Luftprodukte hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, den dritten Anteil dem ersten Turbinenbooster auf einem Temperaturniveau von 0 bis 50 °C und dem zweiten Turbinenbooster auf einem Temperaturniveau von -40 bis 50 °C zuzuführen. Der zweite Turbinenbooster ist daher kein typischer Kaltverdichter, also kein "kalter" Turbinenbooster. Zwar wird diesem der dritte Anteil (Drosselstrom) ggf. deutlich unterhalb der Umgebungstemperatur zugeführt, stromab des zweiten Turbinenboosters liegt seine Temperatur jedoch oberhalb der Umgebungstemperatur.
  • Sollen einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage größere Mengen von Luftprodukten flüssig entnommen werden, sind "kalte" Turbinenbooster weniger vorteilhaft, weil die gesamte zur Verfügung stehende Kälteleistung zur Bereitstellung dieser flüssigen Luftprodukte verwendet wird. Ein kalter Turbinenbooster trägt aber unvermeidlich Wärme in das System ein, da die Verdichtungswärme aus dem verdichteten Strom typischerweise nicht in einem Nachkühler, sondern nur im Hauptwärmetauscher, verbunden mit einem entsprechendem Wärmeeintrag, abgeführt werden kann. Ein bei höheren Eintrittstemperaturen betriebener Turbinenbooster, bei dem der verdichtete Strom deutlich höhere Temperaturen aufweist als beispielsweise vorhandenes Kühlwasser, ermöglicht eine effektive Wärmeabfuhr in einem üblichen Nachkühler. Durch das Abführen der Verdichtungswärme stromab des zweiten Turbinenboosters ist die Verdichtung in diesem weitgehend wärmeneutral, da die Verdichtungsarbeit hier durch den Nachkühler kompensiert wird.
  • Insgesamt erlaubt die Verwendung eines bei den erwähnten höheren Eintrittstemperaturen betriebenen zweiten Turbinenboosters daher eine Entnahme einer vergleichsweise großen Menge von 3 bis 10 Mol.-% des Einsatzluftstroms in Form von flüssigen Luftprodukten, beispielsweise flüssigem Sauerstoff (LOX), flüssigem Stickstoff (LIN) und/oder flüssigem Argon (LAR).
  • Für eine Luftzerlegungsanlage, die hingegen überwiegend oder ausschließlich gasförmige Luftprodukte bereitstellen soll (die aber auch beispielsweise mittels Innenverdichtungsverfahren aus flüssigen Zwischenprodukten gewonnen werden können), ist es hingegen vorteilhaft, den dritten Anteil dem ersten Turbinenbooster auf einem Temperaturniveau von 0 bis 50 °C und dem zweiten Turbinenbooster auf einem Temperaturniveau von -140 bis -20 °C zuzuführen. Der zweite Turbinenbooster ist in diesem Fall ein typischer Kaltverdichter, also ein "kalter" Turbinenbooster. Diesem wird der dritte Anteil (Drosselstrom) unterhalb der Umgebungstemperatur zugeführt, stromab des zweiten Turbinenboosters liegt seine Temperatur weiterhin (deutlich) unterhalb der Umgebungstemperatur. Die Temperatur des in dem zweiten Turbinenboosters verdichteten dritten Anteils kann direkt stromab des zweiten Turbinenboosters beispielsweise bei -90 bis 20 °C liegen.
  • Ein kalter Turbinenbooster trägt Wärme in das System ein, da die Verdichtungswärme aus dem verdichteten Strom typischerweise nicht in einem Nachkühler, der mit Kühlwasser betrieben wird, sondern nur im Hauptwärmetauscher selbst, verbunden mit einem entsprechenden Wärmeeintrag, abgeführt wird. Ein kalter Turbinenbooster ermöglicht durch diesen im vorliegenden Fall gewollten Wärmeeintrag eine besonders gute Erwärmung und Entflüssigung von Innenverdichtungsprodukten und eignet sich für Luftzerlegungsanlagen zur Erzeugung großer Mengen entsprechender gasförmiger Druckprodukte und vergleichsweise geringer Mengen an flüssigen Luftprodukten.
  • Insgesamt erlaubt die Verwendung eines bei den erwähnten niedrigen Eintrittstemperaturen betriebenen zweiten Turbinenboosters daher eine Entnahme einer vergleichsweise geringen Menge von bis zu 3 Mol.-% des Einsatzluftstroms in Form von flüssigen Luftprodukten, beispielsweise flüssigem Sauerstoff (LOX), flüssigem Stickstoff (LIN) und/oder flüssigem Argon (LAR).
    Die Erfindung sieht vorteilhafterweise vor, die genannten Turbinenbooster jeweils mit einer der Entspannungsturbinen anzutreiben, beispielsweise den ersten Turbinenbooster mit der zweiten Entspannungsturbine und den zweiten Turbinenbooster mit der ersten Entspannungsturbine.
  • Der zusätzlich zur Verdichtung des dritten Anteils (Drosselstrom) eingesetzte Nachverdichter wird hingegen mit externer Energie angetrieben, also nicht über zugeordnete Entspannungsturbinen, die jeweils Luftanteile des Einsatzluftstroms entspannen. Vorteilhaft kann beispielsweise sein, den Nachverdichter mit Hochdruckfluid und/oder elektrisch und/oder zusammen mit einer Verdichterstufe des Hauptluftverdichters anzutreiben. In letzterem Fall sind zumindest eine Verdichterstufe des Hauptluftverdichters und zumindest eine Verdichterstufe des Nachverdichters beispielsweise auf einer gemeinsamen Welle angeordnet. Auch ein Einsatz mehrerer entsprechender Maßnahmen gleichzeitig kann erfolgen.
  • Besonders vorteilhaft ist es, den dritten Anteil vor und nach dem weiteren Verdichten in dem zweiten Turbinenbooster in dem Hauptwärmetauscher abzukühlen. Der dritte Anteil wird dem Hauptwärmetauscher dabei auf geeigneten Temperaturniveaus entnommen bzw. zugeführt. Wie erläutert, kann ferner in Fällen, in denen der zweite Turbinenbooster bei den erwähnten höheren Temperaturen betrieben wird, eine zusätzliche Nachkühlung stromab des zweiten Turbinenboosters und vor einer erneuten Einspeisung in den Hauptwärmetauscher vorgesehen sein. Wird dagegen der zweite Turbinenbooster bei den erwähnten geringeren Temperaturen betrieben, ist dies, wie erläutert, nicht der Fall.
  • Die Abkühlung in dem Hauptwärmetauscher nach dem Nachverdichten in dem zweiten Turbinenbooster erfolgt dabei vorteilhafterweise von einem Temperaturniveau, das sich nach der Ein- und Austrittstemperatur des zweiten Turbinenboosters und einer möglichen Nachkühlung richtet, also von beispielsweise 10 bis 50 °C oder -90 bis 20 °C auf ein Temperaturniveau von -140 bis -180 °C.
  • Vorteilhaft kann auch sein, wenn der erste Anteil vor dem Entspannen in der ersten Entspannungsturbine in dem Hauptwärmetauscher auf ein Temperaturniveau von 0 bis -150 °C abgekühlt wird. Vorteilhafterweise wird der erste Anteil nach dem Entspannen in der ersten Entspannungsturbine in dem Hauptwärmetauscher auf ein Temperaturniveau von -130 bis -180 °C abgekühlt. Mit anderen Worten wird der erste Anteil nach der Entspannung in der ersten Entspannungsturbine also nochmals durch den Hauptwärmetauscher geführt.
  • Der zweite Anteil wird vorteilhafterweise vor dem Entspannen in der zweiten Entspannungsturbine in dem Hauptwärmetauscher auf ein Temperaturniveau von -50 bis -150 °C abgekühlt.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung beträgt vorteilhafterweise das erste Druckniveau 1 bis 2 bar und/oder das zweite Druckniveau 5 bis 6 bar und/oder das dritte Druckniveau 8 bis 23 bar und/oder das vierte Druckniveau 50 bis 70 bar Absolutdruck, wenn der zweite Turbinenbooster bei den erwähnten höheren Temperaturen betrieben wird. Wird der zweite Turbinenbooster bei den erwähnten niedrigeren Temperaturen betrieben, beträgt vorteilhafterweise das erste Druckniveau 1 bis 2 bar und/oder das zweite Druckniveau 5 bis 6 bar und/oder das dritte Druckniveau 8 bis 23 bar und/oder das vierte Druckniveau 50 bis 70 bar Absolutdruck. Das dritte Druckniveau lässt sich dabei jeweils noch mit üblichen HAP-Hauptluftverdichtern erreichen, das vierte, insbesondere mit Hilfe des genannten Nachverdichters erzielte Druckniveau ermöglicht den Einsatz eines Dichtfluidexpanders. Das vierte Druckniveau liegt dabei bei überkritischem Druck.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es insbesondere, dem Destillationssäulensystem zumindest ein flüssiges Luftprodukt zu entnehmen, flüssig mit Druck zu beaufschlagen, in dem Hauptwärmetauscher zu verdampfen oder in den überkritischen Zustand zu überführen (zu "entflüssigen") und als wenigstens ein Innenverdichtungsprodukt aus der Luftzerlegungsanlage auszuführen, also wie mehrfach erwähnt zum Einsatz mit einem Innenverdichtungsverfahren.
  • Das wenigstens eine Innenverdichtungsprodukt kann bei einem Druck von 6 bar bis 100 bar aus der Luftzerlegungsanlage ausgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich aufgrund des zusätzlichen, oben erläuterten Wärmeeintrags insbesondere zur Bereitstellung von Innenverdichtungsprodukten bei vergleichsweise hohem Druck, d.h. bei mindestens 30 bar, wenn der zweite Turbinenbooster bei den erwähnten geringeren Temperaturen betrieben wird.
  • Zu den Merkmalen der erfindungsgemäßen Luftzerlegungsanlage sei auf den entsprechenden Vorrichtungsanspruch verwiesen. Eine derartige Luftzerlegungsanlage weist insbesondere sämtliche Mittel auf, die sie zur Durchführung eines zuvor erläuterten Verfahrens befähigen. Auf die Merkmale und Vorteile, die zuvor erläutert wurden, wird daher ausdrücklich verwiesen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, welche bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
    • Figur 1 zeigt eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Anlagendiagramms.
    • Figur 2 zeigt eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Anlagendiagramms.
    Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
  • In Figur 1 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet. Der Luftzerlegungsanlage 100 wird Einsatzluft (AIR) in Form eines Einsatzluftstroms a zugeführt, durch ein Filter 1 vorgereinigt und anschließend einem Hauptluftverdichter 2 zugeführt. Der Hauptluftverdichter 2 ist stark schematisiert veranschaulicht. Der Hauptluftverdichter 2 verfügt typischerweise über mehrere Verdichterstufen, die über eine gemeinsame Welle mit einem oder mehreren Elektromotoren angetrieben werden können.
  • Stromab des Hauptluftverdichters 2 wird der in diesem verdichtete Einsatzluftstrom a, bei dem es sich hier um die gesamte, in der Luftzerlegungsanlage 100 behandelte Einsatzluft handelt, einer nicht dargestellten Reinigungseinrichtung 3 zugeführt und dort beispielsweise von Restfeuchtigkeit und Kohlendioxid befreit. Es wird ein verdichteter (und aufgereinigter) Einsatzluftstrom b erhalten, der stromab der Reinigungseinrichtung 3 auf einem Druckniveau von beispielsweise 15 bis 23 bar, im Rahmen dieser Anmeldung als drittes Druckniveau bezeichnet, vorliegt. Das dritte Druckniveau liegt im dargestellten Beispiel deutlich über dem Betriebsdruck einer typischen Hochdrucksäule einer Luftzerlegungsanlage, wie eingangs erläutert. Es handelt sich damit um ein HAP-Verfahren.
  • Der Einsatzluftstrom b wird nacheinander in die Ströme c, d und e aufgeteilt. Der Strom c wird im Rahmen dieser Anmeldung als erster Anteil, der Strom d als zweiter Anteil und der Strom e als dritter Anteil des Einsatzluftstroms b bezeichnet.
  • Die Ströme c und d werden getrennt voneinander warmseitig einem Hauptwärmetauscher 4 der Luftzerlegungsanlage 100 zugeführt und diesem auf unterschiedlichen Zwischentemperaturniveaus wieder entnommen. Der Strom c wird nach der Entnahme aus dem Hauptwärmetauscher 4 in einer Entspannungsturbine 5, die im Rahmen dieser Anmeldung als erste Entspannungsturbine bezeichnet wird, auf ein Druckniveau von beispielsweise 5 bis 6 bar, das im Rahmen dieser Anmeldung als zweites Druckniveau bezeichnet wird, entspannt, und nochmals durch einen Abschnitt des Hauptwärmetauschers 4 geführt. Der Strom d wird nach der Entnahme aus dem Hauptwärmetauscher 4 in einer Entspannungsturbine 6, die im Rahmen dieser Anmeldung als zweite Entspannungsturbine bezeichnet wird, ebenfalls auf das zweite Druckniveau entspannt.
  • Bei dem Strom e handelt es sich um den sogenannten Drosselstrom, der insbesondere die Innenverdichtung ermöglicht. Der Strom e wird hierzu zunächst in einem Nachverdichter 7 und anschließend in zwei Turbinenboostern, die jeweils durch die erste Entspannungsturbine 5 und die zweite Entspannungsturbine 6 angetrieben werden (nicht gesondert bezeichnet), nachverdichtet. Der durch die zweite Entspannungsturbine 6 angetriebene Turbinenbooster wird hier als erster Turbinenbooster, der durch die erste Entspannungsturbine 5 angetriebene Turbinenbooster hingegen als zweiter Turbinenbooster bezeichnet. Grundsätzlich kann die Zuordnung der Turbinenbooster zu den Entspannungsturbinen 5, 6 auch umgekehrt sein. Die Nachverdichtung erfolgt auf ein Druckniveau von beispielsweise 50 bis 70 bar, das im Rahmen dieser Anmeldung als viertes Druckniveau bezeichnet wird. Stromab des Nachverdichters 7 und stromauf der Turbinenbooster liegt der Strom e auf einem Druckniveau von beispielsweise 26 bis 36 bar vor. Der Nachverdichter 7 wird mit externer Energie, d.h. nicht durch eine Entspannung von verdichteten Luftanteilen des Einsatzluftstroms b, angetrieben.
  • Nach den Nachverdichtungsschritten in den zwei Turbinenboostern wird der Strom e jeweils in nicht gesondert bezeichneten Nachkühlern der Turbinenbooster auf eine Temperatur rückgekühlt, die etwa der Kühlwassertemperatur entspricht. Eine weitere Abkühlung erfolgt wie dargestellt mittels des Hauptwärmetauschers 4 je nach Bedarf. Auf dem vierten Druckniveau wird der Strom e also nochmals durch einen Nachkühler und danach durch den Hauptwärmetauscher 4 geführt und anschließend in einem Dichtfluidexpander 8 entspannt. Das vierte Druckniveau liegt deutlich oberhalb des kritischen Drucks für Stickstoff und oberhalb des kritischen Drucks für Sauerstoff.
  • Nach der Abkühlung in dem Hauptwärmetauscher 4 und stromauf des Dichtfluidexpanders 8 befindet sich der Strom e in flüssigem Zustand bei überkritischem Druck. Der Dichtfluidexpander 8 ist beispielsweise mit einem Generator oder einer Ölbremse gekoppelt (ohne Bezeichnung). Nach der Entspannung liegt der Strom e hier auf dem zweiten Druckniveau vor. Er ist weiterhin flüssig, befindet sich jedoch auf einem unterkritischen Druck.
  • Das Destillationssäulensystem 10 ist stark vereinfacht gezeigt. Es umfasst zumindest eine auf einem Druckniveau von 1 bis 2 bar (hier als erstes Druckniveau bezeichnet) betriebene Niederdrucksäule 11 und eine auf dem zweiten Druckniveau betriebene Hochdrucksäule 12 eines Doppelsäulensystems, in dem die Niederdrucksäule 11 und die Hochdrucksäule 12 über einen Hauptkondensator 13 in wärmetauschender Verbindung stehen. Auf die konkrete Darstellung von die Niederdrucksäule 11 und die Hochdrucksäule 12 speisenden und diese und den Hauptkondensator 13 verbindenden Leitungen, Ventilen, Pumpen, weiteren Wärmetauschern und dergleichen wurde der Übersichtlichkeit halber verzichtet.
  • Die Ströme c, d und e werden im dargestellten Beispiel in die Hochdrucksäule 12 eingespeist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, beispielsweise den Strom d und/oder den Strom e nach entsprechender Entspannung in die Niederdrucksäule 11 und/oder Anteile nicht in das Destillationssäulensystem einzuspeisen.
  • Dem Destillationssäulensystem 10 können im dargestellten Beispiel die Ströme f, g und h entnommen werden. Die Luftzerlegungsanlage 100 ist zur Durchführung eines Innenverdichtungsverfahrens eingerichtet, wie mehrfach erläutert. Im dargestellten Beispiel werden die Ströme f und g, bei denen es sich um einen flüssigen, sauerstoffreichen Strom f und einen flüssigen, stickstoffreichen Strom g handeln kann, daher mittels Pumpen 9 in flüssigem Zustand druckbeaufschlagt und in dem Hauptwärmetauscher 4 verdampft oder, je nach Druck, vom flüssigen in den überkritischen Zustand überführt. Fluid der Ströme f und g kann der Luftzerlegungsanlage 100 als innenverdichteter Sauerstoff (GOX-IC) bzw. innenverdichteter Stickstoff (GAN-IC) entnommen werden. Der Strom h veranschaulicht einen oder mehrere dem Destillationssäulensystem 10 in gasförmigem Zustand auf dem ersten Druckniveau entnommene Ströme.
  • In Figur 2 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt und insgesamt mit 200 bezeichnet. Gleiche oder vergleichbare Anlagenkomponenten und Ströme wie in der in Figur 1 gezeigten Luftzerlegungsanlage 100 sind mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden nicht wiederholt erläutert.
  • Der Einsatzluftstrom b liegt auch hier stromab der Reinigungseinrichtung 3 auf einem dritten Druckniveau vor, das jedoch hier beispielsweise 9 bis 17 bar beträgt. Das vierte Druckniveau, auf das der Strom e (Drosselstrom) verdichtet wird, beträgt hier beispielsweise 30 bis 80 bar. Während der Strom e auch hier nach dem Nachverdichtungsschritt in dem ersten Turbinenbooster in einem nicht gesondert bezeichneten Nachkühler auf eine Temperatur rückgekühlt wird, die etwa der Kühlwassertemperatur entspricht, erfolgt eine Abkühlung stromab des zweiten Turbinenboosters nur mittels des Hauptwärmetauschers 4, nicht jedoch mittels eines Nachkühlers wie in der Luftzerlegungsanlage 100 gemäß Figur 1. Da der zweite Turbinenbooster als "kalter" Turbinenbooster betrieben wird, liegt der Strom e stromab dieses zweiten Turbinenboosters auf einem entsprechend tiefen Temperaturniveau deutlich unterhalb der Umgebungstemperatur vor.
  • Im dargestellten Beispiel der Luftzerlegungsanlage 100 erfolgt der Antrieb des Nachverdichters 7 gemeinsam mit einer oder mehreren Verdichterstufen des Hauptluftverdichters 2 und unter Verwendung eines Druckfluids, z.B. Druckdampf, das in einer Entspannungsturbine (nicht gesondert bezeichnet) entspannt wird. Wie erwähnt, eignet sich eine Luftzerlegungsanlage 100 gemäß Figur 1, bei der der zweite Turbinenbooster als "warmer" Turbinenbooster betrieben wird, besonders für die Bereitstellung größerer Mengen flüssiger Luftprodukte (nicht dargestellt), eine Luftzerlegungsanlage 200 gemäß Figur 2 hingegen, bei der der zweite Turbinenbooster als "kalter" Turbinenbooster betrieben wird, besonders für die Bereitstellung von gasförmigen Innenverdichtungsprodukten auf hohem Druck.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft (AIR) in einer Luftzerlegungsanlage (100, 200) mit einem Hauptluftverdichter (2), einem Hauptwärmetauscher (4) und einem Destillationssäulensystem (10) mit einer auf einem ersten Druckniveau betriebenen Niederdrucksäule (11) und einer auf einem zweiten Druckniveau betriebenen Hochdrucksäule (12), bei dem
    - ein Einsatzluftstrom (a), der die gesamte, der Luftzerlegungsanlage (100, 200) zugeführte Einsatzluft umfasst, in dem Hauptluftverdichter (2) auf ein drittes Druckniveau verdichtet wird, welches mindestens 2 bar oberhalb des zweiten Druckniveaus liegt, wobei von dem verdichteten Einsatzluftstrom (b)
    - ein erster Anteil (c) mindestens einmal in dem Hauptwärmetauscher (4) abgekühlt und ausgehend von dem dritten Druckniveau in einer ersten Entspannungsturbine (5) entspannt wird,
    - ein zweiter Anteil (d) mindestens einmal in dem Hauptwärmetauscher (4) abgekühlt und ausgehend von dem dritten Druckniveau in einer zweiten Entspannungsturbine (6) entspannt wird, und
    - ein dritter Anteil (e) weiter auf ein viertes Druckniveau verdichtet, mindestens einmal in dem Hauptwärmetauscher (4) abgekühlt und ausgehend von dem vierten Druckniveau entspannt wird, wobei
    - Luft des ersten Anteils (c) und/oder des zweiten Anteils (d) und/oder des dritten Anteils (e) auf dem ersten und/oder auf dem zweiten Druckniveau in das Destillationssäulensystem (10) eingespeist wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - der dritte Anteil (e) nacheinander in einem Nachverdichter (7), einem ersten Turbinenbooster und einem zweiten Turbinenbooster auf das vierte Druckniveau weiter verdichtet wird, und
    - zum Entspannen des dritten Anteils (e) ein Dichtfluidexpander (8) verwendet wird, dem der dritte Anteil (e) in flüssigem Zustand und auf dem vierten Druckniveau zugeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der dritte Anteil (e) dem ersten Turbinenbooster auf einem Temperaturniveau von 0 bis 50 °C und dem zweiten Turbinenbooster auf einem Temperaturniveau von -40 bis 50 °C zugeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Luftzerlegungsanlage (100, 200) wenigstens ein flüssiges Luftprodukt in einem Anteil von 3 bis 10 Mol.-% des Einsatzluftstroms (a) entnommen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der dritte Anteil (e) nach dem Nachverdichten in dem zweiten Turbinenbooster in einem Nachkühler ausgehend von einem Temperaturniveau oberhalb der Umgebungstemperatur und danach in dem Hauptwärmetauscher (4) von einem Temperaturniveau von 10 bis 50 °C auf ein Temperaturniveau von -140 bis -180 °C abgekühlt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das erste Druckniveau bei 1 bis 2 bar, das zweite Druckniveau bei 5 bis 6 bar, das dritte Druckniveau bei 8 bis 23 bar und/oder das vierte Druckniveau bei 50 bis 70 bar Absolutdruck liegt.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der dritte Anteil (e) dem ersten Turbinenbooster auf einem Temperaturniveau von 0 bis 50 °C und dem zweiten Turbinenbooster auf einem Temperaturniveau von -140 bis -20 °C zugeführt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Luftzerlegungsanlage (100, 200) wenigstens ein flüssiges Luftprodukt in einem Anteil von bis zu 3 Mol.-% des Einsatzluftstroms (a) entnommen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem der dritte Anteil (e) nach dem Nachverdichten in dem zweiten Turbinenbooster in dem Hauptwärmetauscher (4) ausgehend von einem Temperaturniveau von -90 bis 20 °C auf ein Temperaturniveau von -140 bis -180 °C abgekühlt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem das erste Druckniveau bei 1 bis 2 bar, das zweite Druckniveau bei 5 bis 6 bar, das dritte Druckniveau bei 9 bis 17 bar und/oder das vierte Druckniveau bei 30 bis 80 bar Absolutdruck liegt.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Turbinenbooster jeweils mit einer der Entspannungsturbinen (5, 6) angetrieben werden.
  11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Nachverdichter (7) mit Hochdruckfluid und/oder elektrisch und/oder zusammen mit einer Verdichterstufe des Hauptluftverdichters (2) angetrieben wird.
  12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der erste Anteil (c) in dem Hauptwärmetauscher (4) vor dem Entspannen auf ein Temperaturniveau von 0 bis -150 °C abgekühlt wird.
  13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der erste Anteil (c) in dem Hauptwärmetauscher (4) nach dem Entspannen auf ein Temperaturniveau von -150 bis -180 °C abgekühlt wird.
  14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der zweite Anteil (d) in dem Hauptwärmetauscher (4) vor dem Entspannen auf ein Temperaturniveau von -100 bis -160 °C abgekühlt wird.
  15. Luftzerlegungsanlage (100), die zur Tieftemperaturzerlegung von Luft (AIR) gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 eingerichtet ist und einen Hauptluftverdichter (2), einen Hauptwärmetauscher (4) und ein Destillationssäulensystem (10) mit einer auf einem ersten Druckniveau betriebenen Niederdrucksäule (11) und einer auf einem zweiten Druckniveau betriebenen Hochdrucksäule (12) aufweist, wobei die Luftzerlegungsanlage (100) Mittel aufweist die dafür eingerichtet sind,
    - einen Einsatzluftstrom (a), der die gesamte, der Luftzerlegungsanlage (100, 200) zugeführte Einsatzluft umfasst, in dem Hauptluftverdichter (2) auf ein drittes Druckniveau zu verdichten, welches mindestens 2 bar oberhalb des zweiten Druckniveaus liegt, und von dem verdichteten Einsatzluftstrom (b)
    - einen ersten Anteil (c) mindestens einmal in dem Hauptwärmetauscher (4) abzukühlen und ausgehend von dem dritten Druckniveau in einer ersten Entspannungsturbine (5) zu entspannen,
    - einen zweiten Anteil (d) mindestens einmal in dem Hauptwärmetauscher (4) abzukühlen und ausgehend von dem dritten Druckniveau in einer zweiten Entspannungsturbine (6) zu entspannen,
    - einen dritten Anteil (e) weiter auf ein viertes Druckniveau zu verdichten, mindestens einmal in dem Hauptwärmetauscher (4) abzukühlen und ausgehend von dem vierten Druckniveau zu entspannen, und
    - Luft des ersten Anteils (c) und/oder des zweiten Anteils (d) und/oder des dritten Anteils (e) auf dem ersten und/oder auf dem zweiten Druckniveau in das Destillatiorissäulensystem (10) einzuspeisen,
    gekennzeichnet durch Mittel, die dafür eingerichtet sind,
    - den dritten Anteil (e) nacheinander in einem Nachverdichter (7), einem ersten Turbinenbooster und einem zweiten Turbinenbooster auf das vierte Druckniveau weiter zu verdichten, und
    - den dritten Anteil (e) in einem Dichtfluidexpander (8) zu entspannen und diesem den dritten Anteil (e) in flüssigem Zustand und auf dem vierten Druckniveau zuzuführen.
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