EP3614082A1 - Luftzerlegungsanlage, verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und verfahren zur erstellung einer luftzerlegungsanlage - Google Patents

Luftzerlegungsanlage, verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und verfahren zur erstellung einer luftzerlegungsanlage Download PDF

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EP3614082A1
EP3614082A1 EP18020398.6A EP18020398A EP3614082A1 EP 3614082 A1 EP3614082 A1 EP 3614082A1 EP 18020398 A EP18020398 A EP 18020398A EP 3614082 A1 EP3614082 A1 EP 3614082A1
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EP
European Patent Office
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column
pressure column
lines
low
box
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18020398.6A
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Inventor
Stefan Lochner
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
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    • F25J2290/12—Particular process parameters like pressure, temperature, ratios

Definitions

  • the present invention relates to an air separation plant, a method for the low-temperature separation of air by means of a corresponding air separation plant and a method for the construction of a corresponding air separation plant.
  • Air separation plants have rectification column systems which can be designed as two-column systems, in particular as classic Linde double-column systems, but also as three- or multi-column systems.
  • rectification columns for the production of nitrogen and / or oxygen in the liquid and / or gaseous state that is to say the rectification columns for the nitrogen-oxygen separation
  • rectification columns for the production of further air components, in particular argon can be provided.
  • the rectification columns of the rectification column systems mentioned are operated at different pressure levels.
  • Known double column systems have a so-called high pressure column (also referred to as a pressure column, medium pressure column or lower column) and a so-called low pressure column (also referred to as an upper column).
  • the high-pressure column is typically operated at a pressure level of 4 to 7 bar, in particular approximately 5.3 bar.
  • the low pressure column is operated at a pressure level of typically 1 to 2 bar, in particular approximately 1.4 bar. In certain cases, higher pressure levels can also be used in the low pressure column.
  • the pressures specified here and below are absolute pressures at the top of the columns specified.
  • an oxygen-enriched and nitrogen-depleted liquid is formed in a lower region of the high-pressure column and drawn off from the high-pressure column.
  • This liquid which in particular also contains argon, is at least partly fed into the low-pressure column and further separated there. It can be at least partially evaporated before it is fed into the low-pressure column, where it is possible for evaporated and unevaporated portions to be fed into the low-pressure column at different positions.
  • the present invention is based on a method or a corresponding system in which a high and a low pressure column is used.
  • the low-pressure column is not formed in one piece, but is divided into a first section and a second section, the first and the second section being arranged at different positions of the air separation plant and at different heights, and in particular not in a plan view of a longitudinal column axis project onto each other.
  • the first and the second section of the low pressure column are operated at a common pressure level within the scope of the present invention.
  • the low-pressure column used in the context of the present invention differs from also known arrangements, in which, in addition to the high-pressure and low-pressure column, a further column for separating nitrogen and oxygen is provided, which, however, is operated at a pressure level, that lies between the pressure levels at which the high pressure column and the low pressure column are operated.
  • Air separation plants with raw and pure argon columns can be used to obtain argon.
  • An example is illustrated by Häring (see above) in Figure 2.3A and described from page 26 in the section "Rectification in the Low-pressure, Crude and Pure Argon Column” and from page 29 in the section "Cryogenic Production of Pure Argon".
  • argon accumulates at a certain height in the low-pressure column in corresponding plants.
  • argon-enriched gas with an argon concentration of typically 5 to 15 mole percent can be withdrawn from the low-pressure column and transferred to the crude argon column.
  • a corresponding gas typically contains about 0.05 to 100 ppm nitrogen and otherwise essentially oxygen. It should be expressly emphasized that the values given for the gas drawn off from the low pressure column are only typical example values.
  • the crude argon column essentially serves to separate the oxygen from the gas drawn off from the low-pressure column.
  • the separated oxygen in the crude argon column or a corresponding oxygen-rich fluid can be returned to the low-pressure column in liquid form.
  • the oxygen or the oxygen-rich fluid is typically fed into the low-pressure column a number of theoretical or practical trays below the feed point for the liquid which has been drawn off from the high-pressure column, enriched with oxygen and depleted with nitrogen and possibly at least partially evaporated.
  • a gaseous fraction which remains in the crude argon column and essentially contains argon and nitrogen is separated further in the pure argon column to obtain pure argon.
  • the crude and pure argon columns have top condensers, which can be cooled in particular with part of the liquid which has been drawn off from the high-pressure column and enriched with oxygen and nitrogen and which partially evaporates during this cooling.
  • Other fluids can also be used for cooling.
  • a pure argon column can also be dispensed with in corresponding systems, it being typically ensured here that the nitrogen content at the argon transition is below 1 ppm.
  • this is not a mandatory requirement.
  • argon of the same quality as from a conventional pure argon column is typically withdrawn from the raw argon column or a comparable column somewhat further below the fluid conventionally transferred into the pure argon column, the bottoms in the section between the raw argon condenser, i.e. the top condenser of the raw argon column, and a corresponding deduction serve in particular as barrier bottoms for nitrogen.
  • the present invention can be used with such an arrangement without a pure argon column.
  • An argon recovery column can be a conventional one Raw argon column (which is used with or without pure argon column) or a corresponding raw argon column modified for obtaining pure argon.
  • the present invention proposes an air separation plant, a method for the low-temperature separation of air by means of a corresponding air separation plant and a method for building 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.
  • Liquids and gases can, in the language used here, be rich or poor in one or more components, “rich” for a content of at least 50%, 75%, 90%, 95%, 99%, 99.5%, 99, 9% or 99.99% and “poor” for a maximum of 50%, 25%, 10%, 5%, 1%, 0.1% or 0.01% on a mole, weight or volume basis ,
  • the term “predominantly” can correspond to the definition of "rich”.
  • Liquids and gases can also be enriched or depleted in one or more components, these terms refer to a content in a starting liquid or gas from which the liquid or gas was obtained.
  • the liquid or gas is "enriched” if it contains at least 1.1 times, 1.5 times, 2 times, 5 times, 10 times 100 times or 1,000 times the content, and " depleted "if this or this contains at most 0.9 times, 0.5 times, 0.1 times, 0.01 times or 0.001 times the content of a corresponding component, based on the starting liquid or the starting gas. If, for example, “oxygen”, “nitrogen” or “argon” is mentioned here, this should also be understood to mean a liquid or a gas which is rich in oxygen or nitrogen, but does not necessarily have to consist exclusively of it.
  • pressure level and “temperature level” to characterize pressures and temperatures, which is intended to express that corresponding pressures and temperatures in a corresponding system do not have to be used in the form of exact pressure or temperature values to realize the inventive concept.
  • pressures and temperatures are typically in certain ranges, for example ⁇ 1%, 5%, 10%, 20% or even 50% around an average.
  • Corresponding pressure levels and temperature levels can lie in disjoint areas or in areas that overlap one another.
  • pressure levels include, for example, unavoidable or expected pressure drops.
  • the pressure levels given here in bar are absolute pressures.
  • the high-pressure column and the low-pressure column (or, in the context of the present invention, its first section) of an air separation plant are in heat-exchanging connection via a so-called “main condenser”.
  • the main condenser can in particular be arranged in a lower (sump) area of the low-pressure column (or its first section thereof). In this case, it is a so-called internal main condenser and the evaporation space of the main condenser is also the interior of the low-pressure column (or of its first section).
  • the main condenser can basically be arranged outside the interior of the high-pressure column, that is to say a so-called external main condenser.
  • a rectification column system of an air separation plant is arranged in one or more cold boxes.
  • a “cold box” is understood here to mean an insulating covering which completely encompasses a heat-insulated interior space with outer walls, except for bushings for lines and the like. Plant parts to be insulated are arranged in the interior, for example one or more rectification columns and / or heat exchangers. The insulating effect can be brought about by appropriate design of the outer walls and / or by filling the space between the system parts and outer walls with an insulating material. In the latter variant, a powdery material such as pearlite is preferably used.
  • Both the rectification column system of a plant for the low-temperature separation of air and the main heat exchanger and other cold plant parts such as pipes, valves and instrumentation are typically enclosed by one or more cold boxes.
  • the external dimensions of the cold box usually determine the transport dimensions.
  • a "main heat exchanger" of an air separation plant is used to cool the feed air in indirect heat exchange with return flows from the rectification column system. It can be formed from a single or a plurality of heat exchanger sections connected in parallel and / or in series, for example from one or more plate heat exchanger blocks. Separate heat exchangers, which are used specifically for the evaporation or pseudo-evaporation of a single liquid or supercritical fluid, without heating and / or evaporation of another fluid, are not part of the main heat exchanger.
  • a “subcooler” or “subcooling counterflow” in the parlance used here is a heat exchanger through which gaseous and liquid material flows are subjected to heat exchange in an air separation plant, which are removed from the rectification column system and at least partially returned to the rectification column system after the heat exchange ,
  • the relative spatial terms “above”, “below”, “above”, “below”, “above”, “below”, “beside”, “side by side”, “vertically”, “horizontally” etc. refer here to the spatial orientation of the rectification columns of an air separation plant in normal operation.
  • An arrangement of two rectification columns or other components “one above the other” is understood here to mean that the upper end of the lower of the two parts of the apparatus is at a lower or the same geodetic height as the lower end of the upper of the two parts of the apparatus and the projections of the two parts of the apparatus are in one intersect horizontal plane.
  • the two parts of the apparatus are arranged exactly one above the other, that is to say the axes of the two parts of the apparatus run on the same vertical straight line.
  • the axes of the two parts of the device do not have to lie exactly vertically one above the other, but can also be offset from one another, especially if one of the two parts of the device, for example a rectification column or a column part with a smaller diameter, is to have the same distance from the sheet metal jacket of a cold box as another with a larger one Diameter.
  • the present invention is based on the knowledge that a specific arrangement of different rectification columns or of sections of corresponding rectification columns in different cold boxes and, in particular, their advantageous dimensioning and / or subdivision allows, in certain cases, corresponding cold boxes with the rectification columns contained therein or the respectively contained ones
  • Prepare sections of rectification columns (hereinafter also generally referred to as "separation units") and transport them in a prefabricated state to the place of manufacture of an appropriate air separation plant.
  • corresponding units can be completely prefabricated; however, it is in other configurations also possible to prefabricate only the part of the cold boxes that can be provided with the appropriate transport dimensions and to transport them to the place of manufacture, whereas other components of a corresponding air separation plant are manufactured on site. Any combination of prefabrication and on-site production is possible.
  • a particular advantage in the context of the present invention results from advantageous arrangement options for part of the lines of a corresponding system.
  • the present invention proposes an air separation plant with four separation units in the form of a high-pressure column (first separation unit), a foot section of a two-part low-pressure column (second separation unit), the head section of the two-part low-pressure column (third separation unit) and a one-part argon recovery column (fourth separation unit) before, the four separation units being connected at least in part by means of lines to one another and / or to one or more further apparatuses.
  • the argon recovery column can be designed, in particular, as a conventional crude argon column, in which case a component mixture referred to as crude argon in customary usage is removed.
  • the argon recovery column can also be a modified crude argon column, to which fluid is supplied from one or both parts of the low-pressure column, but pure argon is removed directly.
  • a pure argon column is typically present, in the second case, not.
  • the other apparatuses can in particular be a main heat exchanger of the air separation plant and a subcooling counterflow.
  • the four separation units can also be connected to one another, for example, by means of corresponding lines via such a further apparatus as a supercooling counterflow.
  • a "two-part" low-pressure column is understood to mean in particular a corresponding rectification column in which two sections can be arranged spatially separated from one another.
  • corresponding sections of a two-part rectification column do not project, or do not project completely, onto one another and, in particular, corresponding sections are also not arranged in a common outer shell.
  • the term "two-part design” thus delimits corresponding configurations from structural units in which Components are structurally connected to one another permanently (ie not only via lines) and cannot be arranged separately from one another, as is the case here in the case of the argon recovery column.
  • foot section and "head section” here refer to the sections of a two-part rectification column which correspond in their function, in particular with regard to the fractions or material flows occurring there, to the lowermost or uppermost sections of conventional, one-piece rectification columns.
  • a foot section has, for example, a sump container, and a head section has, for example, a head condenser.
  • the top section is thus the part of a corresponding rectification column, which is connected to a corresponding top condenser, and in which a return flow is applied to the corresponding rectification column.
  • an oxygen-rich liquid fraction is obtained in the sump, which can be drawn off as an oxygen product.
  • the foot section of the two-part low-pressure column is therefore also referred to as the "oxygen section".
  • a gaseous nitrogen product can be drawn off, the same applies to the upper part of a head section of a two-piece low-pressure column.
  • the sections of a "two-part" rectification column (foot and head section) are connected to one another by means of lines and possibly pumps, in order in this way to represent an operation which is also possible with a one-part column.
  • the lines comprise one or more first lines and several second lines, the terms “first” and “second” lines being used here only to differentiate corresponding lines with regard to the arrangement mentioned.
  • the one or more first lines is or are one or more lines which open into a head region of the foot section of the low pressure column and in particular transport gas from the head region of the foot section of the low pressure column into a lower region of the head section of the low pressure column and / or the argon recovery column, and / or a pipe running in a gas room of an evaporation chamber of a top condenser of the argon recovery column, and which in particular corresponding gas is transported into a central region of the top section of the low pressure column.
  • the second lines include in particular all or part of the lines mentioned above, which do not represent the first lines. These are, in particular, gas lines which are connected to the top section of the low-pressure column, and liquid lines to and from an existing supercooling counterflow.
  • the pure argon column also has a plurality of lines with a corresponding number of control valves for the reboiler and a condenser control. These can also be "second lines" in the sense used here, as can lines for an argon transport pump which may be present.
  • an air separation plant with cryogenic separation units of the type previously explained but in contrast to the present invention with a two-part crude argon column, from which EP 2 965 029 B1 known.
  • prefabrication of corresponding cold boxes is also possible without the division of an argon recovery column such as a crude argon column and the associated additional outlay on equipment, in particular the provision of pumps for transferring fluid between the sections of such a crude argon column is.
  • the present invention in its different advantageous configurations explained below, also allows partial or complete prefabrication of components of a corresponding air separation plant without the need to split the crude argon column in two.
  • a cold box which is used as a column cold box, in which the head section of the low-pressure column is arranged, or as a separate line cold box, in which none of the four separation units mentioned (but possibly one further separation unit is arranged as explained below) is formed.
  • the term "column cold box” is used here to characterize a cold box which has at least one of the separation units mentioned.
  • a "line cold box”, on the other hand, preferably serves to hold corresponding lines, but can also have a further separation unit in the form of a pure argon column, as explained below.
  • the two alternatives of the present invention are connected to one another by the common inventive idea that a particularly advantageous arrangement of corresponding components can also be achieved in a system with a one-part argon recovery column such as a crude argon column
  • the present invention in particular the smaller dimensions, according to the first alternative makes use of a head section of a low-pressure column, which can be suitably adapted for this purpose in terms of packaging, as a result of which the second lines or their named sections can be accommodated in a corresponding column cool box.
  • Housing the second lines or their sections in a separate piping gold box also leads to the advantages which can be achieved according to the invention.
  • the second lines or their mentioned sections are at least partially housed in a corresponding cold box.
  • one or more vertically running sections of the first line or of the plurality of first lines can also be accommodated in the cold box, in which the vertically running sections of the second lines are at least partially accommodated, if this is advantageous for manufacturing reasons, for example.
  • separation units and further apparatus can be arranged in different ways within the scope of the present invention, for example to ensure portability or prefabricability or, if these are not possible, advantageous production on the construction site and / or particularly space-saving To allow arrangement and / or a reduction of line lengths and the associated manufacturing costs.
  • a common column gold box can be provided in which all of the four separation units are accommodated.
  • Such a common pillar gold box is typically not transportable and is therefore advantageously manufactured on the construction site.
  • the separate piping gold box is provided, the piping work on the construction site can nevertheless be significantly reduced by appropriate prefabrication.
  • further instrumentation in particular temperature, pressure and quantity measuring devices as well as analysis points, can be relocated with corresponding advantages to this line cold box.
  • the embodiment of the present invention in which all four separating units are arranged in a common pillar gold box, can, in a particularly preferred embodiment, which is explained below, in particular lead to a reduction in the steel construction effort due to the optimized surface of a common outer shell of all components.
  • the separation units are preferably arranged in such a way that their longitudinal axes are parallel to one another, as is customary in the art.
  • the longitudinal axes run in the direction of a maximum extension of the separation units.
  • the longitudinal axes can coincide with the central axes of the separation units; corresponding separation units can, however, also be constructed asymmetrically.
  • the separation units can be arranged at different heights in the sense of the above explanations.
  • the high-pressure column and the foot section of the two-part low-pressure column are permanently connected to one another, in particular their column sleeves being welded to one another. Since the high pressure column typically has a smaller diameter than the low pressure column, no accommodation is typically provided in a common column jacket; the column jacket of the high-pressure column is attached to the lower side of the column jacket of the foot section of the low-pressure column.
  • the line gold box and the column gold box with the four separation units in four quadrants in a projection onto a plan plane that is perpendicular to the longitudinal axes of the separation units, such that in a first of the quadrants at least the major part of the high-pressure column and the foot section of the two-part low-pressure column one above the other, in a second of the quadrants at least the major part of the head section of the low-pressure column, in a third of the Quadrants at least the majority of the argon recovery column and in a fourth of the four quadrants the line cold box are arranged.
  • the separating units mentioned are surrounded in their respective quadrants by the common column cool box.
  • a floor plan level this means a level on which the elements mentioned can be projected. Not all components have to be cut or present in all planes perpendicular to the longitudinal axes of the separating units; this is not the case in particular if different separating units have different heights and therefore do not extend over the entire height, or, as in the case of the high-pressure column and the foot section of the low-pressure column, these elements are arranged one above the other. In the projection onto the floor plan level, however, there are all elements, including one above the other.
  • a "projection onto the floor plan level" corresponds to a plan view along the longitudinal axes mentioned.
  • quadrants in a corresponding plane are regions separated from one another by imaginary lines intersecting perpendicularly in the plane. These do not have to be in the form of structurally separate departments.
  • the respective separation units can also protrude from their assigned quadrant or occupy only part of a corresponding quadrant. This is expressed in the context of this description by the fact that "at least the major part" of the respectively specified elements is arranged in a corresponding quadrant. This at least predominant part comprises in particular more than 75%, 80% or 90% of the respective base area.
  • the first to fourth quadrants can be arranged in the plan view, in particular clockwise around a center point.
  • the quadrants in which the separating units are arranged or their common pillar gold box is arranged can lie in three adjacent quarters of the floor plan level and the line gold box can be arranged in the remaining quarter.
  • the line gold box and the common column gold box with the separating units can be projected onto the floor plan level within one Rectangle with four side lines may be arranged, which includes a partial area of each of the quadrants, the partial area of the first and second quadrant on a first, the partial area of the second and third quadrant on a second, the partial area of the third and fourth quadrant on a third and the Subareas of the fourth and first quadrants rest on a fourth of the side lines.
  • the dividing line which is perpendicular to the first dividing line and on the left side of which is the second and third quadrant and on the right side of which are the fourth and first quadrant, lies between and parallel to the second and fourth side line.
  • the rectangle can in particular also be square.
  • the separating units are arranged in their respective quadrants and the surrounding pillar gold box in an L shape, the line gold box being arranged at an inner angle of the L.
  • the line gold box and the separating units or their common pillar gold box can be surrounded with a common outer shell, the projection of which on the plan level is limited at least in one section by the rectangle with the four side lines.
  • the separating units can therefore be arranged together without the line gold box in a column gold box, which has a recess in the fourth quadrant in the projection onto the floor plan level, in which the line gold box is arranged in the projection onto the floor level level.
  • the line cold box can also have a rectangular cross section when projected onto the floor plan and can rest on the third and fourth side lines. Depending on the connection requirements, the corresponding side surfaces can be opened or closed.
  • a common column gold box in which the high pressure column, the foot section of the low pressure column and exactly one of the four separation units are accommodated, with another column gold box being provided in which the remaining of the four separation units is accommodated.
  • This additional pillar gold box can in particular be prefabricated.
  • a common column cold box in which (only) the high-pressure column and the foot section of the low-pressure column are accommodated, preferably in a common column jacket or in interconnected separate column jackets, a further common column cold box is provided, in which the two remaining of the four separation units are accommodated.
  • a common column cold box can be provided in which (only) the high-pressure column and the foot section of the low-pressure column, in particular in the connection mentioned, are accommodated, in which case two further column gold boxes are provided, in each of which one of the two remaining four separation units are included.
  • the particular configuration is based in particular on the prefabricability and transportability and the available transport options.
  • the foot section of the low-pressure column and the head section of the low-pressure column are preferably arranged next to one another at different geodetic heights and in the sense explained.
  • a lowest point is in a column interior of the foot section of the low-pressure column above a lowest point in a column interior of the head section of the low-pressure column.
  • the geodetic heights at which the lowest point in the column interior of the foot section of the low-pressure column on the one hand and the lowest point in the column interior of the head section of the low-pressure column are arranged on the other hand differ in particular more than the geodetic heights at which the lowest point in the column interior of the high-pressure column on the one hand and the lowest point in the column interior of the head section of the low pressure column are arranged on the other hand.
  • the arrangement has a lower overall height than in conventional cases.
  • a raw argon column can be provided as the argon recovery column and a pure argon column as a fifth separation unit, wherein the pure argon column can be accommodated in the line gold box or in that of the column gold boxes, in the green argon column (in particular the green argon column and no further separation units) is.
  • the small size of the pure argon column which can therefore be accommodated in a corresponding cold box, results in a particularly advantageous use of space.
  • the pure argon column would advantageously be accommodated in the separate pipeline gold box, since the this can increase the level of prefabrication.
  • the present invention can also provide pure argon extraction without a separate pure argon column.
  • the argon recovery column is modified in the manner described and is used for the direct recovery of pure argon with a content of 100 to 0.1 ppm nitrogen and oxygen.
  • the argon recovery column is fed with fluid from the foot or head section of the low pressure column at an appropriate pressure level.
  • a separation unit set up for the enrichment or extraction of a krypton / xenon or helium / neon mixture can also be provided as a fifth separation unit, this fifth separation unit being able to be accommodated in the line cold box or in that of the column cold boxes, in the crude argon column (in particular the crude argon column and no other separation units) is included.
  • the advantages are similar to those with a corresponding arrangement of a pure argon column.
  • the packing density of the argon recovery column can in particular be increased within the scope of the present invention, so that it is smaller is buildable and can therefore be accommodated together with other separation units in a pillar cold box or in a separate, portable pillar gold box.
  • a packing density of more than 750 square meters per cubic meter can be used in a corresponding argon recovery column. In this way it is possible in particular to design a corresponding pillar cool box in transportable dimensions.
  • a top condenser of the crude argon column is advantageously designed in such a way that a corresponding cold box becomes portable, in particular with a diameter of less than 4 meters.
  • the present invention makes it possible to build at least part of the piping in the form of the lines mentioned as a transportable unit, as a result of which the work on the construction site can be reduced.
  • An air separation plant designed according to the invention can, if a separate line cold box is provided, in particular have a separate main heat exchanger gold box in which the main heat exchanger of the air separation plant is accommodated, one of the side surfaces of the line gold box assigning a side surface of the main heat exchanger gold box. In this way, the connections from the main heat exchanger to the separating units and vice versa can be accommodated at least for the most part in the line cold box and prefabricated accordingly.
  • a separate line cold box in an air separation plant according to the invention, it has a size of less than 6 meters, in particular less than 4.8 meters, in particular less than 4.2 meters, in particular in an extension direction. This enables easy transport taking into account typical clearance heights of bridges and the like.
  • a corresponding separate line cold box can in particular also have a subcooling counterflow of the air separation plant. This can be arranged in a corresponding line cold box in a particularly space-saving manner. In contrast to an arrangement in a main heat exchanger cold box, as is also possible, both cold boxes (line and main heat exchanger cold box) are easier or even transportable in this way.
  • the separate line cold box can in particular be designed in such a way that it extends in a first direction parallel to the vertically running sections of the second lines by at least a factor 1.5 greater than in the directions vertical to it.
  • the extension in the direction parallel to the vertically running sections of the second lines is in particular more than 20 m and the extension in the directions perpendicular thereto, for example 5 m in each case.
  • the present invention relates in particular to arrangements in which the high-pressure column and the foot section of the low-pressure column form a solid structural unit with one another.
  • the respective column jackets can be welded together.
  • the corresponding separation units are therefore permanently and permanently connected to one another.
  • the high-pressure column and the foot section of the low-pressure column can have the same or different cross-section, whereas the head section of the low-pressure column can in particular be designed with a smaller cross-section if a packing with a lower density is used here. This enables the already mentioned arrangement of the head section of the low-pressure column up to a certain diameter in a column cool box, which also contains corresponding sections of the second lines, in the corresponding embodiment of the invention.
  • the supercooling counterflow can also be arranged in a column cool box, advantageously below the top section of the low pressure column.
  • the low-pressure column has a comparatively small diameter, it can be arranged, in particular, together with the second lines mentioned and the supercooling countercurrent in a corresponding column gold box.
  • the supercooling countercurrent is in particular arranged in the column gold box, but the second lines outside in the line gold box. With a larger diameter of the low-pressure column, however, the supercooling counterflow and the second lines are advantageously outsourced to the separate line cold box.
  • the vertically running sections of the second lines are accommodated “at least in part” in their respective cold boxes, this can in particular be a predominant part of corresponding sections, in particular at least 50%, at least 60 %, at least 80%, at least 90% or at least 95% of the respective length.
  • other apparatuses are also accommodated in the corresponding cold box, in particular in the separate line cold box. This is particularly an instrumentation for flow, temperature and pressure measurement. Appropriate devices are prefabricated as far as possible, i.e. The measuring lines are laid from the respective cryogenic pipelines through the sheet metal jacket of the cold box. Optionally, these are already connected to transmitters installed on the box
  • the present invention makes it possible, in particular, to dispense with a two-part design of a crude argon column or a modified crude argon column. This is ensured in particular by the fact that different packing densities are used in the top section of the low-pressure column and the crude argon column. It is particularly advantageous here if a first packing area with a first packing density is formed in a lower area of the foot section of the low pressure column and a second packing area is designed in the argon recovery column with a second packing density, the first packing density being in particular less than 1000 square meters per cubic meter and the second packing density more than 750 Square meters per cubic meter. The second packing density is at least 250 square meters per cubic meter larger than the first packing density.
  • the crude argon column is packed more densely than the lower region of the foot section of the low-pressure column, and the crude argon column can therefore, as explained above, be formed with a lower height.
  • a transfer pump or a plurality of transfer pumps arranged in parallel and / or provided redundantly can be provided for fluid transfer between a lower area of the head section of the low-pressure column and an upper area of the foot section of the low-pressure column.
  • three transfer pumps each delivering 50% of the required pump output can be provided.
  • the present invention further relates to a method for the low-temperature separation of air, which is characterized in that an air separation system is used, as has been explained above in various configurations.
  • This process feeds into the high pressure column.
  • a bottom liquid with an oxygen content of 30 to 50 mole percent is formed in the high-pressure column and at least partially transferred to the foot section of the low-pressure column.
  • a top gas is formed in the foot section of the low pressure column and at least partially transferred into the argon recovery column and / or into the top section of the low pressure column.
  • a bottom liquid is formed in the argon recovery column and at least partially transferred to the top section of the low-pressure column.
  • a bottom liquid is formed in the top section of the low-pressure column and transferred to a lower region of the crude argon column and / or to an upper region of the foot section of the low-pressure column.
  • a method according to the invention also proposed for creating an air separation plant comprises four separation units in the form of a high-pressure column, a foot section of a two-part low-pressure column, a head section of the two-part low-pressure column and a one-part argon recovery column, and the four separation units at least in part are connected to one another and / or to one or more further apparatuses by means of lines, the lines one or more first lines and several second ones Include lines, wherein the one or more first lines is or are one or more lines that open into a head region of the foot portion of the low pressure column and / or a line that opens into a gas space of a top condenser of the argon recovery column.
  • a cold box which is designed as a column cold box, in which the head section of the low-pressure column is arranged, or as a separate line cold box, in which none of the four separation units is arranged.
  • the first lines can also be arranged accordingly.
  • the prefabrication of the within the scope of the present invention includes, in particular, prefabricating one or more column cold boxes with the respective separation units and / or the line cold box at a first geographical position, transporting them to a second geographical position, and using the air separation plant at the second geographical position to create the cold boxes. Any pre-fabricated cold boxes can be created in this way.
  • Figure 1 shows an air separation plant, which is set up for operation according to an embodiment of the present invention, in a greatly simplified partial representation.
  • the air separation plant includes other components and is shown here in a highly simplified form as 100.
  • the air separation plant 100 has a high-pressure column 1, a two-part low-pressure column with a foot section 2 and a head section 3, a one-piece raw argon column 4 and a pure argon column 5.
  • the high-pressure column 1, the foot section 2 of the low-pressure column, the head section 3 of the low-pressure column, the crude argon column 4 and the pure argon column 5 each represent "separation units" in the parlance used here and are at least partially connected to one another by means of lines, which are summarized here with 6 connected to other apparatuses such as a supercooling counterflow 7 and a main heat exchanger, not shown here.
  • air is fed into the high-pressure column 1 in the form of a material stream A.
  • the air can in particular be compressed by means of a main air compressor (not shown) and optionally one or more secondary compressors or boosters (also not shown) and purified, for example by adsorption, and cooled in the main heat exchanger (not shown).
  • the use of several compressed, purified and cooled air streams is also known. This can also be partially fed into the foot and / or head section 2, 3 of the low pressure column and, if necessary, relaxed to an appropriate pressure level or provided at different pressure levels.
  • a bottom liquid with an oxygen content of 30 to 50 mole percent is formed in the high-pressure column 1 and at least partially transferred in the form of a stream B into the top section 3 of the low-pressure column.
  • the stream B or partial streams thereof can be used for cooling top condensers 4a and 5a of the raw and pure argon columns 4, 5.
  • any other medium that is drawn off between the sump and the top of the high-pressure column 1 can also be used.
  • a top gas is formed in the foot section 2 of the low-pressure column and transferred partly in the form of a material flow C into the crude argon column 4 and partly in the form of a material flow D into the head section 3 of the low-pressure column.
  • a sump liquid is formed in the crude argon column 4 and at least partially transferred in the form of a stream E into the foot section 2 of the low-pressure column.
  • a bottom liquid is formed in the head section 3 of the low-pressure column, which is transferred here in the form of a material flow F into a lower region of the crude argon column 4. This bottom liquid can then be transferred as part of the already mentioned stream E into the foot section 2 of the low pressure column. Alternatively, it is also possible to transfer the material flow F directly into an upper region of the foot section 2 of the low pressure column.
  • the high-pressure column 1 and the foot section 2 of the low-pressure column are arranged in a column-type cool box 10, the head section 3 of the low-pressure column in a further column-type cool box 20 and the crude argon column 4 in a further column-type cool box 30.
  • a separate line gold box 40 is provided primarily for receiving the lines 6.
  • the lines 6 can be subdivided into lines which are at least partially accommodated with vertical sections in the line gold box (“second lines”) and those that are optionally arranged therein (“first lines”).
  • the first lines include those which open into the head region of the foot section 2 of the low-pressure column, that is to say carry the material flows C or D and E, and a line which carries gas from an evaporation space of the top condenser 4a Crude argon column 4 (and possibly from an evaporation chamber of the top condenser 5a of the pure argon column 5) is transported into the top section 3 of the low-pressure column, as illustrated here in the form of a material flow K.
  • the other lines belong to the "second lines”.
  • the pure argon column 5 is arranged here together with the raw argon column 4 in the common column cool box 30.
  • a supercooling counterflow 7 is arranged in the air separation plant 100 together with at least part of the vertical sections of the second lines in the separate piping cold box 40.
  • Liquid air S can be fed into the high-pressure column 1.
  • Gaseous pressurized nitrogen T from the high pressure column 1 gaseous low pressure nitrogen U from the head section 3 of the low pressure column, internally compressed gaseous pressurized oxygen V, so-called impure nitrogen W, liquid nitrogen X, liquid oxygen Y and liquid argon Z can be provided as products.
  • the gaseous media are warmed in particular in the main heat exchanger of the air separation plant. Gas can be withdrawn from the pure argon column 5 and released into the atmosphere.
  • FIG Figure 2 shows an air separation plant, which is set up for operation according to a further embodiment of the present invention, in a greatly simplified partial illustration.
  • This air separation plant also includes other components. It is given here in a highly simplified form with 200.
  • the components of the air separation plant 200, which are identified here with identical reference numerals as in FIG Figure 1 are also illustrated in the specialist literature and in the explanations Figure 1 directed. Only the differences are explained below.
  • the air separation unit 200 differs from the air separation unit 100 essentially in that at least some of the vertical sections of the second lines are arranged in a line cold box 20a, in which the head section 3 of the low-pressure column is also arranged.
  • the line cold box 20a also contains the supercooling counterflow 7.
  • the supercooling counterflow 7 can be arranged in particular below the head section 3 of the low pressure column. This is in particular due to the lower height of the head section 3 of the low pressure column in comparison for the most part of the further separation units in the air separation plant 200 possible, in particular if a lower packing density is used in the head section 3.
  • FIG. 3 shows an air separation plant, which is set up for operation according to a further embodiment of the present invention, in a greatly simplified partial illustration.
  • This air separation plant also includes other components. It is given here in a highly simplified form with 300.
  • the components of the air separation plant 300 which here have identical reference numerals as in FIG Figure 1 and 2 are also illustrated in the specialist literature and in the explanations Figure 1 and 2 directed. Only the differences are explained below.
  • the air separation plant 300 differs from the air separation plants 100 and 200 essentially in that here the raw argon column 4 is arranged alone in a column cold box 30a, and in that the pure argon column 5 is arranged here in a line cold box 40a provided primarily for receiving the explained sections of the second lines ,
  • the line cold box 40a also contains the supercooling counterflow 7.
  • the supercooling counterflow 7 can be arranged in particular below the pure argon column 5. This is possible in particular due to the lower height of the pure argon column compared to the predominant part of the other separation units of the air separation plant 300.
  • the material stream D ' is first led into the head section 3 of the low pressure column and a part in the form of the material stream C' is removed from it and fed into the crude argon column 4.
  • FIG. 4 shows an air separation plant, which is set up for operation according to a further embodiment of the present invention, in a greatly simplified partial illustration.
  • This air separation plant also includes other components. It is given here in a highly simplified form at 310.
  • no combination of raw and pure argon column is provided here. Rather, a modified crude argon column 4, which has been explained several times, is provided, from which a pure argon stream L is already removed. Therefore, no pure argon column 5 is arranged here in the line gold box 4a.
  • FIG 5 illustrates in views 5a to 5d arrangements of cold boxes in an air separation plant according to an embodiment of the present invention.
  • the air separation plant can in particular according to the air separation plant 100
  • Figure 1 A corresponding arrangement can, however, also take place in air separation plants other than air separation plant 100, in particular in an air separation plant in which only one argon recovery column is used instead of a combination of crude argon column 4 and pure argon column 5.
  • Top views of cold boxes 10 to 40 without the respective separating units are illustrated, with another cold box containing a main heat exchanger (indicated by 8 in view 5a and omitted in the other views for the sake of clarity) is designated by 90.
  • the cold box 90 was also referred to above as the "main heat exchanger cold box".
  • First to fourth side surfaces of the fourth cold box 40 are indicated by 41 to 44.
  • a first column gold box 10 (with the high pressure column 1 and the foot section 2 of the low pressure column), a line gold box 40 and the main heat exchanger gold box 90, which contains the main heat exchanger 8 of the air separation unit 100, are arranged in all views 5a to 5d in such a way that the first side surface 41 closes the main heat exchanger cold box 90 and the second side surface 43 faces the column cold box 10.
  • a second column gold box 20 (with the head section 3 of the low pressure column) and a third column gold box 30 (with the argon recovery column) can be arranged differently, in such a way that the third side surface 43 faces the second column gold box 20 and the fourth side surface 44 faces the third column gold box 30 points, as illustrated in view 5a, or that the third side surface 43 faces the third pillar gold box 30 and the fourth side face 44 faces the second pillar gold box 20, as illustrated in view 5b, or that the third side surface 43 faces the second pillar gold box 20 and the third pillar gold box 30 faces as illustrated in view 5c, or that the fourth side surface 44 faces the second pillar gold box 20 and the third pillar gold box 30 as illustrated in view 5d.
  • Figure 6 illustrates arrangements of cold boxes in air separation plants according to further embodiments of the present invention.
  • the air separation plants are designated with 400 to 700 and are also illustrated in a simplified top view with the omission of further essential components.
  • all of the separation units namely the high-pressure column 1, the foot section 2 of the low-pressure column, the head section 3 of the low-pressure column and the crude argon column 4 with the pure argon column 5 are arranged in a common column cool box, which is indicated here at 50. Furthermore, the separate line gold box 40 is provided here.
  • the high-pressure column 1 and the foot section 2 of the low-pressure column are arranged together with a further separation unit in a common column gold box 60, 70, the remaining separation unit is arranged in a further column gold box 20, 30.
  • Figure 7 illustrates arrangements of cold boxes in air separation plants according to further embodiments of the present invention.
  • the air separation plants are also illustrated here in a simplified top view, leaving out other essential components.
  • a line gold box 40 is provided in each case Figure 7
  • the arrangement shown on the left shows all of the separating units, namely the high-pressure column 1, the foot section 2 of the low-pressure column, the head section 3 of the low-pressure column and the crude argon column 4 with the pure argon column 5 in a common column cool box, which is also indicated here by 50, to which are arranged immediately connects the cable gold box 40.
  • the pillar gold box and the line gold box 40 can in particular be connected to one another at their corresponding surfaces.
  • the view shown on the right is of a corresponding L-shaped pillar gold box, denoted here by 50 ', and the line gold box 40 is fitted into the pillar gold box 50' in the manner shown.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftzerlegungsanlage (100-700) mit vier Trenneinheiten (1-4) in Form einer Hochdrucksäule (1), eines Fußabschnitts (2) einer zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule, des Kopfabschnitts (3) der zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule und einer einteilig ausgebildeten Argongewinnungssäule (4), wobei die vier Trenneinheiten (1-4) zumindest zum Teil mittels Leitungen (6) miteinander und/oder mit einem oder mit mehreren weiteren Apparaten (7, 8) verbunden sind, wobei die Leitungen (6) eine oder mehrere erste Leitungen und mehrere zweite Leitungen umfassen, wobei die eine oder die mehreren ersten Leitungen eine oder mehrere Leitungen, die in einem Kopfbereich des Fußabschnitts (2) der Niederdrucksäule münden , und/oder eine Leitung, die in einem Gasraum eines Kopfkondensators (5a) der Argongewinnungssäule (4) mündet, ist oder sind. Es ist vorgesehen, dass vertikal verlaufende Abschnitte der zweiten Leitungen zumindest zum Teil in einer Coldbox (20a, 40, 40a) untergebracht sind, die als Säulencoldbox (20a), in der der Kopfabschnitt (3) der Niederdrucksäule angeordnet ist, oder als separate Leitungscoldbox (40, 40a), in der keine der vier Trenneinheiten (1-4) angeordnet ist, ausgebildet ist. Ein entsprechendes Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und ein Verfahren zur Erstellung einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage (100-700) sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftzerlegungsanlage, ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft mittels einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage und ein Verfahren zur Erstellung einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage.
    • Stand der Technik
  • Die Herstellung von Luftprodukten in flüssigem oder gasförmigem Zustand durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in Luftzerlegungsanlagen ist bekannt und beispielsweise bei H.-W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, insbesondere Abschnitt 2.2.5, "Cryogenic Rectification", beschrieben.
  • Luftzerlegungsanlagen weisen Rektifikationssäulensysteme auf, die als Zweisäulensysteme, insbesondere als klassische Linde-Doppelsäulensysteme, aber auch als Drei- oder Mehrsäulensysteme ausgebildet sein können. Neben den Rektifikationssäulen zur Gewinnung von Stickstoff und/oder Sauerstoff in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand, also den Rektifikationssäulen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, können Rektifikationssäulen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere von Argon, vorgesehen sein.
  • Die Rektifikationssäulen der genannten Rektifikationssäulensysteme werden auf unterschiedlichen Druckniveaus betrieben. Bekannte Doppelsäulensysteme weisen eine sogenannte Hochdrucksäule (auch als Drucksäule, Mitteldrucksäule oder untere Säule bezeichnet) und eine sogenannte Niederdrucksäule (auch als obere Säule bezeichnet) auf. Die Hochdrucksäule wird typischerweise auf einem Druckniveau von 4 bis 7 bar, insbesondere ca. 5,3 bar, betrieben. Die Niederdrucksäule wird auf einem Druckniveau von typischerweise 1 bis 2 bar, insbesondere ca. 1,4 bar, betrieben. In bestimmten Fällen können in der Niederdrucksäule auch höhere Druckniveaus eingesetzt werden. Bei den hier und nachfolgend angegebenen Drücken handelt es sich um Absolutdrücke am Kopf der jeweils angegebenen Säulen.
  • In bekannten Verfahren und Anlagen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft wird in einem unteren Bereich der Hochdrucksäule eine an Sauerstoff angereicherte und an Stickstoff abgereicherte Flüssigkeit gebildet und aus der Hochdrucksäule abgezogen. Diese Flüssigkeit, die insbesondere auch Argon enthält, wird zumindest zum Teil in die Niederdrucksäule eingespeist und dort weiter aufgetrennt. Sie kann vor der Einspeisung in die Niederdrucksäule zumindest teilweise verdampft werden, wobei ggf. verdampfte und unverdampfte Anteile an unterschiedlichen Positionen in die Niederdrucksäule eingespeist werden können.
  • Die vorliegende Erfindung geht von einem Verfahren bzw. einer entsprechenden Anlage aus, in dem bzw. der eine Hoch- und eine Niederdrucksäule verwendet wird. Die Niederdrucksäule ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch nicht einteilig ausgebildet, sondern in einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt unterteilt, wobei der erste und der zweite Abschnitt an unterschiedlichen Positionen der Luftzerlegungsanlage und in unterschiedlichen Höhen angeordnet sind und insbesondere in Draufsicht auf eine Säulenlängsachse nicht aufeinander projizieren. Der erste und der zweite Abschnitt der Niederdrucksäule werden jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf einem gemeinsamen Druckniveau betrieben. Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzte, in zwei Abschnitte unterteilte Niederdrucksäule unterscheidet sich damit von ebenfalls bekannten Anordnungen, bei denen neben der Hoch- und der Niederdrucksäule eine weitere Säule zur Trennung von Stickstoff und Sauerstoff bereitgestellt ist, welche jedoch auf einem Druckniveau betrieben wird, das zwischen den Druckniveaus liegt, auf denen die Hochdrucksäule und die Niederdrucksäule betrieben werden.
  • Zur Argongewinnung können Luftzerlegungsanlagen mit Roh- und Reinargonsäulen eingesetzt werden. Ein Beispiel ist bei Häring (s.o.) in Figur 2.3A veranschaulicht und ab Seite 26 im Abschnitt "Rectification in the Low-pressure, Crude and Pure Argon Column" sowie ab Seite 29 im Abschnitt "Cryogenic Production of Pure Argon" beschrieben. Wie dort erläutert, reichert sich Argon in entsprechenden Anlagen in einer bestimmten Höhe in der Niederdrucksäule an. An dieser oder an einer anderen günstigen Stelle, ggf. auch unterhalb des Argonmaximums, kann aus der Niederdrucksäule an Argon angereichertes Gas mit einer Argonkonzentration von typischerweise 5 bis 15 Molprozent abgezogen und in die Rohargonsäule überführt werden. Ein entsprechendes Gas enthält typischerweise ca 0,05 bis 100 ppm Stickstoff und ansonsten im Wesentlichen Sauerstoff. Es sei ausdrücklich betont, dass die angebenen Werte für das aus der Niederdrucksäule abgezogene Gas lediglich typische Beispielwerte darstellen.
  • Die Rohargonsäule dient im Wesentlichen dazu, den Sauerstoff aus dem aus der Niederdrucksäule abgezogenen Gas abzutrennen. Der in der Rohargonsäule abgetrennte Sauerstoff bzw. ein entsprechendes sauerstoffreiches Fluid kann flüssig in die Niederdrucksäule zurückgeführt werden. Der Sauerstoff bzw. das sauerstoffreiche Fluid wird dabei typischerweise mehrere theoretische oder praktische Böden unterhalb der Einspeisestelle für die aus der Hochdrucksäule abgezogene, an Sauerstoff angereicherte und an Stickstoff abgereicherte und ggf. zumindest teilweise verdampfte Flüssigkeit in die Niederdrucksäule eingespeist. Eine bei der Trennung in der Rohargonsäule verbleibende gasförmige Fraktion, die im Wesentlichen Argon und Stickstoff enthält, wird in der Reinargonsäule unter Erhalt von Reinargon weiter aufgetrennt. Die Roh- und die Reinargonsäule weisen Kopfkondensatoren auf, die insbesondere mit einem Teil der aus der Hochdrucksäule abgezogenen, an Sauerstoff angereicherten und an Stickstoff abgereicherten Flüssigkeit gekühlt werden können, welche bei dieser Kühlung teilweise verdampft. Auch andere Fluide können zur Kühlung eingesetzt werden.
  • Grundsätzlich kann in entsprechenden Anlagen auch auf eine Reinargonsäule verzichtet werden, wobei hier typischerweise sichergestellt wird, dass der Stickstoffgehalt am Argonübergang unter 1 ppm liegt. Dies ist jedoch keine zwingende Voraussetzung. Argon gleicher Qualität wie aus einer herkömmlichen Reinargonsäule wird in diesem Fall aus der Rohargonsäule bzw. einer vergleichbaren Säule typischerweise etwas weiter unterhalb als das herkömmlicherweise in die Reinargonsäule überführte Fluid abgezogen, wobei die Böden im Abschnitt zwischen dem Rohargonkondensator, also dem Kopfkondensator der Rohargonsäule, und einem entsprechenden Abzug insbesondere als Sperrböden für Stickstoff dienen. Die vorliegende Erfindung kann mit einer derartigen Anordnung ohne Reinargonsäule zum Einsatz kommen. Da die Rohargonsäule bzw. eine vergleichbare Säule in einer derartigen Anordnung bereits zur Reinargongewinnung und nicht zur Rohargongewinnung dient, wird nachfolgend auch von einer "Argongewinnungssäule" gesprochen. Bei einer Argongewinnungssäule kann es sich um eine herkömmliche Rohargonsäule (die mit oder ohne Reinargonsäule eingesetzt wird) oder um eine entsprechende zur Reinargongewinnung modifizierte Rohargonsäule handeln. Bei der Erstellung von Luftzerlegungsanlagen, die zur Argongewinnung eingerichtet sind, ergeben sich Probleme aufgrund der Dimensionen der verwendeten Säulen. Ein Doppelsäulensystem zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung herkömmlicher Art kann eine Höhe von beinahe 75 m erreichen. Entsprechende Luftzerlegungsanlagen sind daher kaum mehr vorfertigbar, weil die jeweiligen Komponentengruppen in der Regel nicht mehr über längere Strecken transportiert werden können. Dies bedeutet, dass sie am jeweiligen Zielort erstellt werden müssen. Dies ist aus unterschiedlichen Gründen nachteilig, unter anderem deshalb, weil entsprechendes Personal am Zielort entweder nicht verfügbar oder teuer ist. Der Aufwand zur Erstellung entsprechender Luftzerlegungsanlagen erhöht sich damit signifikant.
  • Wünschenswert ist hingegen die weitgehend modularisierte Erstellung einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage am Fertigungsort. Die einzelnen Komponenten werden dort vorzugsweise bereits in den entsprechenden Coldboxen untergebracht und müssen am Zielort nur noch miteinander verbunden werden. Hierfür können vorteilhafterweise ebenfalls Module, sogenannte Piping Skids, eingesetzt werden.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung eine Luftzerlegungsanlage, ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft mittels einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage und ein Verfahren zur Erstellung einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Bevorzugte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Vor der Erläuterung der Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden einige Grundlagen der vorliegenden Erfindung näher erläutert und nachfolgend verwendete Begriffe definiert.
  • Die in einer Luftzerlegungsanlage eingesetzten Vorrichtungen sind in der zitierten Fachliteratur, beispielsweise bei Häring (s.o.) in Abschnitt 2.2.5.6, "Apparatus", beschrieben. Sofern die nachfolgenden Definitionen nicht hiervon abweichen, wird daher zum Sprachgebrauch, der im Rahmen der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, ausdrücklich auf die zitierte Fachliteratur verwiesen.
  • Flüssigkeiten und Gase können im hier verwendeten Sprachgebrauch reich oder arm an einer oder an mehreren Komponenten sein, wobei "reich" für einen Gehalt von wenigstens 50%, 75%, 90%, 95%, 99%, 99,5%, 99,9% oder 99,99% und "arm" für einen Gehalt von höchstens 50%, 25%, 10%, 5%, 1%, 0,1% oder 0,01% auf Mol-, Gewichts- oder Volumenbasis stehen kann. Der Begriff "überwiegend" kann der Definition von "reich" entsprechen. Flüssigkeiten und Gase können ferner angereichert oder abgereichert an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei sich diese Begriffe auf einen Gehalt in einer Ausgangsflüssigkeit oder einem Ausgangsgas beziehen, aus der oder dem die Flüssigkeit oder das Gas gewonnen wurde. Die Flüssigkeit oder das Gas ist "angereichert", wenn diese oder dieses zumindest den 1,1 -fachen, 1,5-fachen, 2-fachen, 5-fachen, 10-fachen 100-fachen oder 1.000-fachen Gehalt, und "abgereichert", wenn diese oder dieses höchstens den 0,9-fachen, 0,5-fachen, 0,1-fachen, 0,01-fachen oder 0,001-fachen Gehalt einer entsprechenden Komponente, bezogen auf die Ausgangsflüssigkeit oder das Ausgangsgas enthält. Ist hier beispielsweise von "Sauerstoff", "Stickstoff" oder "Argon" die Rede, sei hierunter auch eine Flüssigkeit oder ein Gas verstanden, die bzw. das reich an Sauerstoff oder Stickstoff ist, jedoch nicht notwendigerweise ausschließlich hieraus bestehen muss.
  • 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 ein. Entsprechendes gilt für Temperaturniveaus. Bei den hier in bar angegebenen Druckniveaus handelt es sich um Absolutdrücke.
  • Die Hochdrucksäule und die Niederdrucksäule (bzw. im Rahmen der vorliegenden Erfindung deren erster Abschnitt) einer Luftzerlegungsanlage stehen über einen sogenannten "Hauptkondensator" in wärmetauschender Verbindung. Der Hauptkondensator kann insbesondere in einem unteren (Sumpf-)Bereich der Niederdrucksäule (bzw. hiervon deren erstem Abschnitt) angeordnet sein. In diesem Fall handelt es sich um einen sogenannten innenliegenden Hauptkondensator und der Verdampfungsraum des Hauptkondensators ist zugleich der Innenraum der Niederdrucksäule (bzw. von deren erstem Abschnitt). Der Hauptkondensator kann jedoch grundsätzlich, also sogenannter außenliegender Hauptkondensator, außerhalb des Innenraums der Hochdrucksäule angeordnet sein.
  • Ein Rektifikationssäulensystem einer Luftzerlegungsanlage ist in einer oder mehreren Coldboxen angeordnet. Unter einer "Coldbox" wird hier eine isolierende Umhüllung verstanden, die einen wärmeisolierten Innenraum bis auf Durchführungen für Leitungen und dergleichen vollständig mit Außenwänden umfasst. In dem Innenraum sind zu isolierende Anlagenteile angeordnet, beispielsweise ein oder mehrere Rektifikationssäulen und/oder Wärmetauscher. Die isolierende Wirkung kann durch entsprechende Ausgestaltung der Außenwände und/oder durch die Befüllung des Zwischenraums zwischen Anlagenteilen und Außenwänden mit einem Isoliermaterial bewirkt werden. Bei der letzteren Variante wird vorzugsweise ein pulverförmiges Material wie zum Beispiel Perlit verwendet. Sowohl das Rektifikationssäulensystem einer Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft als auch der Hauptwärmetauscher und weitere kalte Anlagenteile wie Rohrleitungen, Ventile und Instrumentierung sind typischerweise von einer oder mehreren Coldboxen umschlossen. Die Außenmaße der Coldbox bestimmen üblicherweise die Transportmaße.
  • Ein "Hauptwärmetauscher" einer Luftzerlegungsanlage dient zur Abkühlung von Einsatzluft in indirektem Wärmeaustausch mit Rückströmen aus dem Rektifikationssäulensystem. Er kann aus einem einzelnen oder mehreren parallel und/oder seriell verbundenen Wärmetauscherabschnitten gebildet sein, beispielsweise aus einem oder mehreren Plattenwärmetauscherblöcken. Separate Wärmetauscher, die speziell der Verdampfung oder Pseudoverdampfung eines einzigen flüssigen oder überkritischen Fluids dienen, ohne Anwärmung und/oder Verdampfung eines weiteren Fluids, gehören nicht zum Hauptwärmetauscher.
  • Bei einem "Unterkühler" oder "Unterkühlungsgegenströmer" handelt es sich im hier verwendeten Sprachgebrauch um einen Wärmetauscher, durch den gasförmige und flüssige Stoffströme in einer Luftzerlegungsanlage einem Wärmeaustausch miteinander unterworfen werden, welche dem Rektifikationssäulensystem entnommen und nach dem Wärmetausch zumindest teilweise in das Rektifikationssäulensystem zurückgeführt werden.
  • Die relativen räumlichen Begriffe "oben", "unten", "über", "unter", "oberhalb", "unterhalb", "neben", "nebeneinander", "vertikal", "horizontal" etc. beziehen sich hier auf die räumliche Ausrichtung der Rektifikationssäulen einer Luftzerlegungsanlage im Normalbetrieb. Unter einer Anordnung zweier Rektifikationssäulen oder anderer Komponenten "übereinander" wird hier verstanden, dass das sich obere Ende des unteren der beiden Apparateteile auf niedrigerer oder gleicher geodätischer Höhe befindet wie das untere Ende der oberen der beiden Apparateteile und sich die Projektionen der beiden Apparateteile in einer horizontalen Ebene überschneiden. Insbesondere sind die beiden Apparateteile genau übereinander angeordnet, das heißt die Achsen der beiden Apparateteile verlaufen auf derselben vertikalen Geraden. Die Achsen der beiden Apparateteile müssen jedoch nicht genau senkrecht übereinander liegen, sondern können auch gegeneinander versetzt sein, insbesondere wenn einer der beiden Apparateteile, beispielsweise eine Rektifikationssäule oder ein Säulenteil mit geringerem Durchmesser, denselben Abstand zum Blechmantel einer Coldbox aufweisen soll wie ein anderer mit größerem Durchmesser.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine gezielte Anordnung unterschiedlicher Rektifikationskolonnen bzw. von Abschnitten entsprechender Rektifikationskolonnen in unterschiedlichen Coldboxen und insbesondere ihre vorteilhafte Dimensionierung und/oder Unterteilung es in bestimmten Fällen erlaubt, entsprechende Coldboxen mit den darin enthaltenen Rektifikationskolonnen bzw. den jeweils enthaltenen Abschnitten von Rektifikationskolonnen (nachfolgend allgemeiner auch als "Trenneinheiten" bezeichnet) vorzufertigen und diese in vorgefertigtem Zustand zum Erstellungsort einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage zu transportieren. In bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine vollständige Vorfertigung entsprechender Einheiten erfolgen; es ist jedoch in anderen Ausgestaltungen auch möglich, nur den Teil der Coldboxen, die mit entsprechenden Transportabmessungen bereitgestellt werden können, vorzufertigen und diese zum Erstellungsort zu transportieren, wohingegen weitere Komponenten einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage vor Ort gefertigt werden. Beliebige Kombinationen aus Vorfertigung und Vor-Ort-Fertigung sind möglich. Ein besonderer Vorteil im Rahmen der vorliegenden Erfindung ergibt sich durch vorteilhafte Anordnungsmöglichkeiten für einen Teil der Leitungen einer entsprechenden Anlage.
  • Insgesamt schlägt die vorliegende Erfindung dabei eine Luftzerlegungsanlage mit vier Trenneinheiten in Form einer Hochdrucksäule (erste Trenneinheit), eines Fußabschnitts einer zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule (zweite Trenneinheit), des Kopfabschnitts der zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule (dritte Trenneinheit) und einer einteilig ausgebildeten Argongewinnungssäule (vierte Trenneinheit) vor, wobei die vier Trenneinheiten zumindest zum Teil mittels Leitungen miteinander und/oder mit einem oder mit mehreren weiteren Apparaten verbunden sind.
  • Die Argongewinnungssäule kann insbesondere als herkömmliche Rohargonsäule ausgebildet sein, in welchem Fall ihr ein im üblichen Sprachgebrauch als Rohargon bezeichnetes Komponentengemisch entnommen wird. Es kann sich bei der Argongewinnungssäule aber auch um eine modifizierte Rohargonsäule handeln, der zwar Fluid aus einem oder beiden Teilen der Niederdrucksäule zugeführt, aber direkt Reinargon entnommen wird. In ersterem Fall ist typischerweise zusätzlich eine Reinargonsäule vorhanden, im zweiten Fall nicht. Bei den weiteren Apparaten kann es sich insbesondere um einen Hauptwärmetauscher der Luftzerlegungsanlage und einen Unterkühlungsgegenströmer handeln. Die vier Trenneinheiten können auch beispielsweise mittels entsprechender Leitungen über einen solchen weiteren Apparat wie einen Unterkühlungsgegenströmer miteinander verbunden sein.
  • Unter einer "zweiteilig ausgebildeten" Niederdrucksäule sei hierbei insbesondere eine entsprechende Rektifikationssäule verstanden, bei der zwei Abschnitte räumlich voneinander getrennt anordenbar sind. In Draufsicht projizieren entsprechende Abschnitte einer zweiteilig ausgebildeten Rektifikationssäule nicht oder nicht vollständig aufeinander und entsprechende Abschnitte sind insbesondere auch nicht in einer gemeinsamen Außenhülle angeordnet. Der Begriff "zweiteilig ausgebildet" grenzt entsprechende Konfigurationen damit von baulichen Einheiten ab, in denen Komponenten dauerhaft (d.h. nicht nur über Leitungen) baulich miteinander verbunden und nicht getrennt voneinander anordenbar sind, wie im vorliegenden Fall bezüglich der Argongewinnungssäule der Fall.
  • Mit "Fußabschnitt" und "Kopfabschnitt" werden hier jeweils die Abschnitte einer zweiteilig ausgebildeten Rektifikationssäule bezeichnet, die in ihrer Funktion, insbesondere hinsichtlich der dort anfallenden Fraktionen bzw. Stoffströme, den untersten bzw. obersten Abschnitten herkömmlicher, einteilig ausgebildeter Rektifikationssäulen entsprechen. Ein Fußabschnitt weist beispielsweise einen Sumpfbehälter auf, ein Kopfabschnitt weist beispielsweise einen Kopfkondensator auf. Der Kopfabschnitt ist damit der Teil einer entsprechenden Rektifikationssäule, der mit einem entsprechenden Kopfkondensator verbunden ist, und in welchem ein Rücklauf auf die entsprechende Rektifikationssäule aufgegeben wird. In einer einteilig ausgebildeten Niederdrucksäule bekannter Luftzerlegungsanlagen wird im Sumpf eine sauerstoffreiche Flüssigfraktion gewonnen, die als Sauerstoffprodukt abgezogen werden kann. Dies erfolgt damit auch im Sumpf eines Fußabschnitts einer zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule. Der Fußabschnitt der zweiteiligen Niederdrucksäule wird daher auch als "Sauerstoffabschnitt" bezeichnet. Am Kopf einer einteilig ausgebildeten Niederdrucksäule bekannter Luftzerlegungsanlagen kann entsprechend ein gasförmiges Stickstoffprodukt abgezogen werden, gleiches gilt für den oberen Teil eines Kopfabschnitts einer zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule. Die Abschnitte einer "zweiteilig ausgebildeten" Rektifikationssäule (Fuß- und Kopfabschnitt) sind mittels Leitungen und ggf. Pumpen miteinander verbunden, um auf diese Weise einen Betrieb, wie er auch mit einer einteiligen Säule möglich ist, darzustellen.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird dabei zwischen den Leitungen hinsichtlich ihrer Anordnung in einer Coldbox unterschieden, wie nachfolgend erläutert. Die Leitungen umfassen eine oder mehrere erste Leitungen und mehrere zweite Leitungen, wobei die Begriffe "erste" und "zweite" Leitungen hier lediglich zur Unterscheidung entsprechender Leitungen hinsichtlich der erwähnten Anordnung verwendet werden. Die eine oder die mehreren ersten Leitungen ist oder sind eine oder mehrere Leitungen, die in einem Kopfbereich des Fußabschnitts der Niederdrucksäule münden und insbesondere Gas aus dem Kopfbereich des Fußabschnitts der Niederdrucksäule in einen unteren Bereich des Kopfabschnitts der Niederdrucksäule und/oder der Argongewinnungssäule transportieren, und/oder eine Leitung, die in einem Gasraum eines Verdampfungsraums eines Kopfkondensators der Argongewinnungssäule mündet, und die insbesondere entsprechendes Gas in einen mittleren Bereich des Kopfabschnitts der Niederdrucksäule transportiert. Die zweiten Leitungen umfassen insbesondere sämtliche oder einen Teil der oben erwähnten Leitungen, welche nicht die ersten Leitungen darstellen. Es handelt sich hierbei insbesondere um Gasleitungen, die mit dem Kopfabschnitt der Niederdrucksäule verbunden sind, und Flüssigleitungen von und zu einem vorhanden Unterkühlungsgegenströmer. Falls vorhanden, weist die Reinargonsäule ferner eine Vielzahl von Leitungen mit einer entsprechenden Anzahl von Regelventilen für die Aufkocher und eine Kondensatorregelung auf. Auch diese können "zweite Leitungen" im hier verwendeten Sinne sein, ebenso wie Leitungen für eine ggf. vorhandene Argontransportpumpe.
  • Grundsätzlich ist eine Luftzerlegungsanlage mit kryogenen Trenneinheiten der bisher erläuterten Art, jedoch im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung mit einer zweiteilig ausgebildeten Rohargonsäule, aus der EP 2 965 029 B1 bekannt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde jedoch erkannt, dass eine Vorfertigung von entsprechenden Coldboxen auch ohne die Zweiteilung einer Argongewinnungssäule wie einer Rohargonsäule und den damit verbundenen zusätzlichen apparativen Aufwand, insbesondere der Bereitstellung von Pumpen zur Überführung von Fluid zwischen den Abschnitten der einer solchen Rohargonsäule, möglich ist. Auch die vorliegende Erfindung erlaubt in ihren nachfolgend erläuterten unterschiedlichen vorteilhaften Ausgestaltungen eine teilweise oder vollständige Vorfertigung von Komponenten einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage, ohne dass hierbei eine Zweiteilung der Rohargonsäule erforderlich wäre.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass vertikal verlaufende Abschnitte der zweiten Leitungen zumindest zum Teil in einer Coldbox untergebracht sind, die als Säulencoldbox, in der der Kopfabschnitt der Niederdrucksäule angeordnet ist, oder als separate Leitungscoldbox, in der keine der erwähnten vier Trenneinheiten (aber ggf. eine weitere Trenneinheit wie unten erläutert) angeordnet ist, ausgebildet ist. Der Begriff "Säulencoldbox" wird hier verwendet, um eine Coldbox zu charakterisieren, die zumindest eine der erwähnten Trenneinheiten aufweist. Eine "Leitungscoldbox" dient hingegen vorzugsweise zur Aufnahme entsprechender Leitungen, kann aber auch eine weitere Trenneinheit in Form einer Reinargonsäule aufweisen, wie unten erläutert.
  • Die beiden Alternativen der vorliegenden Erfindung sind durch die gemeinsame erfinderische Idee miteinander verbunden, dass auch in einer Anlage mit einer einteiligen Argongewinnungssäule wie einer Rohargonsäule eine besonders vorteilhafte Anordnung entsprechender Komponenten erzielt werden kann, wobei sich die vorliegende Erfindung gemäß der ersten Alternative insbesondere die geringeren Dimensionen eines Kopfabschnitts einer Niederdrucksäule zunutze macht, die hierzu packungsmäßig entsprechend angepasst werden kann, wodurch die zweiten Leitungen bzw. deren genannte Abschnitte in einer entsprechenden Säulencoldbox untergebracht werden können. Auch eine Unterbringung der zweiten Leitungen bzw. von deren Abschnitten in einer separaten Verrohrungscoldbox führt zu den erfindungsgemäß erzielbaren Vorteilen. Durch die Bereitstellung der zweiten Leitungen bzw. von deren genannten Abschnitten in einer separaten Coldbox, also der Verwendung einer Leitungscoldbox, lässt sich ggf. ein größerer Teil der Montagearbeit von der Baustelle in die Werkstatt verlagern, da ggf. die erwähnte Säulencoldbox mit den zusätzlich aufgenommenen Leitungsabschnitten nicht mehr transportabel ist.
  • Wie erwähnt, sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung die zweiten Leitungen bzw. deren erwähnte Abschnitte zumindest zum Teil in einer entsprechenden Coldbox untergebracht. Auch ein oder mehrere vertikal verlaufende Abschnitte der ersten Leitung oder der mehreren ersten Leitungen kann oder können jedoch in der Coldbox untergebracht sein, in der die vertikal verlaufenden Abschnitte der zweiten Leitungen zumindest zum Teil untergebracht sind, wenn dieses beispielsweise aus Gründen der Fertigung vorteilhaft ist.
  • Wird die separate Leitungscoldbox bereitgestellt ist, können Trenneinheiten und weitere Apparate im Rahmen der vorliegenden Erfindung in unterschiedlicher Weise angeordnet sein, beispielsweise um eine Transportibilität oder Vorfertigbarkeit sicherzustellen oder, falls diese nicht möglich sind, eine vorteilhafte Fertigung auf der Baustelle und/oder eine besonders platzsparende Anordnung und/oder eine Reduktion von Leitungslängen und des damit verbundenen Fertigungsaufwands zu ermöglichen.
  • So kann neben der separaten Leitungscoldbox eine gemeinsame Säulencoldbox bereitgestellt sein, in der sämtliche der vier Trenneinheiten aufgenommen sind. Eine derartige gemeinsame Säulencoldbox ist typischerweise nicht transportabel und wird daher vorteilhafterweise auf der Baustelle gefertigt. Da im Rahmen dieser Ausgestaltung jedoch die separate Leitungscoldbox bereitgestellt ist, kann der Aufwand der Verrohrung auf der Baustelle durch eine entsprechende Vorfertigung dennoch deutlich reduziert werden. In diesem Zusammenhang kann insbesondere auch eine weitere Instrumentierung, also insbesondere Temperatur-, Druck- und Mengenmesseinrichtungen wie auch Analysestellen, mit entsprechenden Vorteilen in diese Leitungscoldbox verlegt werden.
  • Die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, in der sämtliche vier Trenneinheiten in einer gemeinsamen Säulencoldbox angeordnet sind, kann in einer besonders bevorzugten Ausführungsform, die nachfolgend erläutert wird, insbesondere zu einer Reduzierung des Stahlbauaufwands durch die optimierte Oberfläche einer gemeinsamen Außenhülle sämtlicher Komponenten führen.
  • Die Trenneinheiten werden in dieser Ausgestaltung vorzugsweise derart angeordnet, dass, wie insoweit in der Fachwelt üblich, ihre Längsachsen parallel zueinander liegen. Die Längsachsen verlaufen dabei in der Richtung einer maximalen Erstreckung der Trenneinheiten. Die Längsachsen können mit Mittelachsen der Trenneinheiten zusammenfallen; entsprechende Trenneinheiten können jedoch auch asymmetrisch aufgebaut sein. Die Trenneinheiten können jedoch im Sinne der vorstehenden Erläuterungen in unterschiedlichen Höhen angeordnet werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind insbesondere die Hochdrucksäule und der Fußabschnitt der zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule dauerhaft miteinander verbunden, wobei insbesondere deren Säulenmäntel miteinander verschweißt sind. Da typischerweise die Hochdrucksäule einen geringeren Durchmesser als die Niederdrucksäule aufweist, wird typischerweise keine Unterbringung in einem gemeinsamen Säulenmantel vorgesehen; der Säulenmantel der Hochdrucksäule wird unterseitig des Säulenmantels des Fußabschnitts der Niederdrucksäule an diesen angebracht.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, die Leitungscoldbox und die Säulencoldbox mit den vier Trenneinheiten in Projektion auf eine Grundrissebene, die senkrecht zu den Längsachsen der Trenneinheiten liegt, derart in vier Quadranten anzuordnen, dass in einem ersten der Quadranten zumindest der überwiegende Teil der Hochdrucksäule und des Fußabschnitts der zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule übereinander, in einem zweiten der Quadranten zumindest der überwiegende Teil des Kopfabschnitts der Niederdrucksäule, in einem dritten der Quadranten zumindest der überwiegende Teil der Argongewinnungssäule und in einem vierten der vier Quadranten die Leitungscoldbox angeordnet sind. Die genannten Trenneinheiten sind dabei in ihren jeweiligen Quadranten von der gemeinsamen Säulencoldbox umgeben.
  • Ist hier von einer Grundrissebene die Rede, sei darunter eine Ebene verstanden, auf die die genannten Elemente projizierbar sind. Nicht in sämtlichen Ebenen senkrecht zu den Längsachsen der Trenneinheiten müssen alle Komponenten geschnitten werden bzw. vorhanden sein; dies ist insbesondere dann nicht der Fall, wenn unterschiedliche Trenneinheiten unterschiedliche Höhen aufweisen und daher sich nicht über die gesamte Höhe erstrecken, oder, wie im Fall der Hochdrucksäule und des Fußabschnitts der Niederdrucksäule, diese Elemente übereinander angeordnet sind. In der Projektion auf die Grundrissebene finden sich jedoch alle, auch ggf. übereinanderliegende, Elemente. Eine "Projektion auf die Grundrissebene" entspricht einer Draufsicht entlang den erwähnten Längsachsen.
  • Ist hier von "Quadranten" in einer entsprechenden Ebene die Rede, handelt es sich um durch gedachte, einander senkrecht in der Ebene schneidende Linien voneinander getrennte Bereiche. Diese müssen nicht in Form baulich getrennter Abteilungen ausgebildet sein. Die jeweiligen Trenneinheiten können ihren jeweils zugeordneten Quadranten auch überragen oder nur einen Teil eines entsprechenden Quadranten einnehmen. Dies wird im Rahmen dieser Beschreibung dadurch ausgedrückt, dass von den jeweils angegebenen Elementen "zumindest der überwiegende Teil" in einem entsprechenden Quadranten angeordnet ist. Dieser zumindest überwiegende Teil umfasst insbesondere mehr als 75%, 80% oder 90% der jeweiligen Grundfläche.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können der erste bis vierte Quadrant in der Grundrissebene insbesondere in Uhrzeigerrichtung um einen Mittelpunkt herum angeordnet sein. Anders ausgedrückt können die Quadranten, in denen die Trenneinheiten angeordnet sind bzw. ihre gemeinsame Säulencoldbox angeordnet ist, in drei aneinander angrenzenden Vierteln der Grundrissebene liegen und die Leitungscoldbox kann in dem verbleibenden Viertel angeordnet werden.
  • Insbesondere können die Leitungscoldbox und die gemeinsame Säulencoldbox mit den Trenneinheiten in der Projektion auf die Grundrissebene innerhalb eines Rechtecks mit vier Seitenlinien angeordnet sein, welches einen Teilbereich jedes der Quadranten einschließt, wobei der Teilbereich des ersten und zweiten Quadranten an einer ersten, der Teilbereich des zweiten und dritte Quadranten an einer zweiten, der Teilbereich des dritten und vierten Quadranten an einer dritten und der Teilbereich des vierten und ersten Quadranten an einer vierten der Seitenlinien anliegen. Eine erste in der Grundrissebene liegende Trennlinie, auf deren linker Seite der erste und der zweite Quadrant und auf deren rechter Seite der dritte und vierte Quadrant angeordnet sind, liegt dabei zwischen und parallel zu der ersten und der dritten Seitenlinie und eine zweite in der Grundrissebene verlaufende Trennlinie, die senkrecht zu der ersten Trennlinie steht und auf deren linker Seite der zweite und dritte Quadrant und auf deren rechter Seite der vierte und erste Quadrant liegen, liegt zwischen und parallel zu der zweiten und der vierten Seitenlinie. Das Rechteck kann in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung insbesondere auch quadratisch ausgebildet sein.
  • In der soeben erläuterten Ausgestaltung sind die Trenneinheiten in ihren jeweiligen Quadranten und die umgebende Säulencoldbox in L-Form angeordnet, wobei die Leitungscoldbox in einem Innenwinkel des L angeordnet ist. Insbesondere können die Leitungscoldbox und die Trenneinheiten bzw. ihre gemeinsame Säulencoldbox mit einer gemeinsamen Außenhülle umgeben werden, deren Projektion auf die Grundrissebene zumindest in einem Abschnitt von dem Rechteck mit den vier Seitenlinien begrenzt ist. Es ist insbesondere jedoch auch möglich, nur die Trenneinheiten mit einer gemeinsamen Außenhülle in Form ihrer Säulencoldbox zu umgeben, deren Projektion auf die Grundrissebene dann zumindest in einem Abschnitt L-förmig ausgebildet ist, wobei in einem Innenwinkel dieses L außerhalb der Außenhülle dann die Leitungscoldbox angeordnet ist.
  • In einer erfindungsgemäß ausgebildeten Luftzerlegungsanlage können die Trenneinheiten also ohne das die Leitungscoldbox zusammen in einer Säulencoldbox angeordnet sein, welche in der Projektion auf die Grundrissebene in dem vierten Quadranten eine Aussparung aufweist, in welcher in der Projektion auf die Grundrissebene die Leitungscoldbox angeordnet ist. Auch die Leitungscoldbox kann in der Projektion auf die Grundrissebene einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und an der dritten und der vierten Seitenlinie anliegen. Je nach Anschlussbedarf können entsprechende Seitenflächen geöffnet oder verschlossen sein.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist neben der separaten Leitungscoldbox eine gemeinsame Säulencoldbox bereitgestellt, in der die Hochdrucksäule, der Fußabschnitt der Niederdrucksäule und genau eine weitere der vier Trenneinheiten aufgenommen sind, wobei eine weitere Säulencoldbox bereitgestellt ist, in der die verbleibende der vier Trenneinheiten aufgenommen ist. Diese weitere Säulencoldbox kann insbesondere vorgefertigt werden.
  • Neben der separaten Leitungscoldbox kann aber in einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann aber auch eine gemeinsame Säulencoldbox bereitgestellt sein, in der (nur) die Hochdrucksäule und der Fußabschnitt der Niederdrucksäule, vorzugsweise in einem gemeinsamen Säulenmantel oder in miteinander verbundenen separaten Säulenmänteln, aufgenommen sind, wobei eine weitere gemeinsame Säulencoldbox bereitgestellt ist, in der die beiden verbleibenden der vier Trenneinheiten aufgenommen sind.
  • Anstelle der weiteren gemeinsamen Säulencoldbox können aber auch zwei separate Säulencoldboxen verwendet werden. Es kann also neben der separaten Leitungscoldbox eine gemeinsame Säulencoldbox bereitgestellt sein, in der (nur) die Hochdrucksäule und der Fußabschnitt der Niederdrucksäule, insbesondere in der erwähnten Verbindung miteinander, aufgenommen sind, wobei in diesem Fall zwei weitere Säulencoldboxen bereitgestellt sind, in denen jeweils eine der beiden verbleibenden vier Trenneinheiten aufgenommen sind. Die jeweilige Ausgestaltung richtet sich insbesondere, wie erwähnt, nach der Vorfertigbarkeit und Transportierbarkeit und den verfügbaren Transportmöglichkeiten.
  • In allen Fällen sind der Fußabschnitt der Niederdrucksäule und der Kopfabschnitt der Niederdrucksäule vorzugsweise auf unterschiedlichen geodätischen Höhen und im erläuterten Sinne nebeneinander angeordnet. Insbesondere befindet sich ein tiefster Punkt in einem Säuleninnenraum des Fußabschnitts der Niederdrucksäule oberhalb eines tiefsten Punkts in einem Säuleninnenraum des Kopfabschnitts der Niederdrucksäule. Die geodätischen Höhen, in denen der tiefste Punkt im Säuleninnenraum des Fußabschnitts der Niederdrucksäule einerseits und der tiefste Punkt im Säuleninnenraum des Kopfabschnitts der Niederdrucksäule andererseits angeordnet sind, unterscheiden sich insbesondere stärker als die geodätischen Höhen, in denen der tiefste Punkt im Säuleninnenraum der Hochdrucksäule einerseits und der tiefste Punkt im Säuleninnenraum des Kopfabschnitts der Niederdrucksäule andererseits angeordnet sind. Die Anordnung erreicht dadurch insgesamt eine geringere Bauhöhe als in herkömmlichen Fällen.
  • In der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Luftzerlegungsanlage können eine Rohargonsäule als die Argongewinnungssäule und eine Reinargonsäule als eine fünfte Trenneinheit bereitgestellt sein, wobei die Reinargonsäule in der Leitungscoldbox oder in jener der Säulencoldboxen aufgenommen sein kann, in der Rohargonsäule (insbesondere die Rohargonsäule und keine weitere der Trenneinheiten) aufgenommen ist. In beiden Fällen ergibt sich durch die geringe Baugröße der Reinargonsäule, die daher ggf. in einer entsprechenden Coldbox unterbringbar ist, eine besonders vorteilhafte Platzausnutzung. Insbesondere dann, wenn durch die Anordnung einer Reinargonsäule in einer gemeinsamen Säulencoldboxen mit der Rohargonsäule diese nicht mehr transportierbar wäre oder sich eine entsprechende Säulencoldboxen als vorgefertigte Einheit auch ohne Reinargonsäule nicht mehr transportieren lässt, wird die Reinargonsäule vorteilhafterweise in der separaten Leitungscoldbox untergebracht, da man auf diese Weise den Vorfertigungsgrad erhöhen kann. Wie erwähnt, kann die vorliegende Erfindung jedoch auch eine Reinargongewinnung ohne separate Reinargonsäule vorsehen. In diesem Fall ist die Argongewinnungssäule in der erläuterten Weise modifiziert und dient zur direkten Gewinnung von Reinargon mit einem Gehalt von 100 bis 0,1 ppm Stickstoff und Sauerstoff. In jedem Fall wird die Argongewinnungssäule mit Fluid aus dem Fuß- oder Kopfabschnitt der Niederdrucksäule auf einem entsprechenden Druckniveau gespeist.
  • In der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Luftzerlegungsanlage kann auch eine zur Anreicherung oder Gewinnung eines Krypton/Xenon- oder Helium/Neon-Gemischs eingerichtete Trenneinheit als fünfte Trenneinheit bereitgestellt sein, wobei diese fünfte Trenneinheit in der Leitungscoldbox oder in jener der Säulencoldboxen aufgenommen sein kann, in der Rohargonsäule (insbesondere die Rohargonsäule und keine weitere der Trenneinheiten) aufgenommen ist. Die Vorteile ähneln jenen bei einer entsprechenden Anordnung einer Reinargonsäule.
  • Anstelle eine zweigeteilte Rohargonsäule einzusetzen, wie aus dem Stand der Technik bekannt, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere die Packungsdichte der Argongewinnungssäule vergrößert werden, so dass diese kleiner baubar und daher ggf. gemeinsam mit anderen Trenneinheiten in einer Säulencoldbox bzw. in einer separaten, transportablen Säulencoldbox unterbringbar ist. Insbesondere kann in einer entsprechenden Argongewinnungssäule eine Packungsdichte von mehr als 750 Quadratmeter pro Kubikmeter verwendet werden. Auf diese Weise wird es insbesondere möglich, eine entsprechende Säulencoldbox in transportablen Dimensionen auszubilden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Kopfkondensator der Rohargonsäule vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass eine entsprechende Coldbox transportabel wird, also insbesondere mit einem Durchmesser von weniger als 4 Metern.
  • Die vorliegende Erfindung erlaubt es, wenigstens einen Teil der Verrohrung in Form der erwähnten Leitungen als eine transportable Einheit zu bauen, wodurch die Arbeiten auf der Baustelle reduziert werden können. Eine erfindungsgemäß ausgebildete Luftzerlegungsanlage kann, wenn eine separate Leitungscoldbox bereitgestellt ist, dabei insbesondere eine separate Hauptwärmetauschercoldbox aufweisen, in welcher der Hauptwärmetauscher der Luftzerlegungsanlage aufgenommen ist, wobei eine der Seitenflächen der Leitungscoldbox einer Seitenfläche der Hauptwärmetauschercoldbox zuweist. Auf diese Weise lassen sich die Verbindungen von dem Hauptwärmetauscher mit den Trenneinheiten und umgekehrt zumindest zum Großteil in der Leitungscoldbox unterbringen und entsprechend vorfertigen.
  • Besonders vorteilhaft ist es in dem soeben erläuterten Fall, wenn eine Anordnung derart vorgenommen wird, dass zumindest eine weitere der Seitenflächen der Leitungscoldbox jeweils einer Seitenfläche einer der Säulencoldboxen zuweist. Ist eine Säulencoldbox vorgesehen, die sämtliche der erwähnten vier Trenneinheiten enthält, wird diese dabei insbesondere an der Seitenfläche der Leitungscoldbox angeordnet, die gegenüber der Seitenfläche liegt, die der Hauptwärmetauschercoldbox zuweist. Sind mehrere Säulencoldboxen vorgesehen, werden diese vorteilhafterweise um die Leitungscoldbox verteilt. Beliebige der erläuterten Coldboxen können dabei jeweils an ihren Flächen miteinander verbunden werden, beispielsweise um einen gemeinsamen Transport zu erleichtern oder um Isolationsverluste zu reduzieren. Insbesondere können Seitenflächen einer Leitungscoldbox und einer Hauptwärmetauschercoldbox parallel zueinander angeordnet sein, wobei auch eine Säulencoldbox für eine oder mehrere Trenneinheiten zwischengeschaltet sein kann.
  • Ist in einer erfindungsgemäßen Luftzerlegungsanlage eine separate Leitungscoldbox bereitgestellt, weist diese insbesondere in einer Erstreckungsrichtung eine Größe von weniger als 6 Metern, insbesondere weniger als 4,8 Metern, insbesondere von weniger als 4,2 Metern, auf. Dies ermöglicht einen einfachen Transport unter Berücksichtigung von typischen Durchfahrtshöhen von Brücken und dergleichen. Eine entsprechende separate Leitungscoldbox kann insbesondere auch einen Unterkühlungsgegenströmer der Luftzerlegungsanlage aufweisen. Dieser kann in einer entsprechenden Leitungscoldbox besonders platzsparend angeordnet werden. Im Gegensatz zu einer Anordnung in einer Hauptwärmetauschercoldbox, wie sie ebenfalls möglich ist, werden auf diese Weise beide Coldboxen (Leitungs- und Hauptwärmetauschercoldbox) einfacher bzw. überhaupt transportierbar. Die separate Leitungscoldbox kann insbesondere derart ausgestaltet sein, dass sie in einer ersten Richtung parallel zu den vertikal verlaufenden Abschnitten der zweiten Leitungen eine um mindestens den Faktor 1,5 größere Erstreckung aufweist als in den Richtungen vertikal hierzu. Die Erstreckung in der Richtung parallel zu den vertikal verlaufenden Abschnitten der zweiten Leitungen beträgt insbesondere mehr als 20 m und die Erstreckung in den Richtungen senkrecht dazu beispielsweise jeweils 5 m.
  • Es sei zu verstehen gegeben, dass die vorliegende Erfindung sich insbesondere auf solche Anordnungen bezieht, in denen die Hochdrucksäule und der Fußabschnitt der Niederdrucksäule eine feste bauliche Einheit miteinander bilden. Insbesondere können die jeweiligen Säulenmäntel miteinander verschweißt sein. Die entsprechenden Trenneinheiten sind also fest und dauerhaft miteinander verbunden. Insbesondere können dabei die Hochdrucksäule und der Fußabschnitt der Niederdrucksäule einen gleichen oder unterschiedlichen Querschnitt aufweisen, wohingegen der Kopfabschnitt der Niederdrucksäule insbesondere mit einem geringeren Querschnitt ausgebildet werden kann, wenn hier eine Packung niedrigerer Dichte verwendet wird. Dies ermöglicht die bereits erwähnte Anordnung des Kopfabschnitts der Niederdrucksäule bis zu einem gewissen Durchmesser in einer Säulencoldbox, die zudem entsprechenden Abschnitte der zweiten Leitungen enthält, in der entsprechenden Ausgestaltung der Erfindung.
  • Weil ein entsprechender Kopfabschnitt der Niederdrucksäule typischerweise eine geringere Höhe aufweist als eine Argongewinnungssäule wie eine Rohargonsäule und/oder die gemeinsame Einheit aus Hochdrucksäule und Fußabschnitt der Niederdrucksäule, kann in einer Säulencoldbox ebenfalls der Unterkühlungsgegenströmer angeordnet werden, und zwar vorteilhafterweise unterhalb des Kopfabschnitts der Niederdrucksäule. Weist die Niederdrucksäule einen vergleichsweise geringen Durchmesser auf, kann sie insbesondere zusammen mit den erwähnten zweiten Leitungen und dem Unterkühlungsgegenströmer in einer entsprechenden Säulencoldbox angeordnet werden. Bei einem mittleren Durchmesser wird insbesondere der Unterkühlungsgegenströmer mit in der Säulencoldbox angeordnet, die zweiten Leitungen jedoch außerhalb in der Leitungscoldbox. Bei einem größeren Durchmesser der Niederdrucksäule werden hingegen vorteilhafterweise der Unterkühlungsgegenströmer und die zweiten Leitungen in die separate Leitungscoldbox ausgelagert.
  • Ist hier zuvor und nachfolgend davon die Rede, dass die vertikal verlaufenden Abschnitte der zweiten Leitungen "zumindest zum Teil" in ihrer jeweiligen Coldbox untergebracht sind, kann es sich hierbei insbesondere um einen überwiegenden Teil entsprechender Abschnitte handeln, also insbesondere zumindest 50%, zumindest 60%, zumindest 80%, zumindest 90% oder zumindest 95% der jeweiligen Länge. Auch weitere Apparate werden, wie erwähnt, in der entsprechenden Coldbox, insbesondere der separaten Leitungscoldbox, untergebracht. Hierbei handelt es sich insbesondere um eine Instrumentierung zur Durchfluss-, Temperatur- und Druckmessung. Entsprechende Vorrichtungen sind soweit möglich vorgefertigt, d.h. von den jeweiligen kryogenen Rohrleitungen sind die Messleitungen durch den Blechmantel der Coldbox nach außen verlegt. Optional werden diese bereits mit an der Box installierten Transmittern verbunden
  • Wie bereits erwähnt, ermöglicht es die vorliegende Erfindung, insbesondere auf eine zweiteilige Ausbildung einer Rohargonsäule oder auch einer modifizierten Rohargonsäule zu verzichten. Dies wird insbesondere dadurch gewährleistet, dass in dem Kopfabschnitt der Niederdrucksäule und der Rohargonsäule unterschiedliche Packungsdichten verwendet werden. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn in einem unteren Bereich des Fußabschnitts der Niederdrucksäule ein erster Packungsbereich mit einer ersten Packungsdichte ausgebildet ist und in der Argongewinnungssäule ein zweiter Packungsbereich mit einer zweiten Packungsdichte ausgebildet ist, wobei die erste Packungsdichte insbesondere weniger als 1000 Quadratmeter pro Kubikmeter und die zweite Packungsdichte mehr als 750 Quadratmeter pro Kubikmeter beträgt. Die zweite Packungsdichte ist dabei zumindest um 250 Quadratmeter pro Kubikmeter größer als die erste Packungsdichte. Mit anderen Worten ist also die Rohargonsäule dichter gepackt als der untere Bereich des Fußabschnitts der Niederdrucksäule und die Rohargonsäule kann daher, wie zuvor erläutert, mit geringerer Höhe ausgebildet werden.
  • Vorteilhafterweise können zum Fluidtransfer zwischen einem unteren Bereich des Kopfabschnitts der Niederdrucksäule und einem oberen Bereich des Fußabschnitts der Niederdrucksäule eine Transferpumpe oder mehrere parallel angeordnete und/oder redundant bereitgestellte Transferpumpen vorgesehen sein. Es können beispielsweise drei jeweils 50% der erforderlichen Pumpenleistung liefernde Transferpumpen bereitgestellt sein.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, das sich dadurch auszeichnet, dass eine Luftzerlegungsanlage verwendet wird, wie sie zuvor in unterschiedlichen Ausgestaltungen erläutert wurde. In diesem Verfahren wird in die Hochdrucksäule eingespeist. In der Hochdrucksäule wird eine Sumpfflüssigkeit mit einem Sauerstoffgehalt von 30 bis 50 Molprozent gebildet und zumindest teilweise in den Fußabschnitt der Niederdrucksäule überführt. In dem Fußabschnitt der Niederdrucksäule wird ein Kopfgas gebildet und zumindest teilweise in die Argongewinnungssäule und/oder in den Kopfabschnitt der Niederdrucksäule überführt. In der Argongewinnungssäule wird eine Sumpfflüssigkeit gebildet und zumindest teilweise in den Kopfabschnitt der Niederdrucksäule überführt. In dem Kopfabschnitt der Niederdrucksäule wird eine Sumpfflüssigkeit gebildet und in einen unteren Bereich der Rohargonsäule und/oder in einen oberen Bereich des Fußabschnitts der Niederdrucksäule überführt.
  • Ein erfindungsgemäß ebenfalls vorgeschlagenes Verfahren zur Erstellung einer Luftzerlegungsanlage wie zuvor in Ausgestaltungen erläutert umfasst, dass vier Trenneinheiten in Form einer Hochdrucksäule, eines Fußabschnitts einer zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule, eines Kopfabschnitts der zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule und einer einteilig ausgebildeten Argongewinnungssäule bereitgestellt und die vier Trenneinheiten zumindest zum Teil mittels Leitungen miteinander und/oder mit einem oder mit mehreren weiteren Apparaten verbunden werden, wobei die Leitungen eine oder mehrere erste Leitungen und mehrere zweite Leitungen umfassen, wobei die eine oder die mehreren ersten Leitungen eine oder mehrere Leitungen, die in einem Kopfbereich des Fußabschnitts der Niederdrucksäule münden, und/oder eine Leitung, die in einem Gasraum eines Kopfkondensators der Argongewinnungssäule mündet, ist oder sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass vertikal verlaufende Abschnitte der zweiten Leitungen zumindest zum Teil in einer Coldbox untergebracht werden, die als Säulencoldbox, in der der Kopfabschnitt der Niederdrucksäule angeordnet ist, oder als separate Leitungscoldbox, in der keine der vier Trenneinheiten angeordnet ist, ausgebildet ist. Wie erwähnt, können auch die ersten Leitungen entsprechend angeordnet sein.
  • Die Vorfertigung der im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere, eine oder mehrere Säulencoldboxen mit den jeweiligen Trenneinheiten und/oder die Leitungscoldbox an einer ersten geographischen Position vorzufertigen, diese zu einer zweiten geographischen Position zu transportieren, und die Luftzerlegungsanlage an der zweiten geographischen Position unter Verwendung der Coldboxen zu erstellen. Beliebige vorfertigbare Coldboxen können auf diese Weise erstellt werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, welche bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • Figur 1 veranschaulicht eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Teildarstellung.
    • Figur 2 veranschaulicht eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Teildarstellung.
    • Figur 3 veranschaulicht eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Teildarstellung.
    • Figur 3 veranschaulicht eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Teildarstellung.
    • Figur 5 veranschaulicht Anordnungen von Coldboxen in Luftzerlegungsanlagen gemäß weiterer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • Figur 6 veranschaulicht Anordnungen von Coldboxen in Luftzerlegungsanlagen gemäß weiterer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • Figur 7 veranschaulicht Anordnungen von Coldboxen in Luftzerlegungsanlagen gemäß weiterer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • Figur 1 zeigt ein eine Luftzerlegungsanlage, die für einen Betrieb gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingerichtet ist, in stark vereinfachter Teildarstellung. Die Luftzerlegungsanlage umfasst weitere Komponenten und ist hier stark vereinfacht mit 100 angegeben.
  • Die Luftzerlegungsanlage 100 weist eine Hochdrucksäule 1, eine zweiteilig ausgebildete Niederdrucksäule mit einem Fußabschnitt 2 und einem Kopfabschnitt 3, eine einteilig ausgebildete Rohargonsäule 4 und eine Reinargonsäule 5 auf. Die Hochdrucksäule 1, der Fußabschnitt 2 der Niederdrucksäule, der Kopfabschnitt 3 der Niederdrucksäule, die Rohargonsäule 4 und die Reinargonsäule 5 stellen jeweils im hier verwendeten Sprachgebrauch "Trenneinheiten" dar und sind zumindest teilweise mittels Leitungen, die hier zusammengefasst mit 6 angegeben sind, miteinander und mit weiteren Apparaten wie einem Unterkühlungsgegenströmer 7 und einem hier nicht dargestellten Hauptwärmetauscher verbunden.
  • Zur Funktionsweise der veranschaulichten Komponenten der Luftzerlegungsanlage 100, die aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt ist, sei auf die eingangs zitierte Fachliteratur ausdrücklich verwiesen. In der hier veranschaulichten Luftzerlegungsanlage 100 wird Luft in Form eines Stoffstroms A in die Hochdrucksäule 1 eingespeist. Die Luft kann insbesondere mittels eines nicht dargestellten Hauptluftverdichters und optional eines oder mehrerer ebenfalls nicht dargestellter Nachverdichter oder Booster verdichtet und, z.B. adsorptiv, aufgereinigt, sowie in dem nicht dargestellten Hauptwärmetauscher abgekühlt werden. Auch die Verwendung mehrerer verdichteter, aufgereinigter und abgekühlter Luftströme ist bekannt. Diese können teilweise auch in den Fuß-und/oder Kopfabschnitt 2, 3 der Niederdrucksäule eingespeist und ggf. auf ein entsprechendes Druckniveau entspannt oder auf unterschiedlichen Druckniveaus bereitgestellt werden.
  • In der hier dargestellten Luftzerlegungsanlage 100 wird in der Hochdrucksäule 1 eine Sumpfflüssigkeit mit einem Sauerstoffgehalt von 30 bis 50 Molprozent gebildet und zumindest teilweise in Form eines Stoffstroms B in den Kopfabschnitt 3 der Niederdrucksäule überführt. Der Stoffstrom B oder Teilströme hiervon können dabei zur Kühlung von Kopfkondensatoren 4a bzw. 5a der Roh- und der Reinargonsäule 4, 5 eingesetzt werden. Alternativ kann auch jedes andere Medium, das zwischen Sumpf und Kopf der Hochdrucksäule 1 abgezogen wird, verwendet werden.
  • In dem Fußabschnitt 2 der Niederdrucksäule wird ein Kopfgas gebildet und teilweise in Form eines Stoffstroms C in die Rohargonsäule 4 und teilweise in Form eines Stoffstroms D in den Kopfabschnitt 3 der Niederdrucksäule überführt. In der Rohargonsäule 4 wird eine Sumpfflüssigkeit gebildet und zumindest teilweise in Form eines Stoffstroms E in den Fußabschnitt 2 der Niederdrucksäule überführt. In dem Kopfabschnitt 3 der Niederdrucksäule wird eine Sumpfflüssigkeit gebildet, die hier in Form eines Stoffstroms F in einen unteren Bereich der Rohargonsäule 4 überführt wird. Diese Sumpfflüssigkeit kann dann als Teil des bereits erwähnten Stoffstroms E in den Fußabschnitt 2 der Niederdrucksäule überführt werden. Alternativ ist es auch möglich, den Stoffstrom F direkt in einen oberen Bereich des Fußabschnitts 2 der Niederdrucksäule zu überführen.
  • In der hier dargestellten Luftzerlegungsanlage 100 sind die Hochdrucksäule 1, und der Fußabschnitt 2 der Niederdrucksäule in einer Säulencoldbox 10, der Kopfabschnitt 3 der Niederdrucksäule in einer weiteren Säulencoldbox 20 und die Rohargonsäule 4 in einer weiteren Säulencoldbox 30 angeordnet. Vornehmlich zur Aufnahme der Leitungen 6 ist eine separate Leitungscoldbox 40 vorgesehen. Die Leitungen 6 lassen sich dabei in solche Leitungen unterteilen, die zumindest zum Teil mit vertikal verlaufenden Abschnitten in der Leitungscoldbox aufgenommen sind ("zweite Leitungen") und solche, die darin optional angeordnet werden ("erste Leitungen"). Zu den ersten Leitungen zählen jene, die im Kopfbereich des Fußabschnitts 2 der Niederdrucksäule münden, die also die Stoffströme C bzw. D und E führen, und eine Leitung, die Gas aus einem Verdampfungsraum des Kopfkondensators 4a der Rohargonsäule 4 (und ggf. aus einem Verdampfungsraum des Kopfkondensators 5a der Reinargonsäule 5) in den Kopfabschnitt 3 der Niederdrucksäule transportiert, wie hier in Form eines Stoffstroms K veranschaulicht. Die anderen Leitungen zählen zu den "zweiten Leitungen".
  • Die Reinargonsäule 5 ist hier zusammen mit der Rohargonsäule 4 in der gemeinsamen Säulencoldbox 30 angeordnet. Ein Unterkühlungsgegenströmer 7 ist in der Luftzerlegungsanlage 100 zusammen mit zumindest einem Teil der vertikalen Abschnitte der zweiten Leitungen in der separaten Verrohrungscoldbox 40 angeordnet.
  • In die Hochdrucksäule 1 kann Flüssigluft S eingespeist werden. Als Produkte können gasförmiger Druckstickstoff T aus der Hochdrucksäule 1, gasförmiger Niederdruckstickstoff U aus dem Kopfabschnitt 3 der Niederdrucksäule, innenverdichteter gasförmiger Drucksauerstoff V, sogenannter Unreinstickstoff W, Flüssigstickstoff X, Flüssigsauerstoff Y und Flüssigargon Z bereitgestellt werden. Die gasförmigen Medien werden insbesondere im Hauptwärmetauscher der Luftzerlegungsanlage angewärmt. Aus der Reinargonsäule 5 kann Gas abgezogen und an die Atmosphäre abgegeben werden.
  • Figur 2 zeigt ein eine Luftzerlegungsanlage, die für einen Betrieb gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingerichtet ist, in stark vereinfachter Teildarstellung. Auch diese Luftzerlegungsanlage umfasst weitere Komponenten. Sie ist hier stark vereinfacht mit 200 angegeben. Zu den Komponenten der Luftzerlegungsanlage 200, die hier mit identischen Bezugszeichen wie in Figur 1 veranschaulicht sind, sei ebenfalls auf Fachliteratur sowie auf die Erläuterungen zu Figur 1 verwiesen. Nur die Unterschiede werden nachfolgend erläutert.
  • Die Luftzerlegungsanlage 200 unterscheidet sich von der Luftzerlegungsanlage 100 im Wesentlichen dadurch, dass hier zumindest ein Teil der vertikalen Abschnitte der zweiten Leitungen in einer Leitungscoldbox 20a angeordnet ist, in welcher auch der Kopfabschnitt 3 der Niederdrucksäule angeordnet ist. Die Leitungscoldbox 20a enthält im dargestellten Beispiel auch den Unterkühlungsgegenströmer 7. Abweichend zu der Darstellung in Figur 2 kann der Unterkühlungsgegenströmer 7 insbesondere unterhalb des Kopfabschnitts 3 der Niederdrucksäule angeordnet werden. Dies insbesondere ist aufgrund der geringeren Höhe des Kopfabschnitts 3 der Niederdrucksäule im Vergleich zu einem überwiegenden Teil der weiteren Trenneinheiten in der Luftzerlegungsanlage 200 möglich, insbesondere dann, wenn in dem Kopfabschnitt 3 eine geringere Packungsdichte verwendet wird.
  • Figur 3 zeigt ein eine Luftzerlegungsanlage, die für einen Betrieb gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingerichtet ist, in stark vereinfachter Teildarstellung. Auch diese Luftzerlegungsanlage umfasst weitere Komponenten. Sie ist hier stark vereinfacht mit 300 angegeben. Zu den Komponenten der Luftzerlegungsanlage 300, die hier mit identischen Bezugszeichen wie in Figur 1 und 2 veranschaulicht sind, sei ebenfalls auf Fachliteratur sowie auf die Erläuterungen zu Figur 1 und 2 verwiesen. Nur die Unterschiede werden nachfolgend erläutert.
  • Die Luftzerlegungsanlage 300 unterscheidet sich von den Luftzerlegungsanlagen 100 und 200 im Wesentlichen dadurch, dass hier die Rohargonsäule 4 alleine in einer Säulencoldbox 30a angeordnet ist, und dass die Reinargonsäule 5 hier in einer vornehmlich zur Aufnahme der erläuterten Abschnitte der zweiten Leitungen bereitgestellten Leitungscoldbox 40a angeordnet ist. Die Leitungscoldbox 40a enthält im dargestellten Beispiel auch den Unterkühlungsgegenströmer 7. Abweichend zu der Darstellung in Figur 3 kann der Unterkühlungsgegenströmer 7 insbesondere unterhalb der Reinargonsäule 5 angeordnet werden. Dies insbesondere ist aufgrund der geringeren Höhe der Reinargonsäule im Vergleich zu dem überwiegenden Teil der anderen Trenneinheiten der Luftzerlegungsanlage 300 möglich.
  • Wie in Form der Verknüpfung P veranschaulicht, wird hier der Stoffstrom D' zunächst in den Kopfabschnitt 3 der Niederdrucksäule geführt und ein Teil in Form des Stoffstroms C' aus dieser entnommen und in die Rohargonsäule 4 eingespeist.
  • Figur 4 zeigt ein eine Luftzerlegungsanlage, die für einen Betrieb gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingerichtet ist, in stark vereinfachter Teildarstellung. Auch diese Luftzerlegungsanlage umfasst weitere Komponenten. Sie ist hier stark vereinfacht mit 310 angegeben. Im Gegensatz zur Luftzerlegungsanlage 300 ist hier keine Kombination aus Roh- und Reinargonsäule vorgesehen. Vielmehr ist eine mehrfach erläuterte modifizierte Rohargonsäule 4 vorgesehen, aus der bereits ein Reinargonstrom L entnommen wird. Daher ist hier in der Leitungscoldbox 4a auch keine Reinargonsäule 5 angeordnet.
  • Figur 5 veranschaulicht in Ansichten 5a bis 5d Anordnungen von Coldboxen in einer Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Luftzerlegungsanlage kann insbesondere der Luftzerlegungsanlage 100 gemäß Figur 1 entsprechen, eine entsprechende Anordnung kann aber auch bei anderen Luftzerlegungsanlagen als der Luftzerlegungsanlage 100 erfolgen, insbesondere in einer Luftzerlegungsanlage, bei der lediglich eine Argongewinnungssäule anstelle einer Kombination aus Rohargonsäule 4 und Reinargonsäule 5 verwendet wird. In Figur 5 sind jeweils Draufsichten auf Coldboxen 10 bis 40 ohne die jeweiligen Trenneinheiten veranschaulicht, wobei eine weitere Coldbox, die einen Hauptwärmetauscher (in Ansicht 5a mit 8 angegeben und in den anderen Ansichten lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit halber weggelassen) enthält, mit 90 bezeichnet ist. Die Coldbox 90 wurde vorstehend auch als "Hauptwärmetauschercoldbox" bezeichnet.
  • Erste bis vierte Seitenflächen der vierten Coldbox 40 sind mit 41 bis 44 angegeben. Eine erste Säulencoldbox 10 (mit der Hochdrucksäule 1 und dem Fußabschnitt 2 der Niederdrucksäule), eine Leitungscoldbox 40 und die Hauptwärmetauschercoldbox 90, die den Hauptwärmetauscher 8 der Luftzerlegungsanlage 100 enthält, sind in sämtlichen Ansichten 5a bis 5d derart angeordnet, dass die erste Seitenfläche 41 zu der Hauptwärmetauschercoldbox 90 und die zweite Seitenfläche 43 zu der Säulencoldbox 10 weist. Eine zweite Säulencoldbox 20 (mit dem Kopfabschnitt 3 der Niederdrucksäule) und eine dritte Säulencoldbox 30 (mit der Argongewinnungssäule) können unterschiedlich angeordnet sein, und zwar derart, dass die dritte Seitenfläche 43 zu der zweiten Säulencoldbox 20 und die vierte Seitenfläche 44 zu der dritten Säulencoldbox 30 weist, wie in Ansicht 5a veranschaulicht, oder dass die dritte Seitenfläche 43 zu der dritten Säulencoldbox 30 und die vierte Seitenfläche 44 zu der zweiten Säulencoldbox 20 weist, wie in Ansicht 5b veranschaulicht, oder dass die dritte Seitenfläche 43 zu der zweiten Säulencoldbox 20 und der dritten Säulencoldbox 30 weist, wie in Ansicht 5c veranschaulicht, oder dass die vierte Seitenfläche 44 zu der zweiten Säulencoldbox 20 und der dritten Säulencoldbox 30 weist, wie in Ansicht 5d veranschaulicht.
  • Figur 6 veranschaulicht Anordnungen von Coldboxen in Luftzerlegungsanlagen gemäß weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die Luftzerlegungsanlagen sind mit 400 bis 700 bezeichnet und ebenfalls in vereinfachter Draufsicht unter Hinweglassung weiterer essentieller Komponenten veranschaulicht.
  • In den Luftzerlegungsanlage 400 sind sämtliche der Trenneinheiten, nämlich die Hochdrucksäule 1, der Fußabschnitt 2 der Niederdrucksäule, der Kopfabschnitt 3 der Niederdrucksäule und die Rohargonsäule 4 mit der Reinargonsäule 5 in einer gemeinsamen Säulencoldbox, die hier mit 50 angegeben ist, angeordnet. Ferner ist hier die separate Leitungscoldbox 40 vorgesehen. In den Luftzerlegungsanlagen 500 und 600 sind hingegen jeweils die Hochdrucksäule 1 und der Fußabschnitt 2 der Niederdrucksäule zusammen mit einer weiteren Trenneinheit in einer gemeinsamen Säulencoldbox 60, 70 angeordnet, die verbleibende Trenneinheit ist in einer weiteren Säulencoldbox 20, 30 angeordnet. In der Luftzerlegungsanlage 700 und 600 sind hingegen nur die Hochdrucksäule 1 und der Fußabschnitt 2 der Niederdrucksäule zusammen in einer gemeinsamen Säulencoldbox 10 angeordnet, die verbleibenden Trenneinheiten sind gemeinsam in einer weiteren Säulencoldbox 80 angeordnet. Auch hier ist jeweils die Leitungscoldbox 40 vorgesehen. Zu den jeweiligen Elementen, die hier mit identischen Bezugszeichen wie zuvor versehen sind, sei auf die obigen Ausführungen ausdrücklich verwiesen.
  • Figur 7 veranschaulicht Anordnungen von Coldboxen in Luftzerlegungsanlagen gemäß weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die Luftzerlegungsanlagen sind auch hier in vereinfachter Draufsicht unter Hinweglassung weiterer essentieller Komponenten veranschaulicht. Es ist jeweils eine Leitungscoldbox 40 vorgesehen, wobei in der in Figur 7 links dargestellten Anordnung sämtliche der Trenneinheiten, nämlich die Hochdrucksäule 1, der Fußabschnitt 2 der Niederdrucksäule, der Kopfabschnitt 3 der Niederdrucksäule und die Rohargonsäule 4 mit der Reinargonsäule 5 in einer gemeinsamen Säulencoldbox, die auch hier mit 50 angegeben ist, angeordnet sind, an die sich unmittelbar die Leitungscoldbox 40 anschließt. Die Säulencoldbox und die Leitungscoldbox 40 können insbesondere an ihren entsprechenden Flächen miteinander verbunden sein. In der in Figur 7 rechts dargestellten Ansicht ist eine entsprechende, hier mit 50' bezeichnete Säulencoldbox L-förmig ausgebildet und die Leitungscoldbox 40 ist in der dargestellten Weise in die Säulencoldbox 50' eingepasst.

Claims (15)

  1. Luftzerlegungsanlage (100-700) mit vier Trenneinheiten (1 -4) in Form einer Hochdrucksäule (1), eines Fußabschnitts (2) einer zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule, eines Kopfabschnitts (3) der zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule und einer einteilig ausgebildeten Argongewinnungssäule (4), wobei die vier Trenneinheiten (1-4) zumindest zum Teil mittels Leitungen (6) miteinander und/oder mit einem oder mit mehreren weiteren Apparaten (7, 8) verbunden sind, wobei die Leitungen (6) eine oder mehrere erste Leitungen und mehrere zweite Leitungen umfassen, wobei die eine oder die mehreren ersten Leitungen eine oder mehrere Leitungen, die in einem Kopfbereich des Fußabschnitts (2) der Niederdrucksäule münden, und/oder eine Leitung, die in einem Gasraum eines Kopfkondensators (5a) der Argongewinnungssäule (4) mündet, ist oder sind, dadurch gekennzeichnet, dass vertikal verlaufende Abschnitte der zweiten Leitungen zumindest zum Teil in einer Coldbox (20a, 40, 40a) untergebracht sind, die als Säulencoldbox (20a), in der der Kopfabschnitt (3) der Niederdrucksäule angeordnet ist, oder als separate Leitungscoldbox (40, 40a), in der keine der vier Trenneinheiten (1-4) angeordnet ist, ausgebildet ist.
  2. Luftzerlegungsanlage (100-700) nach Anspruch 1, bei der ein oder mehrere vertikal verlaufende Abschnitte der ersten Leitung oder der mehreren ersten Leitungen ebenfalls zumindest zum Teil in der Coldbox (20a, 40, 40a) untergebracht ist oder sind, in der die vertikal verlaufenden Abschnitte der zweiten Leitungen zumindest zum Teil untergebracht sind.
  3. Luftzerlegungsanlage (100-700) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die separate Leitungscoldbox (40, 40a) bereitgestellt ist, und bei der
    - eine gemeinsame Säulencoldbox (50) bereitgestellt ist, in der sämtliche der vier Trenneinheiten (1-4) aufgenommen sind, oder
    - eine gemeinsame Säulencoldbox (60-80) bereitgestellt ist, in der die Hochdrucksäule (1), der Fußabschnitt (2) der Niederdrucksäule und genau eine weitere der vier Trenneinheiten (1-4) aufgenommen sind, wobei eine weitere Säulencoldbox (30) bereitgestellt ist, in der die verbleibende der vier Trenneinheiten (1-4) aufgenommen ist, oder
    - eine gemeinsame Säulencoldbox (10) bereitgestellt ist, in der die Hochdrucksäule (1) und der Fußabschnitt (2) der Niederdrucksäule aufgenommen sind, wobei eine weitere gemeinsame Säulencoldbox (80) bereitgestellt ist, in der die beiden verbleibenden vier Trenneinheiten (1-4) aufgenommen sind, oder
    - eine gemeinsame Säulencoldbox (10) bereitgestellt ist, in der die Hochdrucksäule (1) und der Fußabschnitt (2) der Niederdrucksäule aufgenommen sind, wobei zwei weitere Säulencoldboxen (20, 30) bereitgestellt sind, in denen jeweils eine der beiden verbleibenden vier Trenneinheiten (1-4) aufgenommen sind.
  4. Luftzerlegungsanlage (100-700) nach Anspruch 3, bei der eine Rohargonsäule als die Argongewinnungssäule und eine Reinargonsäule (5) als eine fünfte Trenneinheit bereitgestellt sind, wobei die Reinargonsäule (5) in der Leitungscoldbox (40a) oder in jener der Säulencoldboxen (50, 60, 80) aufgenommen ist, in der Rohargonsäule (4) aufgenommen ist.
  5. Luftzerlegungsanlage (100-700) nach Anspruch 3, bei der eine zur Anreicherung oder Gewinnung eines Krypton/Xenon- oder Helium/Neon-Gemischs eingerichtete Trenneinheit als eine fünfte Trenneinheit (5) bereitgestellt ist, wobei diese fünfte Trenneinheit (5) in der Leitungscoldbox (40a) oder in jener der Säulencoldboxen (50, 60, 80) aufgenommen ist, in der Argongewinnungssäule (4) aufgenommen ist.
  6. Luftzerlegungsanlage (100-700) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der eine separate Hauptwärmetauschercoldbox (90) bereitgestellt ist, in welcher der Hauptwärmetauscher (8) der Luftzerlegungsanlage (100) aufgenommen ist, wobei eine der Seitenflächen (41) der Leitungscoldbox (40) parallel zu einer Seitenfläche der Hauptwärmetauschercoldbox (90) angeordnet ist.
  7. Luftzerlegungsanlage (100-700) nach Anspruch 6, bei der zumindest eine weitere der Seitenflächen (42-43) der Leitungscoldbox (40) jeweils einer Seitenfläche einer der Säulencoldboxen (10-80) zuweist.
  8. Luftzerlegungsanlage (100-700) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die separate Leitungscoldbox (40, 40a) bereitgestellt ist und bei der diese in einer Erstreckungsrichtung eine Größe von weniger als 6 Metern aufweist.
  9. Luftzerlegungsanlage (100-700) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die separate Leitungscoldbox (40, 40a) bereitgestellt ist und bei der ein Unterkühlungsgegenströmer (7) in der Leitungscoldbox (40, 40a) angeordnet ist.
  10. Luftzerlegungsanlage (100-700) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die separate Leitungscoldbox (40, 40a) bereitgestellt ist und bei der diese in einer ersten Richtung parallel zu den vertikal verlaufenden Abschnitten der zweiten Leitungen eine um mindestens den Faktor 5 größere Erstreckung aufweist als in den Richtungen vertikal hierzu.
  11. Luftzerlegungsanlage (100-700) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Kopfabschnitt (3) der Niederdrucksäule einen geringeren Querschnitt als der Fußabschnitt (2) der Niederdrucksäule aufweist.
  12. Luftzerlegungsanlage (100-700) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der eine zum Fluidtransfer zwischen einem unteren Bereich des Kopfabschnitts (3) der Niederdrucksäule und einem oberen Bereich des Fußabschnitts (2) der Niederdrucksäule eine Transferpumpe oder mehrere parallel angeordnete und/oder redundant bereitgestellte Transferpumpen vorgesehen sind.
  13. Luftzerlegungsanlage (100-700) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der in einem unteren Bereich des Fußabschnitts (2) der Niederdrucksäule ein erster Packungsbereich mit einer ersten Packungsdichte ausgebildet ist und bei der in der Argongewinnungssäule (4) ein zweiter Packungsbereich mit einer zweiten Packungsdichte ausgebildet ist, wobei die erste Packungsdichte weniger als 1 000 Quadratmeter pro Kubikmeter und die zweite Packungsdichte mehr als 750 Quadratmeter pro Kubikmeter beträgt und die zweite Packungsdichte um mehr als 250 Quadratmeter pro Kubikmeter größer als die erste Packungsdichte ist.
  14. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftzerlegungsanlage (100-700) nach einem der vorstehenden Ansprüche verwendet wird, wobei in die Hochdrucksäule (1) Luft eingespeist wird, in der Hochdrucksäule (1) eine Sumpfflüssigkeit mit einem Sauerstoffgehalt von 30 bis 50 Molprozent gebildet und zumindest teilweise in den Kopfabschnitt (3) der Niederdrucksäule überführt wird, in dem Fußabschnitt (2) der Niederdrucksäule ein Kopfgas gebildet und zumindest teilweise in die Argongewinnungssäule (4) und/oder in den Kopfabschnitt (3) der Niederdrucksäule überführt wird, und in der Argongewinnungssäule (4) eine Sumpfflüssigkeit gebildet und zumindest teilweise in den Kopfabschnitt (2) der Niederdrucksäule überführt wird.
  15. Verfahren zur Erstellung einer Luftzerlegungsanlage (100-700) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem vier Trenneinheiten (1-4) in Form einer Hochdrucksäule (1), eines Fußabschnitts (2) einer zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule, des Kopfabschnitts (3) der zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule und einer einteilig ausgebildeten Argongewinnungssäule (4), bereitgestellt und die vier Trenneinheiten (1-4) zumindest zum Teil mittels Leitungen (6) miteinander und/oder mit einem oder mit mehreren weiteren Apparaten (7, 8) verbunden werden, wobei die Leitungen (6) eine oder mehrere erste Leitungen und mehrere zweite Leitungen umfassen, wobei die eine oder die mehreren ersten Leitungen eine oder mehrere Leitungen, die in einem Kopfbereich des Fußabschnitts (2) der Niederdrucksäule münden , und/oder eine Leitung, die in einem Gasraum eines Kopfkondensators (5a) der Argongewinnungssäule (4) mündet, ist oder sind, dadurch gekennzeichnet, dass vertikal verlaufende Abschnitte der zweiten Leitungen zumindest zum Teil in einer Coldbox (20a, 40, 40a) untergebracht werden, die als Säulencoldbox (20a), in der der Kopfabschnitt der Niederdrucksäule angeordnet ist, oder als separate Leitungscoldbox (40, 40a), in der keine der vier Trenneinheiten (1-4) angeordnet ist, ausgebildet ist.
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