EP3870916B1 - Verfahren zur gewinnung eines oder mehrerer luftprodukte und luftzerlegungsanlage - Google Patents

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EP3870916B1
EP3870916B1 EP19797563.4A EP19797563A EP3870916B1 EP 3870916 B1 EP3870916 B1 EP 3870916B1 EP 19797563 A EP19797563 A EP 19797563A EP 3870916 B1 EP3870916 B1 EP 3870916B1
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booster
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pressure
air
level
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EP3870916A1 (de
EP3870916C0 (de
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Dimitri GOLUBEV
Daniel Palaniswamy OTTE
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Linde GmbH
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Linde GmbH
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    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • F25J2205/04—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum in the feed line, i.e. upstream of the fractionation step
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/50—Oxygen or special cases, e.g. isotope-mixtures or low purity O2
    • F25J2215/54—Oxygen production with multiple pressure O2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
    • F25J2240/44—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval the fluid being nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
    • F25J2240/46—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval the fluid being oxygen

Definitions

  • main (air) compressors/recompressors Main Air Compressor/Booster Air Compressor, MAC-BAC
  • High Air Pressure High Air Pressure
  • the main compressor/supercharger processes are the more conventional processes, with high air pressure processes increasingly being used as alternatives in recent times.
  • the present invention is used in particular in air separation plants with so-called internal compression (IV, Internal Compression, IC).
  • IV Internal Compression
  • at least one product that is provided by the air separation plant is formed by taking a cryogenic liquid from the rectification column system, subjecting it to an increase in pressure and converting it to the gaseous or supercritical state by heating.
  • internally compressed gaseous oxygen (GOX IV, GOX IC) or nitrogen (GAN IV, GAN IC) can be generated in this way.
  • Internal compression offers a number of advantages over external compression, which is also possible as an alternative, and is explained, for example, in Häring (see above), Section 2.2.5.2, "Internal Compression".
  • a plant for the low-temperature separation of air, in which internal compression is used is also in the U.S. 2007/0209389 A1 disclosed.
  • high-air pressure processes can represent an advantageous alternative to the more conventional main compressor/repressor processes. However, as explained in detail below, this does not apply in all cases. In particular, under certain conditions, there is poorer energy efficiency.
  • the present invention therefore sets itself the task of enabling an advantageous use of a high-air pressure method at least in some of such cases.
  • cryogenic liquid is understood here to mean a liquid medium whose boiling point is well below the ambient temperature, e.g. at -50° C. or less, in particular at -100° C. or less.
  • cryogenic liquids are liquid air, liquid oxygen, liquid nitrogen, liquid argon or liquids that are rich in the compounds mentioned.
  • turbo compressors In air separation plants, multi-stage turbo compressors are used to compress the amount of air used, which are referred to here as “main air compressors” or “main compressors” for short.
  • the mechanical structure of turbo compressors is known in principle to those skilled in the art.
  • the medium to be compressed is compressed by means of turbine blades, which are arranged on a turbine wheel or directly on a shaft.
  • a turbo compressor forms a structural unit, which, however, can have several compressor stages in the case of a multi-stage turbo compressor.
  • a compressor stage generally includes a turbine wheel or a corresponding arrangement of turbine blades. All of these airends can be driven by a common shaft. However, it can also be provided that the compressor stages are driven in groups with different shafts, in which case the shafts can also be connected to one another via gears.
  • main compressor/supercharger processes benefit from the use of a Joule-Thomson turbine (instead of the conventional expansion valve) to which the throttle flow is supplied in the liquid state at supercritical pressure and removed in the still liquid state at subcritical pressure.
  • a Joule-Thomson turbine instead of the conventional expansion valve
  • Such a turbine is also referred to as a liquid turbine (Dense Liquid Expander or Dense Fluid Expander, DLE).
  • DLE Dense Fluid Expander
  • Liquid, gaseous or fluids in the supercritical state can be rich or poor in one or more components in the language used here, with “rich” for a content of at least 75%, 90%, 95%, 99%, 99.5% , 99.9% or 99.99% and “poor” can stand for a content of at most 25%, 10%, 5%, 1%, 0.1% or 0.01% on a mole, weight or volume basis .
  • the term “predominantly” may correspond to the definition of "rich” just given, but in particular denotes a content of more than 90%. If, for example, "nitrogen” is mentioned here, it can be a clean gas, but it can also be a gas rich in nitrogen.
  • the present invention enables a significant improvement in the performance or energy efficiency of a high-air pressure process (compared to a main compressor/post-compressor process), which is limited in the manner explained by the buildability of the respective turbine/booster interconnection is. This applies in particular to the previously explained case in which no or only comparatively small amounts of liquid air products are to be provided.
  • the main advantage of a high-air pressure process (lower investment costs compared to a main compressor/post-compressor process) is retained in particular, without impairing the energetic efficiency.
  • the present invention solves the problems explained in that the generation of a high-pressure process air flow, which is required in particular for evaporating the fluid flows used to provide internal compression products, is provided by means of the turbine booster used in a way that makes it possible to use the respective stage pressure ratios at these To increase turbine boosters in an advantageous manner.
  • a method for obtaining one or more air products using an air separation plant with a first booster, a second booster, a first expansion machine and a rectification column system is proposed within the scope of the present invention, which has a high-pressure column, which is operated at a first pressure level, and a Having low-pressure column, which is operated at a second pressure level below the first pressure level.
  • the first and second pressure level which can correspond to the pressure levels customary in particular for high- and low-pressure columns of air separation plants, reference is expressly made to the explanations given at the outset and the information below.
  • a subset of the first portion of the feed air quantity, which was compressed in the first (cold) booster, is then in the context of the present invention a main heat exchanger of the air separation plant and fed to a warm booster, which is hereinafter referred to as the "second" booster.
  • the above-mentioned subset of the second portion of the feed air is compressed by means of this second booster to an even higher pressure level, which is referred to below as the "fifth" pressure level.
  • further air which, as will also be explained below, is in particular a further proportion of feed air at the third pressure level or a further subset of the second portion of the feed air quantity that is present in the first (cold) Booster was compressed, can act, expanded in an expansion turbine, which is hereinafter referred to as "second" expansion turbine.
  • second expansion turbine the additional air mentioned is expanded to the second pressure level, ie the pressure level at which the low-pressure column of the distillation column system used in the process is operated. This is therefore a typical Lachmann turbine.
  • the second expansion turbine drives the second booster and is in particular coupled to it in the manner explained above.
  • the first (cold) booster can in particular provide a stage pressure ratio of 1.5 to 2.2, for example approximately 1.9. Furthermore, due to the comparatively small amount of air that is guided through the second (warm) booster, with a likewise small amount of air that is expanded by means of the second expansion turbine (but with an expansion from the high third pressure level of, for example, approx 12 bar to a comparatively low second pressure level of, for example, approximately 1.4 bar and associated increased cold production), a step pressure ratio of 1.4 to 2.1, for example, approximately 1.8 can be set.
  • the injection equivalent can be increased and thus the overall efficiency of the process can be increased.
  • the third pressure level can be reduced by approx. 1 to 3 bar compared to conventional variants, which saves approx. 3% energy in the product constellation examined.
  • the lowering is possible because the increased stage pressure ratios enable greater compression of a corresponding proportion of air.
  • the investment costs are very similar since the number of devices used is not increased.
  • the main heat exchanger volume is increased (by approx. 10 to 25%) by heating the material flow compressed by the first booster before further compression in the second booster. Due to the lower third pressure level, one compressor stage on the main air compressor can be saved under certain circumstances.
  • the second portion of the feed air quantity can be supplied to the first expansion turbine, in particular at a temperature level of -160 to -130.degree.
  • the first and the second portion of the feed air quantity can also be fed together to a main heat exchanger of the air separation plant and removed at the respective different temperature levels.
  • the first and second portions of the feed air quantity can be routed completely separately through the main heat exchanger.
  • a further partial quantity of the first feed air quantity which was compressed to the fourth pressure level in the first booster, can be cooled to a temperature level of -175 to -155° C. and then partially or completely fed into the high-pressure column.
  • a compressed, cleaned and pre-cooled input air flow a is provided in a so-called warm part 20 via devices that are not individually illustrated here.
  • a main air compressor which can in particular be designed in several stages and which can be followed by one or more aftercoolers and compressed to a pressure level that is referred to here as "third" pressure level.
  • the air can then be cooled and, in particular, cleaned by means of adsorbers.
  • the rectification column system 10 also has a crude argon column 13 and a pure argon column 14, which are not explained in detail here for reasons of clarity.
  • a crude argon column 13 and a pure argon column 14, which are not explained in detail here for reasons of clarity.
  • specialist literature in particular figure 2 .3A at Häring (see above) and there also on page 26 ff., "Rectification in the Low-pressure, Crude and Pure Argon Column", and page 29 ff., "Cryogenic Production of Pure Argon".
  • feed air amount The total amount of air that is supplied to the rectification column system 10 and that is compressed to the third pressure level is referred to here as the "feed air amount".
  • this feed air quantity is divided into a total of four material flows b, c, d, e, upstream and within a main heat exchanger 3 of the air separation plant 100, with the material flows b and c being fed to the main heat exchanger 3 here initially in the form of a common material flow and the actual formation the individual material flows b and c only take place at different temperature levels when they are removed from the main heat exchanger 3 .
  • the material stream b is fed back to the main heat exchanger 3 at the fourth pressure level and heated there to a first extent and then in the form of a Material flow h is fed to a warm ("second") booster 2 and further compressed there, namely to a pressure level which is also referred to here as the "fifth" pressure level.
  • a further proportion of stream b is cooled in main heat exchanger 3 and fed into high-pressure column 11 in the form of stream i, which is combined with streams d and h, which have also been cooled in main heat exchanger 3 .
  • the partial flow h is cooled in an aftercooler 5 before it is cooled in the main heat exchanger 3 .
  • the material flows d, h and i are each routed through the main heat exchanger 3 to the cold end.
  • the material flow e is cooled down to an intermediate temperature level in the main heat exchanger 3 and then expanded in a ("second") expansion turbine 2a, which is coupled to the second booster 2. This relaxation takes place on the second pressure level.
  • the stream e is fed into the low-pressure column 12 (see connection point B).
  • the second expansion turbine 2a is therefore a typical Lachmann turbine.
  • the air separation plant 100 is set up for internal compression. In the example shown, nitrogen-rich top gas is removed from the high-pressure column 11, liquefied in a main condenser (not designated separately), which heat-exchangely connects the high-pressure column 11 and a low-pressure column 12, and fed to an internal compression pump 6 in the form of a material flow k liquid.
  • the material flow k After the material flow k has been brought to a higher pressure level, for example to a supercritical pressure level in the internal compression pump 6, it is vaporized in the main heat exchanger 3 or converted from the liquid to the supercritical state. A corresponding nitrogen-rich air product can be released at the plant boundary. A liquid, oxygen-rich air product can be withdrawn from the bottom of the low-pressure column 12 in the form of a substance flow I, the pressure increased accordingly in an internal compression pump 7, evaporated in the main heat exchanger 3 or converted to the supercritical state, and finally discharged as an oxygen-rich air product at the plant boundary.
  • a higher pressure level for example to a supercritical pressure level in the internal compression pump 6
  • a corresponding nitrogen-rich air product can be released at the plant boundary.
  • a liquid, oxygen-rich air product can be withdrawn from the bottom of the low-pressure column 12 in the form of a substance flow I, the pressure increased accordingly in an internal compression pump 7, evaporated in the main heat exchanger 3 or converted to the supercritical state, and finally discharge
  • connection differs according to FIG figure 3 essentially by that of that figure 1 and 2 that here the second expansion turbine 2a is fed a partial flow of the material flow h instead of the material flow e.
  • This one is in figure 3 denoted by e'.
  • the material flow e' is heated before the expansion in the second expansion turbine 2a, whereas the material flow e of the previously explained figures is correspondingly cooled.

Landscapes

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines oder mehrerer Luftprodukte und eine Luftzerlegungsanlage gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
    • Stand der Technik
  • Die Herstellung von Luftprodukten in flüssigem oder gasförmigem Zustand durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in Luftzerlegungsanlagen ist bekannt und 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 beispielsweise 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 der Edelgase Krypton, Xenon und/oder Argon, vorgesehen sein.
  • Die Rektifikationssäulen der genannten Rektifikationssäulensysteme werden auf unterschiedlichen Druckniveaus betrieben. Doppelsäulensysteme weisen eine sogenannte Hochdrucksäule (auch als Drucksäule, Mitteldrucksäule oder untere Säule bezeichnet) und eine sogenannte Niederdrucksäule (auch als obere Säule bezeichnet) auf. Das Druckniveau der Hochdrucksäule beträgt beispielsweise 4 bis 6 bar, vorzugsweise etwa 5 bar. Die Niederdrucksäule wird auf einem Druckniveau von beispielsweise 1,3 bis 1,7 bar, vorzugsweise etwa 1,5 bar, betrieben. Bei den hier und nachfolgend angegebenen Druckniveaus handelt es sich jeweils um Absolutdrücke, die am Kopf der jeweils genannten Säulen vorliegen.
  • Zur Luftzerlegung können sogenannte Haupt(luft)verdichter/Nachverdichter-(Main Air Compressor/Booster Air Compressor-, MAC-BAC-)Verfahren oder sogenannte Hochluftdruck-( High Air Pressure-, HAP-)Verfahren eingesetzt werden. Bei den Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren handelt es sich um die eher konventionelleren Verfahren, Hochluftdruck-Verfahren kommen zunehmend in jüngerer Zeit als Alternativen zum Einsatz.
  • Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass nur ein Teil der dem Rektifikationssäulensystem insgesamt zugeführten Einsatzluftmenge auf ein Druckniveau verdichtet wird, das wesentlich, d.h. um mindestens 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 bar, oberhalb des Druckniveaus der Hochdrucksäule liegt. Ein weiterer Teil der Einsatzluftmenge wird lediglich auf das Druckniveau der Hochdrucksäule oder ein Druckniveau, das sich um nicht mehr als 1 bis 2 bar von dem Druckniveau der Hochdrucksäule unterscheidet, verdichtet, und auf diesem niedrigeren Druckniveau in die Hochdrucksäule eingespeist. Ein Beispiel für ein Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren ist bei Häring (s.o.) in Figur 2.3A gezeigt.
  • Bei einem Hochluftdruck-Verfahren wird hingegen die gesamte dem Rektifikationssäulensystem insgesamt zugeführte Einsatzluftmenge auf ein Druckniveau verdichtet, das wesentlich, d.h. um 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 bar oberhalb des Druckniveaus der Hochdrucksäule liegt. Der Druckunterschied kann beispielsweise bis zu 14, 16, 18 oder 20 bar betragen. Hochluftdruck-Verfahren sind beispielsweise aus der EP 2 980 514 A1 und der EP 2 963 367 A1 bekannt.
  • Aus der US 5,802,873 A und der US 2006/0277944 A1 sind Verfahren bekannt, in denen die dem Rektifikationssäulensystem einer Luftzerlegungsanlage insgesamt zugeführte Einsatzluftmenge nach der Verdichtung in einem Hauptluftverdichter mittels Boostern, die von Entspannungsturbinen angetrieben werden, weiter verdichtet wird. In den Entspannungsturbinen wird ein Teil der zuvor in den Boostern verdichteten und anschließend teilabgekühlten Luft entspannt.
  • In der EP 1 055 894 A1 ist eine Luftzerlegungsanlage offenbart, bei der verflüssigtes Erdgas als Kühlmittel eingesetzt wird. Bei Castle, W.F., "Modern Liquid Pump Oxygen Plants: Equipment and Performance", AIChE Symposium Series, Bd. 89, Nr. 294, werden unter anderem Maßnahmen zur Entfernung bzw. Verhinderung der Anreicherung von Kohlenwasserstoffen in Luftzerlegungsanlagen diskutiert.
  • Die vorliegende Erfindung kommt insbesondere bei Luftzerlegungsanlagen mit sogenannter Innenverdichtung (IV, Internal Compression, IC) zum Einsatz. Hierbei wird wenigstens ein Produkt, das mittels der Luftzerlegungsanlage bereitgestellt wird, dadurch gebildet, dass dem Rektifikationssäulensystem eine tiefkalte Flüssigkeit entnommen, einer Druckerhöhung unterworfen, und durch Erwärmen in den gasförmigen oder überkritischen Zustand überführt wird. Beispielsweise kann auf diese Weise innenverdichteter gasförmiger Sauerstoff (GOX IV, GOX IC) oder Stickstoff (GAN IV, GAN IC) erzeugt werden. Die Innenverdichtung bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber einer alternativ ebenfalls möglichen externen Verdichtung und ist z.B. bei Häring (s.o.), Abschnitt 2.2.5.2, "Internal Compression", erläutert. Eine Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei der eine Innenverdichtung zum Einsatz kommt, ist beispielsweise auch in der US 2007/0209389 A1 offenbart.
  • Aufgrund von deutlich geringeren Kosten und vergleichbarer Effizienz können Hochluftdruck-Verfahren eine vorteilhafte Alternative zu den konventionelleren Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren darstellen. Dies gilt jedoch, wie nachfolgend noch im Detail erläutert, nicht in sämtlichen Fällen. Insbesondere ergibt sich, unter bestimmten Voraussetzungen, eine schlechtere energetische Effizienz. Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, zumindest in einem Teil solcher Fälle einen vorteilhaften Einsatz eines Hochluftdruck-Verfahrens zu ermöglichen.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Gewinnung eines oder mehrerer Luftprodukte und eine Luftzerlegungsanlage mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Nachfolgend werden zunächst einige Grundlagen der vorliegenden Erfindung erläutert und zur Beschreibung der Erfindung verwendete Begriffe definiert.
  • Unter einer "Einsatzluftmenge" oder kurz "Einsatzluft" wird im Rahmen dieser Anmeldung der dem Rektifikationssäulensystem einer Luftzerlegungsanlage insgesamt zugeführte und damit sämtliche dem Rektifikationssäulensystem zugeführte Luft verstanden. Wie bereits zuvor erläutert, wird eine entsprechende Einsatzluftmenge in einem Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren nur zu einem Teil auf ein Druckniveau verdichtet, das deutlich oberhalb des Druckniveaus der Hochdrucksäule liegt. Hingegen wird in einem Hochluftdruck-Verfahren die gesamte Einsatzluftmenge auf ein derartig hohes Druckniveau verdichtet. Zur Bedeutung des Begriffs "deutlich" im Zusammenhang mit Hauptverdichter/Nachverdichter- und Hochluftdruck-Verfahren sei auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
  • Unter einer "tiefkalten" Flüssigkeit wird hier ein flüssiges Medium verstanden, dessen Siedepunkt deutlich unterhalb der Umgebungstemperatur liegt, z.B. bei -50 °C oder weniger, insbesondere bei -100 °C oder weniger. Beispiele für tiefkalte Flüssigkeiten sind flüssige Luft, flüssiger Sauerstoff, flüssiger Stickstoff, flüssiges Argon oder Flüssigkeiten, die reich an den genannten Verbindungen sind.
  • Zu den in Luftzerlegungsanlagen eingesetzten Vorrichtungen bzw. Apparaten sei auf Fachliteratur wie Häring (s.o.), insbesondere Abschnitt 2.2.5.6, "Apparatus" verwiesen. Nachfolgend werden zur Verdeutlichung und klareren Abgrenzung einige Aspekte entsprechender Vorrichtungen näher erläutert.
  • In Luftzerlegungsanlagen kommen zur Verdichtung der Einsatzluftmenge mehrstufige Turboverdichter zum Einsatz, die hier als "Hauptluftverdichter" oder kurz als "Hauptverdichter" bezeichnet werden. Der mechanische Aufbau von Turboverdichtern ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt. In einem Turboverdichter erfolgt die Verdichtung des zu verdichtenden Mediums mittels Turbinenschaufeln, die auf einem Turbinenrad oder direkt auf einer Welle angeordnet sind. Ein Turboverdichter bildet dabei eine bauliche Einheit, die jedoch bei einem mehrstufigen Turboverdichter mehrere Verdichterstufen aufweisen kann. Eine Verdichterstufe umfasst dabei in der Regel ein Turbinenrad oder eine entsprechende Anordnung von Turbinenschaufeln. Alle dieser Verdichterstufen können von einer gemeinsamen Welle angetrieben werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Verdichterstufen gruppenweise mit unterschiedlichen Wellen anzutreiben, wobei die Wellen auch über Getriebe miteinander verbunden sein können.
  • Der Hauptluftverdichter zeichnet sich ferner dadurch aus, dass durch diesen die gesamte in das Destillationssäulensystem eingespeiste und zur Herstellung von Luftprodukten verwendete Luftmenge, also die gesamte Einsatzluft, verdichtet wird. Entsprechend kann auch ein "Nachverdichter" vorgesehen sein, in dem aber nur ein Teil der im Hauptluftverdichter verdichteten Luftmenge auf einen nochmals höheren Druck gebracht wird. Auch dieser kann Turboverdichter ausgebildet sein. Zur Verdichtung von Teilluftmengen sind typischerweise weitere Turboverdichter vorgesehen, die auch als Booster bezeichnet werden, im Vergleich zu dem Hauptluftverdichter oder dem Nachverdichter jedoch nur eine Verdichtung in relativ geringem Umfang vornehmen. Auch in einem Hochluftdruck-Verfahren kann ein Nachverdichter vorhanden sein, dieser verdichtet jedoch eine Teilmenge der Luft dann ausgehend von einem entsprechend höheren Druckniveau.
  • An mehreren Stellen in Luftzerlegungsanlagen kann ferner Luft entspannt werden, wozu unter anderem Entspannungsmaschinen in Form von Turboexpandern, hier auch als "Entspannungsturbinen" bezeichnet, zum Einsatz kommen können. Turboexpander können auch mit Turboverdichtern gekoppelt sein und diese antreiben. Werden ein oder mehrere Turboverdichter ohne extern zugeführte Energie, d.h. nur über einen oder mehrere Turboexpander, angetrieben, wird für eine derartige Anordnung auch der Begriff "Turbinenbooster" verwendet. In einem Turbinenbooster sind der Turboexpander (die Entspannungsturbine) und der Turboverdichter (der Booster) mechanisch gekoppelt, wobei die Kopplung drehzahlgleich (beispielsweise über eine gemeinsame Welle) oder drehzahlunterschiedlich (beispielsweise über ein zwischengeschaltetes Getriebe) erfolgen kann.
  • In typischen Luftzerlegungsanlagen sind zur Kälteerzeugung und Verflüssigung von Stoffströmen an unterschiedlichen Stellen entsprechende Entspannungsturbinen vorhanden. Hierbei handelt es sich insbesondere um sogenannte Joule-Thomson-Turbinen, Claude-Turbinen und Lachmann-Turbinen. Zur Funktion und zum Zweck entsprechender Turbinen wird ergänzend zu den nachfolgenden Erläuterungen auf die Fachliteratur, beispielsweise F.G. Kerry, Industrial Gas Handbook: Gas Separation and Purification, CRC Press, 2006, insbesondere die Abschnitte 2.4, "Contemporary Liquefaction Cycles", 2.6, "Theoretical Analysis of the Claude Cycle" und 3.8.1, "The Lachmann Principle", verwiesen.
  • In einer Joule-Thomson-Turbine wird in einer Luftzerlegungsanlage ein Hochdruck-Luftstrom entspannt. Dieser Strom ist zum Verdampfen und Anwärmen von innenverdichteten Produkten notwendig. In den meisten Fällen wird diese Druckluft vor der Entspannung spürbar unterkühlt bzw. relativ tief im überkritischen Zustand abgekühlt und nach Entspannung in die Hochdrucksäule eines Doppelsäulensystems geleitet. Die Joule-Thomson-Turbine übernimmt damit die Rolle eines Entspannungsventils, mittels dessen in herkömmlichen Anlagen ein sogenannter Drosselstrom in die Hochdrucksäule entspannt wird. Sie kann auch als Flüssigturbine ausgebildet sein, wie nachfolgend noch näher erläutert.
  • Mittels einer Claude-Turbine wird im Fall eines Doppelsäulensystems abgekühlte Druckluft von einem höheren Druckniveau auf das Druckniveau der Hochdrucksäule entspannt und in diese eingespeist. Mittels einer Lachmann-Turbine wird abgekühlte Druckluft hingegen auf das Druckniveau der Niederdrucksäule entspannt und in diese eingespeist. Eine Claude-Turbine wird auch als Mitteldruckturbine und eine Lachmann-Turbine auch als Niederdruckturbine bezeichnet. Den Claude- und Lachmann-Turbinen wird die Druckluft auf höheren Temperaturniveaus zugeführt als Joule-Thomson-Turbinen, so dass sich bei der Entspannung keine (nennenswerte) Verflüssigung einstellt. Die beiden Turbinen werden im Zusammenhang mit Luftzerlegungsanlagen auch als "Gasturbinen" bezeichnet.
  • Typischerweise werden in zur Innenverdichtung eingerichteten Luftzerlegungsanlagen eine Joule-Thomson-Turbine zusammen mit entweder einer Claude-Turbine oder einer Lachmann-Turbine eingesetzt. Es kann auch unter Verzicht auf eine Joule-Thomson-Turbine lediglich eine Claude- oder eine Lachmann-Turbine eingesetzt werden. In allen Fällen dient die Verwendung entsprechender Turbinen zur Kompensation von Exergieverlusten und Wärmelecks.
  • Insbesondere Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren profitieren vom Einsatz einer Joule-Thomson-Turbine (statt des herkömmlichen Entspannungsventils), der der Drosselstrom im flüssigen Zustand bei überkritischem Druck zugeführt und in weiterhin flüssigem Zustand bei unterkritischem Druck entnommen wird. Eine derartige Turbine wird auch als Flüssigturbine bezeichnet (engl. Dense Liquid Expander bzw. Dense Fluid Expander, DLE). Die energetischen Vorteile eines derartigen Dichtfluidexpanders sind ebenfalls in der eingangs zitierten Fachliteratur, beispielsweise Abschnitt 2.2.5.6, "Apparatus", Seite 48 und 49, beschrieben.
  • Flüssige, gasförmige oder auch im überkritischen Zustand vorliegende Fluide können im hier verwendeten Sprachgebrauch reich oder arm an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei "reich" für einen Gehalt von wenigstens 75%, 90%, 95%, 99%, 99,5%, 99,9% oder 99,99% und "arm" für einen Gehalt von höchstens 25%, 10%, 5%, 1%, 0,1% oder 0,01% auf Mol-, Gewichts- oder Volumenbasis stehen kann. Der Begriff "überwiegend" kann der soeben getroffenen Definition von "reich" entsprechen, bezeichnet jedoch insbesondere einen Gehalt von mehr als 90%. Ist hier beispielsweise von "Stickstoff" die Rede, kann es sich um ein Reingas, aber auch ein an Stickstoff reiches Gas handeln.
  • Nachfolgend werden zur Charakterisierung von Drücken und Temperaturen die Begriffe "Druckniveau" und "Temperaturniveau" verwendet, wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass Drücke und Temperaturen nicht in Form exakter Druck- bzw. Temperaturwerte verwendet werden müssen, um ein erfinderisches Konzept zu verwirklichen. Jedoch bewegen sich derartige Drücke und Temperaturen typischerweise in bestimmten Bereichen, die beispielsweise ± 1%, 5% oder 10% um einen Mittelwert liegen. Unterschiedliche Druckniveaus und Temperaturniveaus können dabei in disjunkten Bereichen liegen oder in Bereichen, die einander überlappen. Insbesondere schließen beispielsweise Druckniveaus unvermeidliche oder zu erwartende Druckverluste, beispielsweise aufgrund von Abkühlungseffekten, ein. Entsprechendes gilt für Temperaturniveaus. Bei hier in bar angegebenen Druckniveaus handelt es sich um Absolutdrücke.
    • Vorteile der Erfindung
  • Bei Luftzerlegungsverfahren bzw. in entsprechenden Anlagen, mittels derer allenfalls geringe Mengen an flüssigen Luftprodukten bereitgestellt werden sollen, und in denen bestimmte Innenverdichtungsdrücke erforderlich sind, stellt ein Hochluftdruck-Verfahren mit einem sogenannten warmen Booster und optional einem sogenannten kalten Booster, die beide jeweils über eine Entspannungsturbine mit Teilmengen der Einsatzluft angetrieben werden, eine kostengünstige Alternative zu Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren dar.
  • Unter einem "warmen" Booster wird dabei ein Booster verstanden, dem Luft typischerweise auf einem deutlich über 0 °C liegenden Temperaturniveau, beispielsweise bei Umgebungs- oder Kühlwassertemperatur oder aufgrund von Verdichtungswärme auch darüber, zugeführt wird. Hingegen wird einem "kalten" Booster Luft auf einem typischerweise unter -50 °C liegenden Temperaturniveau, das insbesondere durch Abkühlung der Luft im Hauptwärmetauscher der Luftzerlegungsanlage erreicht werden kann, zugeführt. Spezifische Temperaturniveaus werden unten erläutert. Auch die einem warmen Booster zugeführte Luft kann grundsätzlich, allerdings nur in vergleichsweise geringem Umfang, im Hauptwärmetauscher abgekühlt werden.
  • Der maximale Druck, der durch eine Reihenschaltung eines warmen und eines kalten Boosters erreicht werden kann, ist jedoch unter Umständen nicht hoch genug, um die durch den Hauptwärmetauscher geführten warmen und kalten Fluidströme optimal abzugleichen, ohne den Druck am Hauptluftverdichter übermäßig stark anzuheben oder die Baubarkeitsgrenzen für entsprechende Turbinenbooster zu erreichen. Eine entsprechende Anhebung des Drucks am Hauptluftverdichter führt zu einem Energienachteil gegenüber einem Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren.
  • Mittels herkömmlicher Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren kann eine relativ gute Anpassung an unterschiedliche Produktkonstellationen erfolgen, da beide eingesetzten Verdichter (Hauptluftverdichter und Nachverdichter) für funktional getrennte Aufgaben "zuständig" sind. Der Hauptluftverdichter liefert im Prinzip nur die Einsatzluft für die Luftzerlegung, der Nachverdichter Energie bzw. Kälte zur Innenverdichtung und Flüssigproduktion. Durch eine geschickte Verschaltung der Turbinen und des Nachverdichters, insbesondere auch durch eine Zwischenentnahme, sowie die Verwendung zusätzlicher Drosselströme, kann eine sehr gute Energieeffizienz erreicht werden. Jedoch ist hierzu im Allgemeinen eine hohe Anzahl an Verdichterstufen notwendig, was die Investitionskosten erhöht.
  • Bei einem Hochluftdruck-Verfahren werden die genannten Aufgaben von nur einem Verdichter erfüllt. Somit muss die gesamte Einsatzluft auf einen hohen Druck verdichtet werden, um einen guten Abgleich zwischen kalten und warmen Strömen im Hauptwärmetauscher zu erzielen. Der erforderliche hohe Druck muss durch den oder die Turbinenbooster und den Hauptluftverdichterdruck bereitgestellt werden. In einigen Fällen, vor allem bei Produktkonstellationen mit keiner oder sehr geringen Mengen an Flüssigkeit, ist ein effizienter Abgleich, wie bereits erwähnt, nur schwierig zu realisieren, ohne die Baubarkeit der Turbinenbooster zu gefährden oder, wie erwähnt, den Hauptluftverdichterdruck sehr stark anzuheben.
  • Es sind Hochluftdruck-Verfahren bekannt, bei denen vorgesehen ist, unter Verwendung eines kalten Boosters, dem ein warmer Booster vorgeschaltet ist, einen Hochdruck-Drosselstrom zu erzeugen. Auf diese Weise kann die Baubarkeit des Turbinenboosters deutlich verbessert und der Druck am Hauptluftverdichter abgesenkt werden. Da der warme Booster meist eine vergleichsweise große Luftmenge verdichten muss bzw. die Mengenverhältnisse zwischen den die Booster antreibenden Entspannungsturbinen und den Boostern derart eingestellt werden müssen, dass die entsprechenden Maschinen baubar sind, beträgt das Stufendruckverhältnis, also das Druckverhältnis zwischen saug- und druckseitigem Druck an dem Booster, in den herkömmlichen Verfahren typischerweise weniger als ca. 1,4. Bei einem Kaltbooster lässt sich ein Stufendruckverhältnis von bis zu 2 erreichen. Dennoch erweist sich die Energieeffizienz in einem derartigen Verfahren gegenüber einem Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren als nicht gleichwertig. Beispielsweise aus der US 2013/0255313 A1 ist auch ein Verfahren mit zwei in Reihe geschalteten kalten Boostern bekannt. Auch ein derartiges Verfahren ist jedoch nicht in allen Fällen vorteilhaft.
  • Für eine fiktive Produktkonstellation (13.000 Nm3/h innenverdichteter gasförmiger Sauerstoff bei 15 bar), kann mit einer konventionellen Hochluftdruck-Verschaltung mit kaltem Booster nur eine um ca. 10% schlechtere Energieausbeute als mit einem Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren (mit selbstgeboosterter Lachmann-Turbine, also einer Lachmann-Turbine, der ein Luftstrom zugeführt wird, welcher zuvor durch einen Booster, der mit der Lachmann-Turbine gekoppelt ist, verdichtet wurde) erzielt werden. Vor allem im Bereich sogenannter Package-Luftzerlegungsanlagen (kompakte bauliche Einheiten mit einer Produktionsmenge bis ca. 23.000 Nm3/h gasförmigem Sauerstoff) werden immer häufiger solche mit reiner Gasproduktion auf einem Druckniveau von ca. 30 bar gefordert.
  • Bei dem vorstehenden Vergleich wurde von der Annahme ausgegangen, dass keine Flüssigturbine zum Einsatz kommt. Wird eine Flüssigturbine eingesetzt, kann insbesondere bei Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren eine weitere Energieeffizienzsteigerung erzielt werden. Da die Leistung einer Flüssigturbine im Allgemeinen stark vom Druck abhängt, ist ihr Einsatz im Allgemeinen bei herkömmlichen Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren wegen der dort erreichbaren höheren Drücke immer deutlich vorteilhafter als bei bekannten Hochluftdruck-Verfahren. Daher ist davon auszugehen, dass sich die genannten Unterschiede in diesem Fall nochmals zuungunsten der Hochluftdruck-Verfahren erhöhen werden. Allerdings erhöhen sich durch den Einsatz einer Flüssigturbine die Investitionskosten, was insbesondere bei Kleinanlagen von Nachteil ist.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht durch die nachfolgend erläuterten Maßnahmen eine deutliche Verbesserung der Leistung bzw. der Energieeffizienz eines Hochluftdruck-Verfahrens (im Vergleich zu einem Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren), das durch die Baubarkeit der jeweiligen Turbinen/Booster-Verschaltung in der erläuterten Weise eingeschränkt ist. Dies gilt insbesondere für den zuvor erläuterten Fall, dass keine oder nur vergleichsweise geringe Mengen an flüssigen Luftprodukten bereitgestellt werden sollen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bleibt dabei insbesondere der Hauptvorteil eines Hochluftdruck-Verfahrens (geringere Investitionskosten gegenüber einem Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren) erhalten, ohne die energetische Effizienz zu verschlechtern.
  • Die vorliegende Erfindung löst die erläuterten Probleme dadurch, dass die Erzeugung eines Hochdruck-Prozessluftstroms, der insbesondere zur Verdampfung der zur Bereitstellung von Innenverdichtungsprodukten verwendeten Fluidströme erforderlich ist, mittels der verwendeten Turbinenbooster in einer Weise bereitgestellt wird, die es ermöglicht, die jeweiligen Stufendruckverhältnisse an diesen Turbinenboostern in vorteilhafter Weise zu erhöhen. Hierzu wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung eines oder mehrerer Luftprodukte unter Verwendung einer Luftzerlegungsanlage mit einem ersten Booster, einem zweiten Booster, einer ersten Entspannungsmaschine und einem Rektifikationssäulensystem vorgeschlagen, das eine Hochdrucksäule, die auf einem ersten Druckniveau betrieben wird, und eine Niederdrucksäule, die auf einem zweiten Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus betrieben wird, aufweist. Zu dem ersten und zweiten Druckniveau, die insbesondere für Hoch- und Niederdrucksäulen von Luftzerlegungsanlagen üblichen Druckniveaus entsprechen können, sei auf die eingangs getroffenen Erläuterungen und die Angaben unten ausdrücklich verwiesen.
  • In dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren wird die gesamte, dem Rektifikationssäulensystem zugeführte Luft zunächst als Einsatzluftmenge, insbesondere in einem Hauptluftverdichter der Luftzerlegungsanlage, auf ein drittes Druckniveau verdichtet wird, das mindestens 3 bar oberhalb des ersten Druckniveaus liegt. Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren handelt es sich also um ein typisches Hochluftdruck-Verfahren. Das dritte Druckniveau kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere in einem Bereich von 10 bis 20 bar, beispielsweise in einem Bereich von 11 bis 14 bar, liegen.
  • Ein erster Anteil der Einsatzluftmenge wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf dem dritten Druckniveau und einem Temperaturniveau von -140 bis -70 °C, insbesondere von -135 bis -110 °C, einem Booster zugeführt, der damit einen kalten Booster im zuvor erläuterten Sinn darstellt. Dieser Booster wird nachfolgend als "erster" Booster bezeichnet. Der erste Anteil der Einsatzluftmenge wird unter Verwendung des ersten Boosters auf ein Druckniveau weiter verdichtet, das hier als "viertes" Druckniveau bezeichnet wird. Zur Abkühlung des ersten Anteils der Einsatzluftmenge und für alle nachfolgend erläuterten weiteren Abkühlungs- und Erwärmungsvorgänge, soweit diese sich nicht durch die Entspannung oder Verdichtung selbst ergeben, wird jeweils insbesondere der Hauptwärmetauscher der Luftzerlegungsanlage verwendet.
  • Ein zweiter Anteil der Einsatzluftmenge oder eine Teilmenge der ersten Einsatzluftmenge, die unter Verwendung des ersten Boosters auf das vierte Druckniveau verdichtet wurde, wird auf dem dritten Druckniveau einer ersten Entspannungsturbine zugeführt, unter Verwendung derer der erste Booster angetrieben wird, und insbesondere in der vorstehend erläuterten Weise hiermit gekoppelt sein kann. Der zweite Anteil der Einsatzluftmenge oder die Teilmenge der ersten Einsatzluftmenge, die unter Verwendung des ersten Boosters auf das vierte Druckniveau verdichtet wurde, wird unter Verwendung dieser ersten Entspannungsturbine auf das erste Druckniveau entspannt, also auf das Druckniveau, auf dem die Hochdrucksäule betrieben wird. Die erste Entspannungsturbine stellt eine typische Claude-Turbine dar.
  • Eine Teilmenge des ersten Anteils der Einsatzluftmenge, die in dem ersten (kalten) Booster verdichtet wurde, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung anschließend in einem Hauptwärmetauscher der Luftzerlegungsanlage angewärmt und einem warmen Booster zugeführt, welcher nachfolgend als "zweiter" Booster bezeichnet wird. Die erwähnte Teilmenge des zweiten Anteils der Einsatzluftmenge wird mittels diesen zweiten Boosters auf ein nochmals höheres Druckniveau verdichtet, das nachfolgend als "fünftes" Druckniveau bezeichnet wird.
  • Erfindungsgemäß wird der erste Anteil der Einsatzluftmenge dem ersten Booster auf einem Temperaturniveau von -120 bis -60 °C entnommen und die Teilmenge der ersten Einsatzluftmenge, die unter Verwendung des zweiten Boosters auf das fünfte Druckniveau verdichtet wird, wird vor ihrer Verdichtung in dem zweiten Booster auf ein Temperaturniveau von -20 bis 40 °C, insbesondere von 20 bis 30 °C, erwärmt. Die mit diesen vorgeschlagenen Maßnahmen bestehen insbesondere in einem höheren erzielbaren Stufendruckverhältnis, wie an anderer Stelle näher erläutert.
  • Ferner kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung weitere Luft, bei der es sich, wie auch nachfolgend noch erläutert, insbesondere um einen weiteren Anteil von Einsatzluft auf dem dritten Druckniveau oder um eine weitere Teilmenge des zweiten Anteils der Einsatzluftmenge, die in dem ersten (kalten) Booster verdichtet wurde, handeln kann, in einer Entspannungsturbine entspannt, die nachfolgend als "zweite" Entspannungsturbine bezeichnet wird. Unter Verwendung der zweiten Entspannungsturbine wird die genannte weitere Luft auf das zweite Druckniveau, also das Druckniveau, auf dem die Niederdrucksäule des in dem Verfahren eingesetzten Destillationssäulensystems betrieben wird, entspannt. Es handelt sich hierbei also um eine typische Lachmann-Turbine. Die zweite Entspannungsturbine treibt den zweiten Booster an und ist insbesondere in der zuvor erläuterten Weise mit dieser gekoppelt.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der erste (kalte) Booster insbesondere ein Stufendruckverhältnis von 1,5 bis 2,2, beispielsweise ca. 1,9, bereitstellen. Ferner kann hierbei aufgrund der vergleichsweise geringe Menge von Luft, die durch den zweiten (warmen) Booster geführt wird, mit einer ebenfalls geringen Menge an Luft, die mittels der zweiten Entspannungsturbine entspannt wird (jedoch mit einer Entspannung von dem hohen dritten Druckniveau von beispielsweise ca. 12 bar auf ein vergleichsweise geringes zweites Druckniveau von beispielsweise ca. 1,4 bar und damit verbundener erhöhter Kälteproduktion) ein Stufendruckverhältnis von 1,4 bis 2,1, beispielsweise ca. 1,8 eingestellt werden.
  • Die zu erzielende Kälteleistung der beiden Entspannungsturbinen kann dabei optimal eingestellt werden, da das Verhältnis der Ströme durch die Entspannungsturbinen gegenüber jenen durch die Booster gut variiert werden kann (bezüglich der spezifischen Drehzahlen von Entspannungsturbine zu Booster). Die Leistung der zweiten Entspannungsturbine (Lachmann-Turbine) kann vollständig als Kälte dem Prozess zugeführt werden, da mittels dieser ein warmer Booster angetrieben wird (im Falle eines kalten Boosters wäre dies nicht möglich, da die Kälte wieder als Wärme des kalten Boosters dem Prozess zugeführt wird).
  • Durch den Einsatz der zweiten Entspannungsturbine, die einer Lachmann-Turbine entspricht, kann das Einblaseäquivalent erhöht werden und somit die Effizienz des Verfahrens insgesamt gesteigert werden. Durch die verbesserten Stufendruckverhältnisse kann das dritte Druckniveau im Gegensatz zu konventionellen Varianten um ca. 1 bis 3 bar abgesenkt werden, was bei der untersuchten Produktkonstellation ca. 3% Energie einspart. Die Absenkung ist möglich, da die erhöhten Stufendruckverhältnisse eine stärkere Verdichtung eines entsprechenden Luftanteils ermöglichen. Die Investitionskosten sind sehr ähnlich, da die Anzahl der verwendeten Apparate nicht erhöht wird. Durch die Anwärmung des durch den ersten Booster verdichteten Stoffstroms vor der weiteren Verdichtung in dem zweiten Booster wird das Hauptwärmetauschervolumen erhöht (ca. um 10 bis 25 %). Durch das geringer ausfallende dritte Druckniveau kann unter Umständen eine Verdichterstufe am Hauptluftverdichter eingespart werden.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht insgesamt eine Verbesserung der Effizienz von Hochluftdruck-Verschaltungen in Bezug auf den Energieverbrauch, ohne einen Verlust der Kostenvorteile gegenüber Hauptverdichter/Nachverdichter-Verschaltungen oder konventionellen Hochluftdruck-Verschaltungen in Kauf nehmen zu müssen. Der potentielle Energieverbrauch ist, im zuvor betrachteten Fall, um bis zu 5% geringer als in einem konventionellen Hochluftdruck-Verfahren mit Kaltbooster. Des Weiteren kann durch die Absenkung des Druckes am Hauptluftverdichter eine Verdichterstufe am Hauptluftverdichter gespart werden, wodurch die Investitionskosten verringert werden. im Vergleich zu einem Hochluftdruck-Verfahren mit zwei Kaltboostern und einem Warmbooster, wird eine Turbineneinheit eingespart, was die Verfügbarkeit der Anlage erhöht. Daher stellt in dem erfindungsgemäßen Verfahren der erste Booster vorteilhafterweise den einzigen Booster dar, der in der Anlage mit Fluid auf einem
  • Temperaturniveau unterhalb von -70 °C und bis zu -140 °C gespeist wird.
  • In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann, wie bereits erwähnt, die weitere Luft, die auf dem dritten oder auf dem vierten Druckniveau einer zweiten Entspannungsturbine, die den zweiten Booster antreibt, zugeführt und damit auf das zweite Druckniveau entspannt wird, durch eine weitere Teilmenge der ersten Einsatzluftmenge, die in dem ersten Booster auf das vierte Druckniveau verdichtet wurde, oder durch einen dritten Anteil der Einsatzluftmenge auf dem dritten Druckniveau gebildet werden. In ersterem Fall kann, in dem Beispiel, eine weitere Einsparung von ca. 2% Energie erzielt werden. Insgesamt ergibt sich dadurch eine Einsparung von ca. 5% Energie.
  • Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt das erste Druckniveau insbesondere bei 5 bis 7 bar, das zweite Druckniveau insbesondere bei 1,3 bis 1,9 bar, das dritte Druckniveau insbesondere bei 11 bis 15 bar, das vierte Druckniveau insbesondere bei 18 bis 25 bar und das fünfte Druckniveau insbesondere bei 30 bis 40 bar. Wie erwähnt, kann durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung insbesondere das dritte Druckniveau gegenüber bekannten Verfahren abgesenkt werden.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der zweite Anteil der Einsatzluftmenge der ersten Entspannungsturbine insbesondere auf einem Temperaturniveau von -160 bis -130 °C zugeführt werden. Entsprechendes gilt auch, wenn eine Teilmenge der ersten Einsatzluftmenge, die unter Verwendung des ersten Boosters auf das vierte Druckniveau verdichtet wurde, dieser ersten Entspannungsturbine zugeführt wird. Dabei können der erste und der zweite Anteil der Einsatzluftmenge auch gemeinsam einem Hauptwärmetauscher der Luftzerlegungsanlage zugeführt und auf den jeweiligen unterschiedlichen Temperaturniveaus entnommen werden. Es ist jedoch auch eine vollständig getrennte Führung des ersten und zweiten Anteils der Einsatzluftmenge durch den Hauptwärmetauscher möglich.
  • Die weitere Luft, die der zweiten Entspannungsturbine, die den zweiten Booster antreibt, zugeführt wird, kann insbesondere auf ein Temperaturniveau von -90 bis -10 °C, insbesondere von -60 bis -30°C, gebracht werden, bevor diese der zweiten Entspannungsturbine zugeführt wird. Handelt es sich hierbei um die erwähnte weitere Teilmenge der ersten Einsatzluftmenge, die in dem ersten Booster auf das vierte Druckniveau verdichtet wurde, und die in kälterem Zustand vorliegt, wird diese weitere Luft entsprechend erwärmt. Handelt es sich hingegen um den erwähnten dritten Anteil der Einsatzluftmenge auf dem dritten Druckniveau, der naturgemäß auf einem höheren Druckniveau vorliegt, erfolgt eine entsprechende Abkühlung.
  • Die Luft, welche unter Verwendung der zweiten Entspannungsturbine entspannt wurde, kann dem Hauptwärmetauscher zugeführt und auf ein Temperaturniveau von -180 bis -140°C, insbesondere -170 bis -150 °C abgekühlt werden, bevor diese der Niederdrucksäule auf dem zweiten Druckniveau zugeführt wird.
  • Ferner kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine weitere Teilmenge der ersten Einsatzluftmenge, die in dem ersten Booster auf das vierte Druckniveau verdichtet wurde, auf ein Temperaturniveau von -175 bis -155 °C abgekühlt und danach teilweise oder vollständig in die Hochdrucksäule eingespeist werden.
  • Der zweite Anteil der Einsatzluftmenge, der in der ersten Entspannungsturbine auf das erste Druckniveau entspannt wurde, wird durch die Entspannung insbesondere teilweise verflüssigt, wobei nach einer Phasentrennung ein nicht verflüssigter Anteil hiervon teilweise oder vollständig in die Hochdrucksäule und ein nicht verflüssigter Anteil teilweise oder vollständig in die Niederdrucksäule eingespeist werden kann.
  • In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Teilmenge der Einsatzluftmenge, die in dem zweiten Booster auf das fünfte Druckniveau verdichtet wurde, danach auf ein Temperaturniveau von -175 bis -155 °C abgekühlt und in die Hochdrucksäule eingespeist wird.
  • Die weitere Luft, die in der zweiten Entspannungsturbine auf das zweite Druckniveau entspannt wurde, und die wie zuvor erläutert bereitgestellt werden kann, kann nach dieser Entspannung insbesondere in die Niederdrucksäule eingespeist werden, wie insoweit bezüglich Lachmann-Turbinen bekannt.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die erste Entspannungsturbine ferner mit einer Bremseinrichtung gekoppelt sein, so dass in dieser größere Luftmengen entspannt werden können, als dies bei einer reinen Kopplung mit dem ersten Booster möglich wäre. Auf diese Weise kann zusätzliche Kälte generiert werden.
  • In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird oder werden vorteilhafterweise aus dem Destillationssäulensystem ein oder mehrere flüssige Stoffströme entnommen, in flüssigem Zustand druckerhöht, hiernach verdampft oder in überkritischen Zustand überführt und aus der Luftzerlegungsanlage als in oder mehrere Druckprodukte ausgeleitet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird also insbesondere eine Innenverdichtung vorgenommen. Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für Innenverdichtungsverfahren, in denen Drücke von weniger als 25 bar, bezüglich der jeweils erzeugten Druckprodukte, eingesetzt werden.
  • Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auch auf eine Luftzerlegungsanlage zur Gewinnung eines oder mehrerer Luftprodukte, zu deren Merkmalen auf den entsprechenden unabhängigen Patentanspruch verwiesen wird.
  • Zu Merkmalen und Vorteilen der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Luftzerlegungsanlage sei auf die obigen Erläuterungen bezüglich des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens ausdrücklich verwiesen. Entsprechendes gilt auch für eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die zur Durchführung eines Verfahrens eingerichtet ist, wie es zuvor ausführlich erläutert wurde, und hierzu entsprechende Mittel aufweist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, die bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • Figur 1 zeigt eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.
    • Figur 2 zeigt eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in schematischer Teildarstellung.
    • Figur 3 zeigt eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in schematischer Teildarstellung.
    • Figur 4 zeigt eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in schematischer Teildarstellung.
    • Figur 5 zeigt eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in schematischer Teildarstellung.
  • In den Figuren sind einander entsprechende Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert.
    • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • In Figur 1 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in stark vereinfachter, schematischer Darstellung gezeigt und insgesamt mit 100 bezeichnet. Für eine ausführlichere Erläuterung in der Figur 1 nicht gezeigter Anlagenteile wird beispielsweise auf Fachliteratur wie Häring (s.o.) verwiesen.
  • In der Luftzerlegungsanlage 100 wird über hier nicht einzeln veranschaulichte Einrichtungen in einem sogenannten warmen Teil 20 ein verdichteter, gereinigter und vorgekühlter Einsatzluftstrom a bereitgestellt. Beispielsweise kann in dem warmen Teil 20 zur Bereitstellung des Einsatzluftstroms a über ein Filter atmosphärische Luft mittels eines Hauptluftverdichters, der insbesondere mehrstufig ausgebildet sein kann, und dem ein oder mehrere Nachkühler nachgeschaltet sein können, angesaugt und auf ein Druckniveau verdichtet werden, das hier als "drittes" Druckniveau bezeichnet wird. Die Luft kann anschließend gekühlt werden und insbesondere mittels Adsorbern aufgereinigt werden.
  • Das in der Luftzerlegungsanlage 100 durchgeführte Luftzerlegungsverfahren ist ein oben erläutertes Hochluftdruck-Verfahren, so dass das dritte Druckniveau zumindest 3 bar oberhalb eines Druckniveaus liegt, auf dem eine Hochdrucksäule 11 eines Rektifikationssäulensystems 10 betrieben wird, und das hier als "erstes" Druckniveau bezeichnet wird. Das Rektifikationssäulensystem 10 weist ferner eine Niederdrucksäule 12 auf, die auf einem Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus betrieben wird, und das hier als "zweites" Druckniveau bezeichnet wird.
  • Das Rektifikationssäulensystem 10 weist außerdem eine Rohargonsäule 13 und eine Reinargonsäule 14 auf, die hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher erläutert werden. Wiederum wird auf Fachliteratur, insbesondere Figur 2.3A bei Häring (s.o.) und dort ferner auf Seite 26 ff., "Rectification in the Low-pressure, Crude and Pure Argon Column", sowie Seite 29 ff., "Cryogenic Production of Pure Argon", verwiesen.
  • Die gesamte, dem Rektifikationssäulensystem 10 zugeführte Luftmenge, die auf das dritte Druckniveau verdichtet wird, wird hier als "Einsatzluftmenge" bezeichnet. Diese Einsatzluftmenge wird im dargestellten Beispiel stromauf und innerhalb eines Hauptwärmetauschers 3 der Luftzerlegungsanlage 100 in insgesamt vier Stoffströme b, c, d, e aufgeteilt, wobei die Stoffströme b und c dem Hauptwärmetauscher 3 hier zunächst in Form eines gemeinsamen Stoffstroms zugeführt werden und die eigentliche Bildung der einzelnen Stoffströme b und c erst durch die Entnahme aus dem Hauptwärmetauscher 3 auf unterschiedlichen Temperaturniveaus erfolgt.
  • Die Stoffströme b und c werden hier also gemeinsam dem Hauptwärmetauscher 3 der Luftzerlegungsanlage 100 zugeführt, diesem jedoch auf vorzugsweise unterschiedlichen Zwischentemperaturniveaus entnommen. Diese Temperaturniveaus wurden bereits zuvor erläutert. Anschließend wird der Stoffstrom b einer weiteren Verdichtung in einem kalten Booster 1 (hier als "erster" Booster bezeichnet) zugeführt, der mit einer ("ersten") Entspannungsturbine 1a gekoppelt ist. Diese weitere Verdichtung erfolgt auf ein Druckniveau, das hier als "viertes" Druckniveau bezeichnet wird. In der ersten Entspannungsturbine 1a wird der Stoffstrom c entspannt, und zwar insbesondere auf das erste Druckniveau der Hochdrucksäule 11. Er wird im dargestellten Beispiel durch die Entspannung in der Entspannungsturbine 1a teilverflüssigt und anschließend in einen Abscheider 4 eingespeist. Ein gasförmig verbleibender Anteil wird in Form eines Stoffstroms f in die Hochdrucksäule 11 eingespeist. Flüssigkeit aus dem Abscheider 4 wird in Form eines Stoffstroms g (siehe Verknüpfungspunkt A) in die Niederdrucksäule 12 entspannt.
  • Der Stoffstrom b wird auf dem vierten Druckniveau erneut dem Hauptwärmetauscher 3 zugeführt und dort zu einem ersten Anteil erwärmt und anschließend in Form eines Stoffstroms h einem warmen ("zweiten") Booster 2 zugeführt und dort weiter verdichtet, und zwar auf ein Druckniveau, das hier auch als "fünftes" Druckniveau bezeichnet wird. Ein weiterer Anteil des Stoffstroms b wird dagegen in dem Hauptwärmetauscher 3 abgekühlt und in Form eines Stoffstroms i, der mit den ebenfalls in dem Hauptwärmetauscher 3 abgekühlten Stoffströmen d und h vereinigt wird, in die Hochdrucksäule 11 eingespeist. Der Teilstrom h wird dabei, bevor er in dem Hauptwärmetauscher 3 abgekühlt wird, in einem Nachkühler 5 abgekühlt. Die Stoffströme d, h und i werden jeweils bis zum kalten Ende durch den Hauptwärmetauscher 3 geführt.
  • Der Stoffstrom e wird in dem Hauptwärmetauscher 3 bis auf ein Zwischentemperaturniveau abgekühlt und anschließend in einer ("zweiten") Entspannungsturbine 2a, die mit dem zweiten Booster 2 gekoppelt ist, entspannt. Diese Entspannung erfolgt auf das zweite Druckniveau. Der Stoffstrom e wird (siehe Verknüpfungspunkt B) in die Niederdrucksäule 12 eingespeist. Bei der zweiten Entspannungsturbine 2a handelt es sich damit um eine typische Lachmann-Turbine. Die Luftzerlegungsanlage 100 ist zur Innenverdichtung eingerichtet. Im dargestellten Beispiel wird hierzu der Hochdrucksäule 11 stickstoffreiches Kopfgas entnommen, in einem nicht gesondert bezeichneten Hauptkondensator, der die Hochdrucksäule 11 und eine Niederdrucksäule 12 wärmetauschend verbindet, verflüssigt, und in Form eines Stoffstroms k flüssig einer Innenverdichtungspumpe 6 zugeführt. Nachdem der Stoffstrom k in der Innenverdichtungspumpe 6 auf ein höheres, beispielsweise auf ein überkritisches, Druckniveau gebracht wurde, wird er in dem Hauptwärmetauscher 3 verdampft bzw. vom flüssigen in den überkritischen Zustand überführt. Ein entsprechendes stickstoffreiches Luftprodukt kann an der Anlagengrenze abgegeben werden. Ein flüssiges, sauerstoffreiches Luftprodukt kann aus dem Sumpf der Niederdrucksäule 12 in Form eines Stoffstroms I abgezogen, in einer Innenverdichtungspumpe 7 entsprechend druckerhöht, in dem Hauptwärmetauscher 3 verdampft oder in den überkritischen Zustand überführt, und schließlich als sauerstoffreiches Luftprodukt an der Anlagengrenze abgegeben werden.
  • Die weiteren, in Figur 1 gezeigten, und insbesondere durch den Hauptwärmetauscher 3 geführten Stoffströme können der zitierten Fachliteratur entnommen werden. Die Luftzerlegungsanlage 100 arbeitet insoweit fachüblich.
  • In den Figuren 2 bis 5 sind Teile von Luftzerlegungsanlagen gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung stark vereinfacht schematisch dargestellt. Es sind jeweils nur der schematisch dargestellte warme Teil 20, der Hauptwärmetauscher 3, der erste Booster 1, die erste Entspannungsturbine 1a, der zweite Booster 2, die zweite Entspannungsturbine 2a und der Nachkühler 5 veranschaulicht. Der Abscheider 4, die Hochdrucksäule 11 und die Niederdrucksäule 12 sind lediglich zur Veranschaulichung der Weiterbehandlung der wie in Figur 1 bezeichneten Stoffströme angedeutet.
  • Während die Verschaltung gemäß Figur 2 im Wesentlichen jener gemäß Figur 1 entspricht und lediglich die Stoffströme b und c bereits stromauf des Hauptwärmetauschers 1 gebildet werden, unterscheidet sich die Verschaltung gemäß Figur 3 im Wesentlichen dadurch von jener der Figur 1 und 2, dass hier der zweiten Entspannungsturbine 2a ein Teilstrom des Stoffstroms h anstelle des Stoffstroms e zugeführt wird. Dieser ist in Figur 3 mit e' bezeichnet. Der Stoffstrom e' wird vor der Entspannung in der zweiten Entspannungsturbine 2a erwärmt, wohingegen der Stoffstrom e der zuvor erläuterten Figuren entsprechend abgekühlt wird.
  • Die Verschaltung gemäß Figur 4 entspricht hinsichtlich der Behandlung des Stoffstroms e wieder Figur 2, es kann diesbezüglich aber auch eine Stromführung gemäß Figur 3 vorgesehen sein. Der in der zweiten Entspannungsturbine 2a entspannte Stoffstrom e wird hier im Hauptwärmetauscher 3 im oben erläuterten Umfang weiter abgekühlt, bevor er hier der Niederdrucksäule 12 zugeführt wird.
  • Die Verschaltung gemäß Figur 5 entspricht hinsichtlich der Behandlung des Stoffstroms e wieder Figur 3, es kann diesbezüglich aber auch eine Stromführung gemäß Figur 2 oder 4 vorgesehen sein. Abweichend zu den vorherigen Ausgestaltungen wird hier in der ersten Entspannungsturbine 1a eine Teilmenge der ersten Einsatzluftmenge, die unter Verwendung des ersten Boosters (1) auf das vierte Druckniveau verdichtet wurde, entspannt.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Gewinnung eines oder mehrerer Luftprodukte unter Verwendung einer Luftzerlegungsanlage (100) mit einem ersten Booster (1), einem zweiten Booster (2), einer ersten Entspannungsmaschine (1a) und einem Rektifikationssäulensystem (10), das eine Hochdrucksäule (11), die auf einem ersten Druckniveau betrieben wird, und eine Niederdrucksäule (12), die auf einem zweiten Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus betrieben wird, aufweist, wobei
    - die gesamte, dem Rektifikationssäulensystem (10) zugeführte Luft zunächst als Einsatzluftmenge auf ein drittes Druckniveau verdichtet wird, das mindestens 3 bar oberhalb des ersten Druckniveaus liegt,
    - ein erster Anteil der Einsatzluftmenge auf dem dritten Druckniveau und einem Temperaturniveau von -140 bis -70 °C dem ersten Booster (1) zugeführt und unter Verwendung des ersten Boosters (1) auf ein viertes Druckniveau verdichtet wird,
    - ein zweiter Anteil der Einsatzluftmenge oder eine Teilmenge der ersten Einsatzluftmenge, die unter Verwendung des ersten Boosters (1) auf das vierte Druckniveau verdichtet wurde, der ersten Entspannungsturbine (1a), unter Verwendung derer der erste Booster (1) angetrieben wird, zugeführt und unter Verwendung der ersten Entspannungsmaschine (1a) auf das erste Druckniveau entspannt wird,
    - eine Teilmenge der ersten Einsatzluftmenge, die unter Verwendung des ersten Boosters (1) auf das vierte Druckniveau verdichtet wurde, dem zweiten Booster (2) zugeführt und unter Verwendung des zweiten Boosters (2) auf ein fünftes Druckniveau verdichtet wird, und
    - der erste Anteil der Einsatzluftmenge am Austritt des ersten Boosters (1) auf einem Temperaturniveau von -120 bis -60 °C vorliegt,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Teilmenge der ersten Einsatzluftmenge, die unter Verwendung des zweiten Boosters (2) auf das fünfte Druckniveau verdichtet wird, vor ihrer Verdichtung in dem zweiten Booster (2) auf ein Temperaturniveau von -20 bis 40 °C erwärmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem weitere Luft auf dem dritten oder auf dem vierten Druckniveau einer zweiten Entspannungsturbine (2a), unter Verwendung derer der zweite Booster (2) angetrieben wird, zugeführt und unter Verwendung der zweiten Entspannungsturbine (2a) auf das zweite Druckniveau entspannt wird, wobei die weitere Luft durch eine weitere Teilmenge der ersten Einsatzluftmenge, die in dem ersten Booster (1) auf das vierte Druckniveau verdichtet wurde, oder durch einen dritten Anteil der Einsatzluftmenge auf dem dritten Druckniveau gebildet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das erste Druckniveau bei 5 bis 7 bar, das zweite Druckniveau bei 1,2 bis 1,9 bar, das dritte Druckniveau bei 11 bis 15 bar, das vierte Druckniveau bei 18 bis 25 bar und das fünfte Druckniveau bei 30 bis 40 bar Absolutdruck liegt.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der zweite Anteil der Einsatzluftmenge und/oder die der ersten Entspannungsturbine (1a) zugeführte Teilmenge der ersten Einsatzluftmenge, die unter Verwendung des ersten Boosters (1) auf das vierte Druckniveau verdichtet wurde, der ersten Entspannungsturbine (1a) auf einem Temperaturniveau von -160 bis -130 °C zugeführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die weitere Luft, die der zweiten Entspannungsturbine (2a), unter Verwendung derer der zweite Booster (2) angetrieben wird, zugeführt wird, auf ein Temperaturniveau von -90 bis -10 °C gebracht wird, bevor sie der zweiten Entspannungsturbine (2a) zugeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eine weitere Teilmenge der ersten Einsatzluftmenge, die in dem ersten Booster (1) auf das vierte Druckniveau verdichtet wurde, auf ein Temperaturniveau von -177 °C bis -160 °C abgekühlt und danach teilweise oder vollständig in die Hochdrucksäule (11) eingespeist wird.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der zweite Anteil der Einsatzluftmenge, der in der ersten Entspannungsturbine (1a) auf das erste Druckniveau entspannt wurde, durch die Entspannung teilweise verflüssigt wird, wobei nach einer Phasentrennung ein nicht verflüssigter Anteil teilweise oder vollständig in die Hochdrucksäule (11) und ein verflüssigter Anteil teilweise oder vollständig in die Niederdrucksäule (12) eingespeist wird.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Teilmenge der Einsatzluftmenge, die in dem zweiten Booster (2) auf das fünfte Druckniveau verdichtet wurde, danach auf ein Temperaturniveau von -177 °C bis -160 °C abgekühlt und in die Hochdrucksäule (11) eingespeist wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 5, bei dem die weitere Luft, die in der zweiten Entspannungsturbine (2a) auf das zweite Druckniveau entspannt wurde, in die Niederdrucksäule (12) eingespeist wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 5 oder 9, bei dem die weitere Luft, die in der zweiten Entspannungsturbine (2a) auf das zweite Druckniveau entspannt wurde, auf dem zweiten Druckniveau einem Hauptwärmetauscher (3) der Luftzerlegungsanlage (100) zugeführt und abgekühlt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die erste Entspannungsturbine (1a) mit einer Bremseinrichtung gekoppelt ist.
  12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem aus dem Destillationssäulensystem (10) ein oder mehrere flüssige Stoffströme entnommen, in flüssigem Zustand druckerhöht, hiernach verdampft oder in den überkritischen Zustand überführt und aus der Luftzerlegungsanlage (100) als Druckprodukte ausgeleitet werden.
  13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der erste Booster (1) mit einem Stufendruckverhältnis von 1,7 bis 2,2 betrieben wird und bei dem der zweite Booster (2) mit einem Stufendruckverhältnis von 1,4 bis 1,8 betrieben wird.
  14. Luftzerlegungsanlage (100) zur Gewinnung eines oder mehrerer Luftprodukte, mit einem ersten Booster (1), einem zweiten Booster (2), einer ersten Entspannungsmaschine (1a) und mit einem Rektifikationssäulensystem (10), das eine Hochdrucksäule (11), die für einen Betrieb auf einem ersten Druckniveau eingerichtet ist, und eine Niederdrucksäule (12), die für einen Betrieb auf einem zweiten Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus eingerichtet ist, aufweist, wobei die Luftzerlegungsanlage (100) dafür eingerichtet ist,
    - die gesamte, dem Rektifikationssäulensystem (10) zugeführte Luft zunächst als Einsatzluftmenge auf ein drittes Druckniveau zu verdichten, das mindestens 3 bar oberhalb des ersten Druckniveaus liegt,
    - einen ersten Anteil der Einsatzluftmenge auf dem dritten Druckniveau und einem Temperaturniveau von -140 bis -70 °C dem ersten Booster (1) zuzuführen und unter Verwendung des ersten Boosters (1) auf ein viertes Druckniveau zu verdichten,
    - einen zweiten Anteil der Einsatzluftmenge oder eine Teilmenge der ersten Einsatzluftmenge, die unter Verwendung des ersten Boosters (1) auf das vierte Druckniveau verdichtet wurde, der ersten Entspannungsturbine (1a), unter Verwendung derer der erste Booster (1) angetrieben wird, zuzuführen und unter Verwendung der ersten Entspannungsmaschine (1a) auf das erste Druckniveau zu entspannen und
    - eine Teilmenge der ersten Einsatzluftmenge, die unter Verwendung des ersten Boosters (1) auf das vierte Druckniveau verdichtet wurde, dem zweiten Booster (2) zuzuführen und unter Verwendung des zweiten Boosters (2) auf ein fünftes Druckniveau zu verdichten,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Luftzerlegungsanlage (100) dafür eingerichtet ist, die Teilmenge der ersten Einsatzluftmenge, die unter Verwendung des zweiten Boosters (2) auf das fünfte Druckniveau verdichtet wird, vor ihrer Verdichtung in dem zweiten Booster (2) auf ein Temperaturniveau von -20 bis 40 °C zu erwärmen.
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