EP4065910A1 - Process and plant for low-temperature fractionation of air - Google Patents

Process and plant for low-temperature fractionation of air

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EP4065910A1
EP4065910A1 EP20812225.9A EP20812225A EP4065910A1 EP 4065910 A1 EP4065910 A1 EP 4065910A1 EP 20812225 A EP20812225 A EP 20812225A EP 4065910 A1 EP4065910 A1 EP 4065910A1
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EP
European Patent Office
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rectification column
evaporation
condenser evaporator
condenser
evaporator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP20812225.9A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Stefan Lochner
Dimitri GOLUBEV
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Publication date
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    • F25J3/04393—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using multiple or multistage gas work expansion
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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
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/50—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/52—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being oxygen enriched compared to air ("crude oxygen")
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F25J2240/04—Multiple expansion turbines in parallel
    • 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
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    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/02—Recycle of a stream in general, e.g. a by-pass stream
    • 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
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    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/42—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream 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
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/02—Bath type boiler-condenser using thermo-siphon effect, e.g. with natural or forced circulation or pool boiling, i.e. core-in-kettle heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/20—Boiler-condenser with multiple exchanger cores in parallel or with multiple re-boiling or condensing streams
    • 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
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/02—Internal refrigeration with liquid vaporising loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/12—Particular process parameters like pressure, temperature, ratios

Definitions

  • the invention relates to a method for the low-temperature decomposition of air and a corresponding system according to the preambles of the independent claims.
  • Air separation plants have rectification column systems which can conventionally be designed, for example, as two-column systems, in particular as classic Linde double-column systems, but also as three- or multi-column systems.
  • rectification columns for obtaining nitrogen and / or oxygen in liquid and / or gaseous state, i.e. the rectification columns for nitrogen-oxygen separation
  • rectification columns can be provided for obtaining further air components, in particular the noble gases krypton, xenon and / or argon.
  • the terms “rectification” and “distillation” as well as “column” and “column” or terms composed of these are often used synonymously.
  • the rectification columns of the rectification column systems mentioned are operated at different pressure levels.
  • Known double column systems have what is known as a 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 about 5.3 bar.
  • the low-pressure column is operated at a pressure level of typically 1 to 2 bar, in particular about 1.4 bar. In certain cases, higher pressure levels can also be used in both rectification columns.
  • the pressures specified below are absolute pressures at the top of the columns specified in each case.
  • SPECTRA processes are known from the prior art for providing pressurized nitrogen as the main product. These are explained in detail below.
  • a so-called oxygen column can be used to obtain pure or high-purity oxygen, which can be operated at or above the pressure level of a typical low-pressure column. This is present in addition to the rectification column used for nitrogen production and is fed from this.
  • feed air is cooled in a main heat exchanger and introduced into a single column for nitrogen recovery.
  • a nitrogen product stream is withdrawn from the top of the single column.
  • a first residual fraction is taken from the lower or middle area of the single column, recompressed and then fed back to the single column.
  • An oxygen-containing stream is removed from the individual column at an intermediate point and fed to a pure oxygen column.
  • a pure oxygen product stream is withdrawn in the liquid state from the lower region of the pure oxygen column. The pure oxygen product stream is evaporated and warmed up against feed air in the main heat exchanger and finally obtained as a gaseous product.
  • US Pat. No. 6,279,345 B1 relates to an air separation system that can be used to produce ultra high purity nitrogen or ultra high purity oxygen, with oxygen-enriched liquid from a rectification column being evaporated in two steps using a split top condenser and vapor from the first step being compressed and returned to the rectification column.
  • the object of the present invention is to improve a SPECTRA process with corresponding oxygen production, primarily with regard to energy consumption and material yield. Disclosure of the invention
  • the present invention proposes a method for the low-temperature decomposition of air and a corresponding system with the features of the independent claims.
  • Preferred configurations are the subject matter of the subclaims and the description below.
  • Liquids and gases can be rich or poor in one or more components in the parlance used here, with “rich” for a content of at least 75%, 90%, 95%, 99%, 99.5%, 99.9% or 99.99% and “poor” can mean a content of no more than 25%, 10%, 5%, 1%, 0.1% or 0.01% on a mole, weight or volume basis.
  • the term “predominantly” can match the definition of "rich”.
  • Liquids and gases can also be enriched or depleted in one or more components, these terms referring to a content in a starting liquid or a starting gas from which the liquid or the gas was obtained.
  • the liquid or the gas is "enriched” if this or this is 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 used here, this also includes a liquid or a gas that is rich in oxygen or nitrogen, but does not have to consist exclusively of these.
  • 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 typically move in certain ranges, for example ⁇ 1%, 5% or 10% around a mean value.
  • Corresponding pressure levels and temperature levels can be in disjoint areas or in areas that overlap one another.
  • pressure levels include, for example, unavoidable or expected pressure losses.
  • the pressure levels specified here in bar are absolute pressures.
  • expansion machines are typically understood to mean known turboexpander. These expansion machines can in particular also be coupled to compressors. These compressors can in particular be turbo compressors.
  • a corresponding combination of turbo expander and turbo compressor is typically also referred to as a "turbine booster".
  • turbine booster the turbo expander and the turbo compressor are mechanically coupled, with the coupling being able to take place at the same speed (for example via a common shaft) or at different speeds (for example via a suitable step-up gear).
  • compressor is used here.
  • a “cold compressor” here denotes a compressor to which a fluid flow is fed at a temperature level well below 0 ° C, in particular below -50, -75 or -100 ° C and down to -150 or -200 ° C.
  • a corresponding fluid flow is cooled to a corresponding temperature level in particular by means of a main heat exchanger (see below).
  • a “main air compressor” is characterized by the fact that it compresses all of the air that is fed to the air separation plant and broken down there.
  • further compressors for example booster compressors
  • only a portion of this air that has already been previously compressed in the main air compressor is further compressed.
  • the "main heat exchanger" of an air separation plant represents the heat exchanger in which at least the the majority of the air supplied to the air separation plant and separated there is cooled. This takes place at least in part and possibly only in countercurrent to material flows that are discharged from the air separation plant. Material flows or "products""diverted” from an air separation plant are, in the language used here, fluids that no longer participate in the plant-internal circuits, but are permanently withdrawn from them.
  • a “heat exchanger” for use in the context of the present invention can be designed in a manner customary in the art. It is used for the indirect transfer of heat between at least two fluid flows, for example, which flow in countercurrent to each other, for example a warm compressed air flow and one or more cold fluid flows or a cryogenic liquid air product and one or more warm or warmer, but possibly also cryogenic fluid flows.
  • a heat exchanger can be formed from a single or several parallel and / or serially connected heat exchanger sections, e.g. from one or more plate heat exchanger blocks. It is, for example, a plate heat exchanger (Plate Fin Heat Exchanger).
  • Such a heat exchanger has “passages” which are designed as separate fluid channels with heat exchange surfaces and which are connected to form “groups of passages” in parallel and separated by other passages.
  • a heat exchanger is characterized by the fact that heat is exchanged between two mobile media in it at one point in time, namely at least one fluid flow to be cooled and at least one fluid flow to be heated.
  • a “condenser evaporator” is a heat exchanger in which a condensing fluid flow enters into indirect heat exchange with an evaporating fluid flow.
  • Each condenser-evaporator has a liquefaction space and an evaporation space.
  • the liquefaction and evaporation space have liquefaction and evaporation passages.
  • the condensation (liquefaction) of the condensing fluid stream is carried out in the liquefaction space, and the evaporation of the vaporizing fluid stream in the evaporation space.
  • the evaporation and liquefaction spaces are formed by groups of passages which are in a heat exchange relationship with one another.
  • the present invention comprises the low-temperature decomposition of air according to the so-called SPECTRA method, as is described, inter alia, in EP 2 789 958 A1 and the other patent literature cited therein. In the simplest embodiment, this is a single-column process. However, this is not the case within the scope of the present invention because here, in addition to an air-fed rectification column ("first" rectification column), a rectification column fed from the first rectification column and used to obtain oxygen (“second" rectification column) is used.
  • the SPECTRA process cools compressed and pre-cleaned air to a temperature suitable for rectification. This can partially liquefy it.
  • the air is rectified under the typical pressure of a high pressure column, as explained at the beginning, while obtaining the top gas which is enriched in nitrogen compared to atmospheric air and a liquid bottom liquid which is enriched in oxygen compared to atmospheric air.
  • a reflux of the first rectification column used for this purpose is provided by condensing overhead gas from the first rectification column, more precisely part of this overhead gas, in a heat exchanger.
  • a condenser evaporator (“first" condenser evaporator), fluid, which is also taken from the first rectification column, is used for cooling and is evaporated or partially evaporated in the process.
  • Additional overhead gas can be provided as a nitrogen-rich product.
  • first and second streams are used in the first condenser-evaporator, the first stream being formed using liquid that is taken from the first rectification column with a first oxygen content , and the second stream is formed using liquid which is withdrawn from the first rectification column with a second, higher oxygen content.
  • the liquid used to form the first stream can be withdrawn from the first rectification column from an intermediate tray or from a liquid retention device.
  • the liquid used to form the second stream can in particular be at least part of the liquid bottom product of the first rectification column.
  • the first and second streams are the fluid mentioned, which is used in the first condenser-evaporator for cooling and for condensing the corresponding portion of top gas of the first rectification column.
  • the first stream can be at least partially compressed by means of a cold compressor and returned to the first rectification column.
  • the second material flow can be at least partially expanded and implemented as a so-called residual gas mixture from the air separation plant.
  • one or more compressors can be used, which is or are coupled to one or more expansion machines in which the expansion of the second material flow (or a corresponding one) Partly) is made.
  • a compressor can be used here which is coupled to one of two expansion machines arranged in parallel. If only one expansion machine is used, the compressor can be coupled to it.
  • the compressor or compressors described does not have to or do not have to be driven, in particular not exclusively, by means of the one or more mentioned expansion machines. Conversely, the compressor or compressors do not have to take up all of the work released during the expansion.
  • a supporting or exclusive drive can also take place using an electric motor, or a brake can be interposed between the expansion machine (s) and the compressor (s).
  • the compressor or compressors are one or more cold compressors, since the first fluid flow is fed to this or them despite being guided through the first condenser evaporator and possibly subsequent further heating at a low temperature level.
  • second condenser evaporator in the lower region of the second rectification column, which is used to boil bottom liquid from the second rectification column.
  • This is conventionally operated with (at least) air (feed air) compressed in the main air compressor and cooled in the main heat exchanger, which is fed to the first rectification column.
  • this can also be air which is initially in gaseous form and which is liquefied in the second condenser-evaporator before it is fed into the first rectification column. It is part of the total feed air fed to the first rectification column. Further (gaseous) feed air can be fed into the first rectification column without a corresponding liquefaction.
  • This (liquefied) partial air flow is then used (after its evaporation) to generate cooling capacity or to drive the cold compressor (s) used by taking a corresponding amount of fluid as a second material flow from the first rectification column, but no longer takes part in the rectification process the first rectification column part.
  • the high driving temperature difference in the second condenser evaporator in the lower area of the second rectification column leads to additional thermodynamic losses in the process.
  • these disadvantages have a strong effect on the power consumption of the main air compressor.
  • the present invention is based on the knowledge that a method of the type explained above can be modified particularly advantageously in that instead of a feed air stream in the second condenser evaporator in the lower region of the second rectification column, fluid is used which, in the manner explained above, is part of the " first "or" second "stream was evaporated in the first condenser evaporator. In this way, the air previously used for this purpose can be saved, thereby increasing energy efficiency and yield.
  • the condensed fluid can then be treated as explained below.
  • the invention also develops particular advantages in that the condensation in the second condenser evaporator is carried out at a pressure level at which the corresponding fluid was previously evaporated in the first condenser evaporator. In this way, a renewed compression can be dispensed with and the condensed gas or the condensate formed can be brought to the required pressure by means of a pump become. In contrast to a gas compressor, the operation of a pump is significantly more reliable and its provision is significantly more cost-effective.
  • the present invention proposes, in the parlance of the patent claims, a method for the low-temperature separation of air in which an air separation plant with a first rectification column and a second rectification column is used.
  • the first rectification column is operated at a first pressure level and the second rectification column is operated at a second pressure level below the first pressure level.
  • first and second pressure levels are typical pressure levels as are also used in conventional air separation plants, in particular SPECTRA plants with oxygen production.
  • the first pressure level can in particular be 7 to 14 bar, the second pressure level in particular 1, 2 to 5 bar.
  • the second pressure level can generally also be 1 to 4 bar.
  • These are absolute pressures at the top of the respective rectification columns.
  • the first rectification column and the second rectification column can in particular be arranged next to one another and are typically not combined with one another in the form of a double column, a "double column” being understood here generally to mean a separation apparatus formed from two rectification columns, which is designed as a structural unit with column jackets of the two rectification columns are connected to one another without a line, ie directly, in particular by welding. However, this direct connection alone does not have to produce a fluidic connection.
  • the first rectification column used in the context of the present invention and the second rectification column used in the context of the present invention have already been described in detail above with reference to the SPECTRA process.
  • the second rectification column can in particular be an oxygen column.
  • the first rectification column is supplied with atmospheric air, which has been compressed and then cooled. If appropriate, appropriate air can be fed to the first rectification column in the form of several streams which are treated differently and, if necessary, previously passed through further apparatus can. In contrast, typically no air is fed to the second rectification column.
  • the second rectification column is fed from the first rectification column or the second rectification column is typically not fed any streams that were not previously removed from the first rectification column or were not formed from such streams.
  • top gas from the first rectification column is obtained as a nitrogen product and discharged from the air separation unit
  • bottom liquid from the second rectification column is obtained as an oxygen product and discharged from the air separation unit.
  • further fluids for example top gas of the second rectification column
  • Fluids that are otherwise discharged as nitrogen or oxygen products can also be discharged in certain parts within the scope of the present invention, for example as purge streams or another liquid nitrogen product after condensation of top gas from the first rectification column.
  • first and a second stream of material are subjected to evaporation separately from one another below the first pressure level.
  • the evaporation pressures in the first condenser evaporator are in particular 3.5 to 7.5 bara (bar absolute pressure, the values can represent exact or approximate values) depending on the first pressure level. Therefore, the fluid to be evaporated here, which was taken from the first rectification column, is correspondingly expanded. Further top gas of the first rectification column, which is not provided as a gaseous nitrogen product, is condensed in the first condenser-evaporator and returned as reflux to the first rectification column. A proportion of the corresponding condensate can also be discharged as the mentioned further liquid nitrogen product, in particular after being supercooled against itself.
  • the first stream evaporated in the first condenser-evaporator is in the context of the present invention using liquid that is taken from the first rectification column with a first oxygen content, and the The second stream is formed using liquid which is withdrawn from the first rectification column with a second oxygen content above the first oxygen content. Further information on such liquids has already been explained.
  • the liquid with the first, lower oxygen content is, in particular, liquid that is obtained on an intermediate tray or separating tray of the first rectification column or a corresponding liquid retention device.
  • the liquid with the second, higher oxygen content is in particular the bottom liquid of the first rectification column.
  • gas from the first stream after its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator, is partially or completely subjected to a recompression to the first pressure level and fed into the first rectification column, and gas from the second stream is after its evaporation or partial evaporation in the first Condenser evaporator subjected to relaxation and discharged from the air separation plant.
  • gas of the first material flow and “gas of the second material flow” should in particular also encompass the fact that the entire gas of the first or second material flow is used in the manner explained, if not a certain part in embodiments of the present invention is used in a different way, as explained below.
  • gas of the first stream and “gas of the second stream” is intended to denote, in other words, all or part of the corresponding gas, but does not exclude the fact that other uses may also be present within the scope of the invention.
  • the second rectification column is equipped with or at least thermally coupled to the second condenser evaporator, the second condenser evaporator being designed or provided in particular in a sump area of the second rectification column and in particular partially submerged in a liquid bath forming in the sump area.
  • the bottom liquid of the second rectification column is evaporated in the second condenser-evaporator.
  • liquid can also be cooled (subcooled) by means of which the second rectification column is fed from the first rectification column.
  • gas of the first or second stream after its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator, is subjected to condensation in the second condenser evaporator and, in particular after a corresponding pressure increase in the liquid state, at least in part to the liquid that the first rectification column with the first or the second oxygen content is withdrawn and used in the formation of the first or second stream, fed in, or instead fed into a lower region of the first rectification column.
  • gas from the first or second stream other gas from the first or second stream or the respective unaffected stream is used partially or completely in the manner explained (recompressed and returned to or returned to the first rectification column). relaxed and diverted).
  • the two alternatives of the invention are in particular that a first portion of the first material flow is subjected to recompression to the first pressure level after its evaporation in the first condenser evaporator, and that a second portion of the first material flow after it Evaporation in the first condenser evaporator Condensation in the second condenser evaporator is subjected, on the one hand, or that a first portion of the second material flow after its evaporation in the first condenser evaporator is subjected to the work-performing expansion, and that a second portion of the second material flow after its evaporation in the first condenser evaporator Is subjected to condensation in the second condenser-evaporator, on the other hand.
  • the gas of the first or second material flow which after evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator is subjected to condensation in the second condenser evaporator, is subjected to condensation in the second condenser evaporator at a pressure level at which it has previously been subjected to evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator.
  • the gas of the first or second material flow which after evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator is subjected to condensation in the second condenser evaporator, in particular using a gas line that couples the first condenser evaporator and the second condenser evaporator without a compressor, is fed into the second condenser evaporator convicted.
  • a direct coupling implemented without pressure-influencing devices can be provided here.
  • At least part of a condensate formed during condensation in the first condenser evaporator is subjected to a pressure increase in the liquid state using a pump.
  • the pressure increase in the liquid state is carried out in particular to the first pressure level.
  • At least part of the condensate formed during the condensation in the first condenser-evaporator and subjected to the pressure increase in the liquid state can be used in the above-mentioned first alternative to the liquid that is taken from the first rectification column with the first or second oxygen content and during the formation of the first or second stream is used, or, in the other alternative also mentioned, are fed into a lower region of the first rectification column.
  • gas of the first or second material flow can be subjected to condensation in the second condenser evaporator after its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator and, after a corresponding pressure increase in the liquid state, at least partially are fed into a lower region of the first rectification column.
  • a “lower region” can advantageously be a position at which the first stream of material evaporated in the first condenser-evaporator or its liquid is withdrawn from the first rectification column.
  • the pressurized nitrogen product from the first rectification column could also be used to heat the second condenser evaporator and subjected to a corresponding condensation.
  • a correspondingly contamination-free working pump would have to be used to convey the liquid formed further. Because of the expense involved, this is extremely disadvantageous compared to the solutions proposed according to the invention.
  • one or more compressors can also be provided within the scope of the present invention for the recompression of the gas of the first stream after its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator, and for the expansion of the gas in the second Material flow after its evaporation or partial evaporation in the first condenser-evaporator can be provided one or more expansion machines which is or are coupled to the one or more compressors. Further details have already been explained above for the SPECTRA method in general.
  • an overhead gas of the first rectification column and thus a nitrogen product, with a content of less than 1 ppb oxygen, carbon monoxide and / or hydrogen and a content of less than 10 ppm argon on a volume basis, can be obtained.
  • the bottom liquid of the second rectification column can have a content of less as 10 ppb argon and / or 5 ppm methane on a volume basis and otherwise consists essentially of oxygen.
  • the first rectification column can be operated in such a way that the first pressure level is 7 to 14 bar absolute pressure, in particular 8 to 12 bar, and that the second pressure level is 1, 2 to 5 bar, in particular 2 to 4 bar, absolute pressure.
  • all of the cooled compressed air to be separated in the process is fed in gaseous form into the first rectification column.
  • the present invention also extends to an air separation plant which has a first rectification column, a second rectification column, a first condenser evaporator and a second condenser evaporator and is set up to feed the first rectification column with air and operate it at a first pressure level and the second rectification column to feed from the first rectification column and operate at a second pressure level below the first pressure level.
  • the air separation plant is also set up to obtain top gas from the first rectification column as a nitrogen product and to discharge it from the air separation unit and to obtain bottom liquid from the second rectification column as an oxygen product and to discharge it from the air separation unit
  • means are provided which are set up to subject gas of the first or second stream after its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator to condensation in the second condenser evaporator and at least in part to the liquid that the first rectification column with withdrawn from the second oxygen content and used in the formation of the second stream, feed or feed into a lower region of the second rectification column.
  • one or more compressors are required and for the expansion of the gas of the second material flow after its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator one or more, with one or more Compressors mechanically coupled expansion machines provided.
  • the first condenser evaporator and the second condenser evaporator are arranged and, in particular, coupled to one another via a gas line without a compressor, that the gas of the first or second material flow that is subjected to condensation in the second condenser evaporator after evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator is condensed in the second condenser evaporator is subjected to a pressure level at which it was previously subjected to evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator.
  • Figure 1 shows an air separation plant according to an embodiment of the invention.
  • Figure 2 shows an air separation plant according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows an air separation plant according to an embodiment of the invention.
  • an air separation plant 100 is illustrated in the form of a schematic plant diagram.
  • the central component is a distillation column system with a first rectification column 11, a second rectification column 12, a first condenser evaporator 111 and a second condenser evaporator 121.
  • the first rectification column 11 is operated at a first pressure level and the second rectification column 12 is operated at a second pressure level below the first pressure level operated.
  • a main air compressor 1 of the air separation plant 100 By means of a main air compressor 1 of the air separation plant 100, air is sucked in and compressed from the atmosphere A via a filter which is not specifically designated. After cooling in an aftercooler, also not specifically designated, downstream of the main air compressor 1, the feed air flow a formed in this way is further cooled in a direct contact cooler 2 operated with water W. The feed air flow a is then subjected to cleaning in an adsorber unit 3.
  • the feed air stream a is fed into the first rectification column 11.
  • part of the feed air stream a would be fed into the first rectification column 11, while a further part would be fed through the second condenser evaporator 121, which is in a lower Area of the second rectification column 12 is arranged, and by means of the bottom liquid of the second rectification column 12 is evaporated.
  • This further part would be condensed in the second condenser-evaporator 121 and then likewise fed into the first rectification column 11. As mentioned, this is not the case in the embodiments of the invention.
  • Top gas of the first rectification column 11 is discharged from the air separation plant 300 in the form of a stream d as nitrogen product B or sealing gas C.
  • Bottom liquid from the second rectification column 12, on the other hand, is discharged as an oxygen product D in the form of a stream e.
  • it can also be fed into so-called run tanks for later evaporation to provide an internally compressed oxygen product D.
  • a first material flow g and a second material flow h below the first pressure level are subjected to evaporation.
  • Further top gas from the first rectification column 11 is condensed in the form of a stream i in the first condenser-evaporator 111 and returned as reflux to the first rectification column 11.
  • a part can also, as illustrated here in the form of a material flow k, be supercooled in a subcooler 5 and provided as liquid nitrogen F.
  • a stream I heated in the process is treated as explained in more detail below.
  • a further discharge in the form of a purge flow m or P can also be provided.
  • the first stream g is using liquid that is taken from the first rectification column 11 with a first oxygen content
  • the second stream h is using liquid (in particular bottom liquid) that the first rectification column 11 with a second oxygen content above the first oxygen content is taken, formed.
  • gas from the first stream g is subjected to a recompression to the first pressure level in a compressor 6 and fed into the first rectification column 11.
  • a part illustrated by dashed lines can also be returned for compression in the compressor 6.
  • Part of the material flow g can also be released into the atmosphere A in the form of a material flow n.
  • gas of the second stream h is subjected to a parallel further expansion in expansion machines 7 and 8, combined with top gas, which is withdrawn in the form of a stream o from the second rectification column 12, and after being heated in the Main heat exchanger 4 is used as a regeneration gas in adsorber unit 3 or released to atmosphere A and thus discharged from air separation plant 300.
  • the expansion machine 7 is coupled to the compressor 6, and the expansion machine 8 is coupled to a generator G.
  • a different number of corresponding machines or a different type of coupling can also be used in each case.
  • An (oil) brake that is not specifically designated can also be provided.
  • the second rectification column 12 is fed with a side stream p of the first rectification column 11, which is passed through the second condenser-evaporator 121 and is fed to the second rectification column in an upper region. Furthermore, gas of the second material flow h is passed through the condenser evaporator 121 after its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator 111 as a partial flow b and is subjected to a condensation. Correspondingly formed liquid, further denoted by b, is increased in pressure by means of a pump 9 and then reunited with the second stream h before its evaporation.
  • the pressure of the liquid formed in the condenser evaporator 121 by condensing gas from the second stream h in the form of the stream b is increased by means of the pump 9, but then into the first rectification column 11 in fed into a lower area.
  • a partial flow of the first material flow g can also be used accordingly, as illustrated in FIG. 3 with a material flow c.
  • the air separation plant 300 according to FIG. 3 can otherwise be designed essentially identically or in a comparable manner.
  • the liquid formed in the second condenser-evaporator 121 by condensing gas from the first material flow g is increased in pressure by means of the pump 9 and then combined again with the first material flow g before evaporation in the first condenser-evaporator 111.

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Abstract

What is proposed is a SPECTRA process for low-temperature fractionation of air, in which bottoms liquid from an additional second rectification column (12) used to obtain oxygen is evaporated in a second condenser-evaporator (121). In this second condenser-evaporator (121), gas that has been evaporated beforehand in a first condenser-evaporator (111), which is used for condensation of tops gas from a first rectification column (11), is condensed to the pressure level of the previous evaporation. The invention likewise provides a corresponding plant (100, 200, 300).

Description

Beschreibung description
Verfahren und Anlaoe zur Tieftemperaturzerleauna von Luft Procedure and reason for the low-temperature decomposition of air
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und eine entsprechende Anlage gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche. The invention relates to a method for the low-temperature decomposition of air and a corresponding system according to the preambles of the independent claims.
Stand der Technik State of the art
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,The production of air products in the liquid or gaseous state by the low-temperature decomposition of air in air separation plants is known and, for example, from H.-W. Häring (Ed.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH,
2006, insbesondere Abschnitt 2.2.5, "Cryogenic Rectification", beschrieben. 2006, especially Section 2.2.5, "Cryogenic Rectification".
Luftzerlegungsanlagen weisen Rektifikationskolonnensysteme auf, die herkömmlicherweise beispielsweise als Zweikolonnensysteme, insbesondere als klassische Linde-Doppelkolonnensysteme, aber auch als Drei- oder Mehrkolonnensysteme ausgebildet sein können. Neben den Rektifikationskolonnen zur Gewinnung von Stickstoff und/oder Sauerstoff in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand, also den Rektifikationskolonnen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, können Rektifikationskolonnen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere der Edelgase Krypton, Xenon und/oder Argon, vorgesehen sein. Häufig werden dabei die Begriffe "Rektifikation" und "Destillation" sowie "Säule" und "Kolonne" bzw. hieraus zusammengesetzte Begriffe synonym verwendet. Air separation plants have rectification column systems which can conventionally be designed, for example, as two-column systems, in particular as classic Linde double-column systems, but also as three- or multi-column systems. In addition to the rectification columns for obtaining nitrogen and / or oxygen in liquid and / or gaseous state, i.e. the rectification columns for nitrogen-oxygen separation, rectification columns can be provided for obtaining further air components, in particular the noble gases krypton, xenon and / or argon. The terms “rectification” and “distillation” as well as “column” and “column” or terms composed of these are often used synonymously.
Die Rektifikationskolonnen der genannten Rektifikationskolonnensysteme werden auf unterschiedlichen Druckniveaus betrieben. Bekannte Doppelkolonnensysteme weisen eine sogenannte Hochdruckkolonne (auch als Druckkolonne, Mitteldruckkolonne oder untere Kolonne bezeichnet) und eine sogenannte Niederdruckkolonne (auch als obere Kolonne bezeichnet) auf. Die Hochdruckkolonne wird typischerweise auf einem Druckniveau von 4 bis 7 bar, insbesondere ca. 5,3 bar, betrieben. Die Niederdruckkolonne wird auf einem Druckniveau von typischerweise 1 bis 2 bar, insbesondere ca. 1 ,4 bar, betrieben. In bestimmten Fällen können in beiden Rektifikationskolonnen auch höhere Druckniveaus eingesetzt werden. Bei den hier und nachfolgend angegebenen Drücken handelt es sich um Absolutdrücke am Kopf der jeweils angegebenen Kolonnen. The rectification columns of the rectification column systems mentioned are operated at different pressure levels. Known double column systems have what is known as a 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 about 5.3 bar. The low-pressure column is operated at a pressure level of typically 1 to 2 bar, in particular about 1.4 bar. In certain cases, higher pressure levels can also be used in both rectification columns. With the here and The pressures specified below are absolute pressures at the top of the columns specified in each case.
Zur Bereitstellung von Druckstickstoff als Hauptprodukt sind aus dem Stand der Technik sogenannte SPECTRA-Verfahren bekannt. Diese werden weiter unten noch ausführlich erläutert. In einem SPECTRA-Verfahren kann zur Gewinnung von reinem oder hochreinem Sauerstoff eine sogenannte Sauerstoffkolonne verwendet werden, die auf dem Druckniveau einer typischen Niederdruckkolonne oder darüber betrieben werden kann. Diese ist neben der zur Stickstoffgewinnung verwendeten Rektifikationskolonne vorhanden und wird aus dieser gespeist. So-called SPECTRA processes are known from the prior art for providing pressurized nitrogen as the main product. These are explained in detail below. In a SPECTRA process, a so-called oxygen column can be used to obtain pure or high-purity oxygen, which can be operated at or above the pressure level of a typical low-pressure column. This is present in addition to the rectification column used for nitrogen production and is fed from this.
Gemäß der EP 1 995 537 A2 wird dabei Einsatzluft in einem Hauptwärmetauscher abgekühlt und in eine Einzelsäule zur Stickstoffgewinnung eingeleitet. Ein Stickstoffproduktstrom wird aus dem oberen Bereich der Einzelsäule entnommen. Eine erste Restfraktion wird aus dem unteren oder mittleren Bereich der Einzelsäule entnommen, rückverdichtet und anschließend wieder der Einzelsäule zugeleitet. Ein sauerstoffhaltiger Strom wird der Einzelsäule an einer Zwischenstelle entnommen und einer Reinsauerstoffsäule zugeleitet. Ein Reinsauerstoffproduktstrom wird in flüssigem Zustand aus dem unteren Bereich der Reinsauerstoffsäule entnommen. Der Reinsauerstoffproduktstrom wird in dem Hauptwärmetauscher gegen Einsatzluft verdampft und angewärmt und schließlich als gasförmiges Produkt gewonnen. According to EP 1 995 537 A2, feed air is cooled in a main heat exchanger and introduced into a single column for nitrogen recovery. A nitrogen product stream is withdrawn from the top of the single column. A first residual fraction is taken from the lower or middle area of the single column, recompressed and then fed back to the single column. An oxygen-containing stream is removed from the individual column at an intermediate point and fed to a pure oxygen column. A pure oxygen product stream is withdrawn in the liquid state from the lower region of the pure oxygen column. The pure oxygen product stream is evaporated and warmed up against feed air in the main heat exchanger and finally obtained as a gaseous product.
Die US 6,279,345 B1 betrifft ein Luftzerlegungssystem, das zur Herstellung von ultrahochreinem Stickstoff oder ultrahochreinem Sauerstoff verwendet werden kann, wobei sauerstoffangereicherte Flüssigkeit einer Rektifikationskolonne in zwei Schritten unter Verwendung eines geteilten Kopfkondensators verdampft und Dampf aus dem ersten Schritt komprimiert und in die Rektifikationskolonne zurückgeführt wird. US Pat. No. 6,279,345 B1 relates to an air separation system that can be used to produce ultra high purity nitrogen or ultra high purity oxygen, with oxygen-enriched liquid from a rectification column being evaporated in two steps using a split top condenser and vapor from the first step being compressed and returned to the rectification column.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein SPECTRA-Verfahren mit entsprechender Sauerstoffgewinnung zu verbessern, vornehmlich hinsichtlich des Energieverbrauchs und der Stoffausbeute. Offenbarung der Erfindung The object of the present invention is to improve a SPECTRA process with corresponding oxygen production, primarily with regard to energy consumption and material yield. Disclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und eine entsprechende Anlage mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Bevorzugte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Against this background, the present invention proposes a method for the low-temperature decomposition of air and a corresponding system with the features of the independent claims. Preferred configurations are the subject matter of the subclaims and the description below.
Vor der Erläuterung der Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden einige Grundlagen der vorliegenden Erfindung näher erläutert und nachfolgend verwendete Begriffe definiert. Before explaining the features and advantages of the present invention, some principles of the present invention are explained in more detail and the terms used below are defined.
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. The devices used in an air separation plant are described in the cited specialist literature, for example in Häring (see above) in Section 2.2.5.6, "Apparatus". Insofar as the following definitions do not deviate therefrom, express reference is therefore made to the cited specialist literature for the language used in the context of the present application.
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 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 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. Liquids and gases can be rich or poor in one or more components in the parlance used here, with "rich" for a content of at least 75%, 90%, 95%, 99%, 99.5%, 99.9% or 99.99% and "poor" can mean a content of no more than 25%, 10%, 5%, 1%, 0.1% or 0.01% on a mole, weight or volume basis. The term "predominantly" can match the definition of "rich". Liquids and gases can also be enriched or depleted in one or more components, these terms referring to a content in a starting liquid or a starting gas from which the liquid or the gas was obtained.
Die Flüssigkeit oder das Gas sei "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 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% oder 10% 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. The liquid or the gas is "enriched" if this or this is 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 used here, this also includes a liquid or a gas that is rich in oxygen or nitrogen, but does not have to consist exclusively of these. The present application uses the terms "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. However, such pressures and temperatures typically move in certain ranges, for example ± 1%, 5% or 10% around a mean value. Corresponding pressure levels and temperature levels can be in disjoint areas or in areas that overlap one another. In particular, pressure levels include, for example, unavoidable or expected pressure losses. The same applies to temperature levels. The pressure levels specified here in bar are absolute pressures.
Ist hier von "Entspannungsmaschinen" die Rede, seien darunter typischerweise bekannte Turboexpander verstanden. Diese Entspannungsmaschinen können insbesondere auch mit Verdichtern gekoppelt sein. Bei diesen Verdichtern kann es sich insbesondere um Turboverdichter handeln. Eine entsprechende Kombination aus Turboexpander und Turboverdichter wird typischerweise auch als "Turbinenbooster" bezeichnet. In einem Turbinenbooster sind der Turboexpander und der Turboverdichter mechanisch gekoppelt, wobei die Kopplung drehzahlgleich (beispielsweise über eine gemeinsame Welle) oder drehzahlunterschiedlich (beispielsweise über ein geeignetes übersetzendes Getriebe) erfolgen kann. Allgemein wird hier der Begriff "Verdichter" verwendet. Ein "Kaltverdichter" bezeichnet dabei hier einen Verdichter, dem ein Fluidstrom auf einem Temperaturniveau deutlich unterhalb von 0 °C, insbesondere unterhalb von -50, -75 oder -100 °C und bis zu -150 oder -200 °C zugeführt wird. Ein entsprechender Fluidstrom wird insbesondere mittels eines Flauptwärmetauschers (siehe sogleich) auf ein entsprechendes Temperaturniveau abgekühlt. If "expansion machines" are mentioned here, they are typically understood to mean known turboexpander. These expansion machines can in particular also be coupled to compressors. These compressors can in particular be turbo compressors. A corresponding combination of turbo expander and turbo compressor is typically also referred to as a "turbine booster". In a turbine booster, the turbo expander and the turbo compressor are mechanically coupled, with the coupling being able to take place at the same speed (for example via a common shaft) or at different speeds (for example via a suitable step-up gear). In general, the term "compressor" is used here. A “cold compressor” here denotes a compressor to which a fluid flow is fed at a temperature level well below 0 ° C, in particular below -50, -75 or -100 ° C and down to -150 or -200 ° C. A corresponding fluid flow is cooled to a corresponding temperature level in particular by means of a main heat exchanger (see below).
Ein "Flauptluftverdichter" zeichnet sich dadurch aus, dass durch ihn die gesamte, der Luftzerlegungsanlage zugeführte und dort zerlegte Luft verdichtet wird. Flingegen wird in einem oder mehreren optional vorgesehenen weiteren Verdichtern, beispielsweise Nachverdichtern, nur jeweils ein Anteil dieser bereits zuvor im Flauptluftverdichter verdichteten Luft weiter verdichtet. Entsprechend stellt der "Flauptwärmetauscher" einer Luftzerlegungsanlage den Wärmetauscher dar, in dem zumindest der überwiegende Anteil der der Luftzerlegungsanlage zugeführten und dort zerlegten Luft abgekühlt wird. Dies erfolgt zumindest zum Teil und ggf. nur im Gegenstrom zu Stoffströmen, die aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet werden. Aus einer Luftzerlegungsanlage "ausgeleitete" Stoffströme oder "Produkte" sind im hier verwendeten Sprachgebrauch Fluide, die nicht mehr an anlageninternen Kreisläufen teilnehmen, sondern diesen dauerhaft entzogen werden. A "main air compressor" is characterized by the fact that it compresses all of the air that is fed to the air separation plant and broken down there. On the other hand, in one or more optionally provided further compressors, for example booster compressors, only a portion of this air that has already been previously compressed in the main air compressor is further compressed. Correspondingly, the "main heat exchanger" of an air separation plant represents the heat exchanger in which at least the the majority of the air supplied to the air separation plant and separated there is cooled. This takes place at least in part and possibly only in countercurrent to material flows that are discharged from the air separation plant. Material flows or "products""diverted" from an air separation plant are, in the language used here, fluids that no longer participate in the plant-internal circuits, but are permanently withdrawn from them.
Ein "Wärmetauscher" zum Einsatz im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann in fachüblicher Art ausgebildet sein. Er dient zur indirekten Übertragung von Wärme zwischen zumindest zwei z.B. im Gegenstrom zueinander geführten Fluidströmen, beispielsweise einem warmen Druckluftstrom und einem oder mehreren kalten Fluidströmen oder einem tiefkalten flüssigen Luftprodukt und einem oder mehreren warmen bzw. wärmeren, ggf. aber auch noch tiefkalten Fluidströmen. Ein Wärmetauscher kann aus einem einzelnen oder mehreren parallel und/oder seriell verbundenen Wärmetauscherabschnitten gebildet sein, z.B. aus einem oder mehreren Plattenwärmetauscherblöcken. Es handelt sich beispielsweise um einen Plattenwärmetauscher (engl. Plate Fin Heat Exchanger). Ein derartiger Wärmetauscher weist "Passagen" auf, die als voneinander getrennte Fluidkanäle mit Wärmeaustauschflächen ausgebildet und parallel und durch andere Passagen getrennt zu "Passagengruppen" zusammengeschlossen sind. Kennzeichen eines Wärmetauschers ist, dass in ihm zu einem Zeitpunkt Wärme zwischen zwei mobilen Medien ausgetauscht wird, nämlich wenigstens einem abzukühlenden und wenigstens einem zu erwärmenden Fluidstrom. A “heat exchanger” for use in the context of the present invention can be designed in a manner customary in the art. It is used for the indirect transfer of heat between at least two fluid flows, for example, which flow in countercurrent to each other, for example a warm compressed air flow and one or more cold fluid flows or a cryogenic liquid air product and one or more warm or warmer, but possibly also cryogenic fluid flows. A heat exchanger can be formed from a single or several parallel and / or serially connected heat exchanger sections, e.g. from one or more plate heat exchanger blocks. It is, for example, a plate heat exchanger (Plate Fin Heat Exchanger). Such a heat exchanger has “passages” which are designed as separate fluid channels with heat exchange surfaces and which are connected to form “groups of passages” in parallel and separated by other passages. A heat exchanger is characterized by the fact that heat is exchanged between two mobile media in it at one point in time, namely at least one fluid flow to be cooled and at least one fluid flow to be heated.
Als "Kondensatorverdampfer" wird ein Wärmetauscher bezeichnet, in dem ein kondensierender Fluidstrom in indirekten Wärmeaustausch mit einem verdampfenden Fluidstrom tritt. Jeder Kondensatorverdampfer weist einen Verflüssigungsraum und einen Verdampfungsraum auf. Verflüssigungs- und Verdampfungsraum weisen Verflüssigungs- bzw. Verdampfungspassagen auf. In dem Verflüssigungsraum wird die Kondensation (Verflüssigung) des kondensierenden Fluidstroms durchgeführt, in dem Verdampfungsraum die Verdampfung des verdampfenden Fluidstroms. Der Verdampfungs- und der Verflüssigungsraum werden durch Gruppen von Passagen gebildet, die untereinander in Wärmeaustauschbeziehung stehen. Die vorliegende Erfindung umfasst die Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß dem sogenannten SPECTRA-Verfahren, wie es unter anderem in der EP 2 789 958 A1 und der weiteren dort zitierten Patentliteratur beschrieben ist. Es handelt sich hierbei in der einfachsten Ausgestaltung um ein Einkolonnenverfahren. Dies ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch nicht der Fall, weil hier zusätzlich zu einer luftgespeisten Rektifikationskolonne ("erste" Rektifikationskolonne) eine aus der ersten Rektifikationskolonne gespeiste und zur Sauerstoffgewinnung verwendete Rektifikationskolonne ("zweite" Rektifikationskolonne) eingesetzt wird. A “condenser evaporator” is a heat exchanger in which a condensing fluid flow enters into indirect heat exchange with an evaporating fluid flow. Each condenser-evaporator has a liquefaction space and an evaporation space. The liquefaction and evaporation space have liquefaction and evaporation passages. The condensation (liquefaction) of the condensing fluid stream is carried out in the liquefaction space, and the evaporation of the vaporizing fluid stream in the evaporation space. The evaporation and liquefaction spaces are formed by groups of passages which are in a heat exchange relationship with one another. The present invention comprises the low-temperature decomposition of air according to the so-called SPECTRA method, as is described, inter alia, in EP 2 789 958 A1 and the other patent literature cited therein. In the simplest embodiment, this is a single-column process. However, this is not the case within the scope of the present invention because here, in addition to an air-fed rectification column ("first" rectification column), a rectification column fed from the first rectification column and used to obtain oxygen ("second" rectification column) is used.
Während das SPECTRA-Verfahren ursprünglich zur Bereitstellung von gasförmigem Stickstoff auf dem Druckniveau der ersten Rektifikationskolonne vorgesehen war, ermöglicht die Verwendung einer zweiten Rektifikationskolonne der erläuterten Art die zusätzliche Gewinnung von Reinsauerstoff. While the SPECTRA process was originally intended to provide gaseous nitrogen at the pressure level of the first rectification column, the use of a second rectification column of the type described enables the additional production of pure oxygen.
Wie bei anderen Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft auch wird beim SPECTRA-Verfahren verdichtete und vorgereinigte Luft auf eine für die Rektifikation geeignete Temperatur abgekühlt. Sie kann hierdurch teilweise verflüssigt werden. Die Luft wird unter dem typischen Druck einer Hochdruckkolonne wie eingangs erläutert unter Erhalt des gegenüber atmosphärischer Luft an Stickstoff angereicherten Kopfgases und einer flüssigen, gegenüber atmosphärischer Luft an Sauerstoff angereicherten Sumpfflüssigkeit rektifiziert. As with other processes for the cryogenic separation of air, the SPECTRA process cools compressed and pre-cleaned air to a temperature suitable for rectification. This can partially liquefy it. The air is rectified under the typical pressure of a high pressure column, as explained at the beginning, while obtaining the top gas which is enriched in nitrogen compared to atmospheric air and a liquid bottom liquid which is enriched in oxygen compared to atmospheric air.
Ein Rücklauf die hierzu verwendete erste Rektifikationskolonne wird durch Kondensieren von Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne, genauer eines Teils dieses Kopfgases, in einem Wärmetauscher bereitgestellt. In diesem Wärmetauscher, einem Kondensatorverdampfer ("erster" Kondensatorverdampfer), wird Fluid, das ebenfalls der ersten Rektifikationskolonne entnommen wird, zur Kühlung eingesetzt und dabei verdampft oder teilverdampft. Weiteres Kopfgas kann als stickstoffreiches Produkt bereitgestellt werden. A reflux of the first rectification column used for this purpose is provided by condensing overhead gas from the first rectification column, more precisely part of this overhead gas, in a heat exchanger. In this heat exchanger, a condenser evaporator ("first" condenser evaporator), fluid, which is also taken from the first rectification column, is used for cooling and is evaporated or partially evaporated in the process. Additional overhead gas can be provided as a nitrogen-rich product.
In der erfindungsgemäß eingesetzten Variante des SPECTRA-Verfahrens werden dabei in dem ersten Kondensatorverdampfer zwei Stoffströme ("erster" und "zweiter" Stoffstrom) verwendet, wobei der erste Stoffstrom unter Verwendung von Flüssigkeit gebildet wird, die der ersten Rektifikationskolonne mit einem ersten Sauerstoffgehalt entnommen wird, und der zweite Stoffstrom unter Verwendung von Flüssigkeit gebildet wird, die der ersten Rektifikationskolonne mit einem zweiten, höheren Sauerstoffgehalt entnommen wird. Die zur Bildung des ersten Stoffstroms verwendete Flüssigkeit kann aus der ersten Rektifikationskolonne von einem Zwischenboden oder aus einer Flüssigkeitsrückhalteeinrichtung abgezogen werden. Die zur Bildung des zweiten Stoffstroms verwendete Flüssigkeit kann insbesondere zumindest ein Teil des flüssigen Sumpfprodukts der ersten Rektifikationskolonne sein. Bei dem ersten und dem zweiten Stoffstrom handelt es sich um das erwähnte Fluid, das in dem ersten Kondensatorverdampfer zur Kühlung und zur Kondensation des entsprechenden Anteils von Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne eingesetzt wird. In the variant of the SPECTRA process used according to the invention, two streams ("first" and "second" stream) are used in the first condenser-evaporator, the first stream being formed using liquid that is taken from the first rectification column with a first oxygen content , and the second stream is formed using liquid which is withdrawn from the first rectification column with a second, higher oxygen content. The liquid used to form the first stream can be withdrawn from the first rectification column from an intermediate tray or from a liquid retention device. The liquid used to form the second stream can in particular be at least part of the liquid bottom product of the first rectification column. The first and second streams are the fluid mentioned, which is used in the first condenser-evaporator for cooling and for condensing the corresponding portion of top gas of the first rectification column.
Allgemein kann in einem SPECTRA-Verfahren der erste Stoffstrom nach seiner Verwendung zur Kühlung in dem ersten Wärmetauscher mittels eines Kaltverdichters zumindest zu einem Teil verdichtet und in die erste Rektifikationskolonne zurückgeführt werden. Dies ist auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Fall. Der zweite Stoffstrom kann in einem SPECTRA-Verfahren nach seiner Verwendung zur Kühlung in dem ersten Wärmetauscher zumindest zu einem Teil entspannt und als ein sogenanntes Restgasgemisch aus der Luftzerlegungsanlage ausgeführt werden. Für die Verdichtung des ersten Stoffstroms (oder eines entsprechenden Teils) kann bzw. können ein oder mehrere Verdichter eingesetzt werden, der oder die mit einer oder mit mehreren Entspannungsmaschinen gekoppelt ist oder sind, in der oder denen die Entspannung des zweiten Stoffstroms (oder eines entsprechenden Teils) vorgenommen wird. Es versteht sich, dass jeweils auch nur Teile des ersten bzw. zweiten Stoffstroms in den entsprechend gekoppelten Einheiten verdichtet bzw. entspannt werden können. Eine nicht mit einem entsprechenden Verdichter gekoppelte Entspannungsmaschine kann, falls vorhanden, insbesondere mechanisch und/oder generatorisch gebremst werden. Eine Bremsung ist auch bei einer Entspannungsmaschine möglich, die mit einem Verdichter gekoppelt ist. In general, in a SPECTRA process, after its use for cooling in the first heat exchanger, the first stream can be at least partially compressed by means of a cold compressor and returned to the first rectification column. This is also the case in the context of the present invention. In a SPECTRA process, after its use for cooling in the first heat exchanger, the second material flow can be at least partially expanded and implemented as a so-called residual gas mixture from the air separation plant. For the compression of the first material flow (or a corresponding part), one or more compressors can be used, which is or are coupled to one or more expansion machines in which the expansion of the second material flow (or a corresponding one) Partly) is made. It goes without saying that only parts of the first or second material flow can be compressed or expanded in the correspondingly coupled units. An expansion machine that is not coupled to a corresponding compressor can, if present, be braked in particular mechanically and / or as a generator. Braking is also possible with an expansion machine that is coupled to a compressor.
Beispielsweise kann hierbei ein Verdichter verwendet werden, der mit einer von zwei parallel angeordneten Entspannungsmaschinen gekoppelt ist. Wird nur eine Entspannungsmaschine verwendet, kann der Verdichter mit dieser gekoppelt sein. Die nachfolgend lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit verwendete Formulierung, wonach "ein" Verdichter mit "einer" Entspannungsmaschine gekoppelt ist, schließt die Verwendung von mehreren Verdichtern und/oder Entspannungsmaschinen in beliebiger wechselseitiger Kopplung nicht aus. Der oder die beschriebenen Verdichter muss bzw. müssen jedoch nicht, insbesondere nicht ausschließlich, mittels der einen oder den mehreren erwähnten Entspannungsmaschinen angetrieben werden. Umgekehrt müssen der oder die Verdichter auch nicht die gesamte bei der Entspannung freiwerdende Arbeit aufnehmen. Wie auch nachfolgend noch an einem Beispiel veranschaulicht, kann beispielsweise auch ein unterstützender oder ausschließlicher Antrieb unter Verwendung eines Elektromotors erfolgen, oder zwischen der oder den Entspannungsmaschinen und dem oder den Verdichtern kann eine Bremse zwischengeschaltet sein. For example, a compressor can be used here which is coupled to one of two expansion machines arranged in parallel. If only one expansion machine is used, the compressor can be coupled to it. The wording used below only for the sake of clarity, according to which "a" compressor is coupled to "an" expansion machine, does not exclude the use of several compressors and / or expansion machines in any mutual coupling. The compressor or compressors described does not have to or do not have to be driven, in particular not exclusively, by means of the one or more mentioned expansion machines. Conversely, the compressor or compressors do not have to take up all of the work released during the expansion. As also illustrated below using an example, a supporting or exclusive drive can also take place using an electric motor, or a brake can be interposed between the expansion machine (s) and the compressor (s).
Es handelt sich bei dem oder den Verdichtern um einen oder mehrere Kaltverdichter, da diesem bzw. diesen der erste Fluidstrom trotz seiner Führung durch den ersten Kondensatorverdampfer und einer sich ggf. anschließenden weiteren Erwärmung auf einem niedrigen Temperaturniveau zugeführt wird. The compressor or compressors are one or more cold compressors, since the first fluid flow is fed to this or them despite being guided through the first condenser evaporator and possibly subsequent further heating at a low temperature level.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
In den soeben erläuterten SPECTRA-Verfahren mit Sauerstoffgewinnung ist im unteren Bereich der zweiten Rektifikationskolonne typischerweise ein Kondensatorverdampfer ("zweiter" Kondensatorverdampfer) vorhanden, der zum Aufkochen von Sumpfflüssigkeit der zweiten Rektifikationskolonne verwendet wird. Dieser wird herkömmlicherweise mit (zumindest) im Hauptluftverdichter verdichteter und im Hauptwärmetauscher abgekühlter Luft (Einsatzluft) betrieben, welche der ersten Rektifikationskolonne zugeführt wird. Insbesondere kann es sich hierbei auch um zunächst gasförmig vorliegende Luft handeln, welche in dem zweiten Kondensatorverdampfer verflüssigt wird, bevor sie in die erste Rektifikationskolonne eingespeist wird. Es handelt sich um einen Teil der der ersten Rektifikationskolonne insgesamt zugeführten Einsatzluft. Weitere (gasförmige) Einsatzluft kann in die erste Rektifikationskolonne ohne eine entsprechende Verflüssigung eingespeist werden. In the SPECTRA processes with oxygen production just explained, there is typically a condenser evaporator ("second" condenser evaporator) in the lower region of the second rectification column, which is used to boil bottom liquid from the second rectification column. This is conventionally operated with (at least) air (feed air) compressed in the main air compressor and cooled in the main heat exchanger, which is fed to the first rectification column. In particular, this can also be air which is initially in gaseous form and which is liquefied in the second condenser-evaporator before it is fed into the first rectification column. It is part of the total feed air fed to the first rectification column. Further (gaseous) feed air can be fed into the first rectification column without a corresponding liquefaction.
Die Kosten zur Gewinnung von hochreinen flüssigen bzw. gasförmigen Sauerstoffprodukten (LOX, GOX; in hochreinem Zustand auch UHPLOX bzw. UHPGOX bezeichnet) sind bei bekannten SPECTRA-Verfahren vergleichsweise hoch. Der Grund dafür ist zum einen ein relativ hoher apparativer Aufwand und zum anderen ein damit verbundener zusätzlicher Energiebedarf, welcher die Effizienz des Gesamtverfahrens erheblich beeinflussen kann. Die Ursache für den hohen spezifischen Energiebedarf liegt hauptsächlich darin, dass das erläuterte "Heizen" in dem erwähnten zweiten Kondensatorverdampfer im unteren Bereich der zweiten Rektifikationskolonne zu einem großen Teil durch das erwähnte Kondensieren des Teils der gasförmigen Einsatzluft realisiert wird. Dieser (verflüssigte) Teilluftstrom wird anschließend (nach seiner Verdampfung) zwar zur Erzeugung von Kälteleistung bzw. zum Antreiben des oder der eingesetzten Kaltverdichter verwendet, indem eine entsprechende Fluidmenge als zweiter Stoffstrom aus der ersten Rektifikationskolonne entnommen wird, nimmt aber nicht mehr an den Rektifikationsprozess in der ersten Rektifikationskolonne teil. Dies führt zu einer starken Minderung der Produktausbeute an Stickstoff, da ein hier fehlender Rücklauf auf die erste Rektifikationskolonne durch eine Zerlegung von zusätzlicher Luft erzeugt werden muss. Die hohe treibende Temperaturdifferenz in dem zweiten Kondensatorverdampfer im unteren Bereich der zweiten Rektifikationskolonne (das Kondensieren der Luft erfolgt hier unter dem höchsten Druck im Rektifikationskolonnensystem) führt zu zusätzlichen thermodynamischen Verlusten im Prozess. Vor allem bei relativ hohen UHPGOX- bzw. UHPLOX-Produktmengen wirken sich diese Nachteile auf die Leistungsaufnahme des Hauptluftverdichters stark aus. The costs of obtaining high-purity liquid or gaseous oxygen products (LOX, GOX; in high-purity also called UHPLOX or UHPGOX) are comparatively high with known SPECTRA processes. The reason for this is, on the one hand, a relatively high expenditure on equipment and, on the other hand, an associated additional energy requirement, which can significantly influence the efficiency of the overall process. The reason for the high specific energy requirement is mainly that the explained "heating" in the mentioned second condenser-evaporator in the lower region of the second rectification column is realized to a large extent by the mentioned condensing of the part of the gaseous feed air. This (liquefied) partial air flow is then used (after its evaporation) to generate cooling capacity or to drive the cold compressor (s) used by taking a corresponding amount of fluid as a second material flow from the first rectification column, but no longer takes part in the rectification process the first rectification column part. This leads to a strong reduction in the product yield of nitrogen, since a lack of return flow to the first rectification column has to be generated by decomposing additional air. The high driving temperature difference in the second condenser evaporator in the lower area of the second rectification column (the air is condensed here under the highest pressure in the rectification column system) leads to additional thermodynamic losses in the process. Especially with relatively high UHPGOX or UHPLOX product quantities, these disadvantages have a strong effect on the power consumption of the main air compressor.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein Verfahren der zuvor erläuterten Art besonders vorteilhaft dadurch modifiziert werden kann, dass anstelle eines Einsatzluftstroms in dem zweiten Kondensatorverdampfer im unteren Bereich der zweiten Rektifikationskolonne Fluid verwendet wird, das in der zuvor erläuterten Weise als Teil des "ersten" oder "zweiten" Stoffstroms in dem ersten Kondensatorverdampfer verdampft wurde. Auf diese Weise kann man die zuvor zu diesem Zweck verwendete Luft einsparen und erhöht dadurch Energieeffizienz und Ausbeute. Das kondensierte Fluid kann dann wie nachfolgend erläutert behandelt werden. The present invention is based on the knowledge that a method of the type explained above can be modified particularly advantageously in that instead of a feed air stream in the second condenser evaporator in the lower region of the second rectification column, fluid is used which, in the manner explained above, is part of the " first "or" second "stream was evaporated in the first condenser evaporator. In this way, the air previously used for this purpose can be saved, thereby increasing energy efficiency and yield. The condensed fluid can then be treated as explained below.
Die Erfindung entfaltet besondere Vorteile auch insbesondere dadurch, dass die Kondensation in dem zweiten Kondensatorverdampfer auf einem Druckniveau vorgenommen wird, auf dem zuvor die Verdampfung des entsprechenden Fluids in dem ersten Kondensatorverdampfer vorgenommen wurde. Auf diese Weise kann auf eine erneute Verdichtung verzichtet werden und das kondensierte Gas bzw. das gebildete Kondensat kann mittels einer Pumpe auf den erforderlichen Druck gebracht werden. Im Gegensatz zu einem Gasverdichter ist der Betrieb einer Pumpe deutlich zuverlässiger und deren Bereitstellung deutlich kostengünstiger. The invention also develops particular advantages in that the condensation in the second condenser evaporator is carried out at a pressure level at which the corresponding fluid was previously evaporated in the first condenser evaporator. In this way, a renewed compression can be dispensed with and the condensed gas or the condensate formed can be brought to the required pressure by means of a pump become. In contrast to a gas compressor, the operation of a pump is significantly more reliable and its provision is significantly more cost-effective.
Insgesamt schlägt die vorliegende Erfindung dabei, im Sprachgebrauch der Patentansprüche, ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft vor, bei dem eine Luftzerlegungsanlage mit einer ersten Rektifikationskolonne und einer zweiten Rektifikationskolonne verwendet wird. Die erste Rektifikationskolonne wird dabei auf einem ersten Druckniveau und die zweite Rektifikationskolonne auf einem zweiten Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus betrieben. Overall, the present invention proposes, in the parlance of the patent claims, a method for the low-temperature separation of air in which an air separation plant with a first rectification column and a second rectification column is used. The first rectification column is operated at a first pressure level and the second rectification column is operated at a second pressure level below the first pressure level.
Bei derartigen ersten und zweiten Druckniveaus handelt es sich um typische Druckniveaus, wie sie auch in herkömmlichen Luftzerlegungsanlagen, insbesondere SPECTRA-Anlagen mit Sauerstoffgewinnung, verwendet werden. Das erste Druckniveau kann insbesondere bei 7 bis 14 bar liegen, das zweite Druckniveau insbesondere bei 1 ,2 bis 5 bar. Das zweite Druckniveau kann generell auch bei 1 bis 4 bar liegen. Es handelt sich jeweils um Absolutdrücke am Kopf der jeweiligen Rektifikationskolonnen. Die erste Rektifikationskolonne und die zweite Rektifikationskolonne können insbesondere nebeneinander angeordnet sein und sind typischerweise miteinander nicht in Form einer Doppelkolonne zusammengefasst, wobei hier allgemein unter einer "Doppelkolonne" ein aus zwei Rektifikationskolonnen gebildeter Trennapparat verstanden wird, welcher als bauliche Einheit ausgebildet ist, bei der Kolonnenmäntel der beiden Rektifikationskolonnen leitungslos, d.h. direkt, miteinander verbunden, insbesondere verschweißt sind. Es muss dabei jedoch durch diese direkte Verbindung alleine noch keine fluidische Verbindung hergestellt sein. Such first and second pressure levels are typical pressure levels as are also used in conventional air separation plants, in particular SPECTRA plants with oxygen production. The first pressure level can in particular be 7 to 14 bar, the second pressure level in particular 1, 2 to 5 bar. The second pressure level can generally also be 1 to 4 bar. These are absolute pressures at the top of the respective rectification columns. The first rectification column and the second rectification column can in particular be arranged next to one another and are typically not combined with one another in the form of a double column, a "double column" being understood here generally to mean a separation apparatus formed from two rectification columns, which is designed as a structural unit with column jackets of the two rectification columns are connected to one another without a line, ie directly, in particular by welding. However, this direct connection alone does not have to produce a fluidic connection.
Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzte erste Rektifikationskolonne und die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzte zweite Rektifikationskolonne wurden bereits zuvor unter Bezugnahme auf das SPECTRA- Verfahren ausführlich beschrieben. Bei der zweiten Rektifikationskolonne kann es sich insbesondere um eine Sauerstoffkolonne handeln. The first rectification column used in the context of the present invention and the second rectification column used in the context of the present invention have already been described in detail above with reference to the SPECTRA process. The second rectification column can in particular be an oxygen column.
Der ersten Rektifikationskolonne wird dabei atmosphärische Luft, welche verdichtet und sodann abgekühlt wurde, zugeführt. Gegebenenfalls kann entsprechende Luft der ersten Rektifikationskolonne in Form mehrerer Stoffströme zugeführt werden, welche unterschiedlich behandelt und ggf. zuvor durch weitere Apparate geführt werden können. Der zweiten Rektifikationskolonne wird hingegen typischerweise keine Luft zugeführt. Die zweite Rektifikationskolonne wird aus der ersten Rektifikationskolonne gespeist bzw. werden der zweiten Rektifikationskolonne typischerweise keine Stoffströme zugeführt, die zuvor nicht bereits der ersten Rektifikationskolonne entnommen oder aus solchen Stoffströmen gebildet wurden. The first rectification column is supplied with atmospheric air, which has been compressed and then cooled. If appropriate, appropriate air can be fed to the first rectification column in the form of several streams which are treated differently and, if necessary, previously passed through further apparatus can. In contrast, typically no air is fed to the second rectification column. The second rectification column is fed from the first rectification column or the second rectification column is typically not fed any streams that were not previously removed from the first rectification column or were not formed from such streams.
Wie in einem SPECTRA-Verfahren üblich, wird auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne als Stickstoffprodukt gewonnen und aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet, und Sumpfflüssigkeit der zweiten Rektifikationskolonne wird als Sauerstoffprodukt gewonnen und aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet. Dies schließt nicht aus, dass auch weitere Fluide, beispielsweise Kopfgas der zweiten Rektifikationskolonne aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet und beispielsweise an die Atmosphäre abgegeben wird. Auch ansonsten als Stickstoff- oder Sauerstoffprodukt ausgeleitete Fluide können im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu gewissen Teile, beispielsweise als Purgeströme oder ein weiteres Flüssigstickstoffprodukt nach Kondensation von Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne, ausgeleitet werden. As is customary in a SPECTRA process, in the context of the present invention, top gas from the first rectification column is obtained as a nitrogen product and discharged from the air separation unit, and bottom liquid from the second rectification column is obtained as an oxygen product and discharged from the air separation unit. This does not rule out that further fluids, for example top gas of the second rectification column, are also discharged from the air separation plant and, for example, released into the atmosphere. Fluids that are otherwise discharged as nitrogen or oxygen products can also be discharged in certain parts within the scope of the present invention, for example as purge streams or another liquid nitrogen product after condensation of top gas from the first rectification column.
In dem ersten Kondensatorverdampfer werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein erster und ein zweiter Stoffstrom separat voneinander unterhalb des ersten Druckniveaus einer Verdampfung unterworfen. Die Verdampfungsdrücke in dem ersten Kondensatorverdampfer liegen dabei insbesondere bei 3,5 bis 7,5 bara (bar Absolutdruck, die Werte können genaue oder auch ungefähre Werte darstellen) abhängig vom ersten Druckniveau. Daher wird das hier zu verdampfende Fluid, das der ersten Rektifikationskolonne entnommen wurde, entsprechend entspannt. Weiteres Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne, das nicht als gasförmiges Stickstoffprodukt bereitgestellt wird, wird in dem ersten Kondensatorverdampfer kondensiert und als Rücklauf auf die erste Rektifikationskolonne zurückgeführt. Ein Anteil von entsprechendem Kondensat kann auch als das erwähnte weitere Flüssigstickstoffprodukt, insbesondere nach einer Unterkühlung gegen sich selbst, ausgeleitet werden. In the first condenser evaporator, within the scope of the present invention, a first and a second stream of material are subjected to evaporation separately from one another below the first pressure level. The evaporation pressures in the first condenser evaporator are in particular 3.5 to 7.5 bara (bar absolute pressure, the values can represent exact or approximate values) depending on the first pressure level. Therefore, the fluid to be evaporated here, which was taken from the first rectification column, is correspondingly expanded. Further top gas of the first rectification column, which is not provided as a gaseous nitrogen product, is condensed in the first condenser-evaporator and returned as reflux to the first rectification column. A proportion of the corresponding condensate can also be discharged as the mentioned further liquid nitrogen product, in particular after being supercooled against itself.
Der in dem ersten Kondensatorverdampfer verdampfte erste Stoffstrom wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Flüssigkeit, die der ersten Rektifikationskolonne mit einem ersten Sauerstoffgehalt entnommen wird, und der zweite Stoffstrom wird unter Verwendung von Flüssigkeit, die der ersten Rektifikationskolonne mit einem zweiten Sauerstoffgehalt oberhalb des ersten Sauerstoffgehalts entnommen wird, gebildet. Weiteres zu derartigen Flüssigkeiten wurde bereits erläutert. So handelt es sich bei der Flüssigkeit mit dem ersten, geringeren Sauerstoffgehalt insbesondere um Flüssigkeit, die auf einem Zwischenboden oder Trennboden der ersten Rektifikationskolonne oder einer entsprechenden Flüssigkeitsrückhaltevorrichtung gewonnen wird. Bei der Flüssigkeit mit dem zweiten, höheren Sauerstoffgehalt handelt es sich insbesondere um Sumpfflüssigkeit der ersten Rektifikationskolonne. The first stream evaporated in the first condenser-evaporator is in the context of the present invention using liquid that is taken from the first rectification column with a first oxygen content, and the The second stream is formed using liquid which is withdrawn from the first rectification column with a second oxygen content above the first oxygen content. Further information on such liquids has already been explained. The liquid with the first, lower oxygen content is, in particular, liquid that is obtained on an intermediate tray or separating tray of the first rectification column or a corresponding liquid retention device. The liquid with the second, higher oxygen content is in particular the bottom liquid of the first rectification column.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird Gas des ersten Stoffstroms nach dessen Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer teilweise oder vollständig einer Rückverdichtung auf das erste Druckniveau unterworfen und in die erste Rektifikationskolonne eingespeist, und Gas des zweiten Stoffstroms wird nach dessen Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer einer Entspannung unterworfen und aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet. In the context of the present invention, gas from the first stream, after its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator, is partially or completely subjected to a recompression to the first pressure level and fed into the first rectification column, and gas from the second stream is after its evaporation or partial evaporation in the first Condenser evaporator subjected to relaxation and discharged from the air separation plant.
Hierbei soll von der Formulierung "Gas des ersten Stoffstroms" und "Gas des zweiten Stoffstroms" insbesondere auch umfasst sein, dass das gesamte Gas des ersten bzw. zweiten Stoffstroms in der erläuterten Weise verwendet wird, falls in Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung nicht ein bestimmter Teil in anderer Weise, wie nachfolgend erläutert, verwendet wird. Die Formulierung "Gas des ersten Stoffstroms" und "Gas des zweiten Stoffstroms" soll damit, mit anderen Worten, das gesamte oder einen Teil von entsprechendem Gas bezeichnen, aber nicht ausschließen, dass auch weitere Verwendungen im Rahmen der Erfindung vorhanden sein können. The wording "gas of the first material flow" and "gas of the second material flow" should in particular also encompass the fact that the entire gas of the first or second material flow is used in the manner explained, if not a certain part in embodiments of the present invention is used in a different way, as explained below. The wording "gas of the first stream" and "gas of the second stream" is intended to denote, in other words, all or part of the corresponding gas, but does not exclude the fact that other uses may also be present within the scope of the invention.
Die zweite Rektifikationskolonne ist mit dem zweiten Kondensatorverdampfer ausgestattet bzw. wenigstens thermisch mit diesem gekoppelt, wobei der zweite Kondensatorverdampfer insbesondere in einem Sumpfbereich der zweiten Rektifikationskolonne ausgebildet bzw. bereitgestellt ist und insbesondere teilweise in einem sich in dem Sumpfbereich ausbildenden Flüssigkeitsbad untergetaucht ist. Die Sumpfflüssigkeit der zweiten Rektifikationskolonne wird dabei in dem zweiten Kondensatorverdampfer verdampft. In dem zweiten Kondensatorverdampfer kann insbesondere auch Flüssigkeit gekühlt (unterkühlt) werden, mittels welcher die zweite Rektifikationskolonne aus der ersten Rektifikationskolonne gespeist wird. The second rectification column is equipped with or at least thermally coupled to the second condenser evaporator, the second condenser evaporator being designed or provided in particular in a sump area of the second rectification column and in particular partially submerged in a liquid bath forming in the sump area. The bottom liquid of the second rectification column is evaporated in the second condenser-evaporator. In the second condenser evaporator can in particular, liquid can also be cooled (subcooled) by means of which the second rectification column is fed from the first rectification column.
Erfindungsgemäß wird Gas des ersten oder zweiten Stoffstroms nach dessen Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer einer Kondensation in dem zweiten Kondensatorverdampfer unterworfen und, insbesondere nach einer entsprechenden Druckerhöhung in flüssigem Zustand, zumindest zu einem Teil zu der Flüssigkeit, die der ersten Rektifikationskolonne mit dem ersten oder zweiten Sauerstoffgehalt entnommen und bei der Bildung des ersten oder zweiten Stoffstroms verwendet wird, zugespeist, oder aber stattdessen in einen unteren Bereich der ersten Rektifikationskolonne eingespeist. Auch hier gilt, dass wenn von "Gas des ersten oder zweiten Stoffstroms" die Rede ist, anderes Gas des ersten oder zweiten Stoffstroms oder der jeweils nicht betroffene Stoffstrom teilweise oder vollständig in der erläuterten Weise verwendet (rückverdichtet und in die erste Rektifikationskolonne zurückgeführt bzw. entspannt und ausgeleitet) werden kann. According to the invention, gas of the first or second stream, after its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator, is subjected to condensation in the second condenser evaporator and, in particular after a corresponding pressure increase in the liquid state, at least in part to the liquid that the first rectification column with the first or the second oxygen content is withdrawn and used in the formation of the first or second stream, fed in, or instead fed into a lower region of the first rectification column. Here, too, when the term "gas from the first or second stream" is used, other gas from the first or second stream or the respective unaffected stream is used partially or completely in the manner explained (recompressed and returned to or returned to the first rectification column). relaxed and diverted).
Vorteile der vorliegenden Erfindung wurden bereits angesprochen. Der Vorteil der im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehenen Verschaltung besteht dabei insbesondere darin, dass zur Gewinnung von gleichen Produkten wird ca. 3% weniger an Einsatzluft (bzw. ca. 3% weniger an Energie) benötigt wird, wobei beispielsweise eine Menge von 29.300 Normkubikmetern pro Stunde an Druckstickstoff (PGAN) und 700 Normkubikmetern pro Stunde Hochrein-Flüssigsauerstoff (UHPLOX) bereitgestellt werden können. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung keine Luft zur Beheizung des Kondensatorverdampfers verwendet wird und damit die zuvor erläuterten Nachteile überwunden werden. Der spezifische Energiebedarf wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung reduziert, weil sämtliche verwendete Luft in dem Rektifikationsprozess in der ersten Rektifikationskolonne teilnimmt und damit die Produktausbeute an Stickstoff erhöht wird. Advantages of the present invention have already been addressed. The advantage of the interconnection provided within the scope of the present invention is in particular that approx. 3% less feed air (or approx. 3% less energy) is required to obtain the same products, with an amount of 29,300 standard cubic meters, for example per hour of pressurized nitrogen (PGAN) and 700 standard cubic meters per hour of high-purity liquid oxygen (UHPLOX) can be provided. This is due in particular to the fact that, within the scope of the present invention, no air is used to heat the condenser evaporator and the disadvantages explained above are thus overcome. The specific energy requirement is reduced in the context of the present invention because all the air used takes part in the rectification process in the first rectification column and the nitrogen product yield is thus increased.
Die beiden Alternativen der Erfindung (betreffend den ersten und den zweiten Stoffstrom) sind insbesondere, dass ein erster Anteil des ersten Stoffstroms nach dessen Verdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer der Rückverdichtung auf das erste Druckniveau unterworfen wird, und dass ein zweiter Anteil des ersten Stoffstroms nach dessen Verdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer der Kondensation in dem zweiten Kondensatorverdampfer unterworfen wird, auf der einen Seite bzw. dass ein erster Anteil des zweiten Stoffstroms nach dessen Verdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer der arbeitsleistenden Entspannung unterworfen wird, und dass ein zweiter Anteil des zweiten Stoffstroms nach dessen Verdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer der Kondensation in dem zweiten Kondensatorverdampfer unterworfen wird, andererseits. The two alternatives of the invention (relating to the first and the second material flow) are in particular that a first portion of the first material flow is subjected to recompression to the first pressure level after its evaporation in the first condenser evaporator, and that a second portion of the first material flow after it Evaporation in the first condenser evaporator Condensation in the second condenser evaporator is subjected, on the one hand, or that a first portion of the second material flow after its evaporation in the first condenser evaporator is subjected to the work-performing expansion, and that a second portion of the second material flow after its evaporation in the first condenser evaporator Is subjected to condensation in the second condenser-evaporator, on the other hand.
In beiden Fällen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Gas des ersten oder zweiten Stoffstroms, das nach der Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer der Kondensation in dem zweiten Kondensatorverdampfer unterworfen wird, der Kondensation in dem zweiten Kondensatorverdampfer auf einem Druckniveau unterworfen wird, auf dem es zuvor der Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer unterworfen wurde. In both cases it is provided according to the invention that the gas of the first or second material flow, which after evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator is subjected to condensation in the second condenser evaporator, is subjected to condensation in the second condenser evaporator at a pressure level at which it has previously been subjected to evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator.
Hierzu wird das Gas des ersten oder zweiten Stoffstroms, das nach der Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer der Kondensation in dem zweiten Kondensatorverdampfer unterworfen wird, insbesondere unter Verwendung einer Gasleitung, die den ersten Kondensatorverdampfer und den zweiten Kondensatorverdampfer verdichterfrei koppelt, in den zweiten Kondensatorverdampfer überführt. Hierbei kann insbesondere eine direkte und ohne druckbeeinflussende Einrichtungen realisierte Kopplung vorgesehen sein. For this purpose, the gas of the first or second material flow, which after evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator is subjected to condensation in the second condenser evaporator, in particular using a gas line that couples the first condenser evaporator and the second condenser evaporator without a compressor, is fed into the second condenser evaporator convicted. In particular, a direct coupling implemented without pressure-influencing devices can be provided here.
Wie ebenfalls bereits zuvor angesprochen, wird gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zumindest ein Teil eines bei der Kondensation in dem ersten Kondensatorverdampfer gebildeten Kondensats unter Verwendung einer Pumpe einer Druckerhöhung in flüssigem Zustand unterworfen. Die Druckerhöhung in flüssigem Zustand wird dabei insbesondere auf das erste Druckniveau durchgeführt. As also already mentioned above, according to a particularly preferred embodiment of the invention, at least part of a condensate formed during condensation in the first condenser evaporator is subjected to a pressure increase in the liquid state using a pump. The pressure increase in the liquid state is carried out in particular to the first pressure level.
Zumindest ein Teil des bei der Kondensation in dem ersten Kondensatorverdampfer gebildeten und der Druckerhöhung in flüssigem Zustand unterworfenen Kondensats kann dabei in der bereits oben erwähnten ersten Alternative zu der Flüssigkeit, die der ersten Rektifikationskolonne mit dem ersten oder zweiten Sauerstoffgehalt entnommen und bei der Bildung des ersten oder zweiten Stoffstroms verwendet wird, zugespeist werden, oder, in der ebenfalls erwähnten anderen Alternative, in einen unteren Bereich der ersten Rektifikationskolonne eingespeist werden. Erfindungsgemäß kann also, wie soeben mit anderen Worten erwähnt, in einer Ausgestaltung Gas des ersten oder zweiten Stoffstroms nach dessen Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer einer Kondensation in dem zweiten Kondensatorverdampfer unterworfen und, nach einer entsprechenden Druckerhöhung in flüssigem Zustand, zumindest zu einem Teil in einen unteren Bereich der ersten Rektifikationskolonne eingespeist werden. Ein derartiger "unterer Bereich" kann dabei vorteilhafterweise eine Position sein, an der in dem ersten Kondensatorverdampfer verdampfte erste Stoffstrom bzw. dessen Flüssigkeit der ersten Rektifikationskolonne entnommen wird. At least part of the condensate formed during the condensation in the first condenser-evaporator and subjected to the pressure increase in the liquid state can be used in the above-mentioned first alternative to the liquid that is taken from the first rectification column with the first or second oxygen content and during the formation of the first or second stream is used, or, in the other alternative also mentioned, are fed into a lower region of the first rectification column. According to the invention, as just mentioned in other words, in one embodiment gas of the first or second material flow can be subjected to condensation in the second condenser evaporator after its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator and, after a corresponding pressure increase in the liquid state, at least partially are fed into a lower region of the first rectification column. Such a “lower region” can advantageously be a position at which the first stream of material evaporated in the first condenser-evaporator or its liquid is withdrawn from the first rectification column.
Grundsätzlich könnte auch das Druckstickstoffprodukt aus der ersten Rektifikationskolonne zur Beheizung des zweiten Kondensatorverdampfers verwendet und einer entsprechenden Kondensation unterworfen werden. Um dessen Reinheit nicht zu beeinträchtigen, müsste jedoch dabei eine entsprechend kontaminationsfrei arbeitende Pumpe zum Weiterbefördern der gebildeten Flüssigkeit verwendet werden. Dies ist aufgrund des damit verbundenen Aufwands gegenüber den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösungen ausgesprochen nachteilig. In principle, the pressurized nitrogen product from the first rectification column could also be used to heat the second condenser evaporator and subjected to a corresponding condensation. In order not to impair its purity, however, a correspondingly contamination-free working pump would have to be used to convey the liquid formed further. Because of the expense involved, this is extremely disadvantageous compared to the solutions proposed according to the invention.
Wie insoweit bei SPECTRA-Verfahren bekannt, kann bzw. können auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung für die Rückverdichtung des Gases des ersten Stoffstroms nach dessen Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer ein oder mehrere Verdichter bereitgestellt sein, und für die Entspannung des Gases des zweiten Stoffstroms nach dessen Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer kann oder können eine oder mehrere Entspannungsmaschinen bereitgestellt sein, die mit dem einen oder mit den mehreren Verdichtern gekoppelt ist oder sind. Weitere Details wurden bereits oben zu SPECTRA-Verfahren allgemein erläutert. As is known in the SPECTRA process, one or more compressors can also be provided within the scope of the present invention for the recompression of the gas of the first stream after its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator, and for the expansion of the gas in the second Material flow after its evaporation or partial evaporation in the first condenser-evaporator can be provided one or more expansion machines which is or are coupled to the one or more compressors. Further details have already been explained above for the SPECTRA method in general.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne, und damit ein Stickstoffprodukt, mit einem Gehalt von jeweils weniger als 1 ppb Sauerstoff, Kohlenmonoxid und/oder Wasserstoff und einem Gehalt von weniger als 10 ppm Argon auf Volumenbasis gewonnen werden. Insbesondere kann die Sumpfflüssigkeit der zweiten Rektifikationskolonne einen Gehalt von weniger als 10 ppb Argon und/oder 5 ppm Methan auf Volumenbasis aufweisen und ansonsten im Wesentlichen aus Sauerstoff bestehen. With the method according to the invention, an overhead gas of the first rectification column, and thus a nitrogen product, with a content of less than 1 ppb oxygen, carbon monoxide and / or hydrogen and a content of less than 10 ppm argon on a volume basis, can be obtained. In particular, the bottom liquid of the second rectification column can have a content of less as 10 ppb argon and / or 5 ppm methane on a volume basis and otherwise consists essentially of oxygen.
Die erste Rektifikationskolonne kann derart betrieben werden, dass das erste Druckniveau bei 7 bis 14 bar Absolutdruck, insbesondere 8 bis 12 bar, liegt, und dass das zweite Druckniveau bei 1 ,2 bis 5 bar, insbesondere 2 bis 4 bar, Absolutdruck liegt. The first rectification column can be operated in such a way that the first pressure level is 7 to 14 bar absolute pressure, in particular 8 to 12 bar, and that the second pressure level is 1, 2 to 5 bar, in particular 2 to 4 bar, absolute pressure.
Vorteilhafterweise wird sämtliche in dem Verfahren zu zerlegende, abgekühlte Druckluft gasförmig in die erste Rektifikationskolonne eingespeist. Advantageously, all of the cooled compressed air to be separated in the process is fed in gaseous form into the first rectification column.
Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auch auf eine Luftzerlegungsanlage, die eine erste Rektifikationskolonne, eine zweite Rektifikationskolonne, einen ersten Kondensatorverdampfer und einen zweiten Kondensatorverdampfer aufweist und dafür eingerichtet ist, die erste Rektifikationskolonne mit Luft zu speisen und auf einem ersten Druckniveau zu betreiben und die zweite Rektifikationskolonne aus der ersten Rektifikationskolonne zu speisen und auf einem zweiten Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus zu betreiben. Die Luftzerlegungsanlage ist zudem dazu eingerichtet, Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne als Stickstoffprodukt zu gewinnen und aus der Luftzerlegungsanlage auszuleiten und Sumpfflüssigkeit der zweiten Rektifikationskolonne als Sauerstoffprodukt zu gewinnen und aus der Luftzerlegungsanlage auszuleiten, in dem ersten Kondensatorverdampfer einen ersten und einen zweiten Stoffstrom unterhalb des ersten Druckniveaus einer Verdampfung zu unterwerfen und weiteres Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne in dem ersten Kondensatorverdampfer zu kondensieren und als Rücklauf auf die erste Rektifikationskolonne zurückzuführen, den ersten Stoffstrom unter Verwendung von Flüssigkeit, die der ersten Rektifikationskolonne mit einem ersten Sauerstoffgehalt entnommen wird, und den zweiten Stoffstrom unter Verwendung von Flüssigkeit, die der ersten Rektifikationskolonne mit einem zweiten Sauerstoffgehalt oberhalb des ersten Sauerstoffgehalts entnommen wird, zu bilden, Gas des ersten Stoffstrom nach dessen Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer teilweise oder vollständig einer Rückverdichtung auf das erste Druckniveau zu unterwerfen und in die erste Rektifikationskolonne einzuspeisen, und Gas des zweiten Stoffstroms nach dessen Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer einer Entspannung zu unterwerfen und aus der Luftzerlegungsanlage auszuleiten, sowie Sumpfflüssigkeit der zweiten Rektifikationskolonne in dem zweiten Kondensatorverdampfer zu verdampfen. The present invention also extends to an air separation plant which has a first rectification column, a second rectification column, a first condenser evaporator and a second condenser evaporator and is set up to feed the first rectification column with air and operate it at a first pressure level and the second rectification column to feed from the first rectification column and operate at a second pressure level below the first pressure level. The air separation plant is also set up to obtain top gas from the first rectification column as a nitrogen product and to discharge it from the air separation unit and to obtain bottom liquid from the second rectification column as an oxygen product and to discharge it from the air separation unit To subject evaporation and to condense further overhead gas of the first rectification column in the first condenser-evaporator and to return it as reflux to the first rectification column, the first stream using liquid that is taken from the first rectification column with a first oxygen content, and the second stream using To form liquid that is withdrawn from the first rectification column with a second oxygen content above the first oxygen content, gas from the first stream to subject its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator partially or completely to a recompression to the first pressure level and to feed it into the first rectification column, and to subject the gas of the second stream after its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator to an expansion and from the To divert air separation plant, as well as to evaporate bottom liquid of the second rectification column in the second condenser evaporator.
In der vorgeschlagenen Anlage sind Mittel bereitgestellt, die dafür eingerichtet sind, Gas des ersten oder zweiten Stoffstroms nach dessen Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer einer Kondensation in dem zweiten Kondensatorverdampfer zu unterwerfen und zumindest zu einem Teil zu der Flüssigkeit, die der ersten Rektifikationskolonne mit dem zweiten Sauerstoffgehalt entnommen und bei der Bildung des zweiten Stoffstroms verwendet wird, zuzuspeisen oder in einen unteren Bereich der zweiten Rektifikationskolonne einzuspeisen. In the proposed system, means are provided which are set up to subject gas of the first or second stream after its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator to condensation in the second condenser evaporator and at least in part to the liquid that the first rectification column with withdrawn from the second oxygen content and used in the formation of the second stream, feed or feed into a lower region of the second rectification column.
Für die Rückverdichtung des Gases des ersten Stoffstroms nach dessen Verdampfung oder Teilverdampfung im ersten Kondensatorverdampfer sind dabei ein oder mehrere Verdichter und für die Entspannung des Gases des zweiten Stoffstroms nach dessen Verdampfung oder Teilverdampfung im ersten Kondensatorverdampfer eine oder mehrere, mit dem einen oder mit den mehreren Verdichtern mechanisch gekoppelte Entspannungsmaschinen bereitgestellt. For the recompression of the gas of the first material flow after its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator, one or more compressors are required and for the expansion of the gas of the second material flow after its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator one or more, with one or more Compressors mechanically coupled expansion machines provided.
Erfindungsgemäß sind der erste Kondensatorverdampfer und der zweite Kondensatorverdampfer derart angeordnet und insbesondere verdichterfrei über eine Gasleitung miteinander gekoppelt, dass das Gas des ersten oder zweiten Stoffstroms, das nach der Verdampfung oder Teilverdampfung im ersten Kondensatorverdampfer der Kondensation in dem zweiten Kondensatorverdampfer unterworfen wird, der Kondensation in dem zweiten Kondensatorverdampfer auf einem Druckniveau unterworfen wird, auf dem es zuvor der Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer unterworfen wurde. According to the invention, the first condenser evaporator and the second condenser evaporator are arranged and, in particular, coupled to one another via a gas line without a compressor, that the gas of the first or second material flow that is subjected to condensation in the second condenser evaporator after evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator is condensed in the second condenser evaporator is subjected to a pressure level at which it was previously subjected to evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator.
Zu weiteren Merkmalen und Vorteilen der erfindungsgemäßen Luftzerlegungsanlage, die insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens eingerichtet ist, wie es zuvor in unterschiedlichen Ausgestaltungen erläutert wurde, und entsprechende vorrichtungsmäßig realisierte Mittel aufweist, sei auf die obigen Erläuterungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und seiner Ausgestaltungen verwiesen. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht sind. For further features and advantages of the air separation plant according to the invention, which is set up in particular to carry out a method as previously explained in different configurations, and has corresponding means implemented in terms of device, reference is made to the above explanations of the method according to the invention and its configurations. The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which preferred embodiments of the present invention are illustrated.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Figur 1 zeigt eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Figure 1 shows an air separation plant according to an embodiment of the invention.
Figur 2 zeigt eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Figure 2 shows an air separation plant according to an embodiment of the invention.
Figur 3 zeigt eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Figure 3 shows an air separation plant according to an embodiment of the invention.
In den Figuren sind einander baulich und/oder funktional entsprechende Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden lediglich der Übersichtlichkeit halber nachfolgend nicht wiederholt erläutert. In the figures, structurally and / or functionally corresponding elements are indicated with identical reference symbols and are not explained repeatedly in the following, merely for the sake of clarity.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen Detailed description of the drawings
In Figur 1 ist eine Luftzerlegungsanlage 100 in Form eines schematischen Anlagendiagramms veranschaulicht. Zentrale Komponente ist ein Destillationssäulensystem mit einer ersten Rektifikationskolonne 11 , einer zweiten Rektifikationskolonne 12, einem ersten Kondensatorverdampfer 111 und einem zweiten Kondensatorverdampfer 121. Die erste Rektifikationskolonne 11 wird auf einem ersten Druckniveau betrieben und die zweite Rektifikationskolonne 12 wird auf einem zweiten Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus betrieben. In FIG. 1, an air separation plant 100 is illustrated in the form of a schematic plant diagram. The central component is a distillation column system with a first rectification column 11, a second rectification column 12, a first condenser evaporator 111 and a second condenser evaporator 121. The first rectification column 11 is operated at a first pressure level and the second rectification column 12 is operated at a second pressure level below the first pressure level operated.
Mittels eines Flauptluftverdichters 1 der Luftzerlegungsanlage 100 wird über ein nicht gesondert bezeichnetes Filter Luft aus der Atmosphäre A angesaugt und verdichtet. Nach Kühlung in einem ebenfalls nicht gesondert bezeichneten Nachkühler stromab des Flauptluftverdichters 1 erfolgt eine weitere Kühlung des auf diese Weise gebildeten Einsatzluftstroms a in einem mit Wasser W betriebenen Direktkontaktkühler 2. Der Einsatzluftstrom a wird sodann einer Reinigung in einer Adsorbereinheit 3 unterworfen. Zu weiteren Erläuterungen in diesem Zusammenhang sei auf die Fachliteratur, beispielsweise im Zusammenhang mit Figur 2.3A bei Häring (s.o.) verwiesen. Nach einer Abkühlung im Hauptwärmetauscher 4 erfolgt eine Einspeisung des Einsatzluftstroms a in die erste Rektifikationskolonne 11. In einem herkömmlichen Verfahren würde ein Teil des Einsatzluftstroms a in die erste Rektifikationskolonne 11 eingespeist, ein weiterer Teil dagegen durch den zweiten Kondensatorverdampfer 121 geführt, der in einem unteren Bereich der zweiten Rektifikationskolonne 12 angeordnet ist, und mittels dessen Sumpfflüssigkeit der zweiten Rektifikationskolonne 12 verdampft wird. Dieser weitere Teil würde in dem zweiten Kondensatorverdampfer 121 kondensiert und danach ebenfalls in die erste Rektifikationskolonne 11 eingespeist. Dies ist, wie erwähnt, in den Ausgestaltungen der Erfindung nicht der Fall. By means of a main air compressor 1 of the air separation plant 100, air is sucked in and compressed from the atmosphere A via a filter which is not specifically designated. After cooling in an aftercooler, also not specifically designated, downstream of the main air compressor 1, the feed air flow a formed in this way is further cooled in a direct contact cooler 2 operated with water W. The feed air flow a is then subjected to cleaning in an adsorber unit 3. For further explanations in this context, reference is made to the specialist literature, for example in connection with FIG. 2.3A from Häring (see above). After cooling in the main heat exchanger 4, the feed air stream a is fed into the first rectification column 11. In a conventional method, part of the feed air stream a would be fed into the first rectification column 11, while a further part would be fed through the second condenser evaporator 121, which is in a lower Area of the second rectification column 12 is arranged, and by means of the bottom liquid of the second rectification column 12 is evaporated. This further part would be condensed in the second condenser-evaporator 121 and then likewise fed into the first rectification column 11. As mentioned, this is not the case in the embodiments of the invention.
Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne 11 wird in Form eines Stoffstroms d als Stickstoffprodukt B bzw. Dichtgas C aus der Luftzerlegungsanlage 300 ausgeleitet. Sumpfflüssigkeit der zweiten Rektifikationskolonne 12 wird dagegen in Form eines Stoffstroms e als Sauerstoffprodukt D ausgeleitet. Es kann auch beispielsweise eine Einspeisung in sogenannte Run Tanks zur späteren Verdampfung für die Bereitstellung eines innenverdichteten Sauerstoffprodukts D erfolgen. Top gas of the first rectification column 11 is discharged from the air separation plant 300 in the form of a stream d as nitrogen product B or sealing gas C. Bottom liquid from the second rectification column 12, on the other hand, is discharged as an oxygen product D in the form of a stream e. For example, it can also be fed into so-called run tanks for later evaporation to provide an internally compressed oxygen product D.
In dem ersten Kondensatorverdampfer 111 werden ein erster Stoffstrom g und ein zweiter Stoffstrom h unterhalb des ersten Druckniveaus (hierzu erfolgt insbesondere eine entsprechende Entspannung in nicht gesondert bezeichneten Ventilen) einer Verdampfung unterworfen. Weiteres Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne 11 wird in Form eines Stoffstroms i in dem ersten Kondensatorverdampfer 111 kondensiert und als Rücklauf auf die erste Rektifikationskolonne 11 zurückgeführt. Ein Teil kann auch, wie hier in Form eines Stoffstroms k veranschaulicht, in einem Unterkühler 5 unterkühlt und als Flüssigstickstoff F bereitgestellt werden. Ein dabei erwärmter Stoffstrom I wird wie unten näher erläutert behandelt. Auch eine weitere Ausleitung in Form eines Purgestroms m bzw. P kann vorgesehen sein. In the first condenser-evaporator 111, a first material flow g and a second material flow h below the first pressure level (for this purpose, in particular, a corresponding expansion takes place in valves that are not specifically designated) are subjected to evaporation. Further top gas from the first rectification column 11 is condensed in the form of a stream i in the first condenser-evaporator 111 and returned as reflux to the first rectification column 11. A part can also, as illustrated here in the form of a material flow k, be supercooled in a subcooler 5 and provided as liquid nitrogen F. A stream I heated in the process is treated as explained in more detail below. A further discharge in the form of a purge flow m or P can also be provided.
Der erste Stoffstrom g wird unter Verwendung von Flüssigkeit, die der ersten Rektifikationskolonne 11 mit einem ersten Sauerstoffgehalt entnommen wird, und der zweite Stoffstrom h wird unter Verwendung von Flüssigkeit (insbesondere Sumpfflüssigkeit), die der ersten Rektifikationskolonne 11 mit einem zweiten Sauerstoffgehalt oberhalb des ersten Sauerstoffgehalts entnommen wird, gebildet. Gas des ersten Stoffstroms g wird nach dessen Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer 111 einer Rückverdichtung auf das erste Druckniveau in einem Verdichter 6 unterworfen und in die erste Rektifikationskolonne 11 eingespeist. Ein gestrichelt veranschaulichter Teil kann auch zur Verdichtung in dem Verdichter 6 zurückgeführt werden. Ein Teil des Stoffstroms g kann auch in Form eines Stoffstroms n an die Atmosphäre A abgegeben werden. The first stream g is using liquid that is taken from the first rectification column 11 with a first oxygen content, and the second stream h is using liquid (in particular bottom liquid) that the first rectification column 11 with a second oxygen content above the first oxygen content is taken, formed. After its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator 111, gas from the first stream g is subjected to a recompression to the first pressure level in a compressor 6 and fed into the first rectification column 11. A part illustrated by dashed lines can also be returned for compression in the compressor 6. Part of the material flow g can also be released into the atmosphere A in the form of a material flow n.
Gas des zweiten Stoffstroms h wird nach dessen Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer 111 einer parallelen weiteren Entspannung in Entspannungsmaschinen 7 und 8 unterworfen, mit Kopfgas, das in Form eines Stoffstroms o aus der zweiten Rektifikationskolonne 12 abgezogen wird, vereinigt und nach Erwärmung in dem Flauptwärmetauscher 4 als Regeneriergas in der Adsorbereinheit 3 verwendet oder an die Atmosphäre A abgegeben und damit aus der Luftzerlegungsanlage 300 ausgeleitet. After its evaporation or partial evaporation in the first condenser-evaporator 111, gas of the second stream h is subjected to a parallel further expansion in expansion machines 7 and 8, combined with top gas, which is withdrawn in the form of a stream o from the second rectification column 12, and after being heated in the Main heat exchanger 4 is used as a regeneration gas in adsorber unit 3 or released to atmosphere A and thus discharged from air separation plant 300.
Die Entspannungsmaschine 7 ist mit dem Verdichter 6, die Entspannungsmaschine 8 mit einem Generator G gekoppelt. Es kann jeweils auch eine abweichende Anzahl entsprechender Maschinen oder eine andersartige Kopplung eingesetzt werden. Auch eine nicht gesondert bezeichnete (ÖI-)Bremse kann bereitgestellt sein. The expansion machine 7 is coupled to the compressor 6, and the expansion machine 8 is coupled to a generator G. A different number of corresponding machines or a different type of coupling can also be used in each case. An (oil) brake that is not specifically designated can also be provided.
Die zweite Rektifikationskolonne 12 wird mit einem Seitenstrom p der ersten Rektifikationskolonne 11 gespeist, der durch den zweiten Kondensatorverdampfer 121 geführt und in einem oberen Bereich auf die zweite Rektifikationskolonne aufgegeben wird. Durch den Kondensatorverdampfer 121 wird ferner Gas des zweiten Stoffstroms h nach dessen Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer 111 als ein Teilstrom b geführt und einer Kondensation unterworfen. Entsprechend gebildete Flüssigkeit, weiter mit b bezeichnet, wird mittels einer Pumpe 9 druckerhöht und anschließend wieder mit dem zweiten Stoffstrom h vor dessen Verdampfung vereinigt. The second rectification column 12 is fed with a side stream p of the first rectification column 11, which is passed through the second condenser-evaporator 121 and is fed to the second rectification column in an upper region. Furthermore, gas of the second material flow h is passed through the condenser evaporator 121 after its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator 111 as a partial flow b and is subjected to a condensation. Correspondingly formed liquid, further denoted by b, is increased in pressure by means of a pump 9 and then reunited with the second stream h before its evaporation.
Auch in der ansonsten im Wesentlichen identisch oder vergleichbar ausgebildeten Luftzerlegungsanlage 200 gemäß Figur 2 wird die in dem Kondensatorverdampfer 121 durch Kondensieren von Gas des zweiten Stoffstroms h in Form des Stoffstroms b gebildete Flüssigkeit mittels der Pumpe 9 druckerhöht, dann aber in die erste Rektifikationskolonne 11 in einem unteren Bereich eingespeist. Auch ein Teilstrom des ersten Stoffstroms g kann, wie in Figur 3 mit einem Stoffstrom c veranschaulicht, entsprechend verwendet werden. Die Luftzerlegungsanlage 300 gemäß Figur 3 kann ansonsten im Wesentlichen identisch oder vergleichbar ausgebildet sein. Die in dem zweiten Kondensatorverdampfer 121 durch Kondensieren von Gas des ersten Stoffstroms g gebildete Flüssigkeit wird mittels der Pumpe 9 druckerhöht und dann wieder mit dem ersten Stoffstrom g vor der Verdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer 111 vereinigt. In the otherwise essentially identical or comparable air separation plant 200 according to FIG. 2, the pressure of the liquid formed in the condenser evaporator 121 by condensing gas from the second stream h in the form of the stream b is increased by means of the pump 9, but then into the first rectification column 11 in fed into a lower area. A partial flow of the first material flow g can also be used accordingly, as illustrated in FIG. 3 with a material flow c. The air separation plant 300 according to FIG. 3 can otherwise be designed essentially identically or in a comparable manner. The liquid formed in the second condenser-evaporator 121 by condensing gas from the first material flow g is increased in pressure by means of the pump 9 and then combined again with the first material flow g before evaporation in the first condenser-evaporator 111.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei dem eine1. Process for the cryogenic separation of air, in which a
Luftzerlegungsanlage (100, 200, 300) mit einer ersten Rektifikationskolonne (11), einer zweiten Rektifikationskolonne (12), einem erstenAir separation plant (100, 200, 300) with a first rectification column (11), a second rectification column (12), a first
Kondensatorverdampfer (111) und einem zweiten Kondensatorverdampfer (121) verwendet wird, wobei das Verfahren umfasst, dass Condenser evaporator (111) and a second condenser evaporator (121) is used, the method comprising that
- die erste Rektifikationskolonne (11 ) mit Luft gespeist und auf einem ersten Druckniveau betrieben wird und die zweite Rektifikationskolonne (12) aus der ersten Rektifikationskolonne (11) gespeist und auf einem zweiten Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus betrieben wird, wobei - The first rectification column (11) is fed with air and operated at a first pressure level and the second rectification column (12) is fed from the first rectification column (11) and operated at a second pressure level below the first pressure level, wherein
Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne (11 ) als Stickstoffprodukt gewonnen und aus der Luftzerlegungsanlage (100) ausgeleitet wird und Sumpfflüssigkeit der zweiten Rektifikationskolonne (12) als Sauerstoffprodukt gewonnen und aus der Luftzerlegungsanlage (100, 200) ausgeleitet wird, Top gas of the first rectification column (11) is obtained as a nitrogen product and discharged from the air separation unit (100) and bottom liquid from the second rectification column (12) is obtained as an oxygen product and discharged from the air separation unit (100, 200),
- in dem ersten Kondensatorverdampfer (111) ein erster und ein zweiter Stoffstrom unterhalb des ersten Druckniveaus einer Verdampfung unterworfen werden und weiteres Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne (11) in dem ersten Kondensatorverdampfer (111) kondensiert und als Rücklauf auf die erste Rektifikationskolonne (11) zurückgeführt wird, - In the first condenser evaporator (111), a first and a second stream of material below the first pressure level are subjected to evaporation and further overhead gas from the first rectification column (11) is condensed in the first condenser evaporator (111) and returned as reflux to the first rectification column (11) becomes,
- der erste Stoffstrom unter Verwendung von Flüssigkeit, die der ersten Rektifikationskolonne (11) mit einem ersten Sauerstoffgehalt entnommen wird, und der zweite Stoffstrom unter Verwendung von Flüssigkeit, die der ersten Rektifikationskolonne (11) mit einem zweiten Sauerstoffgehalt oberhalb des ersten Sauerstoffgehalts entnommen wird, gebildet werden, - The first stream using liquid that is taken from the first rectification column (11) with a first oxygen content, and the second stream using liquid that is taken from the first rectification column (11) with a second oxygen content above the first oxygen content, be formed
- Gas des ersten Stoffstroms nach dessen Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer (111) teilweise oder vollständig einer Rückverdichtung auf das erste Druckniveau unterworfen und in die erste Rektifikationskolonne (11) eingespeist wird, und Gas des zweiten Stoffstroms nach dessen Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer (111) einer arbeitsleistenden Entspannung unterworfen und aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet wird, und - Gas of the first stream after its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator (111) is partially or completely subjected to a recompression to the first pressure level and fed into the first rectification column (11), and gas of the second stream after its evaporation or partial evaporation in the first Condenser evaporator (111) is subjected to a work-performing expansion and is discharged from the air separation plant, and
- Sumpfflüssigkeit der zweiten Rektifikationskolonne (12) in dem zweiten Kondensatorverdampfer (121) verdampft wird, und - Bottom liquid of the second rectification column (12) is evaporated in the second condenser-evaporator (121), and
- Gas des ersten oder zweiten Stoffstroms nach dessen Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer (111) einer Kondensation in dem zweiten Kondensatorverdampfer (121) unterworfen und zumindest zu einem Teil zu der Flüssigkeit, die der ersten Rektifikationskolonne (11) mit dem ersten oder zweiten Sauerstoffgehalt entnommen und bei der Bildung des ersten oder zweiten Stoffstroms verwendet wird, zugespeist oder in einen unteren Bereich der ersten Rektifikationskolonne (11) eingespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass - Gas of the first or second stream after its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator (111) is subjected to a condensation in the second condenser evaporator (121) and at least in part to the liquid that the first rectification column (11) with the first or second Oxygen content is withdrawn and used in the formation of the first or second stream, fed in or fed into a lower region of the first rectification column (11), characterized in that
- das Gas des ersten oder zweiten Stoffstroms, das nach dessen Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer (111) der Kondensation in dem zweiten Kondensatorverdampfer (121) unterworfen wird, der Kondensation in dem zweiten Kondensatorverdampfer (121) auf einem Druckniveau unterworfen wird, auf dem es zuvor der Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer (111) unterworfen wurde. - The gas of the first or second material flow which, after its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator (111), is subjected to condensation in the second condenser evaporator (121), is subjected to condensation in the second condenser evaporator (121) at a pressure level which it was previously subjected to evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator (111).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem ein erster Anteil des ersten Stoffstroms nach dessen Verdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer (111) der Rückverdichtung auf das erste Druckniveau unterworfen wird, und bei dem ein zweiter Anteil des ersten Stoffstroms nach dessen Verdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer (111) der Kondensation in dem zweiten Kondensatorverdampfer (121) unterworfen wird. 2. The method according to claim 1, in which a first portion of the first material flow after its evaporation in the first condenser evaporator (111) is subjected to recompression to the first pressure level, and in which a second portion of the first material flow after its evaporation in the first condenser evaporator (111) is subjected to condensation in the second condenser-evaporator (121).
3. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem ein erster Anteil des zweiten Stoffstroms nach dessen Verdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer (111) der arbeitsleistenden Entspannung unterworfen wird, und bei dem ein zweiter Anteil des zweiten Stoffstroms nach dessen Verdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer (111) der Kondensation in dem zweiten Kondensatorverdampfer (121) unterworfen wird. 3. The method according to claim 1, in which a first portion of the second material flow is subjected to the work-performing expansion after its evaporation in the first condenser evaporator (111), and in which a second portion of the second material flow after its evaporation in the first condenser evaporator (111) is subjected to condensation in the second condenser evaporator (121).
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem für die Rückverdichtung des Gases des ersten Stoffstroms nach dessen Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer (111) ein oder mehrere Verdichter (6) bereitgestellt ist oder sind, und bei dem für die Entspannung des Gases des zweiten Stoffstroms nach dessen Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer (111) eine oder mehrere Entspannungsmaschinen (7, 8) bereitgestellt sind, die mit dem einen oder mit den mehreren Verdichtern (6) gekoppelt ist oder sind. 4. The method according to any one of the preceding claims, in which one or more compressors (6) is or are provided for the recompression of the gas of the first stream after its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator (111), and in which for the expansion of the Gas of the second material flow, after its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator (111), is provided with one or more expansion machines (7, 8) which is or are coupled to the one or more compressors (6).
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Gas des ersten oder zweiten Stoffstroms, das nach der Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer (111) der Kondensation in dem ersten Kondensatorverdampfer (111) unterworfen wird, unter Verwendung einer Gasleitung, die den ersten Kondensatorverdampfer (111) und den zweiten Kondensatorverdampfer (121) verdichterfrei koppelt, in den zweiten Kondensatorverdampfer (121 ) überführt wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, in which the gas of the first or second material flow which, after evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator (111), is subjected to condensation in the first condenser evaporator (111), using a gas line which the first condenser evaporator (111) and the second condenser evaporator (121) are coupled compressor-free, is transferred into the second condenser evaporator (121).
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem zumindest ein Teil eines bei der Kondensation in dem ersten Kondensatorverdampfer (111) gebildeten Kondensats unter Verwendung einer Pumpe (9) einer Druckerhöhung in flüssigem Zustand unterworfen wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, in which at least part of a condensate formed during the condensation in the first condenser-evaporator (111) is subjected to a pressure increase in the liquid state using a pump (9).
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Druckerhöhung in flüssigem Zustand auf das erste Druckniveau durchgeführt wird. 7. The method according to claim 6, wherein the pressure increase is carried out in the liquid state to the first pressure level.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne (11) einen Gehalt von jeweils weniger als 1 ppb Sauerstoff, Kohlenmonoxid und/oder Wasserstoff und einen Gehalt von weniger als 10 ppm Argon auf Volumenbasis aufweist. 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the top gas of the first rectification column (11) has a content of less than 1 ppb oxygen, carbon monoxide and / or hydrogen and a content of less than 10 ppm argon on a volume basis.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Sumpfflüssigkeit der zweiten Rektifikationskolonne (12) einen Gehalt von weniger als 10 ppb Argon und/oder 5 ppm Methan auf Volumenbasis aufweist. 9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the bottom liquid of the second rectification column (12) has a content of less than 10 ppb argon and / or 5 ppm methane on a volume basis.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das erste Druckniveau bei 7 bis 14 bar Absolutdruck liegt und bei dem das zweite Druckniveau bei 1 ,2 bis 5 bar Absolutdruck liegt. 10. The method according to any one of the preceding claims, in which the first pressure level is 7 to 14 bar absolute pressure and in which the second pressure level is 1, 2 to 5 bar absolute pressure.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem sämtliche in dem Verfahren zu zerlegende, abgekühlte Druckluft gasförmig in die erste Rektifikationskolonne 11 eingespeist wird. 11. The method according to any one of the preceding claims, in which all of the cooled compressed air to be separated in the method is fed into the first rectification column 11 in gaseous form.
12. Luftzerlegungsanlage (100, 200, 300), die eine erste Rektifikationskolonne (11), eine zweite Rektifikationskolonne (12), einen ersten Kondensatorverdampfer (111) und einen zweiten Kondensatorverdampfer (121) aufweist und eingerichtet ist, 12. Air separation plant (100, 200, 300) which has a first rectification column (11), a second rectification column (12), a first condenser evaporator (111) and a second condenser evaporator (121) and is set up,
- die erste Rektifikationskolonne (11 ) mit Luft zu speisen und auf einem ersten Druckniveau zu betreiben und die zweite Rektifikationskolonne (12) aus der ersten Rektifikationskolonne (11) zu speisen und auf einem zweiten Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus zu betreiben, - to feed the first rectification column (11) with air and to operate it at a first pressure level and to feed the second rectification column (12) from the first rectification column (11) and to operate it at a second pressure level below the first pressure level,
Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne (11 ) als Stickstoffprodukt zu gewinnen und aus der Luftzerlegungsanlage (100) auszuleiten und Sumpfflüssigkeit der zweiten Rektifikationskolonne (12) als Sauerstoffprodukt zu gewinnen und aus der Luftzerlegungsanlage (100, 200) auszuleiten, Obtaining top gas of the first rectification column (11) as nitrogen product and discharging it from the air separation unit (100) and obtaining bottom liquid from the second rectification column (12) as an oxygen product and discharging it from the air separation unit (100, 200),
- in dem ersten Kondensatorverdampfer (111) einen ersten und einen zweiten Stoffstrom unterhalb des ersten Druckniveaus einer Verdampfung zu unterwerfen und weiteres Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne (11) in dem ersten Kondensatorverdampfer (111) zu kondensieren und als Rücklauf auf die erste Rektifikationskolonne (11) zurückzuführen, den ersten Stoffstrom unter Verwendung von Flüssigkeit, die der ersten Rektifikationskolonne (11) mit einem ersten Sauerstoffgehalt entnommen wird, und den zweiten Stoffstrom unter Verwendung von Flüssigkeit, die der ersten Rektifikationskolonne (11) mit einem zweiten Sauerstoffgehalt oberhalb des ersten Sauerstoffgehalts entnommen wird, zu bilden, - to subject a first and a second stream of material to evaporation below the first pressure level in the first condenser evaporator (111) and to condense further overhead gas from the first rectification column (11) in the first condenser evaporator (111) and as reflux to the first rectification column (11) recirculated, the first stream using liquid that is taken from the first rectification column (11) with a first oxygen content, and the second stream using liquid that the first Rectification column (11) with a second oxygen content above the first oxygen content is withdrawn to form,
- Gas des ersten Stoffstrom nach dessen Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer (111) teilweise oder vollständig einer Rückverdichtung auf das erste Druckniveau zu unterwerfen und in die erste Rektifikationskolonne (11) einzuspeisen, und Gas des zweiten Stoffstroms nach dessen Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer (111) einer Entspannung zu unterwerfen und aus der Luftzerlegungsanlage auszuleiten, - To subject the gas of the first stream after its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator (111) partially or completely to a recompression to the first pressure level and feed it into the first rectification column (11), and gas from the second stream after its evaporation or partial evaporation in the to subject the first condenser evaporator (111) to relaxation and to discharge it from the air separation plant,
- Sumpfflüssigkeit der zweiten Rektifikationskolonne (12) in dem zweiten Kondensatorverdampfer (121) zu verdampfen, und - to evaporate bottom liquid of the second rectification column (12) in the second condenser evaporator (121), and
- Gas des ersten oder zweiten Stoffstroms nach dessen Verdampfung oder Teilverdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer (111) einer Kondensation in dem zweiten Kondensatorverdampfer (121) zu unterwerfen und zumindest zu einem Teil zu der Flüssigkeit, die der ersten Rektifikationskolonne (11) mit dem ersten oder zweiten Sauerstoffgehalt entnommen und bei der Bildung des ersten oder zweiten Stoffstroms verwendet wird, zuzuspeisen oder in einen unteren Bereich der ersten Rektifikationskolonne (11) einzuspeisen, - To subject the gas of the first or second stream after its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator (111) to a condensation in the second condenser evaporator (121) and at least in part to the liquid which the first rectification column (11) with the first or second oxygen content is withdrawn and used in the formation of the first or second stream, to be fed in or to be fed into a lower region of the first rectification column (11),
- wobei für die Rückverdichtung des Gases des ersten Stoffstroms nach dessen Verdampfung oder Teilverdampfung im ersten Kondensatorverdampfer (111) ein oder mehrere Verdichter (6) und für die Entspannung des Gases des zweiten Stoffstroms nach dessen Verdampfung oder Teilverdampfung im ersten Kondensatorverdampfer (111) eine oder mehrere, mit dem einen oder mit den mehreren Verdichtern (6) mechanisch gekoppelte Entspannungsmaschinen (7, 8) bereitgestellt sind, dadurch gekennzeichnet, dass - one or more compressors (6) for recompression of the gas of the first material flow after its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator (111) and one or more compressors (6) for the expansion of the gas of the second material flow after its evaporation or partial evaporation in the first condenser evaporator (111) a plurality of expansion machines (7, 8) mechanically coupled to the one or more compressors (6) are provided, characterized in that
- der erste Kondensatorverdampfer (111) und der zweite Kondensatorverdampfer (121) derart angeordnet sind, dass das Gas des ersten oder zweiten Stoffstroms, das der Kondensation in dem zweiten Kondensatorverdampfer (121) unterworfen wird, der Kondensation auf einem Druckniveau unterworfen wird, auf dem es zuvor der Verdampfung in dem ersten Kondensatorverdampfer (111) unterworfen wurde. - The first condenser evaporator (111) and the second condenser evaporator (121) are arranged such that the gas of the first or second material flow which is subjected to condensation in the second condenser-evaporator (121), which is subjected to condensation at a pressure level at which it was previously subjected to evaporation in the first condenser-evaporator (111).
13. Luftzerlegungsanlage (100, 200, 300) nach Anspruch 12, die Mittel aufweist, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 eingerichtet sind. 13. Air separation plant (100, 200, 300) according to claim 12, which has means which are set up for carrying out a method according to one of claims 1 to 11.
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