EP4127583A1 - Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft - Google Patents

Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft

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EP4127583A1
EP4127583A1 EP21712713.3A EP21712713A EP4127583A1 EP 4127583 A1 EP4127583 A1 EP 4127583A1 EP 21712713 A EP21712713 A EP 21712713A EP 4127583 A1 EP4127583 A1 EP 4127583A1
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EP
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rectification column
liquid
fed
product
column
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Dimitri GOLUBEV
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    • F25J2270/02—Internal refrigeration with liquid vaporising loop

Definitions

  • the invention relates to a method and a system for the low-temperature decomposition of air according to the respective preambles of the independent claims.
  • Air separation plants have rectification column systems which can be designed as two-column systems, in particular as 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. 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 rectification columns of the rectification column systems mentioned are operated at different pressure levels.
  • Known double column systems have a so-called high pressure column (also referred to as a pressure column, medium pressure column or lower column) and a so-called low pressure column (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 here and below are absolute pressures at the top of the respective columns specified.
  • air separation plants or corresponding processes are required which, in addition to relatively large amounts of nitrogen with a comparatively high purity (approx. 80 ppb oxygen content and less), also deliver certain amounts of an impure oxygen product.
  • Corresponding nitrogen can be required, for example, in the manufacture of semiconductors or displays, whereas the impure oxygen is required for the glass production for corresponding displays on site.
  • the air separation plants and processes known to date cannot provide impure oxygen as an additional product with the desired efficiency.
  • a “condenser evaporator” is a heat exchanger in which a first, condensing fluid flow occurs in indirect heat exchange with a second, 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 first fluid flow is carried out in the liquefaction space, and the evaporation of the second fluid flow is carried out in the vaporization space.
  • the evaporation and liquefaction spaces are formed by groups of passages which are in a heat exchange relationship with one another.
  • the so-called main condenser which connects a high-pressure column and a low-pressure column of an air separation plant in a heat-exchanging manner, is designed as a condenser evaporator.
  • the main condenser can in particular be designed as a single or multi-storey bath evaporator, in particular as a cascade evaporator (as described, for example, in EP 1 287 302 B1), or else as a falling film evaporator.
  • the main condenser can be formed by a single heat exchanger block or by several heat exchanger blocks which are arranged in a common pressure vessel.
  • a liquid flow is forced through the evaporation space by means of its own pressure and is partially evaporated there.
  • This pressure is generated, for example, by a column of liquid in the feed line to the evaporation chamber.
  • the height of this column of liquid corresponds to the pressure loss in the evaporation space.
  • the gas or gas-liquid mixture emerging from the evaporation chamber can be passed on directly to the next process step or to a downstream device in a "once through" condenser evaporator of this type and is in particular not introduced into a liquid bath of the condenser evaporator from which the remaining liquid Portion would be sucked in again.
  • expansion turbine or “expansion machine”, which can be coupled to further expansion turbines or energy converters such as oil brakes, generators or compressors via a common shaft, is set up to expand a gaseous or at least partially liquid stream.
  • expansion turbines for use in the present invention can be designed as turbo expanders. If a compressor is driven with one or more expansion turbines, but without energy supplied externally, for example by means of an electric motor, the term “turbine-driven” compressor or, alternatively, “booster” is used. Arrangements of turbine-driven compressors and expansion turbines are also referred to as "booster turbines”.
  • turbo compressors In air separation plants, multi-stage turbo compressors are used to compress the feed air to be separated, which are referred to here as "main air compressors".
  • the mechanical structure of turbo compressors is fundamentally known to the person skilled in the art.
  • the medium to be compressed is compressed by means of turbine blades which are arranged on a turbine wheel or impeller or directly on a shaft.
  • a turbo compressor forms a structural unit, which, however, can have several compressor stages in a multi-stage turbo compressor.
  • a compressor stage usually comprises a corresponding arrangement of turbine blades. All of these compressor stages can be driven by a common shaft. However, provision can also be made for the compressor stages to be driven in groups with different shafts, it also being possible for the shafts to be connected to one another via gears.
  • the main air compressor is also distinguished by the fact that it compresses the entire amount of air fed into the rectification column system and used for the production of air products, that is to say the entire feed air.
  • a “post-compressor” can also be provided, in which, however, only part of the amount of air compressed in the main air compressor is brought to an even higher pressure.
  • This can also be designed as a turbo compressor.
  • the use of a common compressor or compressor stages of such a compressor as the main air compressor and booster can also be provided.
  • additional turbo compressors are typically provided in air separation plants in the form of the boosters mentioned, which are usually in the Compared to the main air compressor or the booster, however, only compress to a relatively small extent.
  • liquids and gases can be rich or poor in one or more components, with “rich” for a content of at least 50%, 75%, 90%, 95%, 99%, 99.5%, 99, 9% or 99.99% and “poor” can mean a content of no more than 50%, 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 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” or “nitrogen” is used here, this should also be understood to mean a liquid or a gas that is rich in oxygen or nitrogen, but does not necessarily 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.
  • EP 3 521 739 A1 discloses a method for obtaining nitrogen in which the low-pressure column of the double-column system used has a top condenser (also known as "double column, double condenser” or DCDC method). This process provides for the use of forced flow condenser evaporators and a residual gas turbine to generate the process cooling capacity.
  • the pressure in the evaporation chamber or the pressure gradient at the residual gas turbine is also low.
  • the low evaporation pressure also results in low operating pressures in both rectification columns and a relatively low (approx. 8 to 8.5 bar) nitrogen product pressure.
  • the necessary cooling capacity in the process is high (e.g. in the case of liquid production)
  • the pressure in the evaporation chamber or the pressure gradient at the residual gas turbine is also high.
  • the high evaporation pressure then leads to high operating pressures in both rectification columns and to a high nitrogen product pressure.
  • the present invention is fundamentally based on the knowledge that a method of the type just described can be expanded with an additional column, as a result of which the problems mentioned can be overcome.
  • a higher pressure can be used in the evaporation chamber of the top condenser of the low-pressure column, so that a corresponding increase in the nitrogen product pressure (e.g. up to the desired 11 bar) is possible without, however, having to increase the liquid capacity of the plant.
  • the nitrogen product pressure e.g. up to the desired 11 bar
  • only part of the residual gas from the evaporation space of the top condenser of the low-pressure column is expanded to perform work. As a result, the cooling capacity remains relatively low.
  • Another part of the residual gas "drives" the rectification process in the additional rectification column. In the bottom of this additional rectification column, impure oxygen is obtained, which is then also obtained as an internally compressed stream.
  • internal compression reference is made to the technical literature mentioned at the beginning.
  • the method proposed according to the invention is significantly more efficient than the known methods explained above.
  • the present invention proposes 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 at a pressure level of 9 to 13.5 bar, in particular about 11.3 bar , is operated and the second rectification column is operated at a pressure level of 5.5 to 8.5 bar, in particular about 7.3 bar.
  • the values mentioned are, in particular, pressure values at the top of the respective rectification columns.
  • the first rectification column and the second rectification column can in particular be combined in the manner of a known double column.
  • the first rectification column is fed with cooled compressed air and the second rectification column is fed with liquid from the first rectification column or liquid formed therefrom.
  • this does not exclude that further feed streams can also be fed into the first and second rectification column and represents only a minimum requirement for the implementation of the present invention.
  • liquid from a rectification column or "liquid formed therefrom” is used in a certain way, the "liquid formed therefrom” is to be understood in particular as liquid, for the formation of which the liquid used directly from the corresponding rectification column is used is used, and that this is changed in its composition without complete evaporation, but possibly by evaporation of part of its components. Cooling, heating, pressurization and relaxation can also be provided.
  • first condenser-evaporator which in particular represent the main condenser connecting the first and second rectification columns in a heat-exchanging manner and can be designed as a forced-flow condenser-evaporator
  • overhead gas of the first rectification column is condensed and liquid from the second rectification column or liquid formed therefrom is condensed within the scope of the present invention (see above) to obtain a gas phase, which is referred to here as the first evaporation product for later reference only.
  • the latter liquid is in particular a bottom liquid from the second rectification column or a liquid which is formed from a corresponding bottom liquid.
  • a second condenser-evaporator which can also be designed as a forced-flow condenser-evaporator
  • overhead gas of the second rectification column is condensed and further liquid from the second rectification column or liquid formed therefrom is evaporated to obtain a second evaporation product.
  • This further liquid can also be, in particular, bottom liquid from the second rectification column or liquid which is formed from such bottom liquid.
  • a first portion of the second evaporation product is expanded, heated and removed from the process by means of an expansion machine.
  • This first component so-called impure nitrogen, can for example be released directly into the atmosphere or, if necessary, used beforehand to regenerate adsorber units for air purification.
  • this proportion - and thus the achieved cooling capacity - is lower than in conventional processes.
  • Overhead gas of the first rectification column is carried out in the context of the present invention as a pure nitrogen product from the process.
  • this pure nitrogen product can be made available to a consumer at a corresponding pressure level.
  • a third rectification column is used in the context of the present invention. This is operated at a pressure level of 1.1 to 2.5 bar, in particular about 1.4 bar, in particular at the top of the third rectification column.
  • a rectification is driven in the third rectification column using further residual gas.
  • This is achieved by means of a third condenser evaporator in which a second portion of the second evaporation product is condensed and bottom liquid of the third rectification column or liquid formed therefrom is evaporated to obtain a third evaporation product.
  • the second portion of the second evaporation product condensed by means of the third condenser evaporator is then at least partially fed into the third rectification column.
  • the third rectification column is fed with unevaporated further liquid from the second rectification column or liquid formed therefrom and further bottom liquid from the third rectification column or liquid formed therefrom is internally compressed and carried out as the aforementioned impure oxygen product from the process.
  • the further bottom liquid of the third rectification column, and thus the impure oxygen product is formed in particular with an oxygen content of 85 to 99.8%, for example 90 to 99.8%, for example with an oxygen content of 96.8%. So it is not necessarily a product commonly referred to as impure oxygen with up to 98% oxygen.
  • the pure nitrogen product can in particular have a residual content of 10 ppm oxygen or less, in particular 5 ppm oxygen or less, to be provided.
  • the production amount (ie the amount of product exported in each case) for the impure oxygen product can be, for example, 5 to 10%, in particular approx. 8.7%, based on the pure nitrogen product. In an embodiment explained below, this amount can also be up to 25%.
  • Liquid nitrogen can also be withdrawn, although an amount of liquid nitrogen product is typically less than 1%, in particular less than 0.5%, for example approx. 0.1%, of the amount of the pure nitrogen product.
  • Other air products are typically not formed or not formed in a greater amount than the aforementioned air products.
  • the second condenser evaporator is operated at an evaporation pressure level of 2 to 5 bar, in particular approx. 3.6 bar.
  • this evaporation pressure level is coupled to a certain extent with the rectification pressure levels in the first and in the second rectification column.
  • the first portion of the second evaporation product which is expanded, heated and removed from the method by means of an expansion machine, is fed to the expansion machine in the context of the present invention, in particular at the evaporation pressure level.
  • bottom liquid from the second rectification column can be partially evaporated by means of the first condenser evaporator while retaining the first evaporation product and an unevaporated residue.
  • a first part of the unevaporated remainder can be evaporated by means of the second condenser evaporator to obtain the second evaporation product.
  • the composition can be changed by achieving a depletion of low boilers in the first condenser evaporator (or enrichment of high boilers). If, on the other hand, there is complete evaporation, as in the second condenser evaporator, there is no change in the composition, since a corresponding depletion or enrichment effect does not occur.
  • a second part of the unevaporated residue can be fed into the third rectification column.
  • the unevaporated further liquid from the second rectification column or the liquid formed therefrom, with which the third Rectification column is fed, and the second portion of the second evaporation product condensed by means of the third condenser-evaporator, or its portion which is fed into the third rectification column are both fed into the third rectification column in a head region, whereby a "head region" is understood to mean a region above which there are no further separating devices.
  • liquid can be used as the non-evaporated further liquid from the second rectification column or the liquid formed therefrom with which the third rectification column is fed, which is via a side take-off from the second rectification column and thus with a lower oxygen content than the bottom liquid , is taken.
  • the third rectification column can in particular have a first separation section and a second separation section arranged above the first separation section, the unevaporated further liquid from the second rectification column or the liquid formed therefrom, with which the third rectification column is fed, to the third rectification column above of the second separation section, and wherein the second portion of the second evaporation product condensed by means of the third condenser-evaporator or its portion which is fed into the third rectification column is fed to the third rectification column between the first separation section and the second separation section.
  • the cooled compressed air with which the first rectification column is fed can, in one embodiment of the present invention, be exclusively gaseous, cooled or partially pre-liquefied compressed air that is no longer compressed to the pressure level at which the first rectification column is operated.
  • the cooled compressed air with which the first rectification column is fed comprises gaseous, cooled compressed air that is no longer compressed to the pressure level at which the first rectification column is operated, and also liquefied air that is compressed to a pressure level which is above the pressure level at which the first rectification column is operated, and which is then liquefied and let down in the first rectification column.
  • the aforementioned product quantities are also present in this embodiment Impure oxygen of up to 25%, for example approx. 20%, of the product quantities of pure nitrogen, can be produced.
  • a separate air compressor can be used to further compress the air to be liquefied.
  • the third rectification column can have 15 to 25, in particular 20, theoretical dividing trays.
  • the first rectification column can have 50 to 70, in particular 60, and the second rectification column 40 to 60, in particular 50, theoretical separation trays.
  • Figures 1 to 5 show an air separation plant according to embodiments of the invention in a simplified, schematic representation.
  • FIG. 1 an air separation plant according to an embodiment of the invention is illustrated in the form of a schematic process flow diagram and denoted as a whole by 100.
  • input or process air P is sucked in via a filter 1 by means of a main air compressor 2.
  • a main air compressor 2 After pre-cooling in heat exchangers (not specifically designated) and a direct contact cooler operated with water W, the correspondingly compressed air is fed to an adsorber station 3, where undesired components such as water and carbon dioxide are removed.
  • the air is then fed in the form of a feed air stream a to a main heat exchanger 4 of the air separation plant 100 and removed from it at the cold end.
  • the feed air stream also denoted by a, is fed into a first rectification column (high pressure column) 11 of a distillation column system 10 which, in addition to the first rectification column 11, also has a second rectification column (low pressure column) 12 formed as a double column with the first rectification column 11 and a third rectification column 13.
  • first rectification column 11 a top gas and a bottom liquid are formed, the bottom liquid from the first rectification column 11 being passed here completely in the form of a stream b through a subcooling countercurrent 5 and fed into the second rectification column 12.
  • second rectification column 12 an overhead gas and a bottom liquid are formed.
  • a part of the top gas of the first rectification column 11 is condensed by means of a first condenser-evaporator 111 (main condenser), which is designed here as a forced-flow condenser-evaporator. Another part of the top gas is drawn off in the form of a stream c, passed through the subcooling countercurrent 5 and the main heat exchanger 4 and released as pure nitrogen product C.
  • the condensed portion of the top gas of the first rectification column 11 is returned to the first rectification column 11 in the form of a stream d.
  • a portion of the bottom liquid of the second rectification column 12 is also evaporated by means of the first condenser evaporator 111. The vaporized portion rises in the second rectification column 12.
  • a second condenser evaporator 121 is used to condense overhead gas from the second rectification column 11, which is fed to the second condenser evaporator 121 in the form of a stream e.
  • the condensed overhead gas is partly returned to the second rectification column 12 and partly made available as liquid nitrogen product E. Further top gas of the second rectification column 12 can be withdrawn from this in the form of a stream f, passed through the subcooling countercurrent 5 and the main heat exchanger 4 and made available as a further nitrogen product F under pressure.
  • Liquid collected in a liquid retention device at the top of the second rectification column 12 can be returned by means of a pump 6 in the form of a stream g through the subcooling countercurrent 5 and to the first rectification column 11 ("back pumping"). At this point, a partial flow of the material flow used to form the liquid nitrogen product E can also be fed in, which is expanded to subcool the liquid nitrogen product E.
  • a first portion of the further bottom liquid evaporated by means of the second condenser evaporator 121 from the second rectification column 12 is expanded in the form of a stream i and before and after the expansion in the subcooling countercurrent 5 and heated in the main heat exchanger 4 and carried out from the process, ie released to atmosphere A and used as a regeneration gas in adsorber station 3 if necessary.
  • a third condenser evaporator 131 which is designed as a bottom evaporator of the third rectification column 13
  • a second portion of the by means of the second Condenser evaporator 121 evaporated further bottom liquid from the second rectification column 12 in the form of a stream k condensed.
  • bottom liquid from the third rectification column 13 is also evaporated.
  • the third rectification column 13 is also fed in the form of a stream I with non-evaporated further liquid from the second rectification column 12.
  • Bottom liquid from the third rectification column 13 is internally compressed in the form of a stream m by means of a pump 8 and is carried out as an internally compressed oxygen product M from the process.
  • the unevaporated further liquid from the second rectification column 12, with which the third rectification column is fed in the form of the stream I, is the bottom liquid of the second rectification column 12.
  • the second portion of the means condensed by means of the third condenser evaporator 131 of the second condenser-evaporator 121 from the second rectification column 12 or its portion that is fed into the third rectification column 13 this is also fed into the third rectification column 13 in a head region.
  • An additional feed of liquid nitrogen X is also illustrated.
  • this feeding is carried out differently.
  • liquid of a stream n is used, which is withdrawn from the second rectification column 12 via a side take-off.
  • the third rectification column 13 has a first separation section 13a and a second separation section 13b arranged above the first separation section 13a, the unevaporated further one Liquid from the second rectification column 12, with which the third rectification column 13 is fed, ie the stream n, is fed to the third rectification column 13 above the second separating section 13b, and the second portion condensed by the third condenser evaporator 131 being the by the second condenser evaporator 121 evaporated further liquid from the second rectification column 12 or its portion that is fed into the third rectification column 13, i.e. the stream k, is fed to the third rectification column 13 between the first separation section 13a and the second separation section 13b.
  • the cooled compressed air with which the first rectification column 11 is fed is exclusively gaseous, cooled or pre-liquefied compressed air, which in the main air compressor 2 is no longer the pressure level at which the first rectification column 11 is operated, was compressed.
  • the cooled compressed air, with which the first rectification column 11 is fed here comprises the gaseous, cooled compressed air of the stream a, which was no longer compressed to the pressure level at which the first rectification column 11 is operated, but also liquefied air of a stream o, which was compressed by means of a booster 9 to a pressure level which is above the pressure level at which the first rectification column 11 is operated and which is then liquefied in the main heat exchanger 4 and expanded in the first rectification column 11.
  • the passage for the liquid collected in a liquid retention device at the top of the second rectification column 12 at the top of the second rectification column 12, which is returned to the first rectification column 11, is typically omitted, even if both passages are still rudimentary shown in FIG.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei dem eine Luftzerlegungsanlage (100-400) mit einer ersten Rektifikationskolonne (11) und einer zweiten Rektifikationskolonne (12) verwendet wird, wobei die erste Rektifikationskolonne (11) mit abgekühlter Druckluft gespeist wird und die zweite Rektifikationskolonne (12) mit Flüssigkeit aus der ersten Rektifikationskolonne (11) oder hieraus gebildeter Flüssigkeit gespeist wird. Mittels eines ersten Kondensatorverdampfers (111) wird Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne (11) kondensiert und Flüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne (12) oder hieraus gebildete Flüssigkeit unter Erhalt eines ersten Verdampfungsprodukts verdampft. Mittels eines zweiten Kondensatorverdampfers (121) wird Kopfgas der zweiten Rektifikationskolonne (11) kondensiert und weitere Flüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne (12) oder hieraus gebildete Flüssigkeit unter Erhalt eines zweiten Verdampfungsprodukts verdampft. Mittels einer Entspannungsmaschine (7) wird ein erster Anteil des zweiten Verdampfungsprodukts entspannt, erwärmt und aus dem Verfahren ausgeführt wird. Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne (11) wird als Reinstickstoffprodukt aus dem Verfahren ausgeführt. Es ist vorgesehen, dass eine dritte Rektifikationskolonne (13) verwendet wird, mittels eines dritten Kondensatorverdampfers (131) ein zweiter Anteil des zweiten Verdampfungsprodukts kondensiert und Flüssigkeit aus der dritten Rektifikationskolonne (13) oder hieraus gebildete Flüssigkeit unter Erhalt eines dritten Verdampfungsprodukts verdampft wird, dass der mittels des dritten Kondensatorverdampfers (131) kondensierte zweite Anteil des zweiten Verdampfungsprodukts zumindest zu einem Teil in die dritte Rektifikationskolonne (13) eingespeist wird, dass die dritte Rektifikationskolonne (13) mit unverdampfter weiterer Flüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne (12) oder hieraus gebildeter Flüssigkeit gespeist wird, und dass weitere Sumpfflüssigkeit der dritten Rektifikationskolonne (13) oder hieraus gebildete Flüssigkeit innenverdichtet und als Unreinsauerstoffprodukt aus dem Verfahren ausgeführt wird. Eine entsprechende Luftzerlegungsanlage (10CM00) ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Description

Beschreibung
Verfahren und Anlaoe zur Tieftemperaturzerleauna von Luft
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß den jeweiligen Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Stand der Technik
Die Herstellung von Luftprodukten in flüssigem oder gasförmigem Zustand durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in Luftzerlegungsanlagen ist bekannt und beispielsweise bei H.-W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH,
2006, insbesondere Abschnitt 2.2.5, "Cryogenic Rectification", beschrieben.
Luftzerlegungsanlagen weisen Rektifikationskolonnensysteme auf, die als Zweikolonnensysteme, insbesondere als Doppelkolonnensysteme, aber auch als Drei oder Mehrkolonnensysteme ausgebildet sein können. Neben Rektifikationskolonnen zur Gewinnung von Stickstoff und/oder Sauerstoff in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand, also Rektifikationskolonnen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, können Rektifikationskolonnen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere der Edelgase Krypton, Xenon und/oder Argon, vorgesehen sein.
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 (obere Kolonne) 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.
Je nach den geforderten Produktspektren (d.h. der absolut und relativ zueinander herzustellenden Mengen an unterschiedlichen flüssigen und gasförmigen Luftprodukten) eignen sich unterschiedliche Anlagenkonfigurationen von Luftzerlegungsanlagen unterschiedlich gut. Wird beispielsweise überwiegend gasförmiger Stickstoff auf einem erhöhten Druckniveau gefordert, kann ein z.B. in der EP 2 789 958 A1 und der dort zitierten Patentliteratur beschriebenes Verfahren vorteilhaft sein. Dieses kann auch mit einer sogenannten Reinsauerstoffkolonne verwendet und/oder mit einer (Vakuum-)Druckwechseladsorption kombiniert werden. Auf diese Weise kann auch Sauerstoff unterschiedlicher Reinheit bereitgestellt werden. In bestimmten Fällen ergibt sich hier jedoch weiterer Optimierungsbedarf.
Für bestimmte Aufgaben werden Luftzerlegungsanlagen bzw. entsprechende Verfahren benötigt, die neben relativ großen Mengen an Stickstoff mit vergleichsweise hoher Reinheit (ca. 80 ppb Sauerstoffgehalt und weniger) auch bestimmte Mengen eines unreinen Sauerstoffprodukts liefern. Entsprechender Stickstoff kann beispielsweise bei der Halbleiter- bzw. Displayfertigung benötigt werden, wohingegen der unreine Sauerstoff für die Glasproduktion für entsprechende Displays vor Ort erforderlich ist. Insbesondere die Bereitstellung von unreinem Sauerstoff als zusätzlichem Produkt kann durch die bisher bekannten Luftzerlegungsanlagen und Verfahren bisweilen nicht in der gewünschten Effizienz erfolgen.
Es besteht daher der Bedarf nach Verfahren und Anlagen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, die die genannten Anforderungen in vorteilhafter Weise erfüllen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Nachfolgend werden zunächst einige bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile verwendete Begriffe sowie der zugrunde liegende technische Hintergrund näher erläutert.
Die in einer Luftzerlegungsanlage eingesetzten Vorrichtungen sind in der zitierten Fachliteratur, beispielsweise bei Häring 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.
Als "Kondensatorverdampfer" wird ein Wärmetauscher bezeichnet, in dem ein erster, kondensierender Fluidstrom in indirekten Wärmeaustausch mit einem zweiten, 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 ersten Fluidstroms durchgeführt, in dem Verdampfungsraum die Verdampfung des zweiten Fluidstroms. Der Verdampfungs- und der Verflüssigungsraum werden durch Gruppen von Passagen gebildet, die untereinander in Wärmeaustauschbeziehung stehen.
Insbesondere der eine Hochdruckkolonne und eine Niederdruckkolonne einer Luftzerlegungsanlage wärmetauschend verbindende sogenannte Hauptkondensator ist als Kondensatorverdampfer ausgebildet. Der Hauptkondensator kann insbesondere als ein- oder mehrstöckiger Badverdampfer, insbesondere als Kaskadenverdampfer (wie beispielsweise in der EP 1 287 302 B1 beschrieben), oder aber als Fallfilmverdampfer ausgebildet sein. Der Hauptkondensator kann durch einen einzigen Wärmetauscherblock oder durch mehrere Wärmetauscherblöcke, die in einem gemeinsamen Druckbehälter angeordnet sind, gebildet werden.
In einem "Forced-Flow"-Kondensatorverdampfer, der auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen kann, wird ein Flüssigkeitsstrom mittels seines eigenen Drucks durch den Verdampfungsraum gedrückt und dort partiell verdampft. Dieser Druck wird beispielsweise durch eine Flüssigkeitssäule in der Zuleitung zum Verdampfungsraum erzeugt. Die Höhe dieser Flüssigkeitssäule entspricht dabei dem Druckverlust im Verdampfungsraum. Das aus dem Verdampfungsraum austretende Gas oder Gas-Flüssigkeitsgemisch kann dabei in einem "Once Through"-Kondensatorverdampfer dieser Art direkt zum nächsten Verfahrensschritt bzw. zu einer stromabwärtigen Vorrichtung weitergeleitet werden und wird insbesondere nicht in ein Flüssigkeitsbad des Kondensatorverdampfers eingeleitet, aus dem der flüssig verbliebene Anteil erneut angesaugt würde. Eine "Entspannungsturbine" bzw. "Entspannungsmaschine", die über eine gemeinsame Welle mit weiteren Entspannungsturbinen oder Energiewandlern wie Ölbremsen, Generatoren oder Verdichtern gekoppelt sein kann, ist zur Entspannung eines gasförmigen oder zumindest teilweise flüssigen Stroms eingerichtet. Insbesondere können Entspannungsturbinen zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung als Turboexpander ausgebildet sein. Wird ein Verdichter mit einer oder mehreren Entspannungsturbinen angetrieben, jedoch ohne extern, beispielsweise mittels eines Elektromotors, zugeführte Energie, wird der Begriff "turbinengetriebener" Verdichter oder alternativ "Booster" verwendet. Anordnungen aus turbinengetriebenen Verdichtern und Entspannungsturbinen werden auch als "Boosterturbinen" bezeichnet.
In Luftzerlegungsanlagen kommen zur Verdichtung der zu zerlegenden Einsatzluft mehrstufige Turboverdichter zum Einsatz, die hier als "Hauptluftverdichter" bezeichnet werden. Der mechanische Aufbau von Turboverdichtern ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt. In einem Turboverdichter erfolgt die Verdichtung des zu verdichtenden Mediums mittels Turbinenschaufeln, die auf einem Turbinenrad bzw. Impeller oder direkt auf einer Welle angeordnet sind. Ein Turboverdichter bildet dabei eine bauliche Einheit, die jedoch bei einem mehrstufigen Turboverdichter mehrere Verdichterstufen aufweisen kann. Eine Verdichterstufe umfasst dabei in der Regel eine entsprechende Anordnung von Turbinenschaufeln. Alle dieser Verdichterstufen können von einer gemeinsamen Welle angetrieben werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Verdichterstufen gruppenweise mit unterschiedlichen Wellen anzutreiben, wobei die Wellen auch über Getriebe miteinander verbunden sein können.
Der Hauptluftverdichter zeichnet sich ferner dadurch aus, dass durch diesen die gesamte in das Rektifikationskolonnensystem eingespeiste und zur Herstellung von Luftprodukten verwendete Luftmenge, also die gesamte Einsatzluft, verdichtet wird. Entsprechend kann auch ein "Nachverdichter" vorgesehen sein, in dem aber nur ein Teil der im Hauptluftverdichter verdichteten Luftmenge auf einen nochmals höheren Druck gebracht wird. Auch dieser kann als Turboverdichter ausgebildet sein. Auch die Verwendung eines gemeinsamen Verdichters bzw. von Verdichterstufen eines derartigen Verdichters als Hauptluftverdichter und Nachverdichter kann vorgesehen sein. Zur Verdichtung von Teilluftmengen sind in Luftzerlegungsanlagen typischerweise weitere Turboverdichter in Form der erwähnten Booster vorgesehen, die i.d.R. im Vergleich zu dem Hauptluftverdichter oder dem Nachverdichter jedoch nur eine Verdichtung in relativ geringem Umfang vornehmen.
Flüssigkeiten und Gase können im hier verwendeten Sprachgebrauch reich oder arm an einer oder an mehreren Komponenten sein, wobei "reich" für einen Gehalt von wenigstens 50%, 75%, 90%, 95%, 99%, 99,5%, 99,9% oder 99,99% und "arm" für einen Gehalt von höchstens 50%, 25%, 10%, 5%, 1%, 0,1% oder 0,01% auf Mol-, Gewichts- oder Volumenbasis stehen kann. Der Begriff "überwiegend" kann der Definition von "reich" entsprechen. Flüssigkeiten und Gase können ferner angereichert oder abgereichert an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei sich diese Begriffe auf einen Gehalt in einer Ausgangsflüssigkeit oder einem Ausgangsgas beziehen, aus der oder dem die Flüssigkeit oder das Gas gewonnen wurde. Die Flüssigkeit oder das Gas ist "angereichert", wenn diese oder dieses zumindest den 1 ,1 -fachen, 1 ,5-fachen, 2-fachen, 5-fachen, 10-fachen 100-fachen oder 1.000-fachen Gehalt, und "abgereichert", wenn diese oder dieses höchstens den 0,9-fachen, 0,5- fachen, 0,1 -fachen, 0,01 -fachen oder 0,001 -fachen Gehalt einer entsprechenden Komponente, bezogen auf die Ausgangsflüssigkeit oder das Ausgangsgas enthält. Ist hier beispielsweise von "Sauerstoff" oder "Stickstoff" die Rede, sei hierunter auch eine Flüssigkeit oder ein Gas verstanden, der reich an Sauerstoff oder Stickstoff ist, jedoch nicht notwendigerweise ausschließlich hieraus bestehen muss.
Die vorliegende Anmeldung verwendet zur Charakterisierung von Drücken und Temperaturen die Begriffe "Druckniveau" und "Temperaturniveau", wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass entsprechende Drücke und Temperaturen in einer entsprechenden Anlage nicht in Form exakter Druck- bzw. Temperaturwerte verwendet werden müssen, um das erfinderische Konzept zu verwirklichen. Jedoch bewegen sich derartige Drücke und Temperaturen typischerweise in bestimmten Bereichen, die beispielsweise ± 1%, 5%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 hier in bar angegebenen Druckniveaus handelt es sich um Absolutdrücke. Merkmale und Vorteile der Erfindung
Zur Erfüllung der eingangs erwähnten Produktanforderungen, also die Bereitstellung relativ großer Mengen an Stickstoff mit vergleichsweise hoher Reinheit und auf erhöhtem Druck und die gleichzeitige Bereitstellung bestimmter Mengen eines unreinen Sauerstoffprodukts, kann grundsätzlich ein in der EP 3 557 166 A1 beschriebenes Verfahren mit einer sogenannten Mischkolonne und einem Verstärkungskreislauf für die Hochdruckkolonne eingesetzt werden, wobei das Doppelkolonnensystem unter erhöhtem Druck betrieben wird.
Ferner ist aus der EP 3 521 739 A1 ein Verfahren zur Gewinnung von Stickstoff bekannt, bei dem die Niederdruckkolonne des verwendeten Doppelkolonnensystem einen Kopfkondensator aufweist (auch als "Double Column, Double Condenser" bzw. DCDC-Verfahren bekannt). Dieses Verfahren sieht den Einsatz von Forced Flow- Kondensatorverdampfern und eine Restgasturbine zwecks Erzeugung der Prozesskälteleistung vor.
Das aus der EP 3 521 739 A1 bekannte Verfahren ist sehr gut für eine reine Gasproduktion mit Stickstoff-Produktdrücken von ca. 8 bis 8,5 bar (bzw. auch für deutlich höhere Drücke, falls eine Produkt-Nachverdichtung in Erwägung gezogen wird) geeignet. Für etwas höhere Produktdrücke (z.B. 11 bar) blieb dieses Verfahren bis jetzt nur dann sehr effizient, wenn neben gasförmigem Stickstoff als Hauptprodukt auch relativ viel an Flüssigkeit (z.B. Flüssigstickstoff, LIN) produziert wird. Dies ist darauf zurück zu führen, dass die Kälteleistung bei diesem Prozess durch den Druck im Verdampfungsraum des Kondensators der Niederdruckkolonne eingestellt/variiert wird. Ist die notwendige Kälteleistung im Prozess niedrig (z.B. bei reiner Gasproduktion), ist auch der Druck im Verdampfungsraum bzw. das Druckgefälle an der Restgasturbine niedrig. Der niedrige Verdampfungsdruck hat aber auch niedrige Betriebsdrücke in beiden Rektifikationskolonnen und einen relativ niedrigen (ca. 8 bis 8,5 bar) Stickstoff-Produktdruck zur Folge. Ist die notwendige Kälteleistung im Prozess hoch (z.B. bei Flüssigproduktion), ist dagegen auch der Druck im Verdampfungsraum bzw. das Druckgefälle an der Restgasturbine hoch. Der hohe Verdampfungsdruck führt dann zu hohen Betriebsdrücken in beiden Rektifikationskolonnen und zu einem hohen Stickstoff-Produktdruck. Die vorliegende Erfindung beruht grundsätzlich auf der Erkenntnis, dass ein Verfahren der soeben beschriebenen Art mit einer zusätzlichen Kolonne erweitert werden kann, wodurch sich die genannten Probleme überwinden lassen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann ein höherer Druck im Verdampfungsraum des Kopfkondensators der Niederdruckkolonne verwendet werden, so dass eine entsprechende Erhöhung des Stickstoff-Produktdruckes (z.B. bis auf die gewünschten 11 bar) möglich ist, ohne jedoch die Flüssigleistung der Anlage erhöhen zu müssen. Erfindungsgemäß wird dabei nur ein Teil des Restgases aus dem Verdampfungsraum des Kopfkondensators der Niederdruckkolonne arbeitsleistend entspannt. Dadurch bleibt die Kälteleistung relativ niedrig. Ein weiterer Teil des Restgases "treibt" den Rektifikationsprozess in der zusätzlichen Rektifikationskolonne an. Im Sumpf dieser zusätzlichen Rektifikationskolonne wird unreiner Sauerstoff gewonnen, welcher anschließend auch als innenverdichteter Strom gewonnen wird. Zum Begriff der Innenverdichtung sei auf die eingangs erwähnte Fachliteratur verwiesen.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren weist eine deutlich größere Effizienz gegenüber den bekannten, weiter oben erläuterten Verfahren auf.
Insgesamt schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft vor, bei dem eine Luftzerlegungsanlage mit einer ersten Rektifikationskolonne und einer zweiten Rektifikationskolonne verwendet wird, wobei die erste Rektifikationskolonne auf einem Druckniveau von 9 bis 13,5 bar, insbesondere ca. 11 ,3 bar, betrieben wird und die zweite Rektifikationskolonne auf einem Druckniveau von 5,5 bis 8,5 bar, insbesondere ca. 7,3 bar, betrieben wird. Die genannten Werte sind insbesondere Druckwerte am Kopf der jeweiligen Rektifikationskolonnen. Die erste Rektifikationskolonne und die zweite Rektifikationskolonne können dabei insbesondere nach Art einer bekannten Doppelkolonne zusammengefasst sein.
Die erste Rektifikationskolonne wird mit abgekühlter Druckluft gespeist und die zweite Rektifikationskolonne wird mit Flüssigkeit aus der ersten Rektifikationskolonne oder hieraus gebildeter Flüssigkeit gespeist. Die schließt selbstverständlich nicht aus, dass auch weitere Speiseströme in die erste und zweite Rektifikationskolonne eingespeist werden können und stellt nur eine Mindestvoraussetzung für die Realisierung der vorliegenden Erfindung dar. Ist zuvor und nachfolgend davon die Rede, dass Flüssigkeit aus einer Rektifikationskolonne oder "hieraus gebildete Flüssigkeit" in einer bestimmten Weise verwendet wird, soll unter der "hieraus gebildeten Flüssigkeit" insbesondere Flüssigkeit verstanden werden, zu deren Bildung die direkt aus der entsprechenden Rektifikationskolonne verwendete Flüssigkeit eingesetzt wird, und dass diese ohne vollständige Verdampfung, aber ggf. durch Verdampfung eines Teils ihrer Komponenten in ihrer Zusammensetzung verändert wird. Auch eine Kühlung, Erwärmung, Druckbeaufschlagung und Entspannung kann vorgesehen sein.
Mittels eines ersten Kondensatorverdampfers, der insbesondere den die erste und die zweite Rektifikationskolonne wärmetauschend verbindenden Flauptkondensator darstellen und als Forced-Flow-Kondensatorverdampfer ausgebildet sein kann, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne kondensiert und Flüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne oder hieraus gebildete Flüssigkeit (siehe oben) unter Erhalt einer Gasphase, die hier lediglich zur späteren Bezugnahme als erstes Verdampfungsprodukt bezeichnet wird, verdampft.
Bei letzterer Flüssigkeit handelt es sich insbesondere um Sumpfflüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne bzw. um Flüssigkeit, die aus entsprechender Sumpfflüssigkeit gebildet wird.
Mittels eines zweiten Kondensatorverdampfers, der ebenfalls als Forced-Flow- Kondensatorverdampfer ausgebildet sein kann, wird dagegen Kopfgas der zweiten Rektifikationskolonne kondensiert und weitere Flüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne oder hieraus gebildete Flüssigkeit unter Erhalt eines zweiten Verdampfungsprodukts verdampft. Auch bei dieser weiteren Flüssigkeit kann es sich insbesondere um Sumpfflüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne handeln oder um Flüssigkeit, die aus solcher Sumpfflüssigkeit gebildet wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird mittels einer Entspannungsmaschine ein erster Anteil des zweiten Verdampfungsprodukts entspannt, erwärmt und aus dem Verfahren ausgeführt. Dieser erste Anteil, sogenannter Unreinstickstoff, kann beispielsweise direkt an die Atmosphäre abgegeben oder zuvor bei Bedarf zur Regeneration von Adsorbereinheiten zur Luftreinigung verwendet werden. Wie erwähnt, ist dieser Anteil - und damit die erzielte Kälteleistung - geringer als in herkömmlichen Verfahren.
Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Reinstickstoffprodukt aus dem Verfahren ausgeführt. Durch den Betrieb der ersten Rektifikationskolonne auf dem erwähnten, vergleichsweise hohen Druckniveau kann dieses Reinstickstoffprodukt auf einem entsprechenden Druckniveau an einen Verbraucher bereitgestellt werden.
Wie bereits angesprochen und hier nur mit anderen Worten nochmals wiederholt, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine dritte Rektifikationskolonne verwendet. Diese wird auf einem Druckniveau von 1 ,1 bis 2,5 bar, insbesondere ca. 1 ,4 bar, insbesondere am Kopf der dritten Rektifikationskolonne, betrieben.
Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie erwähnt, eine Rektifikation in der dritten Rektifikationskolonne unter Verwendung weiteren Restgases angetrieben. Dies wird mittels eines dritten Kondensatorverdampfers erreicht, in dem ein zweiter Anteil des zweiten Verdampfungsprodukts kondensiert und Sumpfflüssigkeit der dritten Rektifikationskolonne oder hieraus gebildete Flüssigkeit unter Erhalt eines dritten Verdampfungsprodukts verdampft wird. Der mittels des dritten Kondensatorverdampfers kondensierte zweite Anteil des zweiten Verdampfungsprodukts wird sodann zumindest zu einem Teil in die dritte Rektifikationskolonne eingespeist. Ferner wird die dritte Rektifikationskolonne mit unverdampfter weiterer Flüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne oder hieraus gebildeter Flüssigkeit gespeist und weitere Sumpfflüssigkeit der dritten Rektifikationskolonne oder hieraus gebildete Flüssigkeit wird innenverdichtet und als das erwähnte Unreinsauerstoffprodukt aus dem Verfahren ausgeführt.
Die weitere Sumpfflüssigkeit der dritten Rektifikationskolonne, und damit das Unreinsauerstoffprodukt, wird insbesondere mit einem Sauerstoffgehalt von 85 bis 99,8%, beispielsweise von 90 bis 99,8%, beispielsweise mit einem Sauerstoffgehalt von 96,8%, gebildet. Es handelt sich also nicht notwendigerweise um ein üblicherweise als Unreinsauerstoff bezeichnetes Produkt mit bis zu 98% Sauerstoff. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann das Reinstickstoffprodukt insbesondere mit einem Restgehalt von 10 ppm Sauerstoff oder weniger, insbesondere 5 ppm Sauerstoff oder weniger, bereitgestellt werden. Die Produktionsmenge (d.h. die Menge an jeweils ausgeführtem Produkt) kann für das Unreinsauerstoffprodukt beispielsweise 5 bis 10%, insbesondere ca. 8,7%, bezogen auf das Reinstickstoffprodukt, betragen. In einer unten erläuterten Ausgestaltung kann diese Menge auch bei bis zu 25% liegen. Flüssigstickstoff kann ebenfalls entnommen werden, wobei eine Flüssigstickstoffproduktmenge jedoch typischerweise weniger als 1%, insbesondere weniger als 0,5%, beispielsweise ca. 0,1%, der Menge des Reinstickstoffprodukts beträgt. Weitere Luftprodukte werden typischerweise nicht oder nicht in größerer Menge als die genannten Luftprodukte gebildet.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der zweite Kondensatorverdampfer auf einem Verdampfungsdruckniveau von 2 bis 5 bar, insbesondere ca. 3,6 bar, betrieben. Dieses Verdampfungsdruckniveau ist, wie erwähnt, in gewissem Umfang mit den Rektifikationsdruckniveaus in der ersten und in der zweiten Rektifikationskolonne gekoppelt. Der erste Anteil der des zweiten Verdampfungsprodukts, der mittels einer Entspannungsmaschine entspannt, erwärmt und aus dem Verfahren ausgeführt wird, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Entspannungsmaschine insbesondere auf dem Verdampfungsdruckniveau zugeführt wird.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann mittels des ersten Kondensatorverdampfers Sumpfflüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne unter Erhalt des ersten Verdampfungsprodukts und eines unverdampften Rests teilverdampft werden. Ein erster Teil des unverdampften Rests kann mittels des zweiten Kondensatorverdampfers unter Erhalt des zweiten Verdampfungsproduks verdampft werden. Auf diese Weise kann insbesondere eine Veränderung der Zusammensetzung erfolgen, indem eine Abreicherung an Leichtsiedern im ersten Kondensatorverdampfer (bzw. Anreicherung an Schwersiedern) erzielt wird. Falls, wie im zweiten Kondensatorverdampfer, eine vollständige Verdampfung erfolgt, ergibt sich dagegen keine Änderung der Zusammensetzung, da ein entsprechender Ab- bzw. Anreicherungseffekt nicht auftritt.
In der soeben erläuterten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann ein zweiter Teil des unverdampften Rests in die dritte Rektifikationskolonne eingespeist werden. In jedem Fall können die unverdampfte weitere Flüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne oder die hieraus gebildete Flüssigkeit, mit der die dritte Rektifikationskolonne gespeist wird, und der mittels des dritten Kondensatorverdampfers kondensierte zweite Anteil des zweiten Verdampfungsprodukts, oder dessen Anteil, der in die dritte Rektifikationskolonne eingespeist wird, beide jeweils in einem Kopfbereich in die dritte Rektifikationskolonne eingespeist werden, wobei unter einem "Kopfbereich" ein Bereich verstanden wird, oberhalb dessen sich keine weiteren Trenneinrichtungen befinden.
In einer anderen Ausgestaltung kann als die unverdampfte weitere Flüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne oder die hieraus gebildete Flüssigkeit, mit der die dritte Rektifikationskolonne gespeist wird, Flüssigkeit verwendet werden, die über einen Seitenabzug aus der zweiten Rektifikationskolonne, und damit mit einem geringeren Sauerstoffgehalt als die Sumpfflüssigkeit, entnommen wird. In dieser Ausgestaltung kann die dritte Rektifikationskolonne insbesondere einen ersten Trennabschnitt und einen oberhalb des ersten Trennabschnitts angeordneten zweiten Trennabschnitt aufweisen, wobei die unverdampfte weitere Flüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne oder die hieraus gebildete Flüssigkeit, mit der die dritte Rektifikationskolonne gespeist wird, auf die dritte Rektifikationskolonne oberhalb des zweiten Trennabschnitts aufgegeben wird, und wobei der mittels des dritten Kondensatorverdampfers kondensierte zweite Anteil des zweiten Verdampfungsprodukts oder dessen Anteil, der in die dritte Rektifikationskolonne eingespeist wird, auf die dritte Rektifikationskolonne zwischen dem ersten Trennabschnitt und dem zweiten Trennabschnitt aufgegeben wird.
Die abgekühlte Druckluft, mit der die erste Rektifikationskolonne gespeist wird, kann in einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ausschließlich gasförmige, abgekühlte oder teilvorverflüssigte Druckluft sein, die auf nicht mehr das Druckniveau, auf dem die erste Rektifikationskolonne betrieben wird, verdichtet wurde.
In einer anderen Ausgestaltung umfasst die abgekühlte Druckluft, mit der die erste Rektifikationskolonne gespeist wird, gasförmige, abgekühlte Druckluft, die auf nicht mehr das Druckniveau, auf dem die erste Rektifikationskolonne betrieben wird, verdichtet wurde, und ferner verflüssigte Luft, die auf ein Druckniveau verdichtet wurde, das oberhalb des Druckniveaus liegt, auf dem die erste Rektifikationskolonne betrieben wird, und die anschließend verflüssigt und in die erste Rektifikationskolonne entspannt wird. In dieser Ausgestaltung sind auch die zuvor erwähnten Produktmengen an Unreinsauerstoff von bis zu 25%, beispielsweise ca. 20%, der Produktmengen an Reinstickstoff, herstellbar. Zur weiteren Verdichtung der zu verflüssigenden Luft kann dabei insbesondere ein separater Luftnachverdichter verwendet werden.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die dritte Rektifikationskolonne 15 bis 25, insbesondere 20, theoretische Trennböden aufweisen. Die erste Rektifikationskolonne kann 50 bis 70, insbesondere 60, und die zweite Rektifikationskolonne 40 bis 60, insbesondere 50, theoretische Trennböden aufweisen.
Zu den Merkmalen der erfindungsgemäß ebenfalls vorgeschlagenen Luftzerlegungsanlage sei auf den entsprechenden unabhängigen Patentanspruch ausdrücklich verwiesen. Diese Luftzerlegungsanlage ist insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens eingerichtet, wie es zuvor in Ausgestaltungen erläutert wurde. Auf die obigen Erläuterungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens und seiner vorteilhaften Ausgestaltungen sei daher ausdrücklich verwiesen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, die die bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Figuren 1 bis 5 zeigen eine Luftzerlegungsanlagen gemäß Ausführungsformen der Erfindung in vereinfachter, schematischer Darstellung.
In den Figuren sind jeweils gleiche oder gleich wirkende Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert. Anlagenkomponenten können dabei jeweils auch für entsprechende Verfahrensschritte stehen, so dass die nachfolgenden Erläuterungen zu den Luftzerlegungsanlagen auch entsprechende Verfahren betreffen. In den Figuren sind flüssige Stoffströme mit schwarzen (ausgefüllten) Flusspfeilen veranschaulicht, gasförmige Stoffströme hingegen mit weißen (nicht ausgefüllten) Flusspfeilen. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms veranschaulicht und insgesamt mit 100 bezeichnet.
In der Anlage 100 wird Einsatz- bzw. Prozessluft P über einen Filter 1 mittels eines Hauptluftverdichters 2 angesaugt. Nach Vorkühlung in nicht besonders bezeichneten Wärmetauschern und einem Direktkontaktkühler, der mit Wasser W betrieben wird, wird die entsprechend verdichtete Luft einer Adsorberstation 3 zugeführt und dort von unerwünschten Komponenten wie Wasser und Kohlendioxid befreit. Die Luft wird anschließend in Form eines Einsatzluftstroms a einem Hauptwärmetauscher 4 der Luftzerlegungsanlage 100 zugeführt und diesem am kalten Ende entnommen. Der weiterhin mit a bezeichnete Einsatzluftstrom wird in eine erste Rektifikationskolonne (Hochdruckkolonne) 11 eines Destillationskolonnennsystems 10, das neben der ersten Rektifikationskolonne 11 auch eine mit der ersten Rektifikationskolonne 11 als Doppelkolonne ausgebildete zweite Rektifikationskolonne (Niederdruckkolonne) 12 und eine dritte Rektifikationskolonne 13 aufweist, eingespeist.
In der ersten Rektifikationskolonne 11 werden ein Kopfgas und eine Sumpfflüssigkeit gebildet, wobei die Sumpfflüssigkeit aus der ersten Rektifikationskolonne 11 hier vollständig in Form eines Stoffstroms b durch einen Unterkühlungsgegenströmer 5 geführt und in die zweite Rektifikationskolonne 12 eingespeist wird. In der zweiten Rektifikationskolonne 12 werden ein Kopfgas und eine Sumpfflüssigkeit gebildet.
Mittels eines ersten Kondensatorverdampfers 111 (Hauptkondensator), der hier als Forced-Flow-Kondensatorverdampfer ausgebildet ist, wird ein Teil des Kopfgases der ersten Rektifikationskolonne 11 kondensiert. Ein weiterer Teil des Kopfgases wird in Form eines Stoffstroms c abgezogen, durch den Unterkühlungsgegenströmer 5 und den Hauptwärmetauscher 4 geführt und als Reinstickstoffprodukt C abgegeben. Der kondensierte Anteil des Kopfgases der ersten Rektifikationskolonne 11 wird in Form eines Stoffstroms d auf die erste Rektifikationskolonne 11 zurückgeführt. Mittels des ersten Kondensatorverdampfers 111 wird ferner ein Teil der Sumpfflüssigkeit der zweiten Rektifikationskolonne 12 verdampft. Der verdampfte Anteil steigt in der zweiten Rektifikationskolonne 12 auf.
Mittels eines zweiten Kondensatorverdampfers 121 wird Kopfgas der zweiten Rektifikationskolonne 11 kondensiert, das dem zweiten Kondensatorverdampfer 121 dabei in Form eines Stoffstroms e zugeführt wird. Das kondensierte Kopfgas wird teils auf die zweite Rektifikationskolonne 12 zurückgeführt und teils als Flüssigstickstoffprodukt E bereitgestellt. Weiteres Kopfgas der zweiten Rektifikationskolonne 12 kann dieser in Form eines Stoffstroms f entnommen, durch den Unterkühlungsgegenströmer 5 und den Flauptwärmetauscher 4 geführt und als weiteres Druckstickstoffprodukt F bereitgestellt werden.
Am Kopf der zweiten Rektifikationskolonne 12 in einer Flüssigkeitsrückhalteeinrichtung gesammelte Flüssigkeit kann mittels einer Pumpe 6 in Form eines Stoffstroms g durch den Unterkühlungsgegenströmer 5 und auf die erste Rektifikationskolonne 11 zurückgeführt werden ("Backpumping"). An dieser Stelle kann auch ein Teilstrom des zur Bildung des Flüssigstickstoffprodukts E verwendeten Stoffstroms eingespeist werden, der zur Unterkühlung des Flüssigstickstoffprodukts E entspannt wird.
Mittels eines zweiten Kondensatorverdampfers 121 wird weitere Sumpfflüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne 12 verdampft, die dem zweiten Kondensatorverdampfer 121 in Form eines Stoffstroms h zugeführt wird, nachdem sie zuvor durch den Unterkühlungsgegenströmer 5 geführt wurde.
Mittels einer Entspannungsmaschine 7, die mit einer einfachen Bremse oder einem Generator gekoppelt sein kann, wird ein erster Anteil der mittels des zweiten Kondensatorverdampfers 121 verdampften weiteren Sumpfflüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne 12 in Form eines Stoffstroms i entspannt und dabei vor und nach der Entspannung im Unterkühlungsgegenströmer 5 und im Flauptwärmetauscher 4 erwärmt und aus dem Verfahren ausgeführt, d.h. an die Atmosphäre A abgegeben und bei Bedarf als Regeneriergas in der Adsorberstation 3 genutzt.
Mittels eines dritten Kondensatorverdampfers 131 , der als Sumpfverdampfer der dritten Rektifikationskolonne 13 ausgebildet ist, wird ein zweiter Anteil der mittels des zweiten Kondensatorverdampfers 121 verdampften weiteren Sumpfflüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne 12 in Form eines Stoffstroms k kondensiert. In dem dritten Kondensatorverdampfer 131 wird ferner Sumpfflüssigkeit der dritten Rektifikationskolonne 13 verdampft.
Der mittels des dritten Kondensatorverdampfers 131 kondensierte zweite Anteil der mittels des zweiten Kondensatorverdampfers 121 verdampften weiteren Flüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne 12 wird zumindest zu einem Teil in die dritte Rektifikationskolonne 13 eingespeist. Die dritte Rektifikationskolonne 13 wird ferner in Form eines Stoffstroms I mit unverdampfter weiterer Flüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne 12 gespeist. Sumpfflüssigkeit der dritten Rektifikationskolonne 13 wird in Form eines Stoffstroms m mittels einer Pumpe 8 innenverdichtet und als innenverdichtetes Sauerstoffprodukt M aus dem Verfahren ausgeführt.
In der Luftzerlegungsanlage 100 gemäß Figur 1 ist die unverdampfte weitere Flüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne 12, mit der die dritte Rektifikationskolonne in Form des Stoffstroms I gespeist wird, Sumpfflüssigkeit der zweiten Rektifikationskolonne 12. Wie auch der mittels des dritten Kondensatorverdampfers 131 kondensierte zweite Anteil der mittels des zweiten Kondensatorverdampfers 121 verdampften weiteren Flüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne 12 oder dessen Anteil, der in die dritte Rektifikationskolonne 13 eingespeist wird, wird auch diese in einem Kopfbereich in die dritte Rektifikationskolonne 13 eingespeist. Eine zusätzliche Einspeisung von Flüssigstickstoff X ist ebenfalls veranschaulicht.
In der Luftzerlegungsanlage 200 gemäß Figur 2, die eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wird dies Einspeisung abweichend vorgenommen. Als unverdampfte weitere Flüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne 12, mit der die dritte Rektifikationskolonne 13 gespeist wird, wird hier Flüssigkeit eines Stoffstroms n verwendet, die über einen Seitenabzug aus der zweiten Rektifikationskolonne 12 entnommen wird.
In der Luftzerlegungsanlage 200 gemäß Figur 2 weist die dritte Rektifikationskolonne 13 einen ersten Trennabschnitt 13a und einen oberhalb des ersten Trennabschnitts 13a angeordneten zweiten Trennabschnitt 13b auf, wobei die unverdampfte weitere Flüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne 12, mit der die dritte Rektifikationskolonne 13 gespeist wird, d.h. der Stoffstrom n, auf die dritte Rektifikationskolonne 13 oberhalb des zweiten Trennabschnitts 13b aufgegeben wird, und wobei der mittels des dritten Kondensatorverdampfers 131 kondensierte zweite Anteil der mittels des zweiten Kondensatorverdampfers 121 verdampften weiteren Flüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne 12 oder dessen Anteil, der in die dritte Rektifikationskolonne 13 eingespeist wird, also der Stoffstrom k, auf die dritte Rektifikationskolonne 13 zwischen dem ersten Trennabschnitt 13a und dem zweiten Trennabschnitt 13b aufgegeben wird.
In den Luftzerlegungsanlagen 100 und 200 gemäß den Figuren 1 und 2 ist die abgekühlte Druckluft, mit der die erste Rektifikationskolonne 11 gespeist wird, ausschließlich gasförmige, abgekühlte oder vorverflüssigte Druckluft, die in dem Flauptluftverdichter 2 auf nicht mehr das Druckniveau, auf dem die erste Rektifikationskolonne 11 betrieben wird, verdichtet wurde.
In der Luftzerlegungsanlage 300 gemäß Figur 3, die eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wird diese Lufteinspeisung abweichend vorgenommen. Die abgekühlte Druckluft, mit der die erste Rektifikationskolonne 11 gespeist wird, umfasst hier die gasförmige, abgekühlte Druckluft des Stoffstrom a, die auf nicht mehr das Druckniveau, auf dem die erste Rektifikationskolonne 11 betrieben wird, verdichtet wurde, aber zusätzlich auch verflüssigte Luft eines Stoffstroms o, die mittels eines Nachverdichters 9 auf ein Druckniveau verdichtet wurde, das oberhalb des Druckniveaus liegt, auf dem die erste Rektifikationskolonne 11 betrieben wird, und die anschließend in dem Flauptwärmetauscher 4 verflüssigt und in die erste Rektifikationskolonne 11 entspannt wird.
In der Luftzerlegungsanlage 400 gemäß Figur 4, die eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wird im Gegensatz zu den zuvor veranschaulichten Luftzerlegungsanlagen keine am Kopf der zweiten Rektifikationskolonne 12 in einer Flüssigkeitsrückhalteeinrichtung gesammelte Flüssigkeit auf die erste Rektifikationskolonne 11 zurückgeführt. Der Teilstrom des zur Bildung des Flüssigstickstoffprodukts E verwendeten Stoffstroms, der zur Unterkühlung des Flüssigstickstoffprodukts E entspannt wird, kann dennoch in die erste Rektifikationskolonne 11 eingespeist werden (nicht gezeigt). Der Stoffstrom c wird hier erwärmt, ohne zuvor durch den Unterkühlungsgegenströmer 5 geführt zu werden. Der Unterkühlungsgegenströmer 5 weist daher typischerweise keine entsprechende Passage auf. Auch die Passage für die gemäß den zuvor veranschaulichten Anlagen am Kopf der zweiten Rektifikationskolonne 12 in einer Flüssigkeitsrückhalteeinrichtung gesammelte Flüssigkeit, die auf die erste Rektifikationskolonne 11 zurückgeführt wird, entfällt typischerweise, auch wenn beide Passagen in Figur 4 noch rudimentär veranschaulicht sind.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei dem eine
Luftzerlegungsanlage (100-400) mit einer ersten Rektifikationskolonne (11) und einer zweiten Rektifikationskolonne (12) verwendet wird, wobei
- die erste Rektifikationskolonne (11) auf einem Druckniveau von 9 bis 13,5 bar betrieben wird und die zweite Rektifikationskolonne (12) auf einem Druckniveau von 5,5 bis 8,5 bar betrieben wird,
- die erste Rektifikationskolonne (11 ) mit abgekühlter Druckluft gespeist wird und die zweite Rektifikationskolonne (12) mit Flüssigkeit aus der ersten Rektifikationskolonne (11) oder hieraus gebildeter Flüssigkeit gespeist wird, mittels eines ersten Kondensatorverdampfers (111) Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne (11) kondensiert wird und Flüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne (12) oder hieraus gebildete Flüssigkeit unter Erhalt eines ersten Verdampfungsprodukts verdampft wird,
- mittels eines zweiten Kondensatorverdampfers (121) Kopfgas der zweiten Rektifikationskolonne (12) kondensiert wird und weitere Flüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne (12) oder hieraus gebildete Flüssigkeit unter Erhalt eines zweiten Verdampfungsprodukts verdampft wird,
- mittels einer Entspannungsmaschine (7) ein erster Anteil des zweiten Verdampfungsprodukts entspannt, erwärmt und aus dem Verfahren ausgeführt wird, und
Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne (11) als Reinstickstoffprodukt aus dem Verfahren ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Rektifikationskolonne (13) verwendet wird, die auf einem Druckniveau von 1 ,1 bis 2,5 bar betrieben wird, mittels eines dritten Kondensatorverdampfers (131) ein zweiter Anteil des zweiten Verdampfungsprodukts kondensiert und Sumpfflüssigkeit der dritten Rektifikationskolonne (13) oder hieraus gebildete Flüssigkeit unter Erhalt eines dritten Verdampfungsprodukts verdampft wird,
- der mittels des dritten Kondensatorverdampfers (131 ) kondensierte zweite Anteil des zweiten Verdampfungsprodukts zumindest zu einem Teil in die dritte Rektifikationskolonne (13) eingespeist wird,
- die dritte Rektifikationskolonne (13) mit unverdampfter weiterer Flüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne (12) oder hieraus gebildeter Flüssigkeit gespeist wird, und
- weitere Sumpfflüssigkeit der dritten Rektifikationskolonne (13) oder hieraus gebildete Flüssigkeit innenverdichtet und als Unreinsauerstoffprodukt aus dem Verfahren ausgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die weitere Sumpfflüssigkeit der dritten Rektifikationskolonne mit einem Sauerstoffgehalt von 85 bis 99,8% gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zumindest der zweite Kondensatorverdampfer (121) ein Forced-Flow-Kondensatorverdampfer ist.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der zweite Kondensatorverdampfer (121) auf einem Verdampfungsdruckniveau von 2 bis 5 bar betrieben wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der erste Anteil des zweiten Verdampfungsprodukts, der mittels einer Entspannungsmaschine (7) entspannt, erwärmt und aus dem Verfahren ausgeführt wird, der Entspannungsmaschine (7) auf dem Verdampfungsdruckniveau zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem mittels des ersten Kondensatorverdampfers (111) Sumpfflüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne (12) unter Erhalt des ersten Verdampfungsprodukts und eines unverdampften Rests teilverdampft wird, und bei dem ein erster Teil des unverdampften Rests mittels des zweiten Kondensatorverdampfers (121) unter Erhalt des zweiten Verdampfungsproduks verdampft wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem ein zweiter Teil des unverdampften Rests in die dritte Rektifikationskolonne (13) eingespeist wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die unverdampfte weitere Flüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne (12) oder die hieraus gebildete Flüssigkeit, mit der die dritte Rektifikationskolonne (13) gespeist wird, und der mittels des dritten Kondensatorverdampfers (131) kondensierte zweite Anteil des zweiten Verdampfungsprodukts oder dessen Anteil, der in die dritte Rektifikationskolonne (13) eingespeist wird, in einem Kopfbereich in die dritte Rektifikationskolonne (13) eingespeist werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem als die unverdampfte weitere Flüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne (12) oder die hieraus gebildete Flüssigkeit, mit der die dritte Rektifikationskolonne (13) gespeist wird, Flüssigkeit verwendet wird, die über einen Seitenabzug aus der zweiten Rektifikationskolonne (12) entnommen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die dritte Rektifikationskolonne (13) einen ersten Trennabschnitt (13a) und einen oberhalb des ersten Trennabschnitts (13a) angeordneten zweiten Trennabschnitt (13b) aufweist, wobei die unverdampfte weitere Flüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne (12) oder die hieraus gebildete Flüssigkeit, mit der die dritte Rektifikationskolonne (13) gespeist wird, auf die dritte Rektifikationskolonne (13) oberhalb des zweiten Trennabschnitts (13b) aufgegeben wird, und bei dem der mittels des dritten Kondensatorverdampfers (131) kondensierte zweite Anteil des zweiten Verdampfungsprodukts oder dessen Anteil, der in die dritte Rektifikationskolonne (13) eingespeist wird, auf die dritte Rektifikationskolonne (13) zwischen dem ersten Trennabschnitt (13a) und dem zweiten Trennabschnitt (13b) aufgegeben wird.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die abgekühlte Druckluft, mit der die erste Rektifikationskolonne (11) gespeist wird, ausschließlich gasförmige, abgekühlte oder teilvorverflüssigte Druckluft ist, die auf nicht mehr das Druckniveau, auf dem die erste Rektifikationskolonne (11) betrieben wird, verdichtet wurde.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die abgekühlte Druckluft, mit der die erste Rektifikationskolonne (11) gespeist wird, gasförmige, abgekühlte Druckluft umfasst, die auf nicht mehr das Druckniveau, auf dem die erste Rektifikationskolonne (11) betrieben wird, verdichtet wurde, und bei dem die abgekühlte Druckluft, mit der die erste Rektifikationskolonne (11) gespeist wird, ferner verflüssigte Luft umfasst, die auf ein Druckniveau verdichtet wurde, das oberhalb des Druckniveaus liegt, auf dem die erste Rektifikationskolonne (11) betrieben wird, und die anschließend verflüssigt und in die erste Rektifikationskolonne (11) entspannt wird.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die dritte Rektifikationskolonne (13) 10 bis 45 theoretische Trennböden aufweist.
14. Luftzerlegungsanlage (100^100), die eine erste Rektifikationskolonne (11) und eine zweite Rektifikationskolonne (12) aufweist und dafür eingerichtet ist,
- die erste Rektifikationskolonne (11) auf einem Druckniveau von 9 bis 13,5 bar zu betreiben und die zweite Rektifikationskolonne (12) auf einem Druckniveau von 5,5 bis 8,5 bar zu betreiben,
- die erste Rektifikationskolonne (11 ) mit abgekühlter Druckluft zu speisen und die zweite Rektifikationskolonne (12) mit Flüssigkeit aus der ersten Rektifikationskolonne (11) oder hieraus gebildeter Flüssigkeit zu speisen, mittels eines ersten Kondensatorverdampfers (111) Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne (11) zu kondensieren und Flüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne (12) oder hieraus gebildete Flüssigkeit unter Erhalt eines ersten Verdampfungsprodukts zu verdampfen, mittels eines zweiten Kondensatorverdampfers (121) Kopfgas der zweiten Rektifikationskolonne (11) zu kondensieren und weitere Flüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne (12) oder hieraus gebildete Flüssigkeit unter Erhalt eines zweiten Verdampfungsprodukts zu verdampfen,
- mittels einer Entspannungsmaschine (7) einen ersten Anteil des zweiten Verdampfungsprodukts zu entspannen, zu erwärmen und aus dem Verfahren auszuführen, und
Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne (11) als Reinstickstoffprodukt aus dem Verfahren auszuführen, dadurch gekennzeichnet, dass
- eine dritte Rektifikationskolonne (13) bereitgestellt ist, die für einen Betrieb auf einem Druckniveau von 1 ,1 bis 2,5 bar eingerichtet ist,
- ein dritter Kondensatorverdampfer (131) bereitgestellt ist, der dafür eingerichtet ist, einen zweiten Anteil des zweiten Verdampfungsprodukts zu kondensieren und Flüssigkeit aus der dritten Rektifikationskolonne (13) oder hieraus gebildete Flüssigkeit unter Erhalt eines dritten Verdampfungsprodukts zu verdampfen,
Mittel bereitgestellt sind, die dafür eingerichtet sind, den mittels des dritten Kondensatorverdampfers (131) kondensierten zweiten Anteil des zweiten Verdampfungsprodukts zumindest zu einem Teil in die dritte Rektifikationskolonne (13) einzuspeisen,
Mittel bereitgestellt sind, die dafür eingerichtet sind, die dritte Rektifikationskolonne (13) mit unverdampfter weiterer Flüssigkeit aus der zweiten Rektifikationskolonne (12) oder hieraus gebildeter Flüssigkeit zu speisen, und
Mittel bereitgestellt sind, die dafür eingerichtet sind, weitere Sumpfflüssigkeit der dritten Rektifikationskolonne (13) oder hieraus gebildete Flüssigkeit innenzuverdichten und als Unreinsauerstoffprodukt aus dem Verfahren auszuführen.
15. Luftzerlegungsanlage (100) nach Anspruch 14, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 eingerichtet ist.
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