EP4428474A1 - Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft - Google Patents

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EP4428474A1
EP4428474A1 EP23020111.3A EP23020111A EP4428474A1 EP 4428474 A1 EP4428474 A1 EP 4428474A1 EP 23020111 A EP23020111 A EP 23020111A EP 4428474 A1 EP4428474 A1 EP 4428474A1
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EP
European Patent Office
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rectification column
liquid
air
condenser evaporator
nitrogen
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP23020111.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Haag
Dimitri GOLUBEV
Zhengrong Xu
Stefan Lochner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Priority to EP23020111.3A priority Critical patent/EP4428474A1/de
Publication of EP4428474A1 publication Critical patent/EP4428474A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a process and a plant for the low-temperature separation of air.
  • From the US 5,582,034 A is a process for producing nitrogen by low-temperature separation of air, in which a single column is used. Liquids with different nitrogen and oxygen contents are taken from a lower area of the single column. The liquids are used in a condenser evaporator to condense nitrogen-rich top gas from the single column in order to provide a return flow for the single column. After the liquid, which is richer in nitrogen and less oxygen, has evaporated, the gas formed, or a portion of it, is recompressed, cooled and fed back into a lower area of the single column. This gas is also referred to below as the "circulation stream". The liquid, which is poorer in nitrogen and more oxygen, can also be expanded in an expansion turbine after appropriate evaporation, which drives a booster to recompress the circulation stream. Additional top gas from the single column is discharged from the air separation plant as a nitrogen product.
  • liquids and gases may be rich or poor in one or more components, where “rich” may mean a content of at least 75%, 90%, 95%, 99%, 99.5%, 99.9% or 99.99% and “poor” may mean a content of at most 25%, 10%, 5%, 1%, 0.1% or 0.01% on a mole, weight or volume basis.
  • “predominantly” may correspond to the definition of "rich”.
  • Liquids and gases may also be enriched or depleted in one or more components, where these terms refer to a content in a starting liquid or gas from which the liquid or gas in question was obtained.
  • the liquid or gas is "enriched” if it contains at least 1.1 times, 1.5 times, 2 times, 5 times, 10 times, 100 times or 1,000 times the content, and “depleted” if it 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 gas.
  • oxygen nitrogen
  • nitrogen argon
  • Embodiments of the present invention are intended in particular for the provision of ultra-high purity air products, in particular nitrogen, and are particularly suitable for such purposes, whereby an "ultra-high purity" air product is to be understood in particular as an air product with less than 10, 5, 1, 0.5 or 0.1 billionths (ppb) of foreign components.
  • 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 in order to implement the inventive concept.
  • pressures and temperatures typically move in certain ranges, which are, for example, ⁇ 1%, 5% or 10% around an average value.
  • Corresponding pressure levels and temperature levels can lie in disjoint ranges or in ranges that overlap one another.
  • pressure levels for example, include unavoidable or expected pressure losses.
  • the pressure levels specified here in bar are absolute pressures.
  • turbo expanders When we talk about "expansion machines” or “expansion turbines”, we typically mean well-known turbo expanders. These expansion machines can also be coupled to compressors. These compressors can be turbo compressors, which are also referred to below as “boosters”. A combination of turbo expander and turbo compressor is also typically referred to as a “turbine booster” or “booster turbine arrangement”. In a turbine booster, the turbo expander and the turbo compressor are mechanically coupled, whereby the coupling can be at the same speed (for example using a common shaft) or at different speeds (for example using a suitable transmission gear). Driving or braking units such as motors, generators or oil brakes can also be connected in between.
  • Driving or braking units such as motors, generators or oil brakes can also be connected in between.
  • a “cold compressor” or “cold booster” is understood here to mean a compressor or booster to which a material flow is fed at a cryogenic or extremely cold temperature level, i.e. a temperature level well below 0 °C, in particular below -50, -75 or -100 °C and in particular down to -150 or -200 °C.
  • a cryogenic or extremely cold temperature level i.e. a temperature level well below 0 °C, in particular below -50, -75 or -100 °C and in particular down to -150 or -200 °C.
  • a “main air compressor” is characterized by the fact that it compresses all of the air fed to the air separation plant and separated there.
  • main air compressors can also be present and in particular connected in parallel or in another way.
  • additional compressors for example secondary compressors
  • only a portion of the air 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 majority of the air fed to the air separation plant and separated there is cooled. This takes place at least partially and possibly only in countercurrent to material flows that are discharged from the air separation plant.
  • parallel heat exchangers can also fulfill the function of a main heat exchanger, or partial functions. Material flows or "products" "discharged" from an air separation plant are, in the language used here, fluids that no longer participate in the plant's internal cycles, but are permanently removed 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 serves for the indirect transfer of heat between at least two fluid flows that are, for example, guided in countercurrent to one another, 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. This is, for example, a plate fin heat exchanger.
  • Such a heat exchanger has "passages” that are designed as separate fluid channels with heat exchange surfaces and are parallel and separated by other passages. are combined to form “passage groups". The characteristic of a heat exchanger is that heat is exchanged between two mobile media at the same time, namely at least one material flow to be cooled and at least one material flow to be heated.
  • a "condenser-evaporator” is a heat exchanger in which a condensing material flow enters into indirect heat exchange with an evaporating material flow.
  • Each condenser-evaporator has a condensation chamber and an evaporation chamber.
  • the condensation and evaporation chambers have condensation and evaporation passages, respectively.
  • the condensation (liquefaction) of the condensing material flow takes place in the condensation chamber, and the evaporation of the evaporating material flow takes place in the evaporation chamber.
  • the evaporation and condensation chambers are formed by groups of passages that are in a heat exchange relationship with one another.
  • a liquid flow is pressed through the evaporation chamber by means of its own pressure or the respective line pressure and is partially or completely evaporated there.
  • the required pressure can be generated, for example, by a liquid column in the feed line to the evaporation chamber, which results from a corresponding positioning of a liquid reservoir, but also from a pressure of a rectification column from which a corresponding material flow is taken.
  • the height of the liquid column mentioned or a line pressure, in particular downstream of a throttle valve, corresponds at least to the pressure loss in the evaporation chamber.
  • the gas or gas-liquid mixture emerging from the evaporation chamber ie in the latter case a two-phase flow
  • this is not introduced into a liquid bath of the condenser evaporator, from which the remaining liquid portion would be sucked in again, as is the case, for example, in a conventional bath evaporator operated on the basis of the thermosiphon effect.
  • a condenser evaporator known as a "once-through” designed condenser evaporators, whereby the terms "forced-flow" and "once-through” condenser evaporators are also used synonymously.
  • the processes explained at the beginning include a cold compressor or cold booster as the core element of an improved recirculation to improve the product yield while simultaneously providing nitrogen under relatively high pressure.
  • the current to the cold booster (formed from the nitrogen-rich and oxygen-poor liquid mentioned above) is in contrast to an earlier process, such as that used in the above-mentioned US 4,966,002 A proposed, is withdrawn above the column bottom of the individual column and evaporated separately in the forced-flow condenser evaporator or reboiler used "dry", ie without leaving any unevaporated residue.
  • this stream has a higher nitrogen content than the liquid in the bottom of the individual column, which, in contrast to the previous process in which only bottom liquid with a lower nitrogen content is evaporated, leads to improved nitrogen recovery and a higher suction pressure for the cold booster.
  • Another procedure used in the US6,279,345 B1 comprises a warm compression and a modified recycle.
  • the stream for the warm compression is taken from the bottom of the single column and evaporated in two stages. In a first step, a partial evaporation with subsequent phase separation takes place and in a second step, the separated liquid is completely evaporated in a bath evaporator. Due to the phase equilibrium of the nitrogen-oxygen mixture, this stream has a significantly higher nitrogen content than the bottom liquid of the single column.
  • the present invention is based on the surprising discovery that partial features of the conventional processes just explained can be combined with one another with particularly advantageous and unexpected effects. This involves cold compression of the recirculated stream on the one hand, and the use of a condenser evaporator with forced guidance on the other hand, combined with a two-stage evaporation of the bottom liquid from the Single column. It has been shown that the topology with two-stage evaporation of the bottom liquid is significantly more advantageous than conventional solutions.
  • the proposed solution leads on the one hand to a higher nitrogen content in the circulation flow and on the other hand to a higher suction pressure during cold compression.
  • the higher nitrogen content in the circulation flow leads to an increase in the product yield in the oxygen separation process.
  • the higher suction pressure on the cold compressor allows a higher circulation volume to be set and leads to lower compression work or the turbine power required for compression. This also reduces the thermodynamic losses in the expansion process.
  • the temperature difference required to transfer the heat quantity in the condenser can be reduced by maintaining the minimum temperature difference.
  • the suction pressure of the cold compressor can, for example, be at a pressure level of 6 to 8 bar, in particular 6.5 to 7.5 bar, for example approx. 6.7 to 7.0 bar absolute pressure, with a nitrogen product pressure of approx. 11 bar absolute pressure.
  • a method for the low-temperature separation of air in which an air separation plant with a rectification column is used.
  • the rectification column can be a single column, i.e. the air separation plant can be designed so that the rectification column is the only rectification column, but there can also be a plurality of identical, essentially identical or comparable rectification columns, which can also be operated in parallel or connected in series, for example in the case of height problems.
  • further rectification columns can also be provided in embodiments of the invention, for example to provide oxygen, in particular high-purity oxygen.
  • Helium and neon accumulate at the top of a corresponding rectification column, while krypton and xenon accumulate in the bottom.
  • the top and bottom of the rectification column can therefore also be equipped with devices such as barrier plates.
  • fluid (gas or liquid, especially gas) enriched at the top, in particular with helium and neon (and possibly also hydrogen) can be withdrawn. which can be enriched in an additional column with a condenser.
  • a fluid (gas or liquid, especially liquid) enriched with high boilers, i.e. krypton and xenon, can be withdrawn from the bottom and can be enriched in another column with a bottom evaporator.
  • the air is treated, pressurized, cooled and fed into the rectification column.
  • the treatment can be carried out, for example, in the manner already cited in the WO 2021/180362 A1 , especially in connection with the Figure 1 , or is described in detail in the cited specialist literature.
  • any type of air treatment in an air separation plant can be used.
  • Top gas enriched in nitrogen and depleted in oxygen compared to air is removed from the rectification column, with part of the top gas removed from the rectification column being condensed or partially condensed using a condenser evaporator to obtain a condensate, and with the condensate or part thereof being returned to the rectification column as reflux.
  • the design of the rectification column and the condenser evaporator can also correspond to the literature cited. As explained below, however, a corresponding condenser evaporator is operated with coolant, which is provided and guided in a specific manner in the proposed disclosure, so that the advantages explained above arise.
  • the condenser evaporator is cooled using liquid that is depleted in nitrogen compared to the air and enriched in oxygen and taken from the rectification column, in particular bottom liquid, and further in particular only bottom liquid, and a portion of the liquid taken from the rectification column is subjected to cold compression in evaporated form after being used to cool the condenser evaporator and fed back into the rectification column. This portion is the recycle stream mentioned several times.
  • the (bottom) liquid taken from the rectification column or a part thereof is passed through the condenser evaporator in the proposed process, partially evaporated and then subjected to phase separation using a separator arrangement.
  • separator arrangement is used here to describe any device suitable for phase separation.
  • a corresponding separator arrangement has one or more separator containers of a known type. In the simplest case, this is an empty container, possibly with suitable fittings such as a droplet separator, in the lower area of which the separated liquid phase collects and from whose upper area the gas phase can be removed. Knitted and lamella separators as well as axial cyclone separators can also be used.
  • liquid is removed from the separator arrangement, and the liquid removed from the separator arrangement or a portion thereof is subjected to a pressure reduction and then passed through the condenser evaporator again and partially or completely evaporated.
  • the pressure reduction can, for example, take place at a nitrogen product pressure of approx. 11 bar absolute pressure to a pressure level of 4 to 6 bar, for example approx. 5.1 to 6.0 bar absolute pressure, so that complete evaporation can be ensured.
  • complete evaporation or "dry evaporation” takes place, as can take place in conventional methods as described above for the liquid withdrawn above the bottom of the rectification column.
  • the liquid removed from the separator arrangement also has a higher nitrogen content than the bottom liquid of the rectification column for the reasons mentioned.
  • an arrangement in which the condenser evaporator is arranged within a separator vessel can be used as the separator arrangement.
  • the separator vessel can be made with a larger cross-section than would be possible if it were provided separately, which in particular improves the separation of droplets.
  • the cross-section can in particular correspond to a cross-section of the rectification column or essentially correspond to it, or the cross-section of the separator arrangement or of its external separator vessel can in particular be 0.5 times to 1.5 times that of the rectification column.
  • gas can be removed from the separator arrangement, whereby the part of the liquid removed from the rectification column, which after being used to cool the condenser evaporator is subjected to cold compression in vaporized form and fed back into the rectification column, comprises the gas removed from the separator arrangement or a part thereof.
  • the composition of this gas is advantageously influenced by the double vaporization proposed here in the first stage with regard to the nitrogen and oxygen content, so that it can be used in a particularly advantageous manner to form the recycle stream.
  • the unevaporated liquid removed from the separator arrangement or the part thereof which is again passed through the condenser evaporator and partially or completely evaporated, or (again) a part thereof, can be subjected to expansion in embodiments of the present invention and in particular heated in a main heat exchanger and discharged from the air separation plant. In this way, the cooling capacity required for operation of the plant and the capacity required for compression of the circulating flow are provided.
  • the cold compression and the expansion can be carried out using a booster turbine arrangement.
  • Boosters and expansion turbines can be coupled together in any number and combination.
  • a booster turbine arrangement can also comprise several booster turbine units, which can be operated in parallel, for example. Any other units, such as oil brakes or generators, can also be provided in corresponding booster turbine arrangements and, for example, convert excess power.
  • the liquid removed from the separator arrangement, or the part thereof which is again passed through the condenser evaporator and thereby partially or completely evaporated, can be reduced in pressure in embodiments of the invention, in particular before being passed through the condenser evaporator again.
  • the pressure can be set to a pressure level which ensures subsequent complete evaporation.
  • condenser evaporators that have a forced guide, i.e. are designed as "once through” or “forced flow” condenser evaporators.
  • the liquids guided through the condenser evaporator are each guided once and from bottom to top through different passages of the condenser evaporator by means of their line pressure.
  • the proposed method comprises that the top gas taken from the rectification column is used in part to provide a gaseous pressure nitrogen product, as is known per se in corresponding processes.
  • the provision can comprise relaxation to different pressure levels and the like.
  • the top gas, and thus the gaseous pressure nitrogen product can in particular have a content of less than 0.1 billionth part (ppb, in particular in volume fraction) and less than 1 millionth part of argon (ppm, in particular in volume fraction).
  • the gaseous pressure nitrogen product can in particular be provided at a pressure level of 6 to 15 bar, for example 8 to 12 bar or approximately 11 bar absolute pressure.
  • embodiments of the invention can also provide that the air separation plant has a further rectification column, which is used to provide an oxygen-rich air product.
  • a corresponding further rectification column is also referred to as a pure oxygen column
  • the operation of a pure oxygen column can be described as WO 2020/083525 A1 and the description there to Figure 1 be referred to.
  • a material stream containing nitrogen and oxygen, in particular in liquid form is taken from the air-fed rectification column and fed into the further rectification column.
  • the material is taken a few trays above the bottom.
  • An oxygen-rich liquid is obtained in the bottom of the second rectification column.
  • a bottom evaporator is arranged in a bottom area of the further rectification column, which can be heated with the fluid that is later fed into the further rectification column, or a part of it.
  • the oxygen-rich liquid obtained in the bottom of the further rectification column can in particular have an oxygen content of more than 97 mol percent, in particular more than 99 mol percent. It can also be high-purity oxygen with more than 99.999999 mol percent and typically about 15 to 20 ppb impurities.
  • the rectification column can be operated at a pressure level of 6 to 15 bar, in particular 8 to 13 bar, for example at approximately 12 bar absolute pressure.
  • the booster of the booster turbine can in particular be operated with an inlet temperature of -175 to -160 °C.
  • the recycle stream i.e. the part of the liquid taken from the rectification column which, after being used to cool the condenser evaporator, is subjected to cold compression in vaporized form and fed back into the rectification column, can in particular have a content of 60 to 65% nitrogen, 1.5 to 2.5% argon and 30 to 40% oxygen, each in molar proportions.
  • Example contents are approximately 61 to 63% nitrogen, approximately 2% argon and 35 to 36% oxygen.
  • the proposed air separation plant comprises a rectification column which is designed to prepare air, pressurise it, cool it and feed it into the rectification column, to remove from the rectification column a head gas which is enriched in nitrogen and depleted in oxygen compared to the air, to evaporate part of the head gas removed from the rectification column using a condenser evaporator and to obtain a condensate.
  • the proposed air separation plant is designed to pass the liquid taken from the rectification column or a portion thereof through the condenser-evaporator, to partially evaporate it in the process, and then to subject it to a phase separation in a separator arrangement, to remove liquid from the separator arrangement, and to subject the liquid taken from the separator arrangement or a portion thereof to a pressure reduction and then to pass it through the condenser-evaporator again and to partially or completely evaporate it in the process.
  • Different embodiments of the invention may include, have, consist of, or consist essentially of other useful combinations of the described elements, components, features, parts, steps, means, etc., even if such combinations are not specifically described herein.
  • the disclosure may include other inventions that are not currently claimed, but that may be claimed in the future, particularly if they are included within the scope of the independent claims.
  • Figure 1 illustrates an air separation plant 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the air separation plant 100 has a warm part in which an air stream 101 drawn in from the atmosphere A, as described many times elsewhere, is drawn in by means of a main air compressor 1 via a filter 2, cooled indirectly with water W by means of a cooler 3 and essentially freed of water and carbon dioxide in an adsorption unit 4 (so-called prepurification unit, PPU).
  • the pressurized air stream 102 conditioned in this way is cooled in a main heat exchanger 5 by being guided through the main heat exchanger 5 to a removal position near the cold end and then fed into a rectification column 6.
  • Top gas is removed from the rectification column 6 in the form of a material stream 103, which is passed to a first portion in the form of a material stream 104 through a condenser evaporator 7 with forced guidance and to a second portion in the form of a material stream 105 is heated in the main heat exchanger 5 and discharged from the process as pressure nitrogen product N or seal gas S.
  • the condenser evaporator 7 is operated with a material flow 106 as a coolant, which is formed using bottom liquid from the rectification column 6 and is further cooled at the cold end of the main heat exchanger 5.
  • the material flow 106 partially evaporated in the condenser evaporator is phase-separated in a separator vessel or a separating device 8.
  • a liquid phase from the separator 8 is again passed through the condenser evaporator 7 as a coolant in the form of a material flow 108 and is thereby particularly dry-evaporated, then partially heated in the main heat exchanger 5, expanded to adjustable proportions by means of an expansion turbine of a booster turbine arrangement 9, combined with a material flow 109 described below, heated in the main heat exchanger 5, and released into the atmosphere
  • liquid nitrogen I can be fed into the material stream 108.
  • no feed is made upstream of this in order not to contaminate a gaseous nitrogen product.
  • the liquid nitrogen I fed in does not necessarily have to come from the plant itself and can therefore also have commercially available purity (with higher carbon monoxide and hydrogen contents).
  • a gas phase from the separator 8 is, if necessary after releasing a portion into the atmosphere A, pressure-increased by means of a booster of the booster turbine arrangement 9, cooled in a section of the main heat exchanger 5 and then fed back into the rectification column 6, so that the repeatedly mentioned recycle stream is formed.
  • a bypass stream can be formed, as shown in the form of a dashed flow arrow.
  • the material stream 104 at least partially condensed in the condenser evaporator 7, or a condensate formed, is used in part in the form of a material stream 110 as reflux to the rectification column 6.
  • a further part can be discharged from the air separation plant 100 as liquid nitrogen L in the form of a material stream 111 after subcooling in a subcooler 10.
  • a portion used for subcooling forms the material stream 109 already mentioned.
  • Figure 2 illustrates a partial aspect of an air separation plant according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is essentially illustrated how, in an alternative embodiment to the one in Figure 1 illustrated air separation plant 100, an arrangement can be provided in which the condenser evaporator 7 can be arranged within the separating vessel 8.
  • the other aspects can be implemented essentially identically or in a comparable manner.
  • the integration results from the Figure 2 identical as in Figure 1 designated material flows.
  • FIGS. 3 and 4 illustrate heat-temperature diagrams of a condenser evaporator of an air separation plant not according to the invention and a heat-temperature diagram (QT diagram) of a condenser evaporator of an air separation plant according to an embodiment of the present invention.
  • the logarithmic mean temperature difference (Log-MTD) is the value given in Figure 3 illustrated case at a value of 1.50 K, in which Figure 4 illustrated case is 1.26 K.
  • the minimum temperature difference (dT min ) is 0.5 K in both cases. This also shows advantages of the proposed solutions from this point of view.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft (101) vorgeschlagen, bei dem eine Luftzerlegungsanlage (100) mit einer Rektifikationskolonne (6) verwendet wird, wobei die Luft (101) aufbereitet, druckbeaufschlagt, abgekühlt, und in die Rektifikationskolonne (6) eingespeist wird, wobei der Rektifikationskolonne (6) gegenüber der Luft (101) an Stickstoff angereichertes und an Sauerstoff abgereichertes Kopfgas entnommen wird, wobei ein Teil (104) des der Rektifikationskolonne (6) entnommenen Kopfgases unter Verwendung eines Kondensatorverdampfers (7) und unter Erhalt eines Kondensats kondensiert oder teilkondensiert wird, wobei das Kondensat oder ein Teil (110) hiervon als Rücklauf auf die Rektifikationskolonne (6) zurückgeführt wird, wobei der Kondensatorverdampfer (7) unter Verwendung von gegenüber der Luft (101) an Stickstoff abgereicherter und an Sauerstoff angereicherter, der Rektifikationskolonne (6) entnommener Flüssigkeit (106) gekühlt wird, und wobei ein Teil der der Rektifikationskolonne (6) entnommenen Flüssigkeit (106) nach der Verwendung zur Kühlung des Kondensatorverdampfers (7) in verdampfter Form einer Kaltverdichtung unterworfen und danach in die Rektifikationskolonne (6) zurückgespeist wird. Hierbei ist vorgesehen, dass die der Rektifikationskolonne (6) entnommene Flüssigkeit (106) oder ein Teil hiervon durch den Kondensatorverdampfer (7) geführt, dabei teilweise verdampft, und danach einer Phasentrennung unter Verwendung einer Abscheideranordnung (8) unterworfen wird, dass der Abscheideranordnung (8) Flüssigkeit (108) entnommen wird, und dass die der Abscheideranordnung (8) entnommene Flüssigkeit (108) oder ein Teil hiervon druckreduziert und danach erneut durch den Kondensatorverdampfer (7) geführt und dabei teilweise oder vollständig verdampft wird. Eine entsprechende Luftzerlegungsanlage (100) ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft.
    • Hintergrund
  • 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. Hinsichtlich des technischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung wird auf entsprechende Literatur verwiesen.
  • Aus der US 5,582,034 A ist ein Verfahren zur Herstellung von Stickstoff durch Tieftemperaturzerlegung von Luft bekannt, bei dem eine Einzelkolonne verwendet wird. Der Einzelkolonne werden aus einem unteren Bereich Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Stickstoff- und Sauerstoffgehalten entnommen. Die Flüssigkeiten werden in einem Kondensatorverdampfer zur Kondensation von stickstoffreichem Kopfgas der Einzelkolonne verwendet, um auf diese Weise einen Rücklauf für die Einzelkolonne zu liefern. Nach Verdampfung der stickstoffreicheren und sauerstoffärmeren Flüssigkeit wird das dabei gebildete Gas, oder ein Teil hiervon, rückverdichtet, abgekühlt, und in einen unteren Bereich der Einzelkolonne rückgespeist. Dieses Gas wird nachfolgend auch als "Kreislaufstrom" bezeichnet. Die stickstoffärmere und sauerstoffreichere Flüssigkeit kann, ebenfalls nach entsprechender Verdampfung, in einer Entspannungsturbine entspannt werden, die einen Booster zur Rückverdichtung des Kreislaufstroms antreibt. Weiteres Kopfgas der Einzelkolonne wird als Stickstoffprodukt aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet.
  • In der WO 2021/180362 A1 sind ebenfalls unterschiedliche Verfahren dieser Art beschrieben, welche die Anmelderin auch als SPECTRA-Verfahren bezeichnet. Auf die Erläuterungen auf Seite 2 dieser Druckschrift und die dortige Beschreibung zu Figur 1 wird vorliegend ausdrücklich Bezug genommen.
  • Es besteht der Bedarf nach Verbesserungen bei entsprechenden Verfahren, insbesondere hinsichtlich ihrer Energieeffizienz.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Anlage mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und der nachfolgenden Beschreibung.
  • Vor der Erläuterung der Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und unterschiedlicher Ausgestaltungen hiervon werden einige Grundlagen näher erläutert und nachfolgend verwendete Begriffe definiert.
  • Die in einer Luftzerlegungsanlage eingesetzten Vorrichtungen sind in der zitierten Fachliteratur, beispielsweise bei Häring (s.o.) in Abschnitt 2.2.5.6, "Apparatus", beschrieben. Sofern die nachfolgenden Definitionen nicht hiervon abweichen, wird daher zum Sprachgebrauch, der im Rahmen der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, ausdrücklich auf die zitierte Fachliteratur verwiesen.
  • Flüssigkeiten und Gase können im hier verwendeten Sprachgebrauch reich oder arm an einer oder an mehreren Komponenten sein, wobei "reich" für einen Gehalt von wenigstens 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 betrachtete Flüssigkeit oder das betrachtete Gas gewonnen wurde.
  • 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, Stickstoff oder Argon ist, jedoch nicht ausschließlich hieraus bestehen muss.
  • Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind insbesondere für die Bereitstellung ultrahochreiner Luftprodukte, insbesondere Stickstoff, vorgesehen, und eignen sich in besonderer Weise für derartige Zwecke, wobei unter einem "ultrahochreinen" Luftprodukt insbesondere ein Luftprodukt mit weniger als 10, 5, 1, 0,5 oder 0,1 Milliardstel Anteilen (ppb) von Fremdkomponenten verstanden werden soll.
  • 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.
  • Ist hiervon "Entspannungsmaschinen" oder "Entspannungsturbinen" 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, die nachfolgend auch als "Booster" bezeichnet werden. Eine Kombination aus Turboexpander und Turboverdichter wird typischerweise auch als "Turbinenbooster", oder "Boosterturbinenanordnung" bezeichnet. In einem Turbinenbooster sind der Turboexpander und der Turboverdichter mechanisch gekoppelt, wobei die Kopplung drehzahlgleich (beispielsweise unter Verwendung einer gemeinsamen Welle) oder drehzahlunterschiedlich (beispielsweise unter Verwendung eines geeigneten übersetzenden Getriebes) erfolgen kann. Auch antreibende oder bremsende Einheiten wie Motoren, Generatoren oder Ölbremsen können zwischengeschaltet sein.
  • Unter einem "Kaltverdichter" bzw. "Kaltbooster" wird hier einen Verdichter bzw. Booster verstanden, dem ein Stoffstrom auf einem kryogenen bzw. tiefkalten Temperaturniveau, d.h. einem Temperaturniveau von deutlich unterhalb von 0 °C, insbesondere unterhalb von -50, -75 oder -100 °C und insbesondere bis hin zu -150 oder -200 °C, zugeführt wird. Für den Begriff "Kaltverdichtung" gilt Entsprechendes.
  • Ein "Hauptluftverdichter" zeichnet sich dadurch aus, dass durch ihn die gesamte, der Luftzerlegungsanlage zugeführte und dort zerlegte Luft verdichtet wird. Auch mehrere Hauptluftverdichter können vorhanden sein und insbesondere parallel geschaltet oder in anderer Weise verschaltet sein. Hingegen wird in einem oder mehreren optional vorgesehenen weiteren Verdichtern, beispielsweise Nachverdichtern, nur jeweils ein Anteil dieser bereits zuvor im Hauptluftverdichter verdichteten Luft weiter verdichtet. Entsprechend stellt der "Hauptwärmetauscher" 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. Auch mehrere parallele Wärmetauscher können die Funktion eines Hauptwärmetauschers, oder jeweils Teilfunktionen, erfüllen. 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.
  • 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 Stoffstrom.
  • Als "Kondensatorverdampfer" wird ein Wärmetauscher bezeichnet, in dem ein kondensierender Stoffstrom in indirekten Wärmeaustausch mit einem verdampfenden Stoffstrom 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 Stoffstroms durchgeführt, in dem Verdampfungsraum die Verdampfung des verdampfenden Stoffstroms. Der Verdampfungs- und der Verflüssigungsraum werden durch Gruppen von Passagen gebildet, die untereinander in Wärmeaustauschbeziehung stehen.
  • In einem "Forced-Flow"-Kondensatorverdampfer bzw. Kondensatorverdampfer mit Zwangsführung, der auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen kann, wird ein Flüssigkeitsstrom mittels seines eigenen Drucks bzw. des jeweiligen Leitungsdrucks durch den Verdampfungsraum gedrückt und dort partiell oder vollständig verdampft. Der erforderliche Druck kann beispielsweise durch eine Flüssigkeitssäule in der Zuleitung zum Verdampfungsraum erzeugt werden, die sich aus einer entsprechenden Positionierung eines Flüssigkeitsreservoirs ergibt, aber auch aus einem Druck einer Rektifikationskolonne, aus der ein entsprechender Stoffstrom entnommen wird. Die Höhe der genannten Flüssigkeitssäule bzw. ein Leitungsdruck, insbesondere stromabwärts eines Drosselventils, entspricht dabei mindestens dem Druckverlust im Verdampfungsraum. Das aus dem Verdampfungsraum austretende Gas oder Gas-Flüssigkeitsgemisch, d.h. im letzteren Fall ein Zweiphasenstrom, kann dabei insbesondere direkt zum nächsten Verfahrensschritt bzw. zu einer stromabwärtigen Vorrichtung oder Verdampfung und dergleichen weitergeleitet werden. Dieses bzw. dieser wird insbesondere nicht in ein Flüssigkeitsbad des Kondensatorverdampfers eingeleitet, aus dem der flüssig verbliebene Anteil erneut angesaugt würde, wie dies beispielsweise bei in einem herkömmlichen, auf Grundlage des Thermosiphoneffekts betriebenen Badverdampfer der Fall ist. In einem derartigen Fall wird insbesondere auch von einem als "Once-Through"-Kondensatorverdampfer ausgebildeten Kondensatorverdampfer gesprochen, wobei die Begriffe "Forced-Flow"- und "Once-Through"-Kondensatorverdampfer auch synonym verwendet werden.
  • Die eingangs erläuterten Verfahren umfassen einen Kaltverdichter bzw. Kaltbooster als Kernelement einer verbesserten Rückführung zur Verbesserung der Produktausbeute bei gleichzeitiger Bereitstellung von Stickstoff unter relativ hohem Druck.
  • Der Strom zum Kaltbooster (gebildet aus der bereits eingangs erwähnten stickstoffreicheren und sauerstoffärmeren Flüssigkeit) wird dabei im Gegensatz zu einem früheren Verfahren, wie sie beispielsweise in der erwähnten US 4,966,002 A vorgeschlagen wird, oberhalb des Kolonnensumpfes der Einzelkolonne abgezogen und separat in dem verwendeten Kondensatorverdampfer mit Zwangsführung bzw. Reboiler "trocken", d.h. ohne Verbleib eines unverdampften Rests, verdampft. Dieser Strom weist, wie angesprochen, einen höheren Stickstoffgehalt als die Flüssigkeit im Sumpf der Einzelkolonne auf, was im Gegensatz zu dem früheren Verfahren, in dem nur Sumpfflüssigkeit mit geringerem Stickstoffgehalt verdampft wird, zu einer verbesserten Stickstoffrückgewinnung und einem höheren Ansaugdruck für den Kaltbooster führt.
  • Ein anderes Verfahren, das in der US 6,279,345 B1 offenbart ist, umfasst eine Warmverdichtung und eine modifizierte Rückführung. Der Strom zur Warmverdichtung wird aus dem Sumpf der Einzelkolonne entnommen und in zwei Stufen verdampft. Hierbei erfolgt in einem ersten Schritt eine Teilverdampfung mit anschließender Phasentrennung und in einem zweiten Schritt eine Vollverdampfung der abgetrennten Flüssigkeit in einem Badverdampfer. Dieser Strom weist aufgrund des Phasengleichgewichts des Stickstoff-Sauerstoff-Gemischs einen deutlich höheren Stickstoffgehalt als die Sumpfflüssigkeit der Einzelkolonne auf.
  • Die vorliegende Erfindung beruht nun auf der überraschenden Erkenntnis, dass sich Teilmerkmale der soeben erläuterten herkömmlichen Verfahren mit besonders vorteilhaften und unerwarteten Effekten miteinander kombinieren lassen. Hierbei handelt es sich um eine Kaltverdichtung des rückgeführten Stroms einerseits, und die Verwendung eines Kondensatorverdampfers mit Zwangsführung andererseits, verbunden mit einer zweistufigen Verdampfung der Sumpfflüssigkeit aus der Einzelkolonne. Es hat sich gezeigt, dass die Topologie mit zweistufiger Verdampfung der Sumpfflüssigkeit deutlich vorteilhafter ist als herkömmliche Lösungen.
  • Die vorgeschlagene Lösung führt einerseits zu einem höheren Stickstoffgehalt im Kreislaufstrom und andererseits zu einem höheren Saugdruck bei der Kaltverdichtung. Der höhere Stickstoffgehalt im Kreislaufstrom führt zur Erhöhung der Produktausbeute im Prozess der Sauerstoffabtrennung. Der höhere Saugdruck am Kaltverdichter erlaubt das Einstellen einer höheren Kreislaufmenge und führt zur geringeren Verdichtungsarbeit bzw. der zur Verdichtung notwendigen Turbinenleistung. Dadurch lassen sich auch die thermodynamischen Verluste im Expansionsprozess reduzieren. Außerdem ergeben sich auch Verbesserungen beim Q-T-Profil im Kondensatorverdampfer. Die zur Übertragung der Wärmemenge im Kondensator notwendige Temperaturdifferenz kann mit Aufrecherhaltung der minimalen Temperaturdifferenz reduziert werden. Der Ansaugdruck des Kaltverdichters kann beispielsweise bei einem Stickstoffproduktdruck von ca. 11 bar Absolutdruck auf einem Druckniveau von 6 bis 8 bar, insbesondere 6,5 bis 7,5 bar, beispielsweise ca. 6,7 bis 7,0 bar Absolutdruck, liegen.
  • Zur Erzielung der genannten Vorteile wird ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft vorgeschlagen, bei dem eine Luftzerlegungsanlage mit einer Rektifikationskolonne verwendet wird. Die Rektifikationskolonne kann eine Einzelkolonne sein, d.h. die Luftzerlegungsanlage kann so ausgestaltet sein, dass die Rektifikationskolonne die einzige Rektifikationskolonne darstellt, es können aber auch mehrere identische, im Wesentlichen identische oder vergleichbare Rektifikationskolonnen in Mehrzahl vorhanden sein, die beispielsweise auch im Parallelbetrieb betrieben oder in Reihe geschaltet werden können, beispielsweise bei Höhenproblemen. Wie auch unten erläutert, können in Ausgestaltungen der Erfindung auch weitere Rektifikationskolonnen vorgesehen sein, beispielsweise zur Bereitstellung von Sauerstoff, insbesondere Hochreinsauerstoff.
  • Am Kopf einer entsprechenden Rektifikationskolonne reichern sich Helium und Neon an, im Sumpf dagegen Krypton und Xenon. Kopf und Sumpf der Rektifikationskolonne, können daher auch mit Einrichtungen wie Sperrböden ausgestattet werden. Auf diese Weise kann am Kopf insbesondere mit Helium und Neon (und auch ggf. Wasserstoff) angereichertes Fluid (Gas oder Flüssigkeit, insbesondere Gas) abgezogen werden, das in einer zusätzlichen Kolonne mit Kondensator angereichert werden kann. Am Sumpf kann eine mit Schwersiedern, also Krypton und Xenon, angereichertes Fluid (Gas oder Flüssigkeit, insbesondere Flüssigkeit) abgezogen werden, das in einer weiteren Kolonne mit Sumpfverdampfer angereichert werden kann.
  • In dem vorgeschlagenen Verfahren wird die Luft aufbereitet, druckbeaufschlagt, abgekühlt, und in die Rektifikationskolonne eingespeist. Die Aufbereitung kann bspw. in der Art erfolgen, wie dies auch in der eingangs bereits zitierten WO 2021/180362 A1 , insbesondere im Zusammenhang mit der dortigen Figur 1, oder in der zitierten Fachliteratur ausführlich beschrieben ist. Jede Art der Aufbereitung von Luft in einer Luftzerlegungsanlage kann grundsätzlich eingesetzt werden.
  • Der Rektifikationskolonne wird gegenüber der Luft an Stickstoff angereichertes und an Sauerstoff abgereichertes Kopfgas entnommen, wobei ein Teil des der Rektifikationskolonne entnommenen Kopfgases unter Verwendung eines Kondensatorverdampfers und unter Erhalt eines Kondensats kondensiert oder teilkondensiert wird, und wobei das Kondensat oder ein Teil hiervon als Rücklauf auf die Rektifikationskolonne zurückgeführt wird. Die Ausgestaltung der Rektifikationskolonne und des Kondensatorverdampfers kann an sich ebenfalls der zitierten Literatur entsprechen. Wie nachfolgend erläutert, wird aber ein entsprechender Kondensatorverdampfer mit Kühlmittel betrieben, das in der vorgeschlagenen Offenbarung in einer spezifischen Weise bereitgestellt und geführt wird, so dass sich die zuvor erläuterten Vorteile ergeben.
  • In dem vorgeschlagenen Verfahren wird der Kondensatorverdampfer unter Verwendung von gegenüber der Luft an Stickstoff abgereicherter und an Sauerstoff angereicherter und der Rektifikationskolonne entnommener Flüssigkeit, insbesondere Sumpfflüssigkeit, und weiter insbesondere nur Sumpfflüssigkeit, gekühlt, und ein Teil der der Rektifikationskolonne entnommenen Flüssigkeit wird nach der Verwendung zur Kühlung des Kondensatorverdampfers in verdampfter Form einer Kaltverdichtung unterworfen und in die Rektifikationskolonne zurückgespeist. Es handelt sich bei diesem Teil um den mehrfach angesprochenen Kreislaufstrom.
  • Die der Rektifikationskolonne entnommene (Sumpf-)Flüssigkeit oder ein Teil hiervon wird in dem vorgeschlagenen Verfahren durch den Kondensatorverdampfer geführt, dabei teilweise verdampft, und danach einer Phasentrennung unter Verwendung einer Abscheideranordnung unterworfen.
  • Der Begriff "Abscheideranordnung" soll dabei hier jede für eine Phasentrennung geeignete Einrichtung bezeichnet. Insbesondere weist eine entsprechende Abscheideranordnung einen oder mehrere Abscheiderbehälter an sich bekannter Art auf. Im einfachsten Fall handelt es sich dabei um einen Leerbehälter, ggf. mit geeigneten Einbauten wie einem Tropfenabscheider, in dessen unteren Bereich sich die abgeschiedene Flüssigphase sammelt und aus dessen oberem Bereich die Gasphase abgezogen werden kann. Gestrick- und Lamellenabscheider sowie Axialzyklonabscheider können ebenfalls verwendet werden.
  • In dem vorgeschlagenen Verfahren wird der Abscheideranordnung Flüssigkeit entnommen, und die der Abscheideranordnung entnommene Flüssigkeit oder ein Teil hiervon wird druckreduziert und danach erneut durch den Kondensatorverdampfer geführt und dabei teilweise oder vollständig verdampft. Die Druckreduktion kann beispielsweise bei einem Stickstoffproduktdruck von ca. 11 bar Absolutdruck auf ein Druckniveau von 4 bis 6 bar, beispielsweise ca. 5,1 bis 6,0 bar Absolutdruck, erfolgen, so dass eine vollständige Verdampfung sichergestellt werden kann. Insbesondere erfolgt in letzterem Schritt eine vollständige Verdampfung bzw. "Trockenverdampfung", wie dies in herkömmlichen Verfahren, wie sie zuvor beschrieben sind, für die oberhalb des Sumpfs der Rektifikationskolonne abgezogene Flüssigkeit erfolgen kann. Die der Abscheideranordnung entnommene Flüssigkeit weist gegenüber der Sumpfflüssigkeit der Rektifikationskolonne aus den erwähnten Gründen ebenfalls einen erhöhten Stickstoffgehalt auf.
  • Zu den Vorteilen des vorgeschlagenen Verfahrens und die hierfür, ohne durch die Theorie gebunden zu sein, verantwortlichen Gründe, sei auf die obigen Erläuterungen ausführlich verwiesen. Diese ergeben sich grundsätzlich in allen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung in gleicher Weise. Insbesondere sei darauf hingewiesen, dass auch mehrere Teilverdampfungsschritte mit entsprechender Führung durch den Kondensatorverdampfer und jeweiliger anschließender Phasentrennung vorgesehen sein können, wobei die erhaltenen Gase und Flüssigkeiten in vergleichbarer Weise verwendet werden können.
  • In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann als Abscheideranordnung eine Anordnung verwendet werden, in der der Kondensatorverdampfer innerhalb eines Abscheiderbehälters angeordnet ist. Auf diese Weise kann insbesondere eine platzsparendere Anordnung, bspw. innerhalb einer Coldbox, erzielt werden, die daher nicht vergrößert werden muss. Der Abscheiderbehälter kann dabei mit einem größeren Querschnitt erstellt werden, als dies bei separater Bereitstellung möglich wäre, wodurch sich insbesondere die Abscheidung von Tropfen verbessert. Der Querschnitt kann dabei insbesondere einem Querschnitt der Rektifikationskolonne entsprechen oder im Wesentlichen entsprechen, bzw. kann der Querschnitt der Abscheideranordnung bzw. von dessen außenliegendem Abscheidebehälter insbesondere beim 0,5-fachen bis 1 ,5-fachen der Rektifikationskolonne liegen.
  • In Ausgestaltungen der Erfindung kann der Abscheideranordnung Gas entnommen werden, wobei der Teil der der Rektifikationskolonne entnommenen Flüssigkeit, der nach der Verwendung zur Kühlung des Kondensatorverdampfers in verdampfter Form einer Kaltverdichtung unterworfen und in die Rektifikationskolonne zurückgespeist wird, das der Abscheideranordnung entnommene Gas oder einen Teil hiervon umfasst. Wie erwähnt, wird die Zusammensetzung dieses Gases durch die vorliegend vorgeschlagene zweifache Verdampfung in der ersten Stufe hinsichtlich des Stickstoff- und Sauerstoffgehalts vorteilhaft beeinflusst, so dass dieses in besonders vorteilhafter Weise zur Bildung des Kreislaufstroms verwendbar ist.
  • Die der Abscheideranordnung entnommene unverdampfte Flüssigkeit oder der Teil hiervon, der erneut durch den Kondensatorverdampfer geführt und teilweise oder vollständig verdampft wird, oder (wiederum) ein Teil hiervon, kann in Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung einer Entspannung unterworfen und insbesondere in einem Hauptwärmetauscher erwärmt und aus der Luftzerlegungsanlage ausgeführt werden. Auf diese Weise wird die für Betrieb der Anlage notwendige Kälteleistung sowie die zur Verdichtung vom Kreislaufstrom benötigte Leistung bereitgestellt.
  • In Ausgestaltungen der Erfindung kann die Kaltverdichtung und die Entspannung unter Verwendung einer Boosterturbinenanordnung durchgeführt werden. Hierbei können Booster und Entspannungsturbinen in beliebiger Anzahl und Kombination miteinander gekoppelt sein. Eine Boosterturbinenanordnung kann in Ausgestaltungen der Erfindung auch mehrere Booster-Turbinen-Einheiten umfassen, die bspw. parallel betrieben werden können. Auch beliebige weitere Einheiten, wie bspw. Ölbremsen oder Generatoren, können in entsprechenden Boosterturbinenanordnungen bereitgestellt sein und bspw. überschüssige Leistung umsetzen.
  • Die der Abscheideranordnung entnommene Flüssigkeit, oder der Teil hiervon, der erneut durch den Kondensatorverdampfer geführt und dabei teilweise oder vollständig verdampft wird, kann in Ausgestaltungen der Erfindung insbesondere vor dem erneuten Führen durch den Kondensatorverdampfer druckreduziert werden. Auf diese Weise kann insbesondere der Druck auf ein Druckniveau eingestellt werden, das eine anschließende vollständige Verdampfung sicherstellt.
  • Wie erwähnt, sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere Kondensatorverdampfer einsetzbar, die eine Zwangsführung aufweisen, d.h. als "Once Through"- bzw. "Forced Flow"-Kondensatorverdampfer ausgebildet sind. Mit anderen Worten werden in einem Verfahren gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung also die durch den Kondensatorverdampfer geführten Flüssigkeiten jeweils mittels ihres Leitungsdrucks einmalig und von unten nach oben durch unterschiedliche Passagen des Kondensatorverdampfers geführt.
  • Überwiegend der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass das vorgeschlagene Verfahren umfasst, dass das der Rektifikationskolonne entnommene Kopfgas zu einem weiteren Teil zur Bereitstellung eines gasförmigen Druckstickstoffprodukts verwendet wird, wie an sich in entsprechenden Verfahren bekannt. Die Bereitstellung kann eine Entspannung auf unterschiedliche Druckniveaus und dergleichen umfassen. Das Kopfgas, und damit das gasförmige Druckstickstoffprodukt, kann insbesondere einen Gehalt von weniger als 0,1 Milliardstel Teilen (ppb, insbesondere im Volumenanteil) und weniger als 1 Millionstel Teil Argon (ppm, insbesondere im Volumenanteil) aufweisen. Das gasförmige Druckstickstoffprodukt kann insbesondere auf einem Druckniveau von 6 bis 15 bar, beispielsweise 8 bis 12 bar oder ca. 11 bar Absolutdruck bereitgestellt werden.
  • Wie erwähnt, können Ausgestaltungen der Erfindung auch vorsehen, dass die Luftzerlegungsanlage eine weitere Rektifikationskolonne aufweist, die zur Bereitstellung eines sauerstoffreichen Luftprodukts verwendet wird. Eine entsprechende weitere Rektifikationskolonne wird auch als Reinsauerstoffkolonne bezeichnet. Zur Betriebsweise einer Reinsauerstoffkolonne kann beispielsweise auf die WO 2020/083525 A1 und die dortige Beschreibung zu Figur 1 verwiesen werden.
  • Zum Betrieb der Reinsauerstoffkolonne, also der weiteren Rektifikationskolonne, wird der luftgespeisten Rektifikationskolonne ein Stoffstrom, der Stickstoff und Sauerstoff enthält, insbesondere flüssig, entnommen und in die weitere Rektifikationskolonne eingespeist. Die Entnahme erfolgt einige Böden oberhalb des Sumpfs. Im Sumpf der zweiten Rektifikationskolonne erhält man eine sauerstoffreiche Flüssigkeit. In einem Sumpfbereich der weiteren Rektifikationskolonne ist dabei ein Sumpfverdampfer angeordnet, der mit dem später in die weitere Rektifikationskolonne eingespeisten Fluid, oder einem Teil hiervon, beheizt werden kann.
  • Die im Sumpf der weiteren Rektifikationskolonne erhaltene sauerstoffreiche Flüssigkeit kann insbesondere einen Sauerstoffgehalt von mehr als 97 Molprozent, insbesondere mehr als 99 Molprozent, aufweisen. Es kann sich auch um Sauerstoff in Hochreinqualität mit mehr als 99,999999 Molprozent und typischerweise ca. 15 bis 20 ppb Verunreinigungen handeln.
  • Generell kann in dem vorgeschlagenen Verfahren die Rektifikationskolonne auf einem Druckniveau von 6 bis 15 bar, insbesondere von 8bis 13 bar, beispielsweise bei ca. 12 bar Absolutdruck betrieben werden. Der Booster der Boosterturbine kann insbesondere mit einer Eintrittstemperatur von -175 bis -160 °C betrieben werden. Der Kreislaufstrom, d.h. der Teil der der Rektifikationskolonne entnommenen Flüssigkeit, der nach der Verwendung zur Kühlung des Kondensatorverdampfers in verdampfter Form der Kaltverdichtung unterworfen und in die Rektifikationskolonne zurückgespeist wird, kann insbesondere einen Gehalt von 60 bis 65% Stickstoff, 1,5 bis 2,5% Argon und 30 bis 40% Sauerstoff, jeweils im Molanteil, aufweisen. Beispielhafte Gehalte sind ca. 61 bis 63% Stickstoff, ca. 2% Argon, und 35 bis 36% Sauerstoff.
  • Die vorgeschlagene Luftzerlegungsanlage weist eine Rektifikationskolonne auf, die dafür eingerichtet ist, Luft aufzubereiten, mit Druck zu beaufschlagen, abzukühlen, und in die Rektifikationskolonne einzuspeisen, der Rektifikationskolonne ein gegenüber der Luft an Stickstoff angereichertes und an Sauerstoff abgereichertes Kopfgas zu entnehmen, einen Teil des der Rektifikationskolonne entnommenen Kopfgases unter Verwendung eines Kondensatorverdampfers und unter Erhalt eines Kondensats zu kondensieren oder teilweise zu kondensieren, das Kondensat oder einen Teil hiervon als Rücklauf auf die Rektifikationskolonne zurückzuführen, den Kondensatorverdampfer unter Verwendung von gegenüber der Luft an Stickstoff abgereicherter und an Sauerstoff angereicherter und der Rektifikationskolonne entnommener Flüssigkeit zu kühlen, und einen Teil der der Rektifikationskolonne entnommenen Flüssigkeit nach der Verwendung zur Kühlung des Kondensatorverdampfers in verdampfter Form einer Kaltverdichtung zu unterwerfen und in die Rektifikationskolonne zurückzuspeisen.
  • Die vorgeschlagene Luftzerlegungsanlage ist dafür eingerichtet, die der Rektifikationskolonne entnommene Flüssigkeit oder einen Teil hiervon durch den Kondensatorverdampfer zu führen, dabei teilweise zu verdampfen, und danach einer Phasentrennung in einer Abscheideranordnung zu unterwerfen, der Abscheideranordnung Flüssigkeit zu entnehmen, und die der Abscheideranordnung entnommene Flüssigkeit oder einen Teil hiervon einer Druckreduktion zu unterwerfen und danach erneut durch den Kondensatorverdampfer zu führen und dabei teilweise oder vollständig zu verdampfen.
  • Zu weiteren Merkmalen und Vorteilen einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage und Ausgestaltungen hiervon sei auf die obigen Erläuterungen betreffend das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren und seine Ausgestaltungen ausdrücklich verwiesen, da diese hierfür in gleicher Weise gelten.
  • Entsprechendes gilt auch für eine Luftzerlegungsanlage, die gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung dazu eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einer beliebigen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung durchzuführen.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
    • Figur 1 veranschaulicht eine Luftzerlegungsanlage 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • Figur 2 veranschaulicht Teilmerkmale eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • Figur 3 veranschaulicht ein Wärme-Temperatur-Diagramm eines Kondensatorverdampfers einer nicht erfindungsgemäßen Luftzerlegungsanlage.
    • Figur 4 veranschaulicht ein Wärme-Temperatur-Diagramm eines Kondensatorverdampfers einer Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
    Ausführungsformen der Erfindung
  • Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen werden lediglich zu dem Zweck beschrieben, den Leser beim Verständnis der beanspruchten und zuvor erläuterten Merkmale zu unterstützen. Sie stellen lediglich repräsentative Beispiele dar und sollen hinsichtlich der Merkmale der Erfindung nicht abschließend und/oder beschränkend betrachtet werden. Es versteht sich, dass die zuvor und nachfolgend beschriebenen Vorteile, Ausführungsformen, Beispiele, Funktionen, Merkmale, Strukturen und/oder anderen Aspekte nicht als Beschränkungen des Umfangs der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, oder als Beschränkungen von Äquivalenten zu den Ansprüchen zu betrachten sind, und dass andere Ausführungsformen verwendet und Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der beanspruchten Erfindung abzuweichen.
  • Unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung können weitere zweckmäßige Kombinationen der beschriebenen Elemente, Komponenten, Merkmale, Teile, Schritte, Mittel usw. umfassen, aufweisen, aus ihnen bestehen oder im Wesentlichen aus ihnen bestehen, auch wenn solche Kombinationen hier nicht spezifisch beschrieben sind. Darüber hinaus kann die Offenbarung andere Erfindungen umfassen, die gegenwärtig nicht beansprucht sind, die aber in Zukunft beansprucht werden können, insbesondere wenn sie vom Umfang der unabhängigen Ansprüche umfasst sind.
  • Erläuterungen, die sich auf Vorrichtungen, Apparate, Anordnungen, Systeme usw. gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen, können auch für Verfahren, Prozesse, Methoden usw. gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gelten und umgekehrt. Gleiche, gleich wirkende, in ihrer Funktion einander entsprechende, baulich identisch oder vergleichbar aufgebaute Elemente, Verfahrensschritte usw. können mit identischen Bezugszeichen angegeben sein.
  • Figur 1 veranschaulicht eine Luftzerlegungsanlage 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die Luftzerlegungsanlage 100 weist einen warmen Teil auf, in dem ein aus der Atmosphäre A angesaugter Luftstrom 101, wie vielfach anderenorts beschrieben, mittels eines Hauptluftverdichters 1 über ein Filter 2 angesaugt, mittels eines Kühlers 3 indirekt mit Wasser W gekühlt und in einer Adsorptionseinheit 4 im Wesentlichen von Wasser und Kohlendioxid befreit wird (sogenannte Prepurification Unit, PPU). Der auf diese Weise konditionierte, druckbeaufschlagte Luftstrom 102 wird in einem Hauptwärmetauscher 5 abgekühlt, indem er bis zu einer Entnahmeposition nahe des kalten Endes durch den Hauptwärmetauscher 5 geführt wird, und anschließend in eine Rektifikationskolonne 6 eingespeist.
  • Der Rektifikationskolonne 6 wird Kopfgas in Form eines Stoffstroms 103 entnommen, das zu einem ersten Anteil in Form eines Stoffstroms 104 durch einen Kondensatorverdampfer 7 mit Zwangsführung geführt und zu einem zweiten Anteil in Form eines Stoffstroms 105 in dem Hauptwärmetauscher 5 erwärmt und als Druckstickstoffprodukt N bzw. Sealgas S aus dem Verfahren ausgeführt wird.
  • Der Kondensatorverdampfer 7 wird mit einem Stoffstrom 106 als Kältemittel betrieben, welcher unter Verwendung von Sumpfflüssigkeit aus der Rektifikationskolonne 6 gebildet und am kalten Ende des Hauptwärmetauschers 5 weiter abgekühlt, wird. Der in dem Kondensatorverdampfer teilverdampfte Stoffstrom 106 wird in einem Abscheiderbehälter bzw. einer Abscheideeinrichtung 8 phasengetrennt.
  • Eine Flüssigphase aus der Abscheideeinrichtung 8 wird in Form eines Stoffstroms 108 erneut als Kältemittel durch den Kondensatorverdampfer 7 geführt und dabei insbesondere trockenverdampft, danach in dem Hauptwärmetauscher 5 teilerwärmt, zu einstellbaren Anteilen mittels einer Entspannungsturbine einer Boosterturbinenanordnung 9 entspannt, mit einem unten beschriebenen Stoffstrom 109 vereinigt, in dem Hauptwärmetauscher 5 erwärmt, und an die Atmosphäre A abgegeben und/oder als Regeneriergas in der Adsorptionseinheit 4 verwendet. Optional und bei Bedarf kann Flüssigstickstoff I zu dem Stoffstrom 108 zugespeist werden. Vorteilhafterweise erfolgt keine Zuspeisung stromauf hiervon, um ein gasförmiges Stickstoffprodukt nicht zu verunreinigen. Der zugespeiste Flüssigstickstoff I muss nämlich nicht notwendigerweise aus der Anlage selbst stammen und kann daher auch marktübliche Reinheit (mit höheren Kohlenmonoxid- und Wasserstoffgehalten) aufweisen.
  • Eine Gasphase aus der Abscheideeinrichtung 8 wird, ggf. nach Abgabe eines Teils an die Atmosphäre A, mittels eines Boosters der Boosterturbinenanordnung 9 druckerhöht, in einem Abschnitt des Hauptwärmetauschers 5 abgekühlt und danach in die Rektifikationskolonne 6 zurückgespeist, so dass der mehrfach erwähnte Kreislaufstrom gebildet wird. Ein Bypassstrom kann, wie in Form eines gestrichelten Strompfeils dargestellt, gebildet werden.
  • Der in dem Kondensatorverdampfer 7 zumindest teilweise kondensierte Stoffstrom 104, bzw. ein gebildetes Kondensat wird zu einem Teil in Form eines Stoffstroms 110 als Rücklauf auf die Rektifikationskolonne 6 verwendet. Ein weiterer Teil kann nach Unterkühlung in einem Unterkühler 10 als Flüssigstickstoff L in Form eines Stoffstroms 111 aus der Luftzerlegungsanlage 100 ausgeführt werden. Ein zur Unterkühlung verwendeter Anteil bildet den bereits erwähnten Stoffstrom 109.
  • Figur 2 veranschaulicht einen Teilaspekt einer Luftzerlegungsanlage gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In Figur 2 ist im Wesentlichen veranschaulicht, wie in einer alternativen Ausgestaltung zu der in Figur 1 veranschaulichten Luftzerlegungsanlage 100 eine Anordnung vorgesehen sein kann, in der der Kondensatorverdampfer 7 innerhalb des Abscheidebehälters 8 angeordnet sein kann. Die übrigen Aspekte können im Wesentlichen identisch oder vergleichbar realisiert sein. Die Einbindung ergibt sich aus den in Figur 2 identisch wie in Figur 1 bezeichneten Stoffströmen.
  • Die Figuren 3 und 4 veranschaulichen Wärme-Temperatur-Diagramme eines Kondensatorverdampfers einer nicht erfindungsgemäßen Luftzerlegungsanlage und ein Wärme-Temperatur-Diagramm (Q-T-Diagramm) eines Kondensatorverdampfers einer Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
  • Die mittlere logarithmische Temperaturdifferenz (engl. Logarithmic Mean Temperature Difference, Log-MTD) liegt bei dem in Figur 3 veranschaulichten Fall bei einem Wert von 1,50 K, in dem in Figur 4 veranschaulichten Fall bei einem Wert von 1,26 K. Die minimale Temperaturdifferenz (dTmin) liegt in beiden Fällen bei 0,5 K. Damit ergeben sich auch unter diesem Aspekt Vorteile der vorgeschlagenen Lösungen.
  • Es wurde eine Fallstudie durchgeführt, die sich auf die Gewinnung von 36.600 Normkubikmeter pro Stunde (Nm3/h) gasförmiges Stickstoffprodukt bei 11,1 bar Absolutdruck bezogen. Die Gehalte an Argon und Sauerstoff in dem Stickstoffprodukt betrugen 1 ppm bzw. weniger als 1 ppb. Es wurde kein Flüssigstickstoffprodukt bereitgestellt. Die nachfolgende Tabelle fasst in den Spaltengruppen "Stand der Technik" und "Ausgestaltungen d. Erf." dabei Simulationsergebnisse zusammen, die mit einer bestimmten (gleichen) Anzahl an Trennstufen in der Rektifikationskolonne für ein herkömmliches Verfahren wie eingangs erwähnt und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung erhalten wurden. Hieraus ergibt sich eine spürbare Verbesserung der Leistung von ca. 2% für die Ausgestaltungen der Erfindung.
    Stand der Technik Ausgestaltungen d. Erf.
    Grundparameter
    Gesamtluftmenge [Nm3/h] 60.127 59.019
    Hauptluftverdichterdruck [bar (abs.)] 12,26 12,22
    Ansaugdruck Kaltverdichter [bar (abs.)] 6,68 6,91
    Zusammensetzung Kreislaufstrom
    Stickstoff [mol-%] 60,1 63,0
    Argon [mol-%] 2,1 2,0
    Sauerstoff [mol-%] 37,8 35,0
    Leistungsparameter
    Leistung Kaltverdichter [kW] 275,8 254,9
    Leistungsaufnahme am Hauptluftverdichter relativ [%] 100 98,1

Claims (13)

  1. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft (101), bei dem eine Luftzerlegungsanlage (100) mit einer Rektifikationskolonne (6) verwendet wird, wobei die Luft (101) aufbereitet, druckbeaufschlagt, abgekühlt, und in die Rektifikationskolonne (6) eingespeist wird, wobei der Rektifikationskolonne (6) gegenüber der Luft (101) an Stickstoff angereichertes und an Sauerstoff abgereichertes Kopfgas entnommen wird, wobei ein Teil (104) des der Rektifikationskolonne (6) entnommenen Kopfgases unter Verwendung eines Kondensatorverdampfers (7) und unter Erhalt eines Kondensats kondensiert oder teilkondensiert wird, wobei das Kondensat oder ein Teil (110) hiervon als Rücklauf auf die Rektifikationskolonne (6) zurückgeführt wird, wobei der Kondensatorverdampfer (7) unter Verwendung von gegenüber der Luft (101) an Stickstoff abgereicherter und an Sauerstoff angereicherter und der Rektifikationskolonne (6) entnommener Flüssigkeit (106) gekühlt wird, und wobei ein Teil der der Rektifikationskolonne (6) entnommenen Flüssigkeit (106) nach der Verwendung zur Kühlung des Kondensatorverdampfers (7) in verdampfter Form einer Kaltverdichtung unterworfen und in die Rektifikationskolonne (6) zurückgespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass die der Rektifikationskolonne (6) entnommene Flüssigkeit (106) oder ein Teil hiervon durch den Kondensatorverdampfer (7) geführt, dabei teilweise verdampft, und danach einer Phasentrennung unter Verwendung einer Abscheideranordnung (8) unterworfen wird, der Abscheideranordnung (8) Flüssigkeit (108) entnommen wird, und die der Abscheideranordnung (8) entnommene Flüssigkeit (108) oder ein Teil hiervon druckreduziert und danach erneut durch den Kondensatorverdampfer (7) geführt und dabei teilweise oder vollständig verdampft wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als die Abscheideranordnung (8) eine Anordnung verwendet wird, in der der Kondensatorverdampfer (7) innerhalb eines Abscheiderbehälters (8) angeordnet ist.
  3. Verfahren Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem der Abscheideranordnung (8) Gas (107) entnommen wird, wobei der Teil der der Rektifikationskolonne (6) entnommenen Flüssigkeit (106), der nach der Verwendung zur Kühlung des Kondensatorverdampfers (7) in verdampfter Form einer Kaltverdichtung unterworfen und in die Rektifikationskolonne (6) zurückgespeist wird, das der Abscheideranordnung (8) entnommene Gas (107) oder einen Teil hiervon umfasst.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die der Abscheideranordnung (8) entnommene unverdampfte Flüssigkeit (108) oder der Teil hiervon, der erneut durch den Kondensatorverdampfer (7) geführt und teilweise oder vollständig verdampft wird, oder ein Teil hiervon, einer Entspannung unterworfen und insbesondere in einem Hauptwärmetauscher (5) erwärmt und aus der Luftzerlegungsanlage (100) ausgeführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Kaltverdichtung und die Entspannung unter Verwendung einer Turbinenanordnung (9) durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Turbinenanordnung (9) eine Boosterturbinenanordnung ist und/oder unter Verwendung einer Bremseinrichtung umfassend eine Ölbremse und/oder einen Generator gebremst wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die durch den Kondensatorverdampfer (7) geführten Flüssigkeiten (106, 108) jeweils mittels ihres Leitungsdrucks einmalig und von unten nach oben durch unterschiedliche Passagen des Kondensatorverdampfers (7) geführt werden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das der Rektifikationskolonne (6) entnommene Kopfgas zu einem weiteren Teil (105) zur Bereitstellung eines gasförmigen Druckstickstoffprodukts (N) verwendet wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Luftzerlegungsanlage (100) eine weitere Rektifikationskolonne aufweist, die zur Bereitstellung eines sauerstoffreichen Luftprodukts verwendet wird.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Rektifikationskolonne (6) auf einem Druckniveau von 8 bis 14 bar betrieben wird.
  11. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Booster der Boosterturbine (9) mit einer Eintrittstemperatur in einem Temperaturbereich von -175 bis -160 °C betrieben wird.
  12. Luftzerlegungsanlage (100) mit einer Rektifikationskolonne (6), die dafür eingerichtet ist, Luft (101) aufzubereiten, mit Druck zu beaufschlagen, abzukühlen, und in die Rektifikationskolonne (6) einzuspeisen, der Rektifikationskolonne (6) ein gegenüber der Luft (101) an Stickstoff angereichertes und an Sauerstoff abgereichertes Kopfgas zu entnehmen, einen Teil (104) des der Rektifikationskolonne (6) entnommenen Kopfgases unter Verwendung eines Kondensatorverdampfers (7) und unter Erhalt eines Kondensats zu kondensieren oder teilweise zu kondensieren, das Kondensat oder einen Teil (110) hiervon als Rücklauf auf die Rektifikationskolonne (6) zurückzuführen, den Kondensatorverdampfer (7) unter Verwendung von gegenüber der Luft (101) an Stickstoff abgereicherter und an Sauerstoff angereicherter und der Rektifikationskolonne (6) entnommener Flüssigkeit (106) zu kühlen, und einen Teil der der Rektifikationskolonne (6) entnommenen Flüssigkeit (106) nach der Verwendung zur Kühlung des Kondensatorverdampfers (7) in verdampfter Form einer Kaltverdichtung zu unterwerfen und in die Rektifikationskolonne (6) zurückzuspeisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (100) dafür eingerichtet ist, die der Rektifikationskolonne (6) entnommene Flüssigkeit (106) oder einen Teil hiervon durch den Kondensatorverdampfer (7) zu führen, dabei teilweise zu verdampfen, und danach einer Phasentrennung in einer Abscheideranordnung (8) zu unterwerfen, der Abscheideranordnung (8) Flüssigkeit (108) zu entnehmen, und die der Abscheideranordnung (8) entnommene Flüssigkeit (108) oder einen Teil hiervon einer Druckreduktion zu unterwerfen und danach erneut durch den Kondensatorverdampfer (7) zu führen und hierbei teilweise zu verdampfen oder vollständig zu verdampfen.
  13. Luftzerlegungsanlage (100) nach Anspruch 12, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 eingerichtet ist.
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