EP4428475A1 - Wärmetauscher sowie zugehörige anlagen und verfahren - Google Patents

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EP4428475A1
EP4428475A1 EP23020112.1A EP23020112A EP4428475A1 EP 4428475 A1 EP4428475 A1 EP 4428475A1 EP 23020112 A EP23020112 A EP 23020112A EP 4428475 A1 EP4428475 A1 EP 4428475A1
Authority
EP
European Patent Office
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condenser
passages
fluid guide
guide structures
condensation
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP23020112.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Hecht
Axel Lehmacher
Paul Heinz
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 EP23020112.1A priority Critical patent/EP4428475A1/de
Priority to PCT/EP2024/025089 priority patent/WO2024183948A1/de
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    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04721—Producing pure argon, e.g. recovered from a crude argon column
    • F25J3/04727—Producing pure argon, e.g. recovered from a crude argon column using an auxiliary pure argon column for nitrogen rejection
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0062—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/0265—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by using guiding means or impingement means inside the header box
    • F28F9/0268—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by using guiding means or impingement means inside the header box in the form of multiple deflectors for channeling the heat exchange medium
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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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    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/32—Details on header or distribution passages of heat exchangers, e.g. of reboiler-condenser or plate heat exchangers

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger, in particular a plate heat exchanger, a method for processing a fluid using such a heat exchanger, and systems and methods for treating a fluid and for the low-temperature separation of air according to the respective preambles of the independent patent claims.
  • condenser evaporators which can be used, among other things, in plants for the low-temperature separation of air and in which gas mixtures with different components are partially condensed, it can happen that non-condensing or condensable components that are difficult to condense accumulate and therefore impair operation.
  • the present invention proposes a heat exchanger, a method for processing a fluid using such a heat exchanger, as well as a system and a method for processing a fluid and for the low-temperature separation of air with the features of the respective independent patent claims.
  • Embodiments are the subject of the dependent patent claims and the following description.
  • Embodiments of the present invention are suitable, for example, for processing fluids in systems such as hydrogen, natural gas and petrochemical plants with gas mixtures that contain non-condensable inerts.
  • Air separation plants have rectification column arrangements that can be designed in different ways.
  • rectification columns for obtaining nitrogen and/or oxygen in liquid and/or gaseous state i.e. rectification columns for nitrogen-oxygen separation, which can be combined in a known double column
  • rectification columns can be provided for obtaining other air components, in particular noble gases, or pure oxygen.
  • the term “column” is also used below.
  • the rectification columns of typical rectification column arrangements are operated at different pressure levels.
  • Known double columns have a so-called pressure column (also referred to as high-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 approx. 5.3 bar, while the low-pressure column is typically operated at a pressure level of 1 to 2 bar, in particular approx. 1.4 bar. In certain cases, higher pressure levels can also be used in these rectification columns.
  • the pressures given here and below are absolute pressures at the top of the rectification columns specified.
  • Air separation plants with so-called crude argon columns and so-called pure argon columns can be used to produce argon.
  • An example is at Häring (see above) in Figure 2 .3A and is described there from page 26 in the section “Rectification in the Low-pressure, Crude and Pure Argon Column” and from page 29 in the section “Cryogenic Production of Pure Argon”.
  • argon accumulates in corresponding systems at a certain height in the low-pressure column, the so-called argon maximum, also known as the argon belly or argon bubble.
  • argon-enriched gas with an argon concentration of typically 5 to 15 mole percent can be withdrawn from the low-pressure column and transferred to the crude argon column.
  • a gas typically contains approx. 0.05 to 500 ppm nitrogen and otherwise essentially oxygen. It should be expressly emphasized that the values given for the gas withdrawn from the low-pressure column are merely typical example values.
  • the crude argon column essentially serves to separate the oxygen from the gas withdrawn from the crude argon column.
  • the oxygen separated in the crude argon column or a corresponding oxygen-rich fluid can be returned to the low-pressure column in liquid form.
  • a gaseous fraction remaining in the crude argon column during the separation, which essentially contains argon and nitrogen, is further separated in the pure argon column to obtain pure argon.
  • the crude and pure argon columns each have top condensers which can be cooled in particular with a portion of a liquid (so-called "enriched liquid") withdrawn from the high-pressure column, enriched in oxygen and depleted in nitrogen, which partially evaporates during this cooling. This can also be provided within the scope of the present invention, but is also not a mandatory requirement.
  • the gas phase formed during the partial evaporation and the remaining liquid can also be fed into the low-pressure column at different feed points.
  • the oxygen or the oxygen-rich fluid from the crude argon column is typically fed back into the low-pressure column several theoretical or practical levels below the feed points for the liquid used for cooling and partially evaporated from the high-pressure column.
  • the top condenser of the crude argon column which is also referred to as the crude argon condenser, can be designed as a condenser evaporator with forced guidance. Such a design is also described with reference to Figure 2 explained in more detail below.
  • a condenser evaporator can be used to condense essentially all of the top gas of the crude argon column fed into it.
  • the crude argon condenser can be flooded with liquid argon, ie the condensing top gas can be accumulated in such a crude argon condenser.
  • the pure argon column can be fed with top gas from the crude argon column, which can be withdrawn from the top of the crude argon column or (still in a gaseous state) from a feed line to the crude argon condenser.
  • nitrogen can accumulate in the crude argon condenser as a gas that does not condense or is difficult to condense under the conditions used, thereby reducing the effectiveness of heat transfer. In certain cases, this can lead to unstable operation of the argon recovery system as a whole.
  • An accumulation of nitrogen can occur in particular when the nitrogen concentration in the feed stream to the crude argon condenser is comparatively high. This nitrogen concentration depends very strongly on the nitrogen concentration of the feed stream to the crude argon column as a whole, and thus largely on the process conditions in the low-pressure column. Under certain circumstances, however, it may be desirable to operate the low-pressure column in such a way that a correspondingly high nitrogen concentration is present. Therefore, in conventional processes, the crude argon condenser can limit the overall operating range of the rectification system and reduce the flexibility that may be desired in the operation of an air separation plant.
  • a "condenser-evaporator” is a heat exchanger in which a first, condensing fluid flow enters into indirect heat exchange with a second, evaporating fluid flow.
  • Each condenser-evaporator has a condensation chamber and an evaporation chamber.
  • the condensation and evaporation chambers have condensation and evaporation passages.
  • the condensation (liquefaction) of the first fluid flow is carried out in the condensation chamber, and the evaporation of the second fluid flow is carried out 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.
  • passage is to be understood here in particular as a component that is present in a plurality, with fluid components of a fluid flow being guided in parallel through several passages with the same purpose (such as condensation passages and evaporation passages).
  • passages can in particular represent the structures arranged between two separating plates.
  • condenser evaporators are also referred to as “head condensers” and “bottom evaporators”, whereby a head condenser is a condenser evaporator in which the top gas of a rectification column is condensed and a bottom evaporator is a condenser evaporator in which the bottom liquid of a rectification column is evaporated.
  • a liquid flow is pressed through the evaporation chamber by means of its own pressure and is partially evaporated there.
  • Forced-flow evaporators are sometimes also referred to as "once-through evaporators").
  • This pressure is generated, for example, by a liquid column in the supply line to the evaporation chamber, which consists of a corresponding positioning of a liquid reservoir, or a higher pressure of an upstream rectification column. The height of this liquid column 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) is passed on in a "once through” or “forced flow” condenser evaporator directly to the next process step or to a downstream device 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, as is the case, for example, in a conventional bath evaporator operating on the basis of the known thermosiphon effect.
  • the present invention can be used in certain embodiments in connection with condenser evaporators in the form of plate heat exchangers, in particular brazed aluminium plate-fin heat exchangers (PFHE; designations according to the German and English editions of ISO 15547-2:3005).
  • PFHE brazed aluminium plate-fin heat exchangers
  • Their features are particularly evident in Figure 2 the mentioned ISO 15547-2:3005 and on page 5 of the publication " The Standards of the Brazed Aluminum Plate-Fin Heat Exchanger Manufacturers'Association" of ALPEMA, 3rd edition 2010 , shown and described.
  • Plate heat exchangers can be used in a wide range of process engineering systems at a wide range of pressures and temperatures. They are used, for example, in the low-temperature separation of air, in the liquefaction of natural gas or in systems for the production of ethylene. If the abbreviated terms "heat exchanger” or “plate heat exchanger” are used below, this can always be designed as a corresponding soldered fin-plate heat exchanger, in particular made of aluminum. It goes without saying that "aluminum” can also refer to an aluminum alloy.
  • channels for the fluids to be guided are formed by means of so-called fins, ie structured metal sheets.
  • fins ie structured metal sheets.
  • the fins or the structuring of corresponding Sheets can be designed with different geometries, e.g. triangular, rectangular, wave-shaped, lamellar, perforated, toothed or with so-called staggered strip fins.
  • the fins also keep the separating sheets arranged between the respective plates of the plate heat exchanger at a distance.
  • distributor and collector fins are known to distribute fed fluid to the fins, which typically run horizontally or vertically in the central area of the plate heat exchanger, or to collect it from them.
  • Distributor and collector fins are fluidically connected to a feed header on the one hand and a collection header on the other.
  • a feed header in the condensation passages of a condenser evaporator is a gas inlet
  • a collection header is a liquid outlet, even if non-condensed gas is also withdrawn via the latter in certain cases.
  • Fluids i.e. liquids and gases, as used herein, can be rich or poor in one or more components, where “rich” can mean a content of at least 50%, 75%, 90%, 95%, 99%, 99.5%, 99.9%, 99.99% or 99.999% and “poor” can mean a content of at most 50%, 25%, 10%, 5%, 1%, 0.1%, 0.01% or 0.001%, each on a mole, weight or volume basis.
  • the term “predominantly” can correspond to the definition of "rich”. Fluids can also be "enriched” or “depleted” in one or more components, where these terms refer to a content in a starting fluid from which the fluid in question was obtained.
  • the fluid 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 of a corresponding component, 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 the starting fluid. If, for example, “oxygen” or “nitrogen” is mentioned here in relation to fluids, this also includes fluids that are rich in oxygen or nitrogen, but do not necessarily have to consist exclusively of these.
  • pressure range and "temperature range” 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 realize the inventive concept.
  • Absolute and/or relative spatial information used below refer here in particular to the spatial alignment of the correspondingly designated elements of an air separation plant, for example rectification columns, sub-columns of multi-part rectification columns, or rectification areas of rectification columns in normal operation.
  • An arrangement of two elements "one above the other” is understood here in particular to mean that the upper end of the lower of the two elements is at a lower or the same geodetic height as the lower end of the upper of the two elements and the projections of the two elements overlap on a horizontal plane.
  • the two elements can be arranged exactly one above the other, i.e.
  • Embodiments of the present invention are based in particular on the knowledge that the disadvantages explained at the outset can be overcome in particular by using a condenser evaporator, in particular a plate heat exchanger, which has a separate gas outlet above a lower end section for the components that do not condense or condense only with difficulty in the liquefaction passages, and which is equipped with fluid guide means that are designed and suitable for guiding gas in the direction of the gas outlet.
  • the present invention proposes a condenser evaporator with condensation passages and evaporation passages.
  • the condensation and evaporation passages can in particular be present in plural numbers and can be stacked alternately, as is the case with a plate heat exchanger, for example.
  • Dividers or other separating devices can be arranged between the condensation and evaporation passages. In this way, particularly effective heat transfer with minimal temperature deltas can be ensured.
  • the condenser-evaporator has gas inlets in the condensation passages, which are arranged in a first end section of the condenser-evaporator, and liquid outlets from the condensation passages, which are arranged in a second end section of the condenser-evaporator.
  • the gas inlets can be connected in particular to an inlet line, in particular a gas header, and the liquid outlets can be connected in particular to a removal line, in particular a liquid header. If corresponding elements are mentioned here in the singular, this does not exclude the possibility that corresponding elements can also be present in plural.
  • end section is intended here to express in particular that a gas inlet or a liquid outlet does not have to be arranged at the outermost end of the condenser evaporator, in particular not on the respective end surface. Rather, an arrangement on a side surface can also be provided, for example, in the case of the use of corresponding headers, wherein the area of gas feed or liquid removal extends a certain distance in the direction of the other end of the condenser evaporator.
  • An end section can therefore, for example, comprise the terminal 5%, 10%, 15%, 20% or 25% of the heat exchanger, wherein the term “terminal” refers to the ends defined by the end surfaces of the condenser evaporator.
  • end surfaces can in particular be arranged perpendicular to the main flow direction of the condensing fluid or to the (main) extension direction of the fin structures of the condensation passages arranged in the central region of the condenser evaporator, i.e. the direction of the fluid channels formed by the fins.
  • the first end section above and the second end portion below and the fluid channels run in particular from top to bottom. More generally, the first and second end portions are opposite each other and the first and second end portions comprise the opposite end surfaces.
  • the proposed condenser evaporator is equipped with first fluid guide structures in the condensation passages, which run at least in a partial section of the condensation passages and are in particular designed to guide fluid from the direction of the gas inlets towards the liquid outlets, i.e. in particular from the direction of the first end section towards the second end section.
  • This can in particular be the fins or the fluid channels formed by the fins in the central region of a condenser evaporator designed as a plate heat exchanger, which run from top to bottom when the condenser evaporator is in use.
  • Further fluid guide structures can be present, in particular in the case of a plate heat exchanger the aforementioned distributor and collector structures or corresponding fins, which are however at least partially arranged in the end sections of the condenser evaporator.
  • the proposed condenser evaporator is characterized in particular by gas outlets from the condensation passages, which are arranged outside the second end section, i.e. above it during operation, on the condenser evaporator.
  • the gas outlets can be arranged on the side surfaces of the heat exchanger block.
  • An arrangement on the end surface arranged in the first end section, i.e. the upper end surface during operation, of the heat exchanger block can also be provided. Such an arrangement can in particular ensure that the gas can be drawn off above the liquid level that may form in a corresponding condenser evaporator and that no liquid is discharged.
  • second fluid guide structures are provided in the condensation passages, which run in a second direction deviating from the first direction and open into the gas outlets. Designs of corresponding fluid guide structures are explained below and can be used as required.
  • the condenser evaporator can be designed in particular as a plate heat exchanger of the type explained above, wherein the first fluid guide structures and the second fluid guide structures can be formed by corresponding fins.
  • the structures proposed here can be implemented in a plate heat exchanger in a particularly advantageous manner.
  • the gas outlets in the condenser evaporator can be provided in the first end section, wherein fluid distribution fins and the second fluid guide structures are arranged in the first end section.
  • this is a particularly advantageous way of removing gas from the condensation passages, using proven manufacturing techniques.
  • the condensation passages have a first longitudinal edge arranged parallel to the first fluid guide structures, a second longitudinal edge arranged parallel to the first longitudinal edge and opposite the first longitudinal edge, a first transverse edge arranged at right angles to the first longitudinal edge and the second longitudinal edge, and a second transverse edge arranged parallel to the first transverse edge and opposite the first transverse edge.
  • the longitudinal and transverse edges can in particular be the edges at which the corresponding sheets are surrounded by sidebars in known plate heat exchangers.
  • the first end section comprises the first transverse edge and a first terminal partial section of the first longitudinal edge and the second longitudinal edge.
  • the second end section comprises the second transverse edge and a second terminal partial section of the first longitudinal edge and the second longitudinal edge.
  • the terminal sections are in particular sections that abut the respective transverse edges and extend, for example, 5, 10, 15 or 20% of a length of the longitudinal edges in the direction of the center of the longitudinal edges.
  • the first transverse edge may comprise a first partial section and a second partial section, wherein the first partial section is arranged closer to the first longitudinal edge than the second partial section and wherein the second partial section is arranged closer to the second longitudinal edge than the first Subsection.
  • the subsections correspond in particular to components arranged here with different functions, as explained below.
  • the gas inlet can be arranged in the first terminal section of the first longitudinal edge and the gas outlet can be arranged in the second section of the first transverse edge, i.e. at the top and bottom during operation.
  • fluid distribution fins can be arranged within the condensation passages, adjoining the gas inlet, which take up a first part of a width of the condensation passage between the first longitudinal edge and the second longitudinal edge, and the second fluid guide structures can also be arranged in the first end section, but in a second part of the width of the condensation passage.
  • the fluid distribution fins can therefore be arranged upstream of the first fluid guide structures next to the second fluid guide structures, in an area which, in a conventional design of a corresponding condenser evaporator designed as a plate heat exchanger, is completely occupied by a fluid distribution fin.
  • the fluid distribution fins and the second fluid guide structures in the first end section can be separated from one another, in particular by means of a separating structure. In this way, it can be ensured in particular that the gas mixture fed in via the gas inlet openings does not mix with the gas mixture removed via the gas outlets and thus excessive amounts of oxygen are transferred to a pure argon column, but essentially nitrogen and argon.
  • a corresponding condenser evaporator can also be designed with third fluid guide structures that adjoin the first fluid guide structures in the flow direction in the condensation passages and that laterally deflect fluid flowing out of the first fluid guide structures in the direction of the second fluid guide structures.
  • gas can be removed from a liquid surface that forms in the condenser evaporator and fed to the gas outlet. In this way, an accumulation of nitrogen that is transferred to the gas outlets can be avoided in a particularly advantageous manner.
  • the component mixture fed in via the gas inlets can first be distributed via the distributor fins to the first fluid guide means, where, when flowing through, oxygen in particular separates out in liquid form and flows downwards. Remaining gas is deflected sideways by the third fluid guide structures and then fed to the second fluid guide structures, where it flows upwards in the direction of the gas outlets and can be drawn off via these.
  • the first fluid guide structures are arranged at least partially parallel to the second fluid guide structures and upstream of the third fluid guide structures in the flow direction. In this way, a particularly “sharp" separation can be achieved.
  • a deflection by means of the third fluid guide structures can take place outwards or inwards.
  • the second fluid guide structures are arranged between partial areas of the first fluid guide structures in the condensation passages (in particular arranged along the longitudinal edges) and the fluid outlet can be located centrally on the first transverse edge.
  • a deflection by means of the third fluid guide structures can also take place outwards, so that the gas can be discharged via gas outlets arranged on the side.
  • the gas outlets can be arranged in particular between the first end sections and the second end sections on the side edges.
  • a method for processing a fluid with multiple components in which a condenser-evaporator with condensation passages and evaporation passages, a gas inlet into the condensation passages in a first end section of the condenser-evaporator, a liquid outlet from the condensation passages in a second end section of the condenser-evaporator, and first fluid guide structures in the condensation passages are used, is also the subject of the present invention.
  • the fluid is fed into the condensation passages in gaseous form via the gas inlet and condenses in the condensation passages to obtain a condensate and Remaining of a non-condensable portion is partially condensed.
  • the condenser evaporator has a gas outlet from the condensation passages in a region outside the second end section and second fluid guide structures which run in the direction of the gas outlet in the condensation passages and open into the gas outlet, and at least a portion of the condensate is withdrawn from the condensation passages via the liquid outlet and at least a portion of the non-condensable portion is withdrawn via the gas outlet.
  • Embodiments of the invention further extend to a system for treating a fluid having multiple components, which in particular may comprise a corresponding condenser evaporator in each of the embodiments explained, and a corresponding method.
  • a plant for the low-temperature separation of air which has a crude argon column with a top condenser and a pure argon column, is particularly proposed, wherein the plant is designed to condense gas from the top of the crude argon column by means of the top condenser, wherein the top condenser is designed as a condenser evaporator with condensation passages and evaporation passages, a gas inlet into the condensation passages in a first end section of the condenser evaporator, a liquid outlet from the condensation passages in a second end section of the condenser evaporator, and first fluid guide structures in the condensation passages.
  • the plant is designed to feed the gas from the top of the crude argon column at least in part to the condensation passages of the condenser-evaporator and to partially condense it there to obtain a condensate and a non-condensable portion, and to return at least part of the condensate to the crude argon column as reflux.
  • the condenser-evaporator which is designed in particular according to a which can be designed in one of the embodiments explained above, has a gas outlet from the condensation passages in a region outside the second end section and second fluid guide structures which run in the condensation passages and open into the gas outlet, and the system is designed to discharge at least part of the non-condensable portion from the gas outlet and feed it into the pure argon column.
  • a method for the low-temperature separation of air, in which a system is used which has a crude argon column with a top condenser and a pure argon column, is also the subject of the invention.
  • gas from the top of the crude argon column is condensed by means of the top condenser, the top condenser being designed as a condenser evaporator with condensation passages and evaporation passages, a gas inlet into the condensation passages in a first end section of the condenser evaporator, a liquid outlet from the condensation passages in a second end section of the condenser evaporator, and first fluid guide structures in the condensation passages, the gas from the top of the crude argon column being at least partially fed to the condensation passages of the condenser evaporator and partially condensed there to obtain a condensate and a non-condensable portion, and at least part of the condensate being returned to the crude argon column as reflux
  • the condenser evaporator has a gas outlet from the condensation passages in a region outside the second end section and second fluid guide structures which run in the condensation passages and open into the gas outlet, and that at least a part of the non-condensable portion is discharged from the gas outlet and fed into the pure argon column.
  • the air separation plant is designed in particular to carry out a method as previously explained in embodiments and is equipped with a condenser evaporator according to any embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 an air separation plant according to an embodiment not according to the invention is illustrated in the form of a simplified process flow diagram and is designated overall by 1000.
  • Air separation plants of the type shown are described many times elsewhere, for example in (see above), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006 , in particular Section 2.2.5, "Cryogenic Rectification” and in connection with the Figure 2 .3A.
  • An air separation plant for the use of The present invention can be designed in a variety of ways. As mentioned, the present invention can in principle also be used in plants other than air separation plants.
  • the air separation plant 1000 shown as an example has, among other things, a main air compressor 1, a pre-cooling device 2, a cleaning system 3, a first booster turbine 4, a second booster turbine 5, a main heat exchanger 6, pumps 7 and 8 and a rectification column system 10.
  • the rectification column system 10 in the example shown comprises a classic double column arrangement of a pressure column 11 and a low-pressure column 12 as well as a crude argon column 13 and a pure argon column 14.
  • the crude argon column 13 and the pure argon column 14 have top condensers (ie a crude argon condenser and a pure argon condenser) which are arranged in Figure 1 are initially illustrated as reflux or bath condenser evaporators.
  • the crude argon condenser is designated 15 and the pure argon condenser is designated 16.
  • a feed air stream is sucked in and compressed by means of the main air compressor 1 via a filter (not designated).
  • the compressed feed air stream is fed to the pre-cooling device 2 operated with cooling water.
  • the pre-cooled feed air stream is cleaned in the cleaning system 3.
  • the cleaning system 3 which typically comprises a pair of adsorber containers used in alternating operation, the pre-cooled feed air stream is largely freed of water and carbon dioxide.
  • the feed air flow Downstream of the cleaning system 3, the feed air flow is divided into partial flows.
  • the air of the feed air flow is cooled in the main heat exchanger 6 in a basically known manner.
  • two so-called turbine flows are formed in corresponding turbines.
  • the booster unit of the turbine booster 5 is designed as a so-called cold booster, ie it is fed with already cooled air from the main heat exchanger 6. Air that is completely cooled in the main heat exchanger 6 is expanded in a liquefied state via throttle valves (not separately designated) and fed into the rectification column system as so-called throttle flows.
  • An oxygen-enriched liquid bottom fraction and a nitrogen-enriched gaseous top fraction are formed in the pressure column 11.
  • the oxygen-enriched liquid bottom fraction is withdrawn from the pressure column 11 and expanded in portions into the evaporation chambers of the reflux or bath condenser evaporators in the corresponding top condensers 15 and 16, respectively.
  • Gas portions formed by the expansion and evaporation against the top gas of the crude or pure argon columns 13, 14 are fed into the low-pressure column 12, as is the unevaporated liquid here.
  • the operation of the air separation plant 1000 illustrated here is standard practice, so reference is made to the cited specialist literature.
  • the crude argon column 13 is fed in the usual way from the low-pressure column 11, the pure argon column 14 in the usual way from the crude argon column 13.
  • the invention is not limited to the embodiment shown here.
  • Air separation plants are shown in partial representation, in which a pressure column 11 and a low-pressure column 12 are also provided, but here they are shown in a highly simplified manner as a common block.
  • a crude argon column 13 and a pure argon column 14 are also shown in a highly simplified manner.
  • the top condenser of the crude argon column 13 is designed as a condenser evaporator with forced guidance and, in contrast to Figure 1 designated with 100.
  • the design of the top condenser 16 of the pure argon column 14 is arbitrary.
  • evaporation passages of the top condenser 16 of the pure argon column 14 are fed via a valve V1, in this case with bottom liquid F1 of the pressure column 11.
  • Gas G1 formed in the top condenser 16 by evaporation is fed via a valve V2 into the low-pressure column 12, remaining liquid F2 via a valve V3 into the low-pressure column 12 on the one hand, as indicated by F3, and via a valve V4 into the top condenser 100 of the crude argon column 13 on the other hand, as indicated by F4.
  • the liquid F4 evaporated in evaporation passages of the top condenser 100 is also fed into the low pressure column 12, as indicated by G2.
  • Top gas G3 from the crude argon column 13 is fed into the top condenser 100 and liquefied there in condensation passages.
  • the liquid formed, designated F5 is returned to the crude argon column 13 as reflux via a valve V5.
  • Condensation and evaporation passages in the top condenser 100 are indicated here summarily as 101 and 102 respectively.
  • top gas from the crude argon column 13 is branched off from a feed line into the top condenser 100 of the crude argon column 13, as designated by G4, and fed into the pure argon column 14 via a valve V6.
  • G4 feed line into the top condenser 100 of the crude argon column 13
  • V6 feed line into the pure argon column 14
  • an enrichment of nitrogen in the top condenser 100 of the crude argon column 13 can occur in certain cases.
  • FIG. 4 to 8 relate to condenser evaporators which serve as top condensers 100 of the crude argon column 13 according to Figure 3 can be used in embodiments of the invention and are therefore also designated here with 100.
  • the Figures 4 to 8 each one condensation passage 101 of a corresponding condenser evaporator 100.
  • Corresponding condensation passages 101 are present in plurality and are arranged alternately with evaporation passages which are not separately illustrated for reasons of clarity.
  • a gas inlet 103 is provided in the condensation passages 101, which is fed via a gas header 113 (which also supplies further condensation passages).
  • the gas inlet 103 is arranged in a first (upper) end section of the condenser-evaporator 100, designated 104.
  • a liquid outlet 105 is provided from the Condensation passages 100 are arranged in a second end section 106 of the condenser evaporator 100 and open into a liquid header 115 (which also collects liquid from further condensation passages).
  • fluid guide structures are arranged, which are referred to here as "first" fluid guide structures, and which can be fins arranged in a central region of the condenser evaporator 100, as illustrated here in a highly simplified manner with vertical lines.
  • fluid distribution fins 110 and fluid collector fins 111 are provided, which distribute gas from the gas inlet 103 to the first fluid guide structures 107 in a conventional manner and collect liquid from the first fluid guide structures 107 to the liquid outlet 105.
  • the course of the fins or the fluid channels defined by them is illustrated with horizontal or oblique lines.
  • the fluid distribution fins 110 extend only over a part of the width of the first fluid guide structures in order to enable gas to flow out to the gas outlet 108, as explained below.
  • the gas outlet 108 from the condensation passages 101 is provided in a region outside the second end section 106 and is connected to a corresponding gas header 118, here specifically on an upper side of the condensation passages 101 and thus an end surface of the condenser evaporator 100 as a whole (the upper end surface during operation of the condenser evaporator 100).
  • fluid guide structures are provided, which are referred to here as "second" fluid guide structures and are indicated by 109, which run in the condensation passages 101 and open into the gas outlet 108.
  • the second fluid guide structures 109 can also be designed in the form of fins, with the correspondingly defined fluid channels running vertically, as in Figure 4 illustrated with vertical lines.
  • Non-condensable or condensing gas flowing out of the gas outlet 108 can be collected from the illustrated condensation passage 101 and further condensation passages via the gas header 118.
  • the condensation passages of the condenser evaporator 100 have a first longitudinal edge L1 arranged parallel to the first fluid guide structures 107, a second longitudinal edge L2 arranged parallel to the first longitudinal edge L1 and opposite thereto, a first transverse edge W1 arranged at right angles to the first and second longitudinal edges L1, L2 and a second transverse edge W2 arranged parallel to the first transverse edge and opposite thereto, wherein the first end section 104 comprises the first transverse edge W1 and a first terminal partial section T1 of the first and second longitudinal edges L1, L2, and wherein the second end section 106 comprises the second transverse edge W2 and a second terminal section T2 of the first and second longitudinal edges L1, L2.
  • the first transverse edge W1 comprises a first partial section P1 and a second partial section P2, wherein the first partial section P1 is arranged closer to the first longitudinal edge L1 than the second partial section P2 and the second partial section P2 is arranged closer to the second longitudinal edge L2 than the first partial section P1.
  • the gas inlet 103 is arranged in the first terminal section T1 of the first longitudinal edge L1, the gas outlet 108 is arranged in the second section P2 of the first transverse edge W1, in the first end section 104 the fluid distribution fins 110 adjoining the gas inlet 103 are arranged, which occupy a first part D1 of a width of the condensation passage 101 between the first longitudinal edge L1 and the second longitudinal edge L2, and in the first end section 104 the second fluid guide structures 107 are arranged in a second part D2 of the width of the condensation passage 101.
  • a condenser evaporator 100 in contrast to the in Figure 4 illustrated
  • the fluid distribution fins 110 are narrowed again in width and separated from the second fluid guide structures 109 by means of a separating structure 116, which can be designed, for example, in the manner of a typical sidebar.
  • Sidebars surround, although not specifically illustrated here, in particular all the structures illustrated here as fins, such as fluid distribution fins 110, fluid collector fins 111, and the first and second fluid guide structures 107, 109.
  • the fluid distribution fins 110 and the second fluid guide structures 109 are separated from one another in the first end section 104 by means of a separation structure 116.
  • Figure 6 illustrates a configuration of a condenser evaporator 100 according to a further embodiment of the invention, however, only a central region of a condensation passage 101 is shown, ie the components arranged in the first and second end sections 104, 106 such as fluid distributor fins 110, fluid collector fins 111, gas inlet 103, liquid outlet 105, gas outlet 108 and the corresponding headers 113, 115, 118 are not shown.
  • first and second fluid guide structures 107, 109 are formed separately here.
  • a fluid guide structure 117 referred to here as a "third fluid guide structure”
  • a fluid guide structure 119 which diverts fluid further downwards.
  • the first fluid guide structures 107 are adjoined in the flow direction (as indicated by arrows in the first fluid guide structures 107) in the condensation passages 101 by third fluid guide structures 117, which deflect fluid flowing out of the first fluid guide structures 107 laterally (as indicated by arrows in the third fluid guide structures 117) in the direction of the second fluid guide structures 109.
  • the first fluid guide structures 107 are at least partially parallel to the second fluid guide structures 109 and in the flow direction upstream of the third Fluid guide structures 117 are arranged.
  • the gas flows upwards here and in particular in the direction of a gas outlet 108. Liquid flows further downwards in the fourth fluid guide structures 119, as also illustrated by corresponding arrows in the fourth fluid guide structures 119, or corresponding condensate collects here.
  • Figure 7 illustrates an embodiment of a condenser evaporator 100 according to another embodiment of the invention, wherein as in Figure 6 only a central area of a condensation passage is shown as explained above.
  • first and second fluid guide structures 107, 109 are formed separately, but here the second fluid guide structure 109 is interposed between two halves of the first fluid guide structure 107.
  • a third fluid guide structure 117 is provided, which causes a horizontal deflection of fluid from the two halves of the first fluid guide structure 107 to the middle, ie to the second fluid guide structure 107.
  • a fourth fluid guide structure 119 is also provided in this embodiment, which drains condensate further downwards.
  • the second fluid guide structures 109 are arranged between partial regions of the first fluid guide structures 107 in the condensation passages 101 and the fluid outlet 108 is arranged centrally on the first transverse edge W1.
  • Figure 8 illustrates an embodiment of a condenser evaporator 100 according to another embodiment of the invention, wherein as in the Figures 6 and 7 only a central area of a condensation passage is shown.
  • the first fluid guide structures 107 are located in an upper part of the condensation passage 101.
  • the second fluid guide structure 109 is located below and, like the third fluid guide structures 117, causes a horizontal distribution, but in contrast to Figure 7 outwards. In this way, gas can be directed towards two gas outlets 108 with corresponding headers 118 which are arranged on the first and second longitudinal edges L1, L2 (not separately designated here).

Landscapes

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Kondensatorverdampfer (100) mit Kondensationspassagen (101) und Verdampfungspassagen (102), mit Gaseinlässen (103) in die Kondensationspassagen (101) in einem ersten Endabschnitt (104) des Kondensatorverdampfers (100), mit Flüssigkeitsauslässen (105) aus den Kondensationspassagen (100) in einem zweiten Endabschnitt (106) des Kondensatorverdampfers (100), und ersten Fluidführungsstrukturen (107) in den Kondensationspassagen (101). Gasauslässe (108) aus den Kondensationspassagen (101) in einem Bereich außerhalb des zweiten Endabschnitts (106) und zweite Fluidführungsstrukturen (109) in den Kondensationspassagen (101), die in die Gasauslässe (108) münden, sind vorgesehen. Ein Verfahren zur Bearbeitung eines Fluids, insbesondere zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, und eine entsprechende Anlage sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Plattenwärmetauscher, ein Verfahren zur Bearbeitung eines Fluids unter Verwendung eines derartigen Wärmetauschers, sowie Anlagen und Verfahren zur Behandlung eines Fluids und zur Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß den jeweiligen Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
    • 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.
  • Der technische Hintergrund der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend insbesondere unter Bezugnahme auf die Tieftemperaturzerlegung von Luft erläutert. Wie auch nachfolgend noch im Detail ausgeführt, kann die vorliegende Erfindung aber auch in anderen Anlagen und Verfahren zum Einsatz kommen und ist ausdrücklich nicht zum Einsatz bei der Tieftemperaturzerlegung von Luft beschränkt.
  • In bestimmten Kondensatorverdampfern, die unter anderem in Anlagen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft zum Einsatz kommen können, und in denen Gasgemische mit unterschiedlichen Komponenten teilkondensiert werden, kann es dazu kommen, dass sich nicht oder nur schwer kondensierende bzw. kondensierbare Komponenten anreichern und daher den Betrieb beeinträchtigen.
  • Aus der JP H05-87485 A ist in diesem Zusammenhang beispielsweise die Verwendung eines Gasauslasses am Flüssigkeitsauslassheader eines entsprechenden Kondensatorverdampfers bekannt, um ein nicht kondensierbares Gas abzuziehen. Es jedoch weiterhin der Bedarf nach Lösungen, die eine derartige Anreicherung in gegenüber dem Stand der Technik verbesserter Weise verhindern.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung einen Wärmetauscher, ein Verfahren zur Bearbeitung eines Fluids unter Verwendung eines derartigen Wärmetauschers, sowie eine Anlage und ein Verfahren zur Bearbeitung eines Fluids und zur Tieftemperaturzerlegung von Luft mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche vor. Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der nachfolgenden Beschreibung.
  • Nachfolgend sollen zunächst noch einige bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile verwendete Begriffe sowie der zugrundeliegende technische Hintergrund näher erläutert werden. Wie erwähnt, wird hier insbesondere auf Verfahren und Anlagen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft Bezug genommen, was indes die vorliegende Erfindung nicht hierauf einschränkt. Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung eignen sich zum Beispiel zur Bearbeitung von Fluiden in Anlagen wie Wasserstoff-, Erdgas- und Petrochemieanlagen mit Gasgemischen, die nichtkondensierbare Inerte beinhalten.
  • Luftzerlegungsanlagen weisen Rektifikationskolonnenanordnungen auf, die unterschiedlich ausgestaltet sein können. Neben Rektifikationskolonnen zur Gewinnung von Stickstoff und/oder Sauerstoff in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand, also Rektifikationskolonnen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, die insbesondere in einer bekannten Doppelkolonne zusammengefasst sein können, können Rektifikationskolonnen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere von Edelgasen, oder von Reinsauerstoff vorgesehen sein. Anstelle des Begriffs "Kolonne" wird nachfolgend auch der Begriff "Säule" verwendet.
  • Die Rektifikationskolonnen typischer Rektifikationskolonnenanordnungen werden auf unterschiedlichen Druckniveaus betrieben. Bekannte Doppelkolonnen weisen eine sogenannte Druckkolonne (auch als Hochdruckkolonne, 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 dagegen auf einem Druckniveau von typischerweise 1 bis 2 bar, insbesondere ca. 1,4 bar. In bestimmten Fällen können in diesen Rektifikationskolonnen auch höhere Druckniveaus eingesetzt werden. Bei den hier und nachfolgend angegebenen Drücken handelt es sich um Absolutdrücke am Kopf der jeweils angegebenen Rektifikationskolonnen.
  • Zur Argongewinnung können Luftzerlegungsanlagen mit sogenannten Rohargonkolonnen und sogenannten Reinargonkolonnen eingesetzt werden. Ein Beispiel ist bei Häring (s.o.) in Figur 2.3A veranschaulicht und dort ab Seite 26 im Abschnitt "Rectification in the Low-pressure, Crude and Pure Argon Column" sowie ab Seite 29 im Abschnitt "Cryogenic Production of Pure Argon" beschrieben. Wie dort erläutert, reichert sich Argon in entsprechenden Anlagen in einer bestimmten Höhe in der Niederdruckkolonne an, dem sogenannten Argonmaximum, auch als Argonbauch bzw. im Englischen als Argon Bubble bezeichnet. An dieser Position, oder auch an einer anderen günstigen Stelle, ggf. auch unterhalb des Argonmaximums, kann aus der Niederdruckkolonne an Argon angereichertes Gas mit einer Argonkonzentration von typischerweise 5 bis 15 Molprozent abgezogen und in die Rohargonkolonne überführt werden. Ein entsprechendes Gas enthält typischerweise ca. 0,05 bis 500 ppm Stickstoff und ansonsten im Wesentlichen Sauerstoff. Es sei ausdrücklich betont, dass die angegebenen Werte für das aus der Niederdruckkolonne abgezogene Gas lediglich typische Beispielwerte darstellen.
  • Die Rohargonkolonne dient im Wesentlichen dazu, den Sauerstoff aus dem aus der Rohargonkolonne abgezogenen Gas abzutrennen. Der in der Rohargonkolonne abgetrennte Sauerstoff bzw. ein entsprechendes sauerstoffreiches Fluid kann flüssig in die Niederdruckkolonne zurückgeführt werden. Eine bei der Trennung in der Rohargonkolonne verbleibende gasförmige Fraktion, die im Wesentlichen Argon und Stickstoff enthält, wird in der Reinargonkolonne unter Erhalt von Reinargon weiter aufgetrennt. Die Roh- und die Reinargonkolonne weisen jeweils Kopfkondensatoren auf, die insbesondere mit einem Teil einer aus der Hochdrucksäule abgezogenen, an Sauerstoff angereicherten und an Stickstoff abgereicherten Flüssigkeit (sog. "Enriched Liquid") gekühlt werden können, welche bei dieser Kühlung teilweise verdampft. Dies kann auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, ist jedoch ebenfalls keine zwingende Voraussetzung. Die bei der teilweisen Verdampfung gebildete Gasphase und die verbleibende Flüssigkeit können an unterschiedlichen Einspeisestellen ebenfalls in die Niederdruckkolonne eingespeist werden.
  • Der Sauerstoff bzw. das sauerstoffreiche Fluid aus der Rohargonkolonne wird dabei typischerweise mehrere theoretische oder praktische Böden unterhalb der Einspeisestellen für die bei der Kühlung eingesetzte und teil verdampfte Flüssigkeit aus der Hochdrucksäule in die Niederdrucksäule zurückgespeist.
  • Der Kopfkondensator der Rohargonkolonne, der auch als Rohargonkondensator bezeichnet wird, kann als Kondensatorverdampfer mit Zwangsführung ausgebildet sein. Eine derartige Ausgestaltung wird auch unter Bezugnahme auf Figur 2 unten noch ausführlicher erläutert. Insbesondere ein derartiger Kondensatorverdampfer kann dazu verwendet werden, im Wesentlichen das gesamte in diesen eingespeiste Kopfgas der Rohargonkolonne zu kondensieren. Der Rohargonkondensator kann dabei mit Flüssigargon geflutet werden, d.h. das kondensierende Kopfgas kann in einem derartigen Rohargonkonensator angestaut werden. In derartigen Ausgestaltungen kann eine Speisung der Reinargonkolonne mit Kopfgas der Rohargonkolonne erfolgen, das vom Kopf der Rohargonkolonne oder (noch in gasförmigem Zustand) aus einer Zuleitung zum Rohargonkondensator abgezogen werden kann.
  • Insbesondere in derartigen Ausgestaltungen kann sich Stickstoff als unter den verwendeten Bedingungen nicht oder schwer kondensierendes bzw. kondensierbares Gas im Rohargonkondensator ansammeln, wodurch sich die Effektivität der Wärmeübertragung verringert. In bestimmten Fällen kann dies zu einem instabilen Betrieb des Argongewinnungssystems insgesamt führen.
  • Eine Ansammlung von Stickstoff kann insbesondere dann auftreten, wenn die Stickstoffkonzentration im Speisestrom zum Rohargonkondensator vergleichsweise hoch ist. Diese Stickstoffkonzentration hängt sehr stark von der Stickstoffkonzentration des Speisestroms zur Rohargonsäule insgesamt, und damit maßgeblich von den Prozessbedingungen in der Niederdruckkolonne, ab. Unter bestimmten Umständen kann es aber erwünscht sein, die Niederdruckkolonne so zu betreiben, dass eine entsprechend hohe Stickstoffkonzentration vorliegt. Daher kann in herkömmlichen Verfahren der Rohargonkondensator den Gesamtbetriebsbereich des Rektifikationssystems einschränken und die ggf. erwünschte Flexibilität im Betrieb einer Luftzerlegungsanlage reduzieren.
  • 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 hier 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. Unter den Begriff der "Passage" soll hier insbesondere eine in Mehrzahl vorhandene Komponente verstanden werden, wobei durch mehrere Passagen gleichen Zwecks (wie Kondensationspassagen und Verdampfungspassagen) Fluidanteile eines Fluidstroms parallel geführt werden. Passagen können bei Plattenwärmetauschern der unten erläuterten Art insbesondere die zwischen jeweils zwei Trennblechen angeordneten Strukturen darstellen.
  • Kondensatorverdampfer werden ihrer Funktion nach auch als "Kopfkondensator" und als "Sumpfverdampfer" bezeichnet, wobei ein Kopfkondensator ein Kondensatorverdampfer ist, in dem Kopfgas einer Rektifikationskolonne kondensiert wird und ein Sumpfverdampfer ein Kondensatorverdampfer, in dem Sumpfflüssigkeit einer Rektifikationskolonne verdampft wird.
  • In einem "Forced-Flow"-Kondensatorverdampfer bzw. Kondensatorverdampfer mit Zwangsführung auf der Verdampfungsseite, der auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen kann, wird ein Flüssigkeitsstrom mittels seines eigenen Drucks durch den Verdampfungsraum gedrückt und dort insbesondere partiell verdampft. ("Forced-Flow"-Verdampfer werden manchmal auch als "Once-Through-Verdampfer" bezeichnet.) Dieser Druck wird beispielsweise durch eine Flüssigkeitssäule in der Zuleitung zum Verdampfungsraum erzeugt, die sich aus einer entsprechenden Positionierung eines Flüssigkeitsreservoirs ergibt, oder einem höheren Druck einer stromauf angeordneten Rektifikationskolonne. Die Höhe dieser Flüssigkeitssäule entspricht dabei mindestens dem Druckverlust im Verdampfungsraum. Das aus dem Verdampfungsraum austretende Gas oder Gas-Flüssigkeitsgemisch (d.h. in dem letzteren Fall ein Zweiphasenstrom) wird dabei in einem "Once Through"- bzw. "Forced-Flow"-Kondensatorverdampfer direkt zum nächsten Verfahrensschritt bzw. zu einer stromabwärtigen Vorrichtung weitergeleitet und 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 bekannten Thermosiphoneffekts arbeitenden Badverdampfer der Fall ist.
  • Die vorliegende Erfindung kann in bestimmten Ausgestaltungen in Verbindung mit Kondensatorverdampfern in Form von Plattenwärmetauschern, insbesondere gelöteten Rippen-Platten-Wärmetauschern aus Aluminium (Brazed Aluminium Plate-Fin Heat Exchangers, PFHE; Bezeichnungen gemäß der deutschen und englischen Ausgabe der ISO 15547-2:3005) zum Einsatz kommen. Deren Merkmale sind insbesondere in Figur 2 der erwähnten ISO 15547-2:3005 sowie auf Seite 5 der Veröffentlichung "The Standards of the Brazed Aluminium Plate-Fin Heat Exchanger Manufacturers' Association" der ALPEMA, 3. Auflage 2010, gezeigt und beschrieben.
  • Plattenwärmetauscher können in einer Vielzahl von verfahrenstechnischen Anlagen bei unterschiedlichsten Drücken und Temperaturen eingesetzt werden. Sie finden beispielsweise Anwendung bei der Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei der Verflüssigung von Erdgas oder in Anlagen zur Herstellung von Ethylen. Ist nachfolgend verkürzend von einem "Wärmetauscher" oder "Plattenwärmetauscher" die Rede, kann dieser stets als ein entsprechender gelöteter Rippen-Platten-Wärmetauscher, insbesondere aus Aluminium, ausgebildet sein. Es versteht sich, dass "Aluminium" dabei auch eine Aluminiumlegierung bezeichnen kann.
  • In entsprechenden Plattenwärmetauschern werden mittels der sogenannten Fins, d.h. mittels strukturierter Bleche, Kanäle für die zu führenden Fluide gebildet. Wenngleich diese durchlässig sein können, z.B. bei Verwendung perforierter Bleche, definieren diese zumindest eine Vorzugsrichtung der Fluidströmung und stellen daher Fluidführungseinrichtungen dar. Die Fins bzw. die Strukturierung entsprechender Bleche kann mit unterschiedlichen Geometrien ausgebildet sein, bspw. dreieckig, rechteckig, wellenförmig, lamellenförmig, perforiert, gezahnt oder mit sogenannten versetzten Streifenlamellen. Die Fins halten zugleich die zwischen den jeweiligen Platten des Plattenwärmetauschers angeordneten Trennbleche auf Abstand. Bekannt ist beispielsweise die Verwendung von Verteiler- und Sammlerfins, um eingespeistes Fluid auf die im zentralen Bereich des Plattenwärmetauschers typischerweise in Horizontal- oder Vertikalrichtung verlaufenden Fins zu verteilen bzw. hieraus zu sammeln. Verteiler- und Sammlerfins sind dabei mit einem Einspeiseheader einerseits bzw. einem Sammelheader andererseits fluidverbunden. Bei einem Einspeiseheader in die Kondensationspassagen eines Kondensatorverdampfers handelt es sich um einen Gaseinlass, bei einem Sammelheader um einen Flüssigkeitsauslass, auch wenn über letzteren in bestimmten Fällen auch nicht kondensiertes Gas abgezogen wird.
  • Fluide, d.h. Flüssigkeiten und Gase, können im hier verwendeten Sprachgebrauch reich oder arm an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei "reich" für einen Gehalt von wenigstens 50%, 75%, 90%, 95%, 99%, 99,5%, 99,9%, 99,99% oder 99,999% und "arm" für einen Gehalt von höchstens 50%, 25%, 10%, 5%, 1%, 0,1%, 0,01% oder 0,001%, jeweils auf Mol-, Gewichts- oder Volumenbasis stehen kann. Der Begriff "überwiegend" kann der Definition von "reich" entsprechen. Fluide können ferner "angereichert" oder "abgereichert" an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei sich diese Begriffe auf einen Gehalt in einem Ausgangsfluid beziehen, aus dem das betrachtete Fluid gewonnen wurde. Das Fluid ist "angereichert", wenn 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 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 das Ausgangsfluid enthält. Ist hier in Bezug auf Fluide beispielsweise von "Sauerstoff" oder "Stickstoff die Rede, seien hierunter auch Fluide verstanden, die reich an Sauerstoff oder Stickstoff sind, jedoch nicht notwendigerweise ausschließlich hieraus bestehen müssen.
  • Die vorliegende Offenbarung verwendet zur Charakterisierung von Drücken und Temperaturen die Begriffe "Druckbereich" und "Temperaturbereich", 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.
  • Beispielsweise liegen innerhalb der Druck- und Niederdruckkolonne an unterschiedlichen Positionen unterschiedliche Drücke vor, die sich jedoch in einem bestimmten Druckbereich, auch als Betriebsdruckbereich bezeichnet, bewegen. Entsprechende Druckbereiche und Temperaturbereiche können disjunkte Bereiche sein oder Bereiche, die einander überlappen.
  • Nachfolgend verwendete absolute und/oder relative räumliche Angaben wie insbesondere "über", "unter", "oberhalb", "unterhalb", "neben" und "nebeneinander" beziehen sich hier insbesondere auf die räumliche Ausrichtung der entsprechend bezeichneten Elemente einer Luftzerlegungsanlage, beispielsweise Rektifikationskolonnen, Teilkolonnen mehrteiliger Rektifikationskolonnen, oder Rektifikationsbereiche von Rektifikationskolonnen im Normalbetrieb. Unter einer Anordnung zweier Elemente "übereinander" wird hier insbesondere verstanden, dass das sich obere Ende des unteren der beiden Elemente auf niedrigerer oder gleicher geodätischer Höhe befindet wie das untere Ende der oberen der beiden Elemente und sich die Projektionen der beiden Elemente auf eine Horizontalebene überschneiden. Insbesondere können die beiden Elemente genau übereinander angeordnet sein, d.h. die vertikalen Mittelachsen der beiden Elemente verlaufen auf derselben vertikalen Geraden. Unter einer Anordnung "nebeneinander" soll insbesondere verstanden werden, dass sich die Projektionen der beiden Elemente auf eine Horizontalebene nicht überschneiden. Begriffe wie "funktional unterhalb" bzw. "funktional oberhalb" bezeichnen im Falle einer mehrteilig ausgebildeten Rektifikationskolonne die Anordnung von Rektifikationsbereichen oder Teilkolonnen, die diese hätten, wenn die Rektifikationskolonne einteilig ausgebildet wäre.
    • Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung
  • Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung beruhen insbesondere auf der Erkenntnis, dass sich die eingangs erläuterten Nachteile insbesondere durch die Verwendung eines Kondensatorverdampfers, insbesondere eines Plattenwärmetauschers, überwinden lassen, der einen separaten Gasauslass oberhalb eines unteren Endabschnitts für die in den Verflüssigungspassagen nicht oder nur schwer kondensierenden Komponenten aufweist, und der mit Fluidführungsmitteln ausgestattet ist, die dafür eingerichtet und geeignet sind, Gas in Richtung des Gasauslasses zu führen.
  • Die vorliegende Erfindung schlägt hierbei einen Kondensatorverdampfer mit Kondensationspassagen und Verdampfungspassagen vor. Die Kondensations- und Verdampfungspassagen können insbesondere jeweils in Mehrzahl vorhanden und wechselseitig gestapelt sein, wie beispielsweise bei einem Plattenwärmetauscher der Fall. Zwischen Kondensations- und Verdampfungspassagen können jeweils Trennbleche oder andere Trenneinrichtungen angeordnet sein. Auf diese Weise kann eine besonders effektive Wärmeübertragung mit minimalen Temperaturdeltas sichergestellt werden.
  • Der Kondensatorverdampfer weist Gaseinlässe in die Kondensationspassagen auf, die in einem ersten Endabschnitt des Kondensatorverdampfers angeordnet sind, sowie Flüssigkeitsauslässe aus den Kondensationspassagen, die in einem zweiten Endabschnitt des Kondensatorverdampfers angeordnet sind, vor. Die Gaseinlässe können insbesondere mit einer Einlassleitung, insbesondere einem Gasheader, verbunden sein, die Flüssigkeitsauslässe insbesondere mit einer Entnahmeleitung, insbesondere einem Flüssigkeitsheader. Ist hier von entsprechenden Elementen im Singular die Rede, schließt dies nicht aus, dass entsprechende Elemente auch in Mehrzahl vorhanden sein können.
  • Der Begriff "Endabschnitt" soll hier insbesondere ausdrücken, dass ein Gaseinlass bzw. ein Flüssigkeitsauslass nicht am äußersten Ende des Kondensatorverdampfers angeordnet sein muss, insbesondere nicht an der jeweiligen Endfläche. Vielmehr kann beispielsweise auch im Fall der Verwendung von entsprechenden Headern eine Anordnung an einer Seitenfläche vorgesehen sein, wobei sich der Bereich der Gaseinspeisung bzw. Flüssigkeitsentnahme eine bestimmte Strecke in Richtung des jeweils anderen Endes des Kondensatorverdampfers erstreckt. Ein Endabschnitt kann daher beispielsweise die terminalen 5%, 10%, 15%, 20% oder 25% des Wärmetauschers umfassen, wobei der Begriff "terminal" sich auf die durch die Endflächen des Kondensatorverdampfers definierten Enden beziehen soll. Diese Endflächen können insbesondere senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des kondensierenden Fluids bzw. zur (Haupt-)Erstreckungsrichtung der im zentralen Bereich des Kondensatorverdampfers angeordneten Finstrukturen der Kondensationspassagen, d.h. der Richtung der durch die Fins gebildeten Fluidkanäle, angeordnet sein. Im Betrieb des Kondensatorverdampfers ist der erste Endabschnitt oben und der zweite Endabschnitt unten angeordnet und die Fluidkanäle verlaufen insbesondere von oben nach unten. Allgemeiner gesprochen sind der erste und der zweite Endabschnitt einander entgegengesetzt und der erste und der zweite Endabschnitt umfassen die einander gegenüberliegenden Endflächen.
  • Der vorgeschlagene Kondensatorverdampfer ist mit ersten Fluidführungsstrukturen in den Kondensationspassagen ausgestattet, die zumindest in einer Teilstrecke der Kondensationspassagen verlaufen und insbesondere dazu eingerichtet sind, Fluid aus Richtung der Gaseinlässe in Richtung der Flüssigkeitsauslässe, d.h. insbesondere aus Richtung des ersten Endabschnitts in Richtung des zweiten Endabschnitts, zu führen. Hierbei kann es sich insbesondere um die Fins bzw. die durch die Fins gebildeten Fluidkanäle im zentralen Bereich eines als Plattenwärmetauschers ausgebildeten Kondensatorverdampfers handeln, die im Einsatz des Kondensatorverdampfers von oben nach unten verlaufen. Weitere Fluidführungsstrukturen können vorhanden sein, insbesondere bei einem Plattenwärmetauscher die erwähnten Verteiler- und Sammlerstrukturen bzw. entsprechende Fins, die aber zumindest teilweise in den Endabschnitten des Kondensatorverdampfers angeordnet sind.
  • Der vorgeschlagene Kondensatorverdampfer zeichnet sich insbesondere durch Gasauslässe aus den Kondensationspassagen aus, die außerhalb des zweiten Endabschnitts, d.h. im Betrieb oberhalb desselben, an dem Kondensatorverdampfer angeordnet sind. Die Gasauslässe können dabei in Ausgestaltungen der Erfindung, insbesondere bei einem Plattenwärmetauscher, an den Seitenflächen des Wärmetauscherblocks angeordnet sein. Auch eine Anordnung an der in dem ersten Endabschnitt angeordneten Endfläche, d.h. im Betrieb der oberen Endfläche, des Wärmetauscherblocks kann vorgesehen sein. Durch eine derartige Anordnung kann insbesondere sichergestellt werden, dass das Gas oberhalb sich ggf. in einem entsprechenden Kondensatorverdampfer ausbildenden Flüssigkeitsspiegel abgezogen werden kann und keine Flüssigkeit ausgeführt wird.
  • In dem vorgeschlagenen Kondensatorverdampfer sind zweite Fluidführungsstrukturen in den Kondensationspassagen vorgesehen, die in einer zweiten, von der ersten Richtung abweichenden Richtung verlaufen und in die Gasauslässe münden. Ausgestaltungen entsprechender Fluidführungsstrukturen sind unten erläutert und können je nach Bedarf eingesetzt werden.
  • Wie mehrfach erwähnt, kann der Kondensatorverdampfer insbesondere als Plattenwärmetauscher der zuvor erläuterten Art ausgebildet sein, wobei die ersten Fluidführungsstrukturen und die zweiten Fluidführungsstrukturen durch entsprechende Fins gebildet sein können. Die hier vorgeschlagenen Strukturen lassen sich in einem Plattenwärmetauscher in besonders vorteilhafter Weise realisieren.
  • In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können bei dem Kondensatorverdampfer die Gasauslässe in dem ersten Endabschnitt bereitgestellt sind, wobei in dem ersten Endabschnitt Fluidverteilerfins sowie die zweiten Fluidführungsstrukturen angeordnet sind. Wie auch insbesondere unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 unten veranschaulicht, lässt sich auf diese Weise Gas in besonders vorteilhafter Weise aus den Kondensationspassagen ausleiten, wobei bewährte Fertigungstechniken zum Einsatz kommen können.
  • Unterschiedliche Anordnungen sind hierbei möglich. Allgemein weisen die Kondensationspassagen eine erste, parallel zu den ersten Fluidführungsstrukturen angeordnete Längskante, eine zweite, parallel zu der ersten Längskante angeordnete und der ersten Längskante gegenüberliegende Längskante, eine erste, rechtwinklig zu der ersten Längskante und der zweiten Längskante angeordnete Querkante und eine zweite, parallel zu der ersten Querkante angeordnete und der ersten Querkante gegenüberliegende zweite Querkante auf. Die Längs- und Querkanten können dabei insbesondere die Kanten sein, an denen in bekannten Plattenwärmetauscher die entsprechenden Bleche mit Sidebars umgeben sind. Der erste Endabschnitt umfasst die erste Querkante und jeweils einen ersten terminalen Teilabschnitt der ersten Längskante und der zweiten Längskante. Der zweite Endabschnitt umfasst die zweite Querkante und jeweils einen zweiten terminalen Teilabschnitt der ersten Längskante und der zweiten Längskante. Die terminalen Abschnitte sind insbesondere Abschnitte, die an die jeweiligen Querkanten anstoßen und sich beispielsweise 5, 10, 15 oder 20% einer Länge der Längskanten in Richtung der Mitte der Längskanten erstrecken.
  • Die erste Querkante kann in einer Ausgestaltung einen ersten Teilabschnitt und einen zweiten Teilabschnitt umfassen, wobei der erste Teilabschnitt näher an der ersten Längskante angeordnet ist als der zweite Teilabschnitt und wobei der zweite Teilabschnitt näher an der zweiten Längskante angeordnet ist als der erste Teilabschnitt. Die Teilabschnitte entsprechen insbesondere hier angeordneten Komponenten unterschiedlicher Funktion, wie nachfolgend erläutert.
  • So kann der Gaseinlass in dem ersten terminalen Teilabschnitt der ersten Längskante angeordnet sein und der Gasauslass kann in dem zweiten Teilabschnitt der ersten Querkante angeordnet sein, also im Betrieb oben und unten. In dem ersten Endabschnitt können innerhalb der Kondensationspassagen sich an den Gaseinlass anschließende Fluidverteilerfins angeordnet sein, die einen ersten Teil einer Breite der Kondensationspassage zwischen der ersten Längskante und der zweiten Längskante einnehmen, und in dem ersten Endabschnitt können ferner die zweiten Fluidführungsstrukturen, jedoch in einem zweiten Teil der Breite der Kondensationspassage, angeordnet sein. Die Fluidverteilerfins können also stromauf der ersten Fluidführungsstrukturen neben den zweiten Fluidführungsstrukturen angeordnet sein, und zwar in einem Bereich, der in einer herkömmlichen Ausgestaltung eines entsprechenden, als Plattenwärmetauscher ausgebildeten Kondensatorverdampfers vollständig von einem Fluidverteilerfin eingenommen ist.
  • In einer derartigen Ausgestaltung können die Fluidverteilerfins und die zweiten Fluidführungsstrukturen in dem ersten Endabschnitt insbesondere mittels einer Trennstruktur voneinander getrennt sein. Auf diese Weise kann insbesondere sichergestellt werden, dass sich das über die Gaseinlassöffnungen eingespeiste Gasgemisch sich nicht mit dem über die Gasauslässe entnommenen Gasgemisch vermischt und damit übermäßige Sauerstoffmengen in eine Reinargonkolonne überführt werden, sondern im Wesentlichen Stickstoff und Argon.
  • In weiteren Ausgestaltungen kann ein entsprechender Kondensatorverdampfer auch mit sich an die ersten Fluidführungsstrukturen in Strömungsrichtung in den Kondensationspassagen anschließenden dritten Fluidführungsstrukturen ausgebildet sein, die aus den ersten Fluidführungsstrukturen ausströmendes Fluid seitlich in Richtung der zweiten Fluidführungsstrukturen ablenken. Insbesondere kann auf diese Weise Gas von einer sich in dem Kondensatorverdampfer ausbildenden Flüssigkeitsoberfläche abgeführt und dem Gasauslass zugeführt werden. Auf diese Weise kann in besonders vorteilhafter Weise eine Anreicherung von Stickstoff vermieden werden, der in die Gasauslässe überführt wird.
  • In einer derartigen Ausgestaltung kann also das über die Gaseinlässe eingespeiste Komponentengemisch zunächst über die Verteilerfins auf die ersten Fluidführungsmittel verteilt werden, wo sich bei einer Durchströmung insbesondere Sauerstoff flüssig abscheidet, welcher nach unten läuft. Verbleibendes Gas wird durch die dritten Fluidführungsstrukturen seitlich abgelenkt und dann den zweiten Fluidführungsstrukturen zugeführt, wo dieses nach oben in Richtung der Gasauslässe strömt und über diese abgezogen werden kann.
  • Mit anderen Worten kann in einer derartigen Ausgestaltung eines Kondensatorverdampfers vorgesehen sein, dass die ersten Fluidführungsstrukturen zumindest teilweise parallel zu den zweiten Fluidführungsstrukturen und in Strömungsrichtung aufwärts der dritten Fluidführungsstrukturen angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine besonders "scharfe" Trennung erzielt werden.
  • Eine Ablenkung mittels der dritten Fluidführungsstrukturen kann dabei nach außen oder nach innen erfolgen. Im letzteren Fall sind dabei die zweiten Fluidführungsstrukturen zwischen (insbesondere entlang der Längskanten angeordneten) Teilbereichen der ersten Fluidführungsstrukturen in den Kondensationspassagen angeordnet und der Fluidauslass kann sich mittig auf der ersten Querkante befinden. In anderen Ausgestaltungen kann aber auch eine Ablenkung mittels der dritten Fluidführungsstrukturen nach außen erfolgen, so dass über seitlich angeordnete Gasauslässe das Gas ausgeleitet werden kann. In diesen Fällen können die Gasauslässe insbesondere zwischen den ersten Endabschnitten und den zweiten Endabschnitten an den Seitenkanten angeordnet sein.
  • Ein Verfahren zur Bearbeitung eines Fluids mit mehreren Komponenten, bei dem ein Kondensatorverdampfer mit Kondensationspassagen und Verdampfungspassagen, einem Gaseinlass in die Kondensationspassagen in einem ersten Endabschnitt des Kondensatorverdampfers, einem Flüssigkeitsauslass aus den Kondensationspassagen in einem zweiten Endabschnitt des Kondensatorverdampfers, und ersten Fluidführungsstrukturen in den Kondensationspassagen verwendet wird, ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
  • Hierbei wird das Fluid über den Gaseinlass gasförmig in die Kondensationspassagen eingespeist und in den Kondensationspassagen unter Erhalt eines Kondensats und Verbleib eines nichtkondensierbaren Anteils teilkondensiert. Der Kondensatorverdampfer weist einen Gasauslass aus den Kondensationspassagen in einem Bereich außerhalb des zweiten Endabschnitts und zweite Fluidführungsstrukturen, die in Richtung des Gasauslasses in den Kondensationspassagen verlaufen und in den Gasauslass münden, auf, und zumindest ein Teil des Kondensats wird über den Flüssigkeitsauslass und zumindest ein Teil des nichtkondensierbaren Anteils über den Gasauslass aus den Kondensationspassagen abgezogen.
  • Zu weiteren Merkmalen und Vorteilen eines entsprechenden Verfahrens, das insbesondere unter Verwendung eines Kondensatorverdampfers der zuvor in unterschiedlichen Ausgestaltungen erläuterten Art durchgeführt werden kann, sei auf die entsprechenden Ausführungen ausdrücklich verwiesen, da diese für ein entsprechendes Verfahren in gleicher Weise gelten.
  • Ausführungsformen der Erfindung erstrecken sich ferner auf eine Anlage zur Behandlung eines Fluids mit mehreren Komponenten, die insbesondere einen entsprechenden Kondensatorverdampfer in jeder der erläuterten Ausgestaltungen aufweisen kann, und ein entsprechendes Verfahren.
  • Eine Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, die eine Rohargonkolonne mit einem Kopfkondensator und eine Reinargonkolonne aufweist, wird dabei insbesondere vorgeschlagen, wobei die Anlage dafür eingerichtet ist, mittels des Kopfkondensators Gas vom Kopf der Rohargonkolonne zu kondensieren, wobei der Kopfkondensator als Kondensatorverdampfer mit Kondensationspassagen und Verdampfungspassagen, einem Gaseinlass in die Kondensationspassagen in einem ersten Endabschnitt des Kondensatorverdampfers, einem Flüssigkeitsauslass aus den Kondensationspassagen in einem zweiten Endabschnitt des Kondensatorverdampfers, und ersten Fluidführungsstrukturen in den Kondensationspassagen ausgebildet ist.
  • Die Anlage ist dafür eingerichtet, das Gas vom Kopf der Rohargonkolonne zumindest zum Teil den Kondensationspassagen des Kondensatorverdampfers zuzuführen und dort unter Erhalt eines Kondensats und eines nichtkondensierbaren Anteils teilweise zu kondensieren, und zumindest einen Teil des Kondensats auf die Rohargonkolonne als Rücklauf zurückzuführen. Der Kondensatorverdampfer, der insbesondere gemäß einer der vorstehend erläuterten Ausgestaltungen ausgebildet sein kann, weist einen Gasauslass aus den Kondensationspassagen in einem Bereich außerhalb des zweiten Endabschnitts und zweite Fluidführungsstrukturen, die in den Kondensationspassagen verlaufen und in den Gasauslass münden, auf, und die Anlage ist dafür eingerichtet, zumindest einen Teil des nichtkondensierbaren Anteils aus dem Gasauslass auszuführen und in die Reinargonkolonne einzuspeisen.
  • Ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei dem eine Anlage verwendet wird, die eine Rohargonkolonne mit einem Kopfkondensator und eine Reinargonkolonne aufweist ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung. Hierbei wird mittels des Kopfkondensators Gas vom Kopf der Rohargonkolonne kondensiert, wobei der Kopfkondensator als Kondensatorverdampfer mit Kondensationspassagen und Verdampfungspassagen, einem Gaseinlass in die Kondensationspassagen in einem ersten Endabschnitt des Kondensatorverdampfers, einem Flüssigkeitsauslass aus den Kondensationspassagen in einem zweiten Endabschnitt des Kondensatorverdampfers, und ersten Fluidführungsstrukturen in den Kondensationspassagen ausgebildet ist, wobei das Gas vom Kopf der Rohargonkolonne zumindest zum Teil den Kondensationspassagen des Kondensatorverdampfers zugeführt und dort unter Erhalt eines Kondensats und eines nichtkondensierbaren Anteils teilweise kondensiert wird, und wobei zumindest ein Teil des Kondensats auf die Rohargonkolonne als Rücklauf zurückgeführt wird.
  • In dem Verfahren ist vorgesehen, dass der Kondensatorverdampfer einen Gasauslass aus den Kondensationspassagen in einem Bereich außerhalb des zweiten Endabschnitts und zweite Fluidführungsstrukturen, die in den Kondensationspassagen verlaufen und in den Gasauslass münden, aufweist, und dass zumindest ein Teil des nichtkondensierbaren Anteils aus dem Gasauslass ausgeführt und in die Reinargonkolonne eingespeist wird.
  • Zu den Merkmalen und Vorteilen der vorgeschlagenen Luftzerlegungsanlage und des entsprechenden Verfahrens sei ebenfalls auf die obigen Erläuterungen ausdrücklich verwiesen. Die Luftzerlegungsanlage ist insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens eingerichtet, wie es zuvor in Ausgestaltungen erläutert wurde, und mit einem Kondensatorverdampfer gemäß einer beliebigen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ausgestattet.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, die die bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
    • Figurenbeschreibung
    • Figur 1 veranschaulicht eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung in einer vereinfachten Darstellung.
    • Figur 2 veranschaulicht eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung in einer vereinfachten Teildarstellung.
    • Figur 3 veranschaulicht eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer vereinfachten Teildarstellung.
    • Figuren 4 bis 8 veranschaulichen Aspekte von Kondensatorverdampfern gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in vereinfachter Teildarstellung.
  • In den Figuren sind einander baulich oder funktional entsprechende Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert. Anlagen und Anlagenkomponenten betreffende Erläuterungen gelten für entsprechende Verfahren und Verfahrensschritte in gleicher Weise.
    • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • In Figur 1 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung in Form eines vereinfachten Prozessflussdiagramms veranschaulicht und insgesamt mit 1000 bezeichnet.
  • Luftzerlegungsanlagen der gezeigten Art sind vielfach an anderer Stelle beschrieben, beispielsweise bei (s.o.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, insbesondere Abschnitt 2.2.5, "Cryogenic Rectification" und in Zusammenhang mit der dortigen Figur 2.3A. Für detaillierte Erläuterungen zu Aufbau und Funktionsweise sei daher auf entsprechende Fachliteratur verwiesen. Eine Luftzerlegungsanlage zum Einsatz der vorliegenden Erfindung kann auf unterschiedlichste Weise ausgebildet sein. Wie erwähnt, kann die vorliegende Erfindung prinzipiell auch in anderen Anlagen als Luftzerlegungsanlagen verwendet werden.
  • Die in Figur 1 beispielhaft gezeigte Luftzerlegungsanlage 1000 verfügt unter anderem über einen Hauptluftverdichter 1, eine Vorkühleinrichtung 2, ein Reinigungssystem 3, eine erste Boosterturbine 4, eine zweite Boosterturbine 5, einen Hauptwärmetauscher 6, Pumpen 7 und 8 und ein Rektifikationskolonnensystem 10. Das Rektifikationskolonnensystem 10 umfasst im dargestellten Beispiel eine klassische Doppelkolonnenanordnung aus einer Druckkolonne 11 und einer Niederdruckkolonne 12 sowie eine Rohargonkolonne 13 und eine Reinargonkolonne 14. Die Rohargonkolonne 13 und die Reinargonkolonne 14 weisen Kopfkondensatoren (d.h. einen Rohargonkondensator und einen Reinargonkondensator) auf, die in Figur 1 zunächst jeweils als Rückfluss- bzw. Badkondensatorverdampfer veranschaulicht sind. Der Rohargonkondensator ist mit 15, der Reinargonkondensator mit 16 bezeichnet.
  • In der Luftzerlegungsanlage 1000 wird ein Einsatzluftstrom mittels des Hauptluftverdichters 1 über ein nicht bezeichnetes Filter angesaugt und verdichtet. Der verdichtete Einsatzluftstrom wird der mit Kühlwasser betriebenen Vorkühleinrichtung 2 zugeführt. Der vorgekühlte Einsatzluftstrom wird in dem Reinigungssystem 3 aufgereinigt. In dem Reinigungssystem 3, das typischerweise ein Paar von im Wechselbetrieb eingesetzten Adsorberbehältern umfasst, wird der vorgekühlte Einsatzluftstrom weitgehend von Wasser und Kohlendioxid befreit.
  • Stromab des Reinigungssystems 3 wird der Einsatzluftstrom in Teilströme aufgeteilt. Die Luft des Einsatzluftstroms wird in dem Hauptwärmetauscher 6 in grundsätzlich bekannter Weise abgekühlt. Im hier veranschaulichten Beispiel werden in entsprechenden Turbinen zwei sogenannte Turbinenströme gebildet. Die Boostereinheit des Turbinenboosters 5 ist dabei als sogenannter Kaltbooster ausgebildet, d.h. sie wird mit bereits abgekühlter Luft aus dem Hauptwärmetauscher 6 beschickt. Im Hauptwärmetauscher 6 vollständig abgekühlte Luft wird in verflüssigtem Zustand über nicht gesondert bezeichnete Drosselventile entspannt und als sogenannte Drosselströme in das Rektifikationskolonnensystem eingespeist.
  • In der Druckkolonne 11 werden eine sauerstoffangereicherte flüssige Sumpffraktion sowie eine stickstoffangereicherte gasförmige Kopffraktion gebildet. Die sauerstoffangereicherte flüssige Sumpffraktion wird aus der Druckkolonne 11 abgezogen und in Anteilen in die Verdampfungsräume der Rückfluss- bzw. Badkondensatorverdampfer in den entsprechenden Kopfkondensatoren 15 bzw. 16 entspannt. Durch die Entspannung und die Verdampfung gegen das Kopfgas der Roh- bzw. Reinargonkolonne 13, 14 gebildete Gasanteile werden, ebenso wie hier unverdampfte Flüssigkeit, in die Niederdruckkolonne 12 eingespeist.
  • Der Betrieb der hier veranschaulichten Luftzerlegungsanlage 1000 ist fachüblich, so dass auf die zitierte Fachliteratur verwiesen wird. Die Rohargonkolonne 13 wird in üblicher Weise aus der Niederdruckkolonne 11 gespeist, die Reinargonkolonne 14 in üblicher Weise aus der Rohargonkolonne 13. Wie mehrfach erwähnt, ist die Erfindung nicht auf die hier dargestellte Ausgestaltung beschränkt.
  • In den Figuren 2 und 3 sind Luftzerlegungsanlagen jeweils in Teildarstellung veranschaulicht, in denen ebenfalls eine Druckkolonne 11 und eine Niederdruckkolonne 12 vorgesehen sind, die hier jedoch stark vereinfacht als gemeinsamer Block dargestellt sind. Eine Rohargonkolonne 13 und eine Reinargonkolonne 14 sind ebenfalls stark vereinfacht dargestellt. Der Kopfkondensator der Rohargonkolonne 13 ist als Kondensatorverdampfer mit Zwangsführung ausgebildet und in Abweichung zu Figur 1 mit 100 bezeichnet. Die Ausgestaltung des Kopfkondensators 16 der Reinargonkolonne 14 ist beliebig.
  • Wie in Figur 2, die eine nicht erfindungsgemäße Ausgestaltung betrifft, veranschaulicht, werden Verdampfungspassagen des Kopfkondensators 16 der Reinargonkolonne 14 über ein Ventil V1 gespeist, und zwar hier mit Sumpfflüssigkeit F1 der Druckkolonne 11. In dem Kopfkondensator 16 durch Verdampfung gebildetes Gas G1 wird über ein Ventil V2 in die Niederdruckkolonne 12 eingespeist, verbleibende Flüssigkeit F2 über ein Ventil V3 in die Niederdruckkolonne 12 einerseits, wie mit F3 angegeben, und über ein Ventil V4 in den Kopfkondensator 100 der Rohargonkolonne 13 andererseits, wie mit F4 angegeben.
  • Die in Verdampfungspassagen des Kopfkondensators 100 verdampfte Flüssigkeit F4 wird ebenfalls in die Niederdruckkolonne 12 eingespeist, wie mit G2 angegeben.
  • Kopfgas G3 der Rohargonkolonne 13 wird in den Kopfkondensator 100 eingespeist und dort in Kondensationspassagen verflüssigt. Die gebildete Flüssigkeit, mit F5 bezeichnet, wird über ein Ventil V5 als Rücklauf auf die Rohargonkolonne 13 zurückgeführt. Kondensations- und Verdampfungspassagen in dem Kopfkondensator 100 sind hier summarisch mit 101 bzw. 102 angedeutet.
  • Weiteres Kopfgas der Rohargonkolonne 13 wird, wie mit G4 bezeichnet, von einer Einspeiseleitung in den Kopfkondensator 100 der Rohargonkolonne 13 abgezweigt und über ein Ventil V6 in die Reinargonkolonne 14 eingespeist. Wie bereits eingangs erläutert, kann es in derartigen nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltungen in bestimmten Fällen zu einer Anreicherung von Stickstoff in dem Kopfkondensator 100 der Rohargonkolonne 13 kommen.
  • Dieser Übelstand wird in einer Ausführungsform der Erfindung behoben, die schematisch in Figur 3 dargestellt ist. Die Darstellung der Figur 3 entspricht dabei im Wesentlichen jener der Figur 2, weshalb auf die obigen Erläuterungen hierzu verwiesen wird. Im Unterschied zu der in Figur 2 veranschaulichten Ausgestaltung wird hier jedoch Gas aus dem Kopfkondensator 100 der Rohargonkolonne 13 abgezogen, das hier daher abweichend zu Figur 2 mit G5 bezeichnet ist.
  • Die nachfolgenden Figuren 4 bis 8 betreffen Kondensatorverdampfer, die als Kopfkondensatoren 100 der Rohargonkolonne 13 gemäß Figur 3 in Ausgestaltungen der Erfindung einsetzbar sind und daher hier ebenfalls mit 100 bezeichnet sind. Konkret veranschaulichen die Figuren 4 bis 8 jeweils eine Kondensationspassage 101 eines entsprechenden Kondensatorverdampfers 100. Entsprechende Kondensationspassagen 101 sind in Mehrzahl vorhanden und alternierend zu aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gesondert veranschaulichten Verdampfungspassagen angeordnet.
  • In einer in Figur 4 veranschaulichten Kondensationspassage 101 des Kondensatorverdampfers 100 ist ein Gaseinlass 103 in die Kondensationspassagen 101 vorgesehen, der über einen Gasheader 113 (der auch weitere Kondensationspassagen versorgt) gespeist wird. Der Gaseinlass 103 ist in einem mit 104 bezeichneten ersten (oberen) Endabschnitt des Kondensatorverdampfers 100 angeordnet. Entsprechend ist ein Flüssigkeitsauslass 105 aus den Kondensationspassagen 100 in einem zweiten Endabschnitt 106 des Kondensatorverdampfers 100 angeordnet und mündet hier in einen Flüssigkeitsheader 115 (der auch Flüssigkeit aus weiteren Kondensationspassagen sammelt). In den Kondensationspassagen 101 sind, wie hier mit 107 bezeichnet, Fluidführungsstrukturen angeordnet, die hier als "erste" Fluidführungsstrukturen bezeichnet werden, und bei denen es sich insbesondere in einem zentralen Bereich des Kondensatorverdampfers 100 angeordnete Fins handeln kann, wie hier stark vereinfacht mit vertikalen Linien veranschaulicht.
  • In dem Kondensatorverdampfer 100 gemäß Figur 4, bzw. in der Kondensationspassage 101 sind Fluidverteilerfins 110 und Fluidsammlerfins 111 vorgesehen, die in an sich üblicher Weise Gas von dem Gaseinlass 103 auf die ersten Fluidführungsstrukturen 107 verteilen und Flüssigkeit aus den ersten Fluidführungsstrukturen 107 zu dem Flüssigkeitsauslass 105 sammeln. Der Verlauf der Fins bzw. der durch diese definierten Fluidkanäle ist mit horizontal bzw. schräg verlaufenden Linien veranschaulicht. In dem Kondensatorverdampfer 100 gemäß Figur 4 erstrecken sich die Fluidverteilerfins 110 dabei nur über einen Teil der Breite der ersten Fluidführungsstrukturen um, wie nachfolgend erläutert, ein Abströmen von Gas zu dem einem Gasauslass 108 zu ermöglichen.
  • In der hier veranschaulichten Ausgestaltung der Erfindung ist der Gasauslass 108 aus den Kondensationspassagen 101 in einem Bereich außerhalb des zweiten Endabschnitts 106 vorgesehen und an einen entsprechenden Gasheader 118 angebunden, hier konkret auf einer Oberseite der Kondensationspassagen 101 und damit einer (im Betrieb des Kondensatorverdampfers 100 oberen) Endfläche des Kondensatorverdampfers 100 insgesamt. Ferner sind Fluidführungsstrukturen vorgesehen, die hier als "zweite" Fluidführungsstrukturen bezeichnet werden und mit 109 angegeben sind, die in den Kondensationspassagen 101 verlaufen und in den Gasauslass 108 münden. Die zweiten Fluidführungsstrukturen 109 können ebenfalls in Form von Fins ausgebildet sein, wobei die entsprechend definierten Fluidkanäle vertikal verlaufen, wie in Figur 4 mit senkrechten Linien veranschaulicht. Aus dem Gasauslass 108 ausströmendes, nicht kondensierbares bzw. kondensierendes Gas kann aus der veranschaulichten Kondensationspassage 101 und weiteren Kondensationspassagen über den Gasheader 118 gesammelt werden.
  • Durch die in Figur 4 veranschaulichte Ausgestaltung des Kondensatorverdampfers 100 bzw. der Kondensationspassage 101 ermöglicht es, dass bis zu einer Anstauhöhe 112 Flüssigkeit in dem Kondensatorverdampfer 100 bzw. der Kondensationspassage 101 angestaut werden kann und nicht kondensierbare Komponenten, d.h. Argon und insbesondere auch überschüssiger Stickstoff, über den Gasauslass 108 abgezogen und, wie in Figur 3 dargestellt, in die Reinargonkolonne 14 überführt werden kann.
  • Die Kondensationspassagen des Kondensatorverdampfers 100 weisen eine erste, parallel zu den ersten Fluidführungsstrukturen 107 angeordnete Längskante L1, eine zweite, parallel zu der ersten Längskante L1 angeordnete und dieser gegenüberliegende Längskante L2, eine erste, rechtwinklig zu der ersten und der zweiten Längskante L1, L2 angeordnete Querkante W1 und eine parallel zu der ersten Querkante angeordnete und dieser gegenüberliegende zweite Querkante W2 auf, wobei der erste Endabschnitt 104 die erste Querkante W1 und jeweils einen ersten terminalen Teilabschnitt T1 der ersten und zweiten Längskante L1, L2 umfasst, und wobei der zweite Endabschnitt 106 die zweite Querkante W2 und jeweils einen zweiten terminalen Abschnitt T2 der ersten und zweiten Längskante L1, L2.
  • Die erste Querkante W1 umfasst einen ersten Teilabschnitt P1 und einen zweiten Teilabschnitt P2, wobei der erste Teilabschnitt P1 näher an der ersten Längskante L1 angeordnet ist als der zweite Teilabschnitt P2 und der zweite Teilabschnitt P2 näher an der zweiten Längskante L2 angeordnet ist als der erste Teilabschnitt P1.
  • Der Gaseinlass 103 ist in dem ersten terminalen Teilabschnitt T1 der ersten Längskante L1 angeordnet, der Gasauslass 108 ist in dem zweiten Teilabschnitt P2 der ersten Querkante W1 angeordnet, in dem ersten Endabschnitt 104 sind die sich an den Gaseinlass 103 anschließenden Fluidverteilerfins 110 angeordnet sind, die einen ersten Teil D1 einer Breite der Kondensationspassage 101 zwischen der ersten Längskante L1 und der zweiten Längskante L2 einnehmen, und in dem ersten Endabschnitt 104 die zweiten Fluidführungsstrukturen 107 in einem zweiten Teil D2 der Breite der Kondensationspassage 101 angeordnet sind.
  • In einer in Figur 5 veranschaulichten Ausgestaltung eines Kondensatorverdampfers 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bzw. einer entsprechenden Kondensationspassage 101 sind im Gegensatz zu der in Figur 4 veranschaulichten Ausgestaltung die Fluidverteilerfins 110 in der Breite nochmals verschmälert und von den zweiten Fluidführungsstrukturen 109 mittels einer Trennstruktur 116, die beispielsweise nach Art eines typischen Sidebars, ausgebildet sein kann, abgegrenzt. Sidebars umgeben, wenngleich hier nicht konkret veranschaulicht, insbesondere auch sämtliche hier als Fins veranschaulichte Strukturen wie Fluidverteilerfins 110, Fluidsammlerfins 111, und die ersten und zweiten Fluidführungsstrukturen 107, 109.
  • Mit anderen Worten sind in dem hier dargestellten Kondensatorverdampfer 100 die Fluidverteilerfins 110 und die zweiten Fluidführungsstrukturen 109 in dem ersten Endabschnitt 104 mittels einer Trennstruktur 116 voneinander getrennt sind.
  • Figur 6 veranschaulicht eine Ausgestaltung eines Kondensatorverdampfers 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei jedoch lediglich ein zentraler Bereich einer Kondensationspassage 101 dargestellt ist, d.h. die in dem ersten und zweiten Endabschnitt 104, 106 angeordneten Komponenten wie Fluidverteilerfins 110, Fluidsammlerfins 111, Gaseinlass 103, Flüssigkeitsauslass 105, Gasauslass 108 und die entsprechenden Header 113, 115, 118 nicht dargestellt sind.
  • Wie in Figur 6 veranschaulicht, sind hier die ersten und zweiten Fluidführungsstrukturen 107, 109 getrennt ausgebildet. Zusätzlich ist in dieser Ausgestaltung eine hier als "dritte Fluidführungsstruktur" bezeichnete Fluidführungsstruktur 117 bereitgestellt, die eine Horizontalablenkung von Fluid bewirkt, so dass insbesondere Gas zu den zweiten Fluidführungsstrukturen 109 gelenkt werden kann. Unterhalb der dritten Fluidführungsstruktur 117 ist ferner eine hier als "vierte Fluidführungsstruktur" bezeichnete Fluidführungsstruktur 119 bereitgestellt, die Fluid weiter nach unten ableitet.
  • Somit schließen sich hier an die ersten Fluidführungsstrukturen 107 in Strömungsrichtung (wie durch Pfeile in den ersten Fluidführungsstrukturen 107 angedeutet) in den Kondensationspassagen 101 dritte Fluidführungsstrukturen 117 an, die aus den ersten Fluidführungsstrukturen 107 ausströmendes Fluid seitlich (wie durch Pfeile in den dritten Fluidführungsstrukturen 117 angedeutet) in Richtung der zweiten Fluidführungsstrukturen 109 ablenken. In dem Kondensatorverdampfer 100 sind die ersten Fluidführungsstrukturen 107 zumindest teilweise parallel zu den zweiten Fluidführungsstrukturen 109 und in Strömungsrichtung aufwärts der dritten Fluidführungsstrukturen 117 angeordnet. Wie durch Pfeile in den dritten Fluidführungsstrukturen 109 angedeutet, strömt das Gas hier nach oben und insbesondere in Richtung eines Gasauslasses 108. Flüssigkeit strömt in den vierten Fluidführungsstrukturen 119 weiter nach unten, wie in den vierten Fluidführungsstrukturen 119 ebenfalls durch entsprechende Pfeile veranschaulicht, bzw. sammelt sich hier entsprechendes Kondensat.
  • Figur 7 veranschaulicht eine Ausgestaltung eines Kondensatorverdampfers 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei wie in Figur 6 lediglich ein zentraler Bereich einer Kondensationspassage dargestellt ist wie oben erläutert.
  • Wie in Figur 7 veranschaulicht, sind hier die ersten und zweiten Fluidführungsstrukturen 107, 109 getrennt ausgebildet, wobei hier jedoch die zweite Fluidführungsstruktur 109 zwischen zwei Hälften der ersten Fluidführungsstruktur 107 zwischengeschaltet ist. Auch hier ist eine dritte Fluidführungsstruktur 117 bereitgestellt, die eine Horizontalablenkung von Fluid aus den zwei Hälften der ersten Fluidführungsstruktur 107 zur Mitte, d.h. zu der zweiten Fluidführungsstruktur 107, bewirkt. Unterhalb der dritten Fluidführungsstruktur 117 ist auch in dieser Ausgestaltung vierte Fluidführungsstruktur bezeichnete Fluidführungsstruktur 119 bereitgestellt, die Kondensat weiter nach unten ableitet.
  • Mit anderen Worten ist hier in dem Kondensatorverdampfer 100 vorgesehen, dass die zweiten Fluidführungsstrukturen 109 zwischen Teilbereichen der ersten Fluidführungsstrukturen 107 in den Kondensationspassagen 101 angeordnet und der Fluidauslass 108 ist mittig auf der ersten Querkante W1 angeordnet.
  • Figur 8 veranschaulicht eine Ausgestaltung eines Kondensatorverdampfers 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei wie in den Figuren 6 und 7 lediglich ein zentraler Bereich einer Kondensationspassage dargestellt ist.
  • Wie in Figur 8 veranschaulicht, befinden sich hier die ersten Fluidführungsstrukturen 107 in einem oberen Teil der Kondensationspassage 101. Die zweite Fluidführungsstruktur 109 befindet sich darunter und bewirkt, wie zuvor die dritten Fluidführungsstrukturen 117, eine Horizontalverteilung, allerdings im Gegensatz zu Figur 7 nach außen. Auf diese Weise kann Gas in Richtung zweier Gasauslässe 108 mit entsprechenden Headern 118 abgelenkt werden, die an der ersten bzw. zweiten Längskante L1, L2 (hier nicht gesondert bezeichnet) angeordnet sind.

Claims (13)

  1. Kondensatorverdampfer (100) mit Kondensationspassagen (101) und Verdampfungspassagen (102), mit Gaseinlässen (103) in die Kondensationspassagen (101) in einem ersten Endabschnitt (104) des Kondensatorverdampfers (100), mit Flüssigkeitsauslässen (105) aus den Kondensationspassagen (100) in einem zweiten Endabschnitt (106) des Kondensatorverdampfers (100), und ersten Fluidführungsstrukturen (107) in den Kondensationspassagen (101), gekennzeichnet durch Gasauslässe (108) aus den Kondensationspassagen (101) in einem Bereich außerhalb des zweiten Endabschnitts (106) und zweite Fluidführungsstrukturen (109) in den Kondensationspassagen (101), die in die Gasauslässe (108) münden.
  2. Kondensatorverdampfer (100) nach Anspruch 1, der als Plattenwärmetauscher ausgebildet ist, wobei die ersten Fluidführungsstrukturen (107) und die zweiten Fluidführungsstrukturen (109) durch Fins gebildet sind.
  3. Kondensatorverdampfer (100) nach Anspruch 2, bei dem die Gasauslässe (108) in dem ersten Endabschnitt (104) bereitgestellt sind, wobei in dem ersten Endabschnitt (104) Fluidverteilerfins (110) sowie die zweiten Fluidführungsstrukturen (109) angeordnet sind.
  4. Kondensatorverdampfer (100) nach Anspruch 3, bei dem die Kondensationspassagen (101) eine erste, parallel zu den ersten Fluidführungsstrukturen (107) angeordnete Längskante (L1), eine zweite, parallel zu der ersten Längskante (L1) angeordnete und der ersten Längskante (L1) gegenüberliegende Längskante (L2), eine erste, rechtwinklig zu der ersten Längskante (L1) und der zweiten Längskante (L2) angeordnete Querkante (W1) und eine zweite, parallel zu der ersten Querkante (W1) angeordnete und der ersten Querkante (W1) gegenüberliegende zweite Querkante (W2) aufweist, wobei der erste Endabschnitt (104) die erste Querkante (W1) und jeweils einen ersten terminalen Teilabschnitt (T1) der ersten Längskante (L1) und der zweiten Längskante (L2) umfasst, und wobei der zweite Endabschnitt (106) die zweite Querkante (W2) und jeweils einen zweiten terminalen Teilabschnitt (T2) der ersten Längskante (L1) und der zweiten Längskante (L2) umfasst.
  5. Kondensatorverdampfer (100) nach Anspruch 4, wobei die erste Querkante (W1) einen ersten Teilabschnitt (P1) und einen zweiten Teilabschnitt (P2) umfasst, wobei der erste Teilabschnitt (P1) näher an der ersten Längskante (L1) angeordnet ist als der zweite Teilabschnitt (P2) und wobei der zweite Teilabschnitt (P2) näher an der zweiten Längskante (L2) angeordnet ist als der erste Teilabschnitt (P1).
  6. Kondensatorverdampfer (100) nach Anspruch 5, wobei der Gaseinlass (103) in dem ersten terminalen Teilabschnitt (T1) der ersten Längskante angeordnet ist, der Gasauslass (108) in dem zweiten Teilabschnitt (P2) der ersten Querkante angeordnet ist, in dem ersten Endabschnitt (104) sich an den Gaseinlass (103) anschließende Fluidverteilerfins (110) angeordnet sind, die einen ersten Teil (D1) einer Breite der Kondensationspassage (101) zwischen der ersten Längskante (L1) und der zweiten Längskante (L2) einnehmen, und in dem ersten Endabschnitt (104) die zweiten Fluidführungsstrukturen (107) in einem zweiten Teil (D2) der Breite der Kondensationspassage (101) angeordnet sind.
  7. Kondensatorverdampfer (100) nach Anspruch 6, wobei die Fluidverteilerfins (110) und die zweiten Fluidführungsstrukturen (109) in dem ersten Endabschnitt (104) mittels einer Trennstruktur (116) voneinander getrennt sind.
  8. Kondensatorverdampfer (100) nach Anspruch 4, bei dem sich an die ersten Fluidführungsstrukturen (107) in Strömungsrichtung in den Kondensationspassagen (101) dritte Fluidführungsstrukturen (117) anschließen, die aus den ersten Fluidführungsstrukturen (107) ausströmendes Fluid seitlich in Richtung der zweiten Fluidführungsstrukturen (109) ablenken.
  9. Kondensatorverdampfer (100) nach Anspruch 8, bei dem die ersten Fluidführungsstrukturen (107) zumindest teilweise parallel zu den zweiten Fluidführungsstrukturen (117) und in Strömungsrichtung aufwärts der dritten Fluidführungsstrukturen (117) angeordnet sind.
  10. Kondensatorverdampfer (100) nach Anspruch 9, bei dem die zweiten Fluidführungsstrukturen (117) zwischen Teilbereichen der ersten Fluidführungsstrukturen (107) in den Kondensationspassagen (101) angeordnet sind und der Fluidauslass (108) mittig auf der ersten Querkante angeordnet ist.
  11. Verfahren zur Bearbeitung eines Fluids mit mehreren Komponenten, bei dem ein Kondensatorverdampfer (100) mit Kondensationspassagen (101) und Verdampfungspassagen (102), einem Gaseinlass (103) in die Kondensationspassagen (101) in einem ersten Endabschnitt (104) des Kondensatorverdampfers (100), einem Flüssigkeitsauslass (105) aus den Kondensationspassagen (100) in einem zweiten Endabschnitt (106) des Kondensatorverdampfers (100), und ersten Fluidführungsstrukturen (107) in den Kondensationspassagen (101) verwendet wird, und bei dem das Fluid über den Gaseinlass (103) gasförmig in die Kondensationspassagen (101) eingespeist und in den Kondensationspassagen (101) Kondensationspassagen (101) unter Erhalt eines Kondensats und Verbleib eines nichtkondensierbaren Anteils teilkondensiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensatorverdampfer (100) einen Gasauslass (108) aus den Kondensationspassagen (101) in einem Bereich außerhalb des zweiten Endabschnitts (106) und zweite Fluidführungsstrukturen (109), die in den Kondensationspassagen (101) verlaufen und in den Gasauslass (108) münden, aufweist, und dass zumindest ein Teil des Kondensats über den Flüssigkeitsauslass (105) und zumindest ein Teil des nichtkondensierbaren Anteils über den Gasauslass (108) aus den Kondensationspassagen (101) abgezogen wird.
  12. Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, die eine Rohargonkolonne (13) mit einem Kopfkondensator (15) und eine Reinargonkolonne (14) aufweist, wobei die Anlage dafür eingerichtet ist, mittels des Kopfkondensators (15) Gas vom Kopf der Rohargonkolonne (13) zu kondensieren, wobei der Kopfkondensator (15) als Kondensatorverdampfer (100) mit Kondensationspassagen (101) und Verdampfungspassagen (102), einem Gaseinlass (103) in die Kondensationspassagen (101) in einem ersten Endabschnitt (104) des Kondensatorverdampfers (100), einem Flüssigkeitsauslass (105) aus den Kondensationspassagen (100) in einem zweiten Endabschnitt (106) des Kondensatorverdampfers (100), und ersten Fluidführungsstrukturen (107) in den Kondensationspassagen (101) ausgebildet ist, wobei die Anlage dafür eingerichtet ist, das Gas vom Kopf der Rohargonkolonne (13) zumindest zum Teil den Kondensationspassagen (101) des Kondensatorverdampfers (100) zuzuführen und dort unter Erhalt eines Kondensats und eines nichtkondensierbaren Anteils teilweise zu kondensieren, und zumindest einen Teil des Kondensats auf die Rohargonkolonne (13) als Rücklauf zurückzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensatorverdampfer (100) einen Gasauslass (108) aus den Kondensationspassagen (101) in einem Bereich außerhalb des zweiten Endabschnitts (106) und zweite Fluidführungsstrukturen (109), die in den Kondensationspassagen (101) verlaufen und in den Gasauslass (108) münden, aufweist, und dass die Anlage dafür eingerichtet ist, zumindest einen Teil des nichtkondensierbaren Anteils aus dem Gasauslass (108) auszuführen und in die Reinargonkolonne (14) einzuspeisen.
  13. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei dem eine Anlage verwendet wird, die eine Rohargonkolonne (13) mit einem Kopfkondensator (15) und eine Reinargonkolonne (14) aufweist, mittels des Kopfkondensators (15) Gas vom Kopf der Rohargonkolonne (13) kondensiert wird, wobei der Kopfkondensator (15) als Kondensatorverdampfer (100) mit Kondensationspassagen (101) und Verdampfungspassagen (102), einem Gaseinlass (103) in die Kondensationspassagen (101) in einem ersten Endabschnitt (104) des Kondensatorverdampfers (100), einem Flüssigkeitsauslass (105) aus den Kondensationspassagen (100) in einem zweiten Endabschnitt (106) des Kondensatorverdampfers (100), und ersten Fluidführungsstrukturen (107) in den Kondensationspassagen (101) ausgebildet ist, wobei das Gas vom Kopf der Rohargonkolonne (13) zumindest zum Teil den Kondensationspassagen (101) des Kondensatorverdampfers (100) zugeführt und dort unter Erhalt eines Kondensats und eines nichtkondensierbaren Anteils teilweise kondensiert wird, und wobei zumindest ein Teil des Kondensats auf die Rohargonkolonne (13) als Rücklauf zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensatorverdampfer (100) einen Gasauslass (108) aus den Kondensationspassagen (101) in einem Bereich außerhalb des zweiten Endabschnitts (106) und zweite Fluidführungsstrukturen (109), die in den Kondensationspassagen (101) verlaufen und in den Gasauslass (108) münden, aufweist, und dass zumindest ein Teil des nichtkondensierbaren Anteils aus dem Gasauslass (108) ausgeführt und in die Reinargonkolonne (14) eingespeist wird.
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