RU2778193C2 - Method for cryogenic air separation and air separation installation - Google Patents

Method for cryogenic air separation and air separation installation Download PDF

Info

Publication number
RU2778193C2
RU2778193C2 RU2019110847A RU2019110847A RU2778193C2 RU 2778193 C2 RU2778193 C2 RU 2778193C2 RU 2019110847 A RU2019110847 A RU 2019110847A RU 2019110847 A RU2019110847 A RU 2019110847A RU 2778193 C2 RU2778193 C2 RU 2778193C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
column
liquid
fluid
air
oxygen
Prior art date
Application number
RU2019110847A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2019110847A (en
Inventor
Дмитрий ГОЛУБЕВ
Original Assignee
Линде Акциенгезельшафт
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 Линде Акциенгезельшафт filed Critical Линде Акциенгезельшафт
Publication of RU2019110847A publication Critical patent/RU2019110847A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2778193C2 publication Critical patent/RU2778193C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: separation.
SUBSTANCE: method for cryogenic air separation using air separation installation (100-900) is proposed. In mass transfer column (13), the first liquid fluid and the second gaseous fluid are subjected to mass transfer with each other. The third gaseous fluid is removed from column (13). The fourth liquid fluid is supplied from column (13) to low-pressure column (12), and the fifth fluid is formed, using at least part of oxygen-enriched liquid removed from column (12). The second fluid is formed, using oxygen-enriched liquid removed from high-pressure column (11). Oxygen-enriched liquid from column (11) and cubic liquid from column (13) are mixed and partially evaporated, using a capacitor-evaporator, in which a liquid flow, which contains at least part of oxygen-enriched liquid from column (11), and at least part of cubic liquid from column (13), is passed under pressure through an evaporation zone, using its own pressure, and partially evaporated in it. The fifth liquid fluid is removed from column (13) between a point of supply of the first fluid and a point of supply of oxygen-enriched liquid, and supplied to column (12) downstream the fourth fluid supplied to column (12).
EFFECT: reduction in energy consumption.
13 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к способу и установке криогенного разделения воздуха согласно соответствующим ограничительным частям независимых пунктов формулы изобретения.The invention relates to a method and plant for cryogenic air separation according to the respective preambles of the independent claims.

Уровень техникиState of the art

Получение воздушных продуктов в жидком или газообразном состоянии путем криогенного разделения воздуха в установках разделения воздуха известно и описано, например, в H.-W.

Figure 00000001
(Ed.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, в частности в разделе 2.2.5, «Cryogenic Rectification».The production of air products in the liquid or gaseous state by cryogenic air separation in air separation plants is known and described, for example, in H.-W.
Figure 00000001
(Ed.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, in particular section 2.2.5, "Cryogenic Rectification".

Чистый кислород требуется, по меньшей мере не исключительно, для множества промышленных применений. Это создает возможность оптимизации установок разделения воздуха в том, что касается затрат на их установку и работу, в частности, их потребление энергии. Для подробностей ссылаются на техническую литературу, например, F.G. Kerry, Industrial Gas Handbook: Gas Separation and Purification, CRC Press, 2006, раздел 3.8, «Development of Low Oxygen-Purity Processes». Например, для получения газообразного кислорода с повышенным давлением относительно низкой чистоты можно использовать установки разделения воздуха, имеющие так называемые смесительные колонны. В связи с этим даны ссылки на ЕР 3179186 А1 и цитированную там литературу.Pure oxygen is required, at least not exclusively, for a variety of industrial applications. This creates the possibility of optimizing air separation plants in terms of their installation and operation costs, in particular their energy consumption. For details refer to the technical literature, e.g. F.G. Kerry, Industrial Gas Handbook: Gas Separation and Purification, CRC Press, 2006, section 3.8, "Development of Low Oxygen-Purity Processes". For example, to produce pressurized oxygen gas of relatively low purity, air separation units having so-called mixing columns can be used. In this regard, references are made to EP 3179186 A1 and the literature cited there.

В способе, предложенном в US 5704228 А для испарения жидкости путем теплообмена с конденсированным газом, давление испаряемой жидкости понижают и указанную жидкость обогащают менее летучим составляющим. Согласно альтернативному подходу, можно обогатить газ менее летучим составляющим. Можно использовать смесительную колонну. Способы для смесительной колонны также описаны в JP 2000-258054 A, US 2001/0003909 A1, CN 106123489 А и ЕР 0982554 А1.In the method proposed in US 5704228 A for evaporating a liquid by heat exchange with a condensed gas, the pressure of the evaporating liquid is reduced and said liquid is enriched with a less volatile component. According to an alternative approach, it is possible to enrich the gas with less volatile constituents. You can use a mixing column. Mixing column methods are also described in JP 2000-258054 A, US 2001/0003909 A1, CN 106123489 A and EP 0982554 A1.

Обычно в смесительную колонну подают, вблизи верхней части, богатую кислородом жидкость, и вблизи дна - газообразный воздух повышенного давления, так называемый воздух смесительной колонны, причем указанные жидкость и воздух подвергают массообмену. Таким образом можно извлечь так называемый кислород «с примесями» из верхней части смесительной колонны и удалить его из установки разделения воздуха в виде газового продукта. Жидкость, которую отделяют на дне смесительной колонны, можно подать в место, которое подходит в показателях энергии и/или технологии разделения, в используемой системе дистилляционных колонн. В результате использования смесительной колонны, в частности, можно уменьшить энергию, требуемую для повышения давления кислородного продукта, за счет чистоты кислородного продукта.Typically, an oxygen-rich liquid is fed into the mixing column near the top and pressurized gaseous air, the so-called mixing column air, near the bottom, said liquid and air being subjected to mass transfer. In this way, the so-called "impurified" oxygen can be recovered from the top of the mixing column and removed from the air separation plant as a product gas. The liquid that is separated at the bottom of the mixing column can be fed to a location that is suitable in terms of energy and/or separation technology in the distillation column system used. By using a mixing tower, in particular, it is possible to reduce the energy required to pressurize the oxygen product at the expense of the purity of the oxygen product.

В установках разделения воздуха, содержащих смесительные колонны, максимальный пригодный к использованию так называемый инжекционный эквивалент значительно ограничен по причинам, объясненным более подробно ниже. Следовательно, справедливо также и то, что энергосбережение, возможное с повышением инжекционного эквивалента в установки разделения воздуха, является ограниченным.In air separation plants containing mixing columns, the maximum usable so-called injection equivalent is significantly limited for reasons explained in more detail below. Therefore, it is also true that the energy savings possible with an increase in the injection equivalent in air separation plants is limited.

Поэтому целью настоящего изобретения является устранение этого препятствия, увеличивая таким образом эффективность разделения воздуха в соответствующих установках и, насколько возможно, уменьшая излишние затраты.Therefore, the purpose of the present invention is to eliminate this obstacle, thus increasing the efficiency of air separation in the respective installations and, as far as possible, reducing unnecessary costs.

Описание изобретенияDescription of the invention

Указанная цель достигается с помощью способа и установки криогенного разделения воздуха, имеющей соответствующие признаки независимых пунктов формулы изобретения. Преимущественные конфигурации представляют собой объект соответствующих зависимых пунктов формулы изобретения и следующего описания.This goal is achieved by using the method and installation of cryogenic air separation, having the corresponding features of the independent claims. Advantageous configurations are the subject of the respective dependent claims and the following description.

Во-первых, далее следует более подробное объяснение некоторых терминов, используемых в описании настоящего изобретения, и его преимуществ, а также уровня техники, служащего в качестве основы.First, the following is a more detailed explanation of some of the terms used in the description of the present invention and its advantages, as well as the prior art serving as a basis.

В способах разделения воздуха для выработки холода и сжижения потоков вещества в различных местах можно использовать турбодетандеры, также называемые коротко «турбинами», как общеизвестно специалисту. Ниже ссылаются на «турбины Клода (Claude)», «турбины Лахманна (Lachmann)» и «турбины азота под давлением». Что касается функции и цели таких турбодетандеров, даны ссылки на техническую литературу, например, F.G. Kerry, Industrial Gas Handbook: Gas Separation and Purification, CRC Press, 2006, в частности, разделы 2.4 «Contemporary Liquefaction Cycles», 2.6 № «Theoretical Analysis of the Claude Cycle» и 3.8.1 «The Lachmann Principle».Air separation processes for generating cold and liquefying material streams at various locations may use turboexpanders, also referred to as "turbines" for short, as is well known to those skilled in the art. Reference is made below to "Claude turbines", "Lachmann turbines" and "pressurized nitrogen turbines". As regards the function and purpose of such turboexpanders, references are made to the technical literature, e.g. F.G. Kerry, Industrial Gas Handbook: Gas Separation and Purification, CRC Press, 2006, in particular sections 2.4 "Contemporary Liquefaction Cycles", 2.6 No. "Theoretical Analysis of the Claude Cycle" and 3.8.1 "The Lachmann Principle".

В случае системы из двух колонн с помощью турбины Клода охлажденный воздух под давлением расширяют от относительно высокого уровня давления до уровня давления колонны высокого давления и подают в последнюю. Наоборот, с помощью турбины Лахманна охлажденный воздух под давлением расширяют до уровня давления колонны низкого давления и подают в последнюю. Наконец, с помощью турбины азота под давлением расширяют азот из колонны высокого давления.In the case of a two-column system, the cooled pressurized air is expanded from the relatively high pressure level to the pressure level of the high-pressure column by means of a Claude turbine and fed into the latter. On the contrary, with the aid of a Lachmann turbine, cooled pressurized air is expanded to the pressure level of the low pressure column and fed into the latter. Finally, the pressurized nitrogen turbine expands the nitrogen from the high pressure column.

В обычной турбине Лахманна («инжекционной турбине») расширяют воздух под давлением, который охлаждается (и в этом примере дополнительно не сжимается), от уровня давления, например, от приблизительно 500 кПа до 700 кПа (абс.) (от 5,0 до 7,0 бар (абс.)), обычного уровня давления, при котором работает колонна высокого давления, или от другого уровня давления, до уровня давления, например, от приблизительно 120 кПа до 160 кПа (абс.) (от 1,2 до 1,6 бар (абс.)), обычного уровня давления, при котором работает колонна низкого давления. Воздух, расширенный в турбине Лахманна, подают («инжектируют») в колонну низкого давления. Расширение соответствующей фракции сырья возможно из-за указанной разницы давлений между колонной высокого давления и колонной низкого давления.In a conventional Lachmann turbine ("injection turbine"), pressurized air is expanded, which is cooled (and in this example not further compressed), from a pressure level of, for example, about 500 kPa to 700 kPa (abs.) (5.0 to 7.0 bar (abs.)), the normal pressure level at which the high pressure column operates, or from another pressure level, to a pressure level, for example, from about 120 kPa to 160 kPa (abs.) (from 1.2 to 1.6 bar (abs.)), the typical pressure level at which the low pressure column operates. The air expanded in the Lachmann turbine is fed ("injected") into the low pressure column. The expansion of the respective feed fraction is possible due to the indicated pressure difference between the high pressure column and the low pressure column.

Однако, воздух, расширенный таким образом в колонну низкого давления, мешает ректификации, и по этой причине количество воздуха, способного к расширению в инжекционную турбину, и, таким образом, способного к выработке таким образом холода для соответствующей установки, существенно ограничено, другими словами, ограничено даже без использования смесительной колонны. Богатые азотом воздушные продукты, которые удаляют из колонны высокого давления и выгружают из установки разделения воздуха, также влияют на ректификацию соответствующим образом. Количество воздуха, подаваемого в колонну низкого давления, плюс азота, удаленного из колонны высокого давления и выгруженного из установки разделения воздуха, можно определить по отношению ко всему воздуху, подаваемому в систему дистилляционных колонн. Полученное здесь значение номинально называют «инжекционным эквивалентом».However, the air thus expanded into the low pressure column interferes with fractionation and for this reason the amount of air capable of being expanded into the injection turbine and thus capable of generating cold in this way for the respective plant is substantially limited, in other words, limited even without the use of a mixing column. Nitrogen-rich air products that are removed from the high pressure column and discharged from the air separation unit also affect the fractionation accordingly. The amount of air fed into the low pressure column plus nitrogen removed from the high pressure column and discharged from the air separation unit can be determined in relation to the total air fed into the distillation column system. The value obtained here is nominally referred to as the "injection equivalent".

Таким образом, инжекционный эквивалент определяют как количество сжатого воздуха под давлением, который расширяют в колонну низкого давления установки разделения с помощью инжекционной турбины, плюс количество азота, который возможно удаляют из колонны высокого давления, и ни рециркулируют в виде жидкого обратного потока в саму колонну высокого давления, ни вводят в виде жидкого обратного потока в колонну низкого давления, по отношению к всему воздуху под давлением, подаваемому в систему дистилляционных колонн. Здесь азот, который удаляют из колонны высокого давления, может быть чистым или по существу чистым азотом из верхней части колонны высокого давления, однако он также может быть обогащенным азотом газом, который можно извлечь, с более низким содержанием азота, из колонны высокого давления из области ниже верхней части.Thus, the injection equivalent is defined as the amount of pressurized air that is expanded into the low pressure column of the separation plant by the injection turbine, plus the amount of nitrogen that is possibly removed from the high pressure column and neither recycled as a liquid reflux to the high column itself. pressure, nor injected as a liquid reflux into the low pressure column, with respect to all the pressurized air supplied to the distillation column system. Here, the nitrogen that is removed from the pressure column may be pure or substantially pure nitrogen from the top of the pressure column, however, it may also be a nitrogen-rich gas that can be recovered, with a lower nitrogen content, from the pressure column from the area below the top.

Если в соответствующей установке разделения воздуха используют инжекционную турбину и в последней расширяют количество M1 воздуха под давлением, количество М2 азота удаляют из колонны высокого давления и удаляют из установки разделения воздуха в виде жидкого и/или газообразного азотного продукта, другими словами не используют в качестве обратного потока в колонну высокого и/или низкого давления, и количество М3 воздуха под давлением подают в общем в систему дистилляционных колонн, инжекционный эквивалент Е в соответствующей установке вычисляют какIf an injection turbine is used in the respective air separation plant and the pressurized air amount M1 is expanded in the latter, the nitrogen amount M2 is removed from the high pressure column and removed from the air separation plant as a liquid and/or gaseous nitrogen product, in other words not used as a return flow into the high and/or low pressure column, and the amount M3 of pressurized air is supplied in general to the distillation column system, the injection equivalent E in the respective plant is calculated as

Figure 00000002
Figure 00000002

В основном, повышение инжекционного эквивалента в установке разделения воздуха обеспечивает уменьшение потребности в энергии.In general, increasing the injection equivalent in an air separation plant results in a reduction in energy requirements.

Расширение азота или богатой азотом текучей среды из колонны высокого давления в турбине азота под давлением можно осуществлять перед тем, как указанный азот полностью нагреют в основном теплообменнике (в так называемой холодной турбине азота под давлением) или после этого (в так называемой теплой турбине азота под давлением). Потом расширенный азот можно использовать, в частности, для регенерации адсорберов. Использование турбины азота под давлением также обеспечивает понижение потребления энергии установкой разделения воздуха. Однако чистый азот или азот с примесями из колонны высокого давления, расширенный в турбину азота под давлением, также вносит вклад в инжекционный эквивалент, так как указанный азот не используют в качестве обратного потока в колонне высокого и/или низкого давления.The expansion of the nitrogen or nitrogen-rich fluid from the high-pressure column in the pressurized nitrogen turbine can be carried out before said nitrogen is fully heated in the main heat exchanger (in the so-called cold pressurized nitrogen turbine) or after that (in the so-called warm nitrogen turbine under pressure). pressure). Then the expanded nitrogen can be used, in particular, for the regeneration of adsorbers. The use of a pressurized nitrogen turbine also reduces the energy consumption of the air separation plant. However, pure or impure nitrogen from the high pressure column expanded into the pressurized nitrogen turbine also contributes to the injection equivalent, since said nitrogen is not used as a reflux in the high and/or low pressure column.

Если в турбину азота под давлением подают азот из верхней части колонны высокого давления, указанный азот, соответственно, является чистым. Однако в турбину азота под давлением также можно подавать азот с примесями из колонны высокого давления. В последнем случае соответствующую турбину азота под давлением также называют «турбиной азота под давлением с примесями». Турбина азота под давлением с примесями отличается тем, что богатую азотом текучую среду подают в нее из колонны высокого давления, в которой содержание азота в текучей среде ниже содержания азота в верхнем продукте колонны высокого давления, другими словами ниже максимального содержания азота в колонне высокого давления.If the pressurized nitrogen turbine is supplied with nitrogen from the top of the high pressure column, said nitrogen is correspondingly pure. However, it is also possible to supply nitrogen with impurities from the high pressure column to the pressurized nitrogen turbine. In the latter case, the corresponding pressurized nitrogen turbine is also referred to as a "pressurized nitrogen turbine with impurities". The pressurized nitrogen turbine is characterized in that a nitrogen-rich fluid is fed into it from a high pressure column in which the nitrogen content of the fluid is lower than the nitrogen content of the high pressure column overhead, in other words below the maximum nitrogen content of the high pressure column.

Причиной более низкого инжекционного эквивалента, доступного в обычных способах смесительной колонны, по отношению к другим способам криогенного разделения воздуха является, в частности, то, что поток воздуха, подаваемый в смесительную колонну, не оптимально включен в процесс ректификации в двойной колонне. В связи с этим, в частности, кислород, доступный в этом потоке воздуха, полностью проходит колонну высокого и низкого давления. Указанный кислород выгружают в форме верхнего продукта смесительной колонны из установки разделения воздуха. Наоборот, азот, содержащийся в потоке воздуха в смесительную колонну, остается (следуя способу переноса в смесительной колоне) почти полностью в кубовой жидкости смесительной колонны. Указанная кубовая жидкость обычно имеет содержание кислорода приблизительно 65% и, в известных способах, ее подают в колонну низкого давления в точке подачи, соответствующей этому содержанию кислорода.The reason for the lower injection equivalent available in conventional mixing column processes relative to other cryogenic air separation methods is in particular that the air stream fed to the mixing column is not optimally included in the double column fractionation process. In this regard, in particular, the oxygen available in this air stream completely passes through the high and low pressure column. Said oxygen is discharged in the form of a mixing column overhead from the air separation unit. Conversely, the nitrogen contained in the air stream to the mixing column remains (following the mixing column transfer process) almost entirely in the bottom liquid of the mixing column. Said bottom liquid typically has an oxygen content of approximately 65% and, in known methods, is fed into the low pressure column at a feed point corresponding to this oxygen content.

Однако с точки зрения технологии разделения указанная точка подачи находится в области колонны низкого давления, которая расположена относительно глубоко, другими словами в точке, в которой содержание кислорода все еще является относительно высоким. Секцию ректификации или разделения, расположенную ниже точки подачи, уже можно рассматривать как кислородную секцию, так как ниже точки подачи для кубового продукта смесительной колонны не осуществляют никакой дополнительной подачи в колонну низкого давления. Следовательно, необходимо отделить азот от потока воздуха в смесительную колонну (который проходит в колонну низкого давления в форме кубовой жидкости смесительной колонны) из очень глубокого положения с точки зрения технологии разделения. Однако при данных условиях указанное разделение является чрезвычайно сложным и требует относительно высокой мощности на основном конденсаторе. Следовательно, необходимо соответственно уменьшить инжекционное количество в колонну низкого давления, или упомянутый инжекционный эквивалент, чтобы обеспечить возможность удовлетворительно выполнить разделение.However, from a separation technology point of view, said feed point is in a region of the low pressure column that is relatively deep, in other words, at a point where the oxygen content is still relatively high. The distillation or separation section located below the feed point can already be considered an oxygen section, since no additional feed to the low pressure column is carried out below the feed point for the bottom product of the mixing column. Therefore, it is necessary to separate the nitrogen from the air stream into the mixing column (which passes into the low pressure column in the form of the bottom liquid of the mixing column) from a very deep position in terms of separation technology. However, under these conditions, said separation is extremely complex and requires a relatively high power on the main capacitor. Therefore, it is necessary to reduce the injection amount into the low pressure column, or said injection equivalent, accordingly, in order to be able to perform the separation satisfactorily.

Устройства, используемые в установке разделения воздуха, описаны в цитированной технической литературе, например, в Haring в разделе 2.2.5.6 «Apparatus». Там, где следующие определения в ней не отклоняются от этого, поэтому явно ссылаются на цитированную техническую литературу в отношении лингвистического использования в контексте данной заявки.The devices used in the air separation plant are described in the cited technical literature, for example in Haring in section 2.2.5.6 "Apparatus". Where the following definitions therein do not deviate from this, therefore, explicit reference is made to the cited technical literature regarding linguistic usage in the context of this application.

Колонны ректификации или разделения, которые используют в криогенном разделении воздуха, содержат так называемые секции разделения. Секция разделения является областью ректификационной колонны, которая оборудована внутренними устройствами разделения или структурами разделения, такими как ситчатые тарелки или структурированные или неструктурированные уплотнения. Секция разделения отличается, в частности, тем, что она расположена между двумя точками подачи текучих сред в соответствующую ректификационную колонну или расположена между точкой подачи и точкой удаления текучей среды, и тем, что между указанными двумя точками подачи или точкой подачи и точкой удаления не присутствуют никакие дополнительные точки подачи или точки удаления текучей среды в ректификационную колонну или из ректификационной колонны. Соответствующие точки подачи являются трубопроводами подачи текучих сред в ректификационную колонну, причем указанные трубопроводы используют для регулярной подачи в течение работы соответствующей установки разделения воздуха. То же самое соответственно применимо для точек удаления. Однако при этом нельзя исключать соответствующую ректификационную колонну, также содержащую дополнительные отверстия между точками подачи. Указанные дополнительные отверстия, однако, не используют в течение нормальной работы установки разделения воздуха. Термины «дистилляция» и «ректификация» используют здесь синонимически.The distillation or separation columns that are used in cryogenic air separation contain so-called separation sections. The separation section is an area of the distillation column that is equipped with internal separation devices or separation structures such as sieve trays or structured or unstructured seals. The separation section is characterized in particular in that it is located between two points of supply of fluids to the respective distillation column or is located between a point of supply and a point of removal of the fluid, and that between these two points of supply or a point of supply and a point of removal there are no no additional points of supply or points of removal of the fluid in the distillation column or from the distillation column. The respective feed points are pipelines for supplying fluids to the distillation column, said pipelines being used for regular supply during the operation of the respective air separation unit. The same applies accordingly for deletion points. However, a corresponding distillation column also containing additional holes between the feed points cannot be ruled out. These additional openings, however, are not used during normal operation of the air separation unit. The terms "distillation" and "rectification" are used herein synonymously.

В рамках данного словоупотребления жидкости и газы могут быть богатыми или бедными одним или более компонентами, где «богатый» может представлять содержание не менее 50%, 75%, 90%, 95%, 99%, 99,5%, 99,9% или 99,99% и «бедный» может представлять содержание не более 50%, 25%, 10%, 5%, 1%, 0,1% или 0,01% на молярной, массовой или объемной основе. Выражение «преимущественно» может соответствовать определению «богатый». Кроме того, жидкости и газы могут быть обогащенными или обедненными одним или более компонентами, где эти выражения относятся к содержанию в начальной жидкости или начальном газе, из которых жидкость или газ были получены. Жидкость или газ являются «обогащенными», если указанная жидкость или газ имеет содержание соответствующего компонента, составляющее по меньшей мере 1,1-кратное, 1,5-кратное, 2-кратное, 5-кратное, 10-кратное, 100-кратное или 1000-кратное содержание от содержания в начальной жидкости или в начальном газе, и являются «обедненными», если указанные жидкость или газ имеют содержание соответствующего компонента, составляющее не более 0,9-кратного, 0,5-кратного, 0,1-кратного, 0,01-кратного или 0,001-кратного содержания от содержания в начальной жидкости или в начальном газе. Здесь, когда упоминается, например, «кислород» или «азот», под этим также нужно понимать жидкость или газ, которые богаты кислородом или азотом, но которые не обязательно должны состоять исключительно из них.Within this usage, liquids and gases can be rich or lean in one or more components, where "rich" can represent a content of at least 50%, 75%, 90%, 95%, 99%, 99.5%, 99.9% or 99.99% and "poor" may represent a content of no more than 50%, 25%, 10%, 5%, 1%, 0.1% or 0.01% on a molar, mass or volume basis. The expression "predominantly" may correspond to the definition of "rich". In addition, liquids and gases can be enriched or depleted in one or more components, where these expressions refer to the content in the initial liquid or initial gas from which the liquid or gas was obtained. A liquid or gas is "enriched" if said liquid or gas has an appropriate component content of at least 1.1 times, 1.5 times, 2 times, 5 times, 10 times, 100 times, or 1000 times the content of the initial liquid or initial gas, and are "lean" if the specified liquid or gas has a content of the corresponding component that is not more than 0.9 times, 0.5 times, 0.1 times , 0.01-fold or 0.001-fold content of the content in the initial liquid or in the initial gas. Here, when "oxygen" or "nitrogen" is mentioned, for example, this is also to be understood as a liquid or gas that is rich in oxygen or nitrogen, but does not have to consist solely of them.

Для характеристики давлений и температур в данной заявке используют термины «уровень давления» и «уровень температуры», которые предназначены для выражения того, что давления и температуры в соответствующей установке не нужно использовать в форме точных значений давления и температуры для осуществления идеи изобретения. Однако такие давления и температуры обычно изменяются в конкретных интервалах, составляющих, например, ±1%, 5%. 10%, 20% или даже 50% от среднего значения. Здесь соответствующие уровни давления и уровни температур могут лежать в отдельных интервалах или в перекрывающихся интервалах. В частности, уровни давления, например, включают неизбежные или ожидаемые потери давления. То же самое соответственно применимо к уровням температур. Указанные здесь уровни давления в барах являются абсолютными давлениями.To characterize pressures and temperatures, this application uses the terms "pressure level" and "temperature level", which are intended to express that the pressures and temperatures in the corresponding installation do not need to be used in the form of exact pressure and temperature values to implement the idea of the invention. However, such pressures and temperatures usually vary within specific ranges, such as ±1%, 5%. 10%, 20% or even 50% of the average. Here, the respective pressure levels and temperature levels may lie in separate intervals or in overlapping intervals. In particular, pressure levels, for example, include inevitable or expected pressure losses. The same applies accordingly to the temperature levels. The pressure levels given here in bar are absolute pressures.

Преимущества изобретения Как объясняется, в известных способах со смесительной колонной используемый инжекционный эквивалент значительно ниже по сравнению с другими способами криогенного разделения воздуха. Следовательно, область использования соответствующих способов значительно ограничена или, в некоторых случаях, требуются дополнительные средства, которые приводят к заметному повышению затрат. В этой связи необходимо иметь многослойный компрессор для газообразного азота, если, помимо кислородного продукта, также поставляют относительно большое количество азота под давлением.Advantages of the Invention As explained, the injection equivalent used in known mixing tower processes is significantly lower compared to other cryogenic air separation methods. Therefore, the area of use of the respective methods is significantly limited or, in some cases, additional funds are required, which lead to a noticeable increase in costs. In this regard, it is necessary to have a multi-layer compressor for gaseous nitrogen if, in addition to the oxygen product, a relatively large amount of pressurized nitrogen is also supplied.

Также имеет место, что в случае повышенного производства жидкости (которое значительно больше, чем смываемое количество, требуемое для выгрузки нежелательных компонентов), способы со смесительной колонной являются относительно невыгодными, так как в этом случае либо необходимо допустить относительно плохой выход кислорода (что приводит к высоким эксплуатационным расходам по причине высокого количества инжекции), либо требуются другие меры, такие, например, как дополнительная турбина среднего давления в сочетании с так называемым объединением с воздухом высокого давления. Уменьшение выхода кислорода происходит от того, что в случае повышенного производства жидкости требуется более высокая холодная мощность, однако, это можно удовлетворить только с помощью более высокого количества турбин или более высокого количества инжекции. Однако в обычных смесительных колоннах это быстро приводит к уменьшению выхода кислорода, другими словами больше молекул воздуха (больше подаваемого воздуха) требуется в способе для получения такого же числа молекул кислородного продукта. Использование дополнительных упомянутых средств приводит к повышенным затратам на монтирование оборудования для соответствующих установок.It is also the case that in the case of increased liquid production (which is significantly greater than the flush amount required to discharge undesired components), mixing column methods are relatively disadvantageous, since in this case either a relatively poor oxygen output must be tolerated (resulting in high operating costs due to the high injection quantity) or other measures are required, such as an additional medium pressure turbine in combination with so-called high-pressure air integration. The reduction in oxygen output comes from the fact that in case of increased liquid production, a higher cold power is required, however, this can only be met with a higher number of turbines or a higher injection amount. However, in conventional mixing towers this quickly leads to a decrease in the oxygen yield, in other words more air molecules (more feed air) are required in the process to produce the same number of oxygen product molecules. The use of additional mentioned means leads to increased costs for mounting equipment for the respective installations.

Если рассматривают теплообменник в оптимизированном (но обычном) способе смесительной колонны, тогда, даже в случае получения чистого газа, для указанного теплообменника необходимо иметь относительно большие размеры, так как мощность турбины (или количество инжекции в турбину) также очень сильно зависит от так называемых потерь на перенос на теплом конце теплообменника. Поэтому в способе смесительной колонны потери на перенос необходимо поддерживать относительно низкими путем повышения площади поверхности переноса в теплообменнике.If one considers a heat exchanger in an optimized (but conventional) mixing tower process, then, even in the case of pure gas production, said heat exchanger needs to be relatively large in size, since the turbine power (or the amount of injection into the turbine) is also very dependent on the so-called losses to transfer to the warm end of the heat exchanger. Therefore, in the mixing column process, the transfer loss must be kept relatively low by increasing the transfer surface area in the heat exchanger.

В настоящем изобретении преодолены упомянутые недостатки таким образом, что не поток воздуха, но вместо него поток другого вещества подают в смесительную колонну или в сравнимое устройство, используемое для массообмена (такое устройство также называют ниже просто «смесительная колонна»). В этом случае в рамках настоящего изобретения используют обогащенную кислородом жидкость из колонны высокого давления, в частности, ее кубовую жидкость. Указанную жидкость, которая уже обогащена кислородом по отношению к атмосферному воздуху, в частности, подают в жидкой форме в смесительную колонну или соответствующее устройство и в ходе процесса смешивают с жидкостью, стекающей вниз в смесительной колонне или в соответствующем устройстве, в частности, на дне. С помощью испарителя смешанную жидкость испаряют, как объяснено ниже, и полученный пар поднимается в смесительной колонне или в соответствующем устройстве. Таким образом, по изобретению газовую фазу в соответствующей смесительной колонне или в соответствующем устройстве образуют не с помощью воздуха под давлением, а скорее этим альтернативным образом.The present invention overcomes these disadvantages in such a way that not a stream of air, but instead of it, a stream of another substance is fed into a mixing column or into a comparable device used for mass transfer (such a device is also simply referred to below as "mixing column"). In this case, within the scope of the present invention, the oxygen-enriched liquid from the high pressure column, in particular its bottom liquid, is used. Said liquid, which is already enriched in oxygen with respect to atmospheric air, is in particular fed in liquid form into a mixing column or a suitable device and is mixed during the process with the liquid flowing down in a mixing column or a suitable device, in particular at the bottom. By means of an evaporator, the mixed liquid is evaporated as explained below, and the resulting vapor rises in a mixing column or a suitable device. Thus, according to the invention, the gas phase in the corresponding mixing column or in the corresponding device is not formed with the aid of pressurized air, but rather in this alternative manner.

Процесс испарения в этом случае осуществляют, в частности, путем (частичной) конденсации потока воздуха при соответствующем давлении. В частности, сжиженный таким образом воздух можно затем переохладить и подать в колонну низкого давления в подходящей точке подачи. Однако указанная точка подачи расположена относительно высоко в колонне низкого давления, другими словами в положении, в котором содержание кислорода является уже относительно низким. Жидкость, извлекаемая со дна колонны высокого давления, таким образом является, как если бы она была (с точки зрения баланса жидкости) разделена на две фракции, а именно на первую фракцию, которая обогащена до некоторой степени кислородом путем частичного испарения в конденсаторе смесительной колонны, и жидкий воздух. Это разделение обеспечивает лучшую оптимизацию отношений жидкость/пар (Ж/П) в колонне низкого давления и, таким образом, лучшую аппроксимацию равновесия и рабочих линий на диаграмме МакКабе-Тиле (MacCabe-Thiele). Следовательно, в рамках настоящего изобретения в колонне низкого давления преимущественно обеспечена дополнительная секция разделения. Часть кубовой жидкости из колонны высокого давления (возможно также смешанной с жидкостью, стекающей вниз в смесительной колонне) испаряют путем сжижения воздуха и проводят в газовой форме в смесительную колонну.The evaporation process in this case is carried out, in particular, by (partial) condensation of the air stream at an appropriate pressure. In particular, the air thus liquefied can then be subcooled and fed into the low pressure column at a suitable feed point. However, said feed point is located relatively high in the low pressure column, in other words at a position where the oxygen content is already relatively low. The liquid withdrawn from the bottom of the high pressure column is thus as if it were (from the point of view of the liquid balance) divided into two fractions, namely the first fraction, which is enriched to some extent with oxygen by partial evaporation in the condenser of the mixing column, and liquid air. This separation provides a better optimization of the liquid/vapor (L/V) ratios in the low pressure column and thus a better approximation of the equilibrium and operating lines on the MacCabe-Thiele diagram. Therefore, within the scope of the present invention, an additional separation section is advantageously provided in the low pressure column. A portion of the bottom liquid from the high pressure column (possibly also mixed with liquid flowing down in the mixing column) is evaporated by liquefying air and passed in gaseous form to the mixing column.

Здесь испаренное количество приблизительно соответствует воздуху, сжиженному в способе (который затем подают в колонну низкого давления). Следовательно, возникает соответствующая аналогия: кубовую жидкость из колонны высокого давления практически разделяют между двумя жидкими фракциями разного состава.Here, the evaporated amount approximately corresponds to the air liquefied in the process (which is then fed into the low pressure column). Therefore, a corresponding analogy arises: the bottom liquid from the high-pressure column is practically divided between two liquid fractions of different composition.

Однако значительным преимуществом соединения по изобретению является, что подаваемый воздух полностью проводят в систему дистилляционных колонн, и в ней его можно соответственно использовать для получения воздушных продуктов. Как упоминалось, в обычных способах поток воздуха, подаваемый в смесительную колонну, не оптимально включен в процесс ректификации в двойной колонне и, в частности, кислород, присутствующий в этом потоке воздуха, полностью проходит колонну высокого и низкого давления. Однако указанный поток воздуха осуществляет это в рамках настоящего изобретения. Таким образом, отношения ректификации заметно улучшаются, и затраты, требуемые для ректификации, уменьшаются. В связи с этим, никакие молекулы кислорода не проходят ректификационные колонны, как в обычных способах (весь кислород обрабатывают в указанных колоннах согласно технологии разделения), и в колонне низкого давления не накапливается никакого избыточного азота, который необходимо отделять с большими затратами. Таким образом, мощность основного конденсатора можно заметно понизить или, в соответствующей установке, значительно повысить инжекционный эквивалент и связанные с этим возможные сбережения энергии.However, a significant advantage of the compound according to the invention is that the feed air is carried entirely into the distillation column system and can be suitably used there to produce air products. As mentioned, in conventional processes, the air stream fed into the mixing column is not optimally included in the double column fractionation process and, in particular, the oxygen present in this air stream is completely passed through the high and low pressure column. However, said air flow does this within the scope of the present invention. Thus, rectification ratios are markedly improved, and costs required for rectification are reduced. In this regard, no oxygen molecules pass through the distillation columns, as in conventional methods (all oxygen is treated in said columns according to separation technology), and no excess nitrogen accumulates in the low pressure column, which must be separated at great expense. In this way, the power of the main condenser can be markedly reduced or, in a suitable installation, the injection equivalent and the associated possible energy savings can be significantly increased.

Посредством использования настоящего изобретения достигается значительно более высокая эффективность по сравнению с обычными способами смесительной колонны. Использование настоящего изобретения также позволяет в некоторых случаях значительно уменьшить объем основного теплообменника. Это возможно, в частности, по причине значительно большей инжекции, которую допускает настоящее изобретение. Кроме того, в рамках настоящего изобретения, если воздух подают в колонну низкого давления таким образом, можно использовать только одну генераторную турбину. Отсутствует необходимость в двух блоках, которые требуются в обычных способах со смесительными колоннами для соответствующих случаев полу-загрузки или жидкости. Кроме того, результатом являются заметно меньшие размеры различных деталей, таких как напорная колонна и основной конденсатор.Through the use of the present invention, significantly higher efficiency is achieved compared to conventional mixing column methods. The use of the present invention also makes it possible in some cases to significantly reduce the volume of the main heat exchanger. This is possible, in particular, due to the significantly greater injection that the present invention allows. In addition, within the scope of the present invention, if air is supplied to the low pressure column in this way, only one generator turbine can be used. There is no need for two blocks, which are required in conventional mixing tower processes for the corresponding semi-load or liquid cases. In addition, the result is markedly smaller dimensions of various parts such as the pressure column and the main condenser.

Для достижения упомянутых преимуществ настоящее изобретение основывается на способе криогенного разделения воздуха с использованием установки разделения воздуха, содержащей систему дистилляционных колонн, которая содержит колонну высокого давления, работающую при первом уровне давления, колонну низкого давления, работающую при втором уровне давления, ниже первого уровня давления, и колонну массообмена, работающую при третьем уровне давления. Колонна массообмена может работать, в частности, при уровне давления, который лежит между уровнем давления колонны высокого давления и уровнем давления колонны низкого давления. Колонну массообмена можно в основном сконструировать так, что она сравнима с известной смесительной колонной. В частности, она содержит для объясненных ниже текучих сред точки подачи и удаления, в каждом случае на подходящих высотах, и содержит структуры массообмена, которые можно сконструировать, например, в форме ситчатых тарелок или в форме структурированных или неструктурированных насадок. Как объяснено ниже, в рамках настоящего изобретения колонна массообмена соответствует конденсатору-испарителю, который работает, как объяснено ниже. Кроме того, в рамках настоящего изобретения колонна массообмена, как объяснено ниже, оборудована дополнительной промежуточной точкой удаления для жидкости и может, в частности, содержать связанную с ней дополнительную секцию отделения. В рамках настоящего изобретения соответственно обеспечены средства подачи удаленной жидкости в колонну низкого давления.In order to achieve the above advantages, the present invention is based on a cryogenic air separation process using an air separation plant comprising a distillation column system, which comprises a high pressure column operating at a first pressure level, a low pressure column operating at a second pressure level, below the first pressure level, and a mass transfer column operating at a third pressure level. The mass transfer column can be operated in particular at a pressure level which lies between the pressure level of the high pressure column and the pressure level of the low pressure column. The mass transfer column can generally be designed to be comparable to a known mixing column. In particular, it contains, for the fluids explained below, points of entry and exit, in each case at suitable heights, and contains mass transfer structures, which can be designed, for example, in the form of sieve trays or in the form of structured or unstructured packings. As explained below, within the scope of the present invention, the mass transfer column corresponds to a condenser-evaporator which operates as explained below. In addition, within the scope of the present invention, the mass transfer column, as explained below, is equipped with an additional intermediate liquid removal point and may in particular comprise an additional separation section associated therewith. Within the scope of the present invention, means are accordingly provided for supplying the removed liquid to the low pressure column.

В колонне массообмена жидкую первую текучую среду с первым содержанием кислорода и газовую вторую текучую среду со вторым содержанием кислорода, ниже первого содержания кислорода, подвергают массообмену друг с другом, где газовую третью текучую среду с третьим содержанием кислорода, пониженным по отношению к первому содержанию кислорода, удаляют из колонны массообмена и по меньшей мере частично выгружают из установки разделения воздуха, и жидкую четвертую текучую среду с четвертым содержанием кислорода, соответствующим по меньшей мере второму содержанию кислорода, удаляют из колонны массообмена и по меньшей мере частично подают в колонну низкого давления. В связи с этим, работа смесительной колоны, используемой в рамках настоящего изобретения, поэтому соответствует обычным смесительным колоннам, в которых соответствующие потоки веществ (в этом случае жидкий поток из колонны низкого давления и поток воздуха под давлением) подвергают массообмену, и верхний газ и кубовую жидкость удаляют из смесительной колонны.In the mass transfer column, a liquid first fluid with a first oxygen content and a gaseous second fluid with a second oxygen content below the first oxygen content are subjected to mass exchange with each other, where the gaseous third fluid with a third oxygen content reduced relative to the first oxygen content, is removed from the mass transfer column and at least partially discharged from the air separation unit, and a liquid fourth fluid with a fourth oxygen content corresponding to at least the second oxygen content is removed from the mass transfer column and at least partially fed into the low pressure column. In this regard, the operation of the mixing column used in the context of the present invention therefore corresponds to conventional mixing columns in which the respective material streams (in this case, the liquid stream from the low pressure column and the air stream under pressure) are subjected to mass transfer, and the top gas and bottom gas the liquid is removed from the mixing column.

Аналогично, также как и в обычном случае, в течение работы смесительных колонн в рамках настоящего изобретения первую текучую среду образуют здесь с использованием богатой кислородом жидкости из колонны низкого давления. В частности, указанную жидкость без дополнительного изменения вводят в жидкой форме в колонну массообмена в верхней области, и она просачивается вниз в указанной колонне.Similarly, as in the usual case, during the operation of the mixing columns in the framework of the present invention, the first fluid is formed here using oxygen-rich liquid from the low pressure column. In particular, said liquid without further modification is introduced in liquid form into the mass transfer column in the upper region, and it percolates downward in said column.

Однако согласно изобретению предусмотрено, что вторую текучую среду образуют с использованием обогащенной кислородом жидкости, удаленной из колонны высокого давления, в частности, кубовой жидкости колонны высокого давления. В этом случае «вторая текучая среда» относится здесь к текучей среде, поднимающейся в газообразной форме в колонне массообмена. В рамках настоящего изобретения этого достигают посредством дополнительного использования жидкости, образованной в колонне массообмена, в частности, ее кубовой жидкости. Обогащенную кислородом жидкость, удаленную из колонны высокого давления, испаряют для образования второй текучей среды. Здесь в рамках настоящего изобретения указанную жидкость испаряют вместе с жидкостью, образованной в колонне массообмена. Испарение осуществляют с использованием конденсатора-испарителя, который описан ниже более подробно, в частности, при непрямом теплообмене со сжатым и охлажденным подаваемым воздухом.However, according to the invention, it is envisaged that the second fluid is formed using an oxygen-enriched liquid removed from the high pressure column, in particular the bottom liquid of the high pressure column. In this case, "second fluid" refers here to the fluid rising in gaseous form in the mass transfer column. Within the scope of the present invention, this is achieved by additional use of the liquid formed in the mass transfer column, in particular its bottom liquid. The oxygen-enriched liquid removed from the high pressure column is vaporized to form a second fluid. Here, within the scope of the present invention, said liquid is evaporated together with the liquid formed in the mass transfer column. Evaporation is carried out using an evaporator condenser, which is described in more detail below, in particular in indirect heat exchange with compressed and cooled feed air.

В рамках настоящего изобретения первое содержание кислорода может составлять от 90 до приблизительно 99 мольн. %, в частности от 93 до 98,5 мольн. %, второе содержание кислорода может составлять от 30 до 45 мольн. %, в частности, от 33 до 40 мольн. %, третье содержание кислорода может составлять от 80 до 98 мольн. %, в частности, от 90 до 97,5 мольн. % и четвертое содержание кислорода может составлять от 55 до 72 мольн. %, в частности от 59 до 67 мольн. %. В остающейся фракции указанные текучие среды преимущественно содержат азот и, в меньшей степени, благородные газы.Within the scope of the present invention, the first oxygen content may be from 90 to about 99 mol. %, in particular from 93 to 98.5 mol. %, the second oxygen content can be from 30 to 45 mol. %, in particular from 33 to 40 mol. %, the third oxygen content can be from 80 to 98 mol. %, in particular from 90 to 97.5 mol. % and the fourth oxygen content can be from 55 to 72 mol. %, in particular from 59 to 67 mol. %. In the remaining fraction, said fluids predominantly contain nitrogen and, to a lesser extent, noble gases.

Эти меры делают возможным достижение упомянутых преимуществ. То, что здесь в колонну массообмена не подают никакого воздуха под давлением, но скорее образуют пар, поднимающийся в колонне массообмена, в частности, путем испарения обогащенной кислородом жидкости из колонны высокого давления и жидкости, образованной в колонне массообмена, в частности, ее кубовой жидкости, означает, что, как упоминалось, подаваемый воздух полностью направляют в систему дистилляционных колонн и в ней соответственно разделяют. Таким образом, как уже объяснялось, отношения ректификации заметно улучшаются, и затраты, требуемые для ректификации, снижаются, в частности, поскольку никакие молекулы кислорода не проходят ректификационные колонны, и никакого избыточного азота, который необходимо отделять с большими затратами, не накапливается в колонне низкого давления. Необходимо обратиться к приведенным выше дополнительным объяснениям. В частности, использование настоящего изобретения приводит к уменьшению затрат в отношении разделения и требуемой мощности конденсатора. Таким образом, можно инжектировать большее количество воздуха в колонну низкого давления с тем результатом, что понижается общее энергопотребление.These measures make it possible to achieve the benefits mentioned. That here no pressurized air is fed into the mass transfer column, but rather steam is generated which rises in the mass transfer column, in particular by evaporating the oxygen-enriched liquid from the high pressure column and the liquid formed in the mass transfer column, in particular its bottom liquid , means that, as mentioned, the supply air is completely directed to the system of distillation columns and separated accordingly. In this way, as already explained, the fractionation ratios are markedly improved and the costs required for fractionation are reduced, in particular since no oxygen molecules pass through the distillation columns, and no excess nitrogen, which must be separated at great expense, accumulates in the low-temperature column. pressure. Please refer to the above additional explanations. In particular, the use of the present invention results in a reduction in separation costs and the required capacitor power. Thus, more air can be injected into the low pressure column, with the result that the overall energy consumption is reduced.

Как упоминалось, в рамках настоящего изобретения вторая текучая среда представляет собой газ, поднимающийся в колонне массообмена. Как уже подробно обсуждалось выше, в рамках настоящего изобретения указанную вторую текучую среду образуют так, что обогащенную кислородом жидкость, удаленную из колонны высокого давления, и кубовую жидкость колонны массообмена испаряют с помощью конденсатора-испарителя.As mentioned, in the context of the present invention, the second fluid is the gas rising in the mass transfer column. As discussed in detail above, within the scope of the present invention, said second fluid is formed such that the oxygen-enriched liquid removed from the pressure column and the bottom liquid of the mass transfer column are vaporized by means of a flash condenser.

В рамках настоящего изобретения обогащенная кислородом жидкость из колонны высокого давления, которую используют в течение образования второй текучей среды, может иметь содержание кислорода от 38 до 42 мольн. %, например, приблизительно 40 мольн. %. Как упоминалось, использование соответствующего конденсатора-испарителя делает возможным конденсацию или частичную конденсацию воздуха параллельно с соответствующим испарением, причем указанный воздух затем можно подавать, в частности, в колонну низкого давления.Within the scope of the present invention, the oxygen-enriched liquid from the pressure column that is used during the formation of the second fluid may have an oxygen content of 38 to 42 mol. %, for example, about 40 mol. %. As mentioned, the use of a suitable evaporator condenser makes it possible to condense or partially condense air in parallel with the corresponding evaporation, said air then being able to be fed in particular to the low pressure column.

Особенно предпочтительно, если ранее сжатое и охлажденное количество воздуха дополнительно охлаждают и по меньшей мере частично сжижают в конденсаторе-испарителе, причем указанное количество воздуха затем подают в систему дистилляционных колонн. Здесь указанное количество воздуха называют «первым» количеством воздуха лишь для упрощенной ссылки или лингвистической ссылки. Здесь первое количество воздуха можно сжать до первого уровня давления, другими словами до уровня давления колонны высокого давления, но также до более высокого или более низкого уровня давления, до дополнительного охлаждения и по меньшей мере частичного сжижения. Как объясняется ниже, используемый здесь уровень давления согласован, в частности, с требуемым уровнем давления газовой третьей текучей среды, которую удаляют из колонны массообмена и которую поставляют в качестве газового кислородного продукта. Для сжатия здесь используют, в частности, основной воздушный компрессор установки разделения воздуха, или указанный основной воздушный компрессор включают вместе с другими компрессорами или вспомогательными компрессорами при сжатии. Охлаждение, выполняемое изначально до дополнительного охлаждения в конденсаторе-испарителе, осуществляют, в частности, в основном теплообменнике. Как объясняется, в этом случае можно полностью сжижить соответствующее первое количество воздуха и подать его в колонну низкого давления или частично подать в колонну высокого давления и в колонну низкого давления. Однако в некоторых случаях также может быть преимуществом, если соответствующее первое количество воздуха частично сжижают и подают, в частности, в форме двухфазного потока в колонну высокого давления.It is particularly advantageous if the previously compressed and cooled amount of air is further cooled and at least partially liquefied in an evaporator condenser, said amount of air then being fed into the distillation column system. Here, the specified amount of air is referred to as the "first" amount of air for simplified reference or linguistic reference only. Here, the first amount of air can be compressed to a first pressure level, in other words to the pressure level of the high pressure column, but also to a higher or lower pressure level, to additional cooling and at least partial liquefaction. As explained below, the pressure level used here is matched, in particular, with the required pressure level of the gaseous third fluid that is removed from the mass transfer column and supplied as a gaseous oxygen product. For compression here, in particular, the main air compressor of the air separation plant is used, or said main air compressor is switched on together with other compressors or auxiliary compressors during compression. The cooling carried out initially before the post-cooling in the condenser-evaporator takes place in particular in the main heat exchanger. As explained, in this case, it is possible to completely liquefy the corresponding first amount of air and supply it to the low pressure column, or partially supply it to the high pressure column and the low pressure column. However, in some cases it can also be advantageous if the corresponding first amount of air is partially liquefied and fed, in particular in the form of a two-phase stream, into the pressure column.

Другими словами, можно обеспечить, что отмеряют сжатое и охлажденное первое количество воздуха и выполняют его сжатие и охлаждение, так что указанное количество воздуха по меньшей мере частично сжижают в конденсаторе-испарителе ввиду дополнительного охлаждения, которое здесь осуществляют, где после сжижения первое количество воздуха по меньшей мере частично подают в колонну низкого давления или, например, также в колонну высокого давления и в колонну низкого давления. Как также объяснено ниже со ссылкой на Фиг. 3, в этом случае также можно подать первое количество воздуха, по меньшей мере частично сжиженное в конденсаторе-испарителе, только в колонну низкого давления. Указанное количество воздуха, в частности, проводят перед этим через переохладитель. В частности, в этом случае можно обеспечить, что помимо первого количества воздуха, в колонну высокого давления подают дополнительно сжатый и охлажденный, хотя и не сжиженный, воздух, который, в частности, не проводят через конденсатор-испаритель. Первое количество воздуха, а также не сжиженный воздух, подаваемые в колонну высокого давления, формируют, в частности, используя поток сжатого воздуха, который удаляют на холодной стороне из основного теплообменника соответствующей установки. Указанный поток воздуха сжимают, в частности, до уровня давления, при котором работает колонна высокого давления.In other words, it can be ensured that the compressed and cooled first amount of air is measured and compressed and cooled, so that said amount of air is at least partially liquefied in the evaporator condenser due to the additional cooling that is carried out here, where after liquefaction the first amount of air at least partially fed into the low pressure column or, for example, also into the high pressure column and into the low pressure column. As also explained below with reference to FIG. 3, it is also possible in this case to supply the first amount of air, at least partially liquefied in the evaporator condenser, only to the low pressure column. The specified amount of air, in particular, spend before this through the subcooler. In particular, in this case, it can be ensured that, in addition to the first amount of air, additionally compressed and cooled, although not liquefied, air is fed into the high-pressure column, which, in particular, is not carried through the evaporator condenser. The first amount of air, as well as non-liquefied air, supplied to the high pressure column is formed, in particular, using a compressed air stream that is removed on the cold side from the main heat exchanger of the respective plant. Said air stream is compressed, in particular, to the pressure level at which the high-pressure column operates.

В другой конфигурации настоящего изобретения можно обеспечить, что сжатое и охлажденное первое количество воздуха, которое в этом случае сжижают только частично в конденсаторе-испарителе ввиду дополнительного охлаждения, которое здесь осуществляют, составляет весь воздух, подаваемый в колонну высокого давления, другими словами, в колонну высокого давления не подают никакого дополнительного воздуха, помимо первого частичного количества. В частности, в этом случае помимо первого количества воздуха и второго количества воздуха, объясненного ниже, никакого дополнительного воздуха не подают в систему дистилляционных колонн.In another configuration of the present invention, it can be ensured that the compressed and cooled first amount of air, which in this case is only partially liquefied in the evaporator condenser due to the additional cooling that is carried out here, constitutes the entire air supplied to the high pressure column, in other words, to the column high pressure do not supply any additional air, in addition to the first partial amount. In particular, in this case, in addition to the first amount of air and the second amount of air explained below, no additional air is supplied to the distillation column system.

В обоих случаях обеспечивают среду в форме соответствующего количества воздуха, с помощью которой обогащенную кислородом жидкость из колонны высокого давления можно испарить вместе с кубовой жидкостью колонны массообмена. Используемый здесь воздух можно полностью подать в систему дистилляционных колонн. В отличие от обычных способов смесительной колонны весь подаваемый воздух поэтому включен в ректификацию.In both cases, a medium is provided in the form of an appropriate amount of air, with which the oxygen-enriched liquid from the high pressure column can be evaporated together with the bottom liquid of the mass transfer column. The air used here can be fully fed into the distillation column system. In contrast to conventional mixing column methods, all feed air is therefore included in the fractionation.

Как упоминалось, уровень давления, при котором подаваемый воздух проводят через конденсатор-испаритель, соответствует, в частности, требуемому уровню давления газовой третьей текучей среды, которую удаляют из колонны массообмена и которую предоставляют в качестве газового кислородного продукта. В одной конфигурации настоящего изобретения сжатие первого количества воздуха выполняют здесь до первого уровня давления перед по меньшей мере частичным сжижением в конденсаторе-испарителе. Газовую третью текучую среду удаляют из установки разделения воздуха или из холодильной камеры такой установки разделения воздуха, в частности, в этом случае при относительно низком уровне давления. Этот упомянутый последним уровень давления может составлять, например, приблизительно 320 кПа (3,2 бар) или менее. Здесь средняя разница температур в основном конденсаторе, который соединяет колонну высокого давления и колонну низкого давления путем теплообмена может, в частности, составлять приблизительно 1К. В принципе можно использовать более высокое давление кислородного продукта, однако это привело бы к первому уровню давления, который для этого необходимо дополнительно повышать. Однако это в общем связано с более плохой общей эффективностью Для соответствующего сжатия можно, в частности, обеспечить основной воздушный компрессор, из которого удаляют первое количество воздуха при первом уровне давления. Также можно обеспечить удаление первого количества воздуха из основного воздушного компрессора при более низком уровне давления, и указанное количество воздуха затем довести до первого уровня давления с помощью одного или более вспомогательных компрессоров или последующих компрессоров. Однако первое количество воздуха можно соответствующим образом также сжать в общем только до уровня давления, который ниже первого уровня давления, в частности, с последующей подачей в колонну низкого давления. В таком случае можно удалить газовую третью текучую среду из колонны массообмена установки разделения воздуха или из холодильной камеры такой установки разделения воздуха, в частности, при относительно низком или даже более низком уровне давления.As mentioned, the pressure level at which the feed air is passed through the evaporator condenser corresponds in particular to the required pressure level of the gaseous third fluid that is removed from the mass transfer column and provided as a gaseous oxygen product. In one configuration of the present invention, the first amount of air is compressed here to a first pressure level before at least partial liquefaction in the evaporator condenser. The gaseous third fluid is removed from the air separation unit or from the cooling chamber of such an air separation unit, in particular in this case at a relatively low pressure level. This last-mentioned pressure level may be, for example, approximately 320 kPa (3.2 bar) or less. Here, the average temperature difference in the main condenser, which connects the high pressure column and the low pressure column by heat exchange, may in particular be approximately 1K. In principle, a higher pressure of the oxygen product can be used, but this would lead to a first pressure level, which must be further increased for this. However, this is generally associated with poorer overall efficiency. For adequate compression, it is possible in particular to provide a main air compressor from which a first amount of air is removed at a first pressure level. It is also possible to ensure that the first amount of air is removed from the main air compressor at a lower pressure level, and said amount of air is then brought to the first pressure level using one or more auxiliary compressors or subsequent compressors. However, the first amount of air can also be suitably compressed in general only to a pressure level which is lower than the first pressure level, in particular, with subsequent feeding into a low pressure column. In such a case, it is possible to remove the gaseous third fluid from the mass transfer column of the air separation plant or from the cooling chamber of such an air separation plant, in particular at a relatively low or even lower pressure level.

Альтернативно, сжатие первого количества воздуха до по меньшей мере частичного сжижения в конденсаторе-испарителе также можно выполнять до уровня давления выше первого уровня давления. В этом случае газовую третью текучую среду удаляют из установки разделения воздуха или из холодильной камеры соответствующей установки разделения воздуха, в частности, при уровне давления, который больше 320 кПа (3,2 бар). Этот упомянутый последним уровень давления может быть ниже или составлять около первого уровня давления. Первый уровень давления соответствует уровню давления колонны высокого давления, которая работает, в частности, при приблизительно 500-700 кПа (5,0-7,0 бар). Уровень давления, до которого в этом случае сжимают первое количество воздуха, может, в частности, на 100 кПа - 700 кПа (1-7 бар) превышать первого уровня давления, например, составлять от 600 кПа до 1,4 МПа (от 6 до 14 бар). Соответствующее сжатие также можно выполнять в основном воздушном компрессоре, например, если это обеспечивает соответствующее конечное давление. В таком случае также можно удалить другие потоки воздуха из основного воздушного компрессора при более низком уровне давления. При этом также можно удалить первое количество воздуха из основного воздушного компрессора при более низком уровне давления и затем довести указанное количество воздуха до уровня давления выше первого уровня давления с помощью одного или более вспомогательных компрессоров или последующих компрессоров. Здесь газовую третью текучую среду можно удалить из колонны массообмена или из установки разделении воздуха или из ее холодильной камеры, в частности, при уровне давления, который составляет от 350 кПа до 1,1 МПа или от 400 кПа до 800 кПа (от 3,5 бар до 11 бар или от 4 до 8 бар) (за вычетом потерь давления в теплообменнике и в трубопроводах). Альтернативно, также возможно сжатие первого количества воздуха до по меньшей мере частичного сжижения в конденсаторе-испарителе до уровня давления ниже первого уровня давления.Alternatively, compression of the first amount of air to at least partial liquefaction in the evaporator condenser can also be performed to a pressure level above the first pressure level. In this case, the gaseous third fluid is removed from the air separation unit or from the cooling chamber of the respective air separation unit, in particular at a pressure level that is greater than 320 kPa (3.2 bar). This last-mentioned pressure level may be lower than or near the first pressure level. The first pressure level corresponds to the pressure level of the high pressure column, which operates, in particular, at about 500-700 kPa (5.0-7.0 bar). The pressure level to which the first amount of air is compressed in this case may in particular be 100 kPa to 700 kPa (1 to 7 bar) higher than the first pressure level, for example 600 kPa to 1.4 MPa (6 to 14 bar). Appropriate compression can also be carried out in the main air compressor, for example, if this provides an appropriate final pressure. In such a case, it is also possible to remove other air streams from the main air compressor at a lower pressure level. It is also possible to remove the first amount of air from the main air compressor at a lower pressure level and then bring the specified amount of air to a pressure level above the first pressure level using one or more auxiliary compressors or subsequent compressors. Here, the gaseous third fluid can be removed from the mass transfer column or from the air separation unit or from its cooling chamber, in particular at a pressure level that is from 350 kPa to 1.1 MPa or from 400 kPa to 800 kPa (from 3.5 bar up to 11 bar or 4 to 8 bar) (excluding pressure losses in the heat exchanger and in the pipelines). Alternatively, it is also possible to compress the first amount of air to at least partially liquefy in the evaporator condenser to a pressure level below the first pressure level.

В способе по изобретению ранее сжатое и охлажденное подобным образом количество воздуха, которое здесь называют «вторым» количеством воздухом лишь для упрощенной ссылки или лингвистической ссылки, преимущественно расширяют до второго уровня давления и подают в колонну низкого давления. В этом случае указанное количество воздуха является количеством воздуха, которое расширяют в турбодетандере (турбине Лахманна, инжекционной турбине) и которое значительно влияет на количество азота под давлением или жидкого продукта, который можно в целом удалить из установки. Количество удаляемого продукта(ов) жидкого воздуха в каждом случае рассматривают ниже. Данное количество в каждом случае выражают в виде эквивалентного количества жидкого азота, причем последнее вычисляют, исходя из 1,08-кратного количества удаленного жидкого кислорода плюс количество удаленного жидкого азота. Эквивалентное количество жидкого азота выражают в стандартных кубических метрах в час.In the method of the invention, the previously compressed and thus cooled amount of air, here referred to as "second" amount of air for simplified or linguistic reference only, is advantageously expanded to a second pressure level and fed into the low pressure column. In this case, said amount of air is the amount of air that is expanded in the turboexpander (Lachmann turbine, injection turbine) and which significantly affects the amount of pressurized nitrogen or liquid product that can be removed from the plant as a whole. The amount of liquid air product(s) removed in each case is discussed below. This amount is in each case expressed as an equivalent amount of liquid nitrogen, the latter being calculated from 1.08 times the amount of liquid oxygen removed plus the amount of liquid nitrogen removed. The equivalent amount of liquid nitrogen is expressed in standard cubic meters per hour.

В первой альтернативе в этом случае сжатие второго количества воздуха до его охлаждения и его расширения до второго уровня давления выполняют до уровня давления, который выше первого уровня давления, в частности, на 100 кПа - 1,1 МПа (1-11 бар) выше первого уровня давления, например, составляет от 600 кПа до 1,8 МПа (от 6 до 18 бар), где один или более жидких воздушных продуктов удаляют из установки разделения воздуха в эквивалентном количестве жидкого азота, которое соответствует до 3,5 мольн. % от количества вещества, подаваемого в общем в систему дистилляционных колонн, и которое соответствует, в частности, более чем 1,5 мольн. % от количества вещества, подаваемого в общем в систему дистилляционных колонн. Здесь богатый азотом продукт(ы) под давлением образуют, используя текучую среду, удаленную из колонны высокого давления. В этой конфигурации настоящего изобретения таким образом можно обеспечить относительно большое количество соответствующих продуктов. Сжатие второго количества воздуха до уровня давления выше первого уровня давления можно в этом случае подобным образом выполнять в основном воздушном компрессоре, если последний обеспечивает соответствующее конечное давление. В этом случае дополнительные потоки воздуха, например, первое количество воздуха, можно удалять из соответствующего основного воздушного компрессора при подходящем равном или более низком уровне давления. Также можно сначала выполнить сжатие в основном воздушном компрессоре до более низкого уровня давления, где затем можно осуществить последующее сжатие в одном или более вспомогательных компрессорах или соответствующих последующих компрессорах.In the first alternative, in this case, the compression of the second amount of air until it is cooled and expanded to the second pressure level is carried out to a pressure level that is higher than the first pressure level, in particular 100 kPa - 1.1 MPa (1-11 bar) higher than the first pressure level, for example, is from 600 kPa to 1.8 MPa (from 6 to 18 bar), where one or more liquid air products are removed from the air separation unit in an equivalent amount of liquid nitrogen, which corresponds to 3.5 mol. % of the amount of substance supplied in general to the distillation column system, and which corresponds, in particular, to more than 1.5 mol. % of the amount of substance fed in total to the distillation column system. Here, the pressurized nitrogen-rich product(s) is formed using the fluid removed from the pressure column. In this configuration of the present invention, a relatively large amount of suitable products can be provided in this way. The compression of the second amount of air to a pressure level higher than the first pressure level can in this case be carried out in a similar way in the main air compressor, if the latter provides an appropriate final pressure. In this case, additional air streams, for example, the first amount of air, can be removed from the respective main air compressor at a suitably equal or lower pressure level. It is also possible to first compress in the main air compressor to a lower pressure level, where it can then be subsequently compressed in one or more auxiliary compressors or respective subsequent compressors.

Наоборот, во второй альтернативе сжатие второго количеств воздуха до его охлаждения и его расширения до второго уровня давления выполняют только до первого уровня давления, где один или более жидких воздушных продуктов удаляют из установки разделения воздуха в эквивалентном количестве жидкого азота, которое соответствует до 1,7 мольн. % от количества вещества, подаваемого в общем в систему дистилляционных колонн, и которое соответствует, в частности, более чем 0,7 мольн. % от количества вещества, подаваемого в общем в систему дистилляционных колонн. В этой конфигурации настоящего изобретения таким образом можно обеспечить меньшее количество соответствующих продуктов, чем выше. Сжатие можно выполнять любым требуемым образом, в частности, в основном воздушном компрессоре. Дополнительные воздушные фракции, в частности, первую воздушную фракцию, можно в этом случае сжать до того же уровня давления или более высокого уровня давления.On the contrary, in the second alternative, the compression of the second amount of air until it is cooled and expanded to the second pressure level is performed only up to the first pressure level, where one or more liquid air products are removed from the air separation unit in an equivalent amount of liquid nitrogen, which corresponds to up to 1.7 mol. % of the amount of substance supplied in general to the distillation column system, and which corresponds, in particular, to more than 0.7 mol. % of the amount of substance fed in total to the distillation column system. In this configuration of the present invention, fewer corresponding products can be provided in this way than above. The compression can be carried out in any desired manner, in particular in the main air compressor. Additional air fractions, in particular the first air fraction, can then be compressed to the same pressure level or a higher pressure level.

Наконец, в рамках настоящего изобретения можно также осуществить в третьей альтернативе сжатие второго количества воздуха до его охлаждения и его расширения до второго уровня давления, выполняемое до уровня давления, который ниже первого уровня давления, где один или более жидких воздушных продуктов удаляют из установки разделения воздуха в эквивалентном количестве жидкого азота, которое соответствует до 1,0 мольн. % от количества вещества, подаваемого в общем в систему дистилляционных колонн, и которое соответствует, в частности, (без учета количества предохранительных промывок) более чем 0,0 мольн. % количества вещества, подаваемого в общем в систему дистилляционных колонн. Эта конфигурация настоящего изобретения поэтому подходит для тех случаев, в которых она предназначена для предоставления чрезвычайно небольшого количества соответствующих продуктов. Сжатие можно осуществлять здесь, в частности, в основном воздушном компрессоре, из которого в этом случае второе количество воздуха можно удалить, в частности, при промежуточном уровне давления. Здесь это является особенно выгодным в показателях энергии, если последующее сжатие воздуха все еще выполняют перед очисткой воздуха. Здесь очистка воздуха должна состоять из двух адсорберов, работающих при различных давлениях (известных из WO 2013/053425 А2). В частности, если сжатие второго количества воздуха до его охлаждения и его расширения до второго уровня давления выполняют до уровня давления, который ниже первого уровня давления, возможно соответствующее сжатие первого количества воздуха до по меньшей мере частичного сжижения в конденсаторе-испарителе до уровня давления ниже первого уровня давления. Соответствующие уровни давления ниже первого уровня давления могут в этом случае, в частности, быть равными друг другу.Finally, within the scope of the present invention, it is also possible in a third alternative to compress the second amount of air before cooling it and expanding it to a second pressure level, carried out to a pressure level that is lower than the first pressure level, where one or more liquid air products are removed from the air separation unit in an equivalent amount of liquid nitrogen, which corresponds to up to 1.0 mol. % of the amount of substance supplied in general to the distillation column system, and which corresponds, in particular, (excluding the number of safety washings) to more than 0.0 mol. % of the amount of substance fed in total to the distillation column system. This configuration of the present invention is therefore suitable for those cases in which it is intended to provide an extremely small amount of relevant products. The compression can be carried out here, in particular, in the main air compressor, from which in this case the second amount of air can be removed, in particular at an intermediate pressure level. Here, this is particularly advantageous in terms of energy if the subsequent air compression is still carried out before air purification. Here, the air purification should consist of two adsorbers operating at different pressures (known from WO 2013/053425 A2). In particular, if the compression of the second amount of air before it is cooled and expanded to the second pressure level is carried out to a pressure level that is lower than the first pressure level, it is possible to correspondingly compress the first amount of air to at least partially liquefy in the evaporator condenser to a pressure level below the first pressure level. pressure level. The respective pressure levels below the first pressure level may in this case in particular be equal to each other.

Во всех объясненных случаях поэтому можно приспособить конфигурацию способа по изобретению в каждом случае для требуемого давления газовой третьей текучей среды, которую удаляют из колонны массового переноса или из установки разделения воздуха или из ее холодильной камеры, другими словами богатого кислородом продукта под давлением, и в каждом случае для требуемого количества одного или более богатых азотом продуктов под давлением и/или одного или более жидких продуктов. В этом случае, в общем, можно осуществить сжатие первого количества воздуха, другими словами того количества воздуха, которое затем по меньшей мере частично сжижают в конденсаторе-испарителе колонны массообмена, до первого уровня давления или до более высокого или более низкого уровня давления (последнее, в частности, в случае, когда по меньшей мере частично сжиженный воздух подают в колонну низкого давления и в случае относительно низких давлений продуктов) и сжатие второго количества воздуха, другими словами того количества воздуха, которое затем последовательно расширяют, в частности, в турбодетандере, и подают в колонну низкого давления, до уровня давления, который выше, находится на уровне или ниже первого уровня давления. Наоборот, дополнительное количество воздуха, которое подают в колонну высокого давления после проведения через основной теплообменник и которое выше по потоку от основного теплообменника и выше по потоку от колонны высокого давления, не подвергают дополнительному воздействию средств, воздействующих на давление и/или температуру, преимущественно сжимают до первого уровня давления выше по потоку от основного теплообменника. В зависимости от достигаемого уровня давления основной воздушный компрессор используют сам по себе или используют сочетание основного воздушного компрессора и одного или более вспомогательных компрессоров и/или последующих компрессоров.In all the cases explained, it is therefore possible to adapt the configuration of the process according to the invention in each case to the required pressure of the gaseous third fluid which is removed from the mass transfer column or from the air separation plant or from its chiller, in other words the pressurized oxygen rich product, and in each case for the required amount of one or more nitrogen-rich pressurized products and/or one or more liquid products. In this case, it is generally possible to compress the first quantity of air, in other words the quantity of air which is then at least partially liquefied in the condenser-evaporator of the mass transfer column, to a first pressure level or to a higher or lower pressure level (the latter in particular in the case where at least partially liquefied air is supplied to the low-pressure column and in the case of relatively low product pressures) and the compression of the second amount of air, in other words the amount of air which is subsequently subsequently expanded, in particular in the turboexpander, and is fed into the low pressure column to a pressure level that is higher, at or below the first pressure level. Conversely, the additional air which is fed into the pressure column after passing through the main heat exchanger and which is upstream of the main heat exchanger and upstream of the pressure column is not subjected to additional pressure and/or temperature influencing means, is advantageously compressed to a first pressure level upstream of the main heat exchanger. Depending on the pressure level achieved, the main air compressor is used alone or a combination of the main air compressor and one or more auxiliary compressors and/or subsequent compressors is used.

В другой конфигурации настоящего изобретения также можно соответствующее ранее сжатое и охлажденное второе количество воздуха расширить до первого уровня давления и подать в колонну высокого давления, в которой сжатие второго количества воздуха до его охлаждения и его расширения до первого уровня давления в этом случае выполняют до уровня давления, который выше первого уровня давления и, кроме того, один или более газовых богатых азотом продуктов под давлением в этом случае удаляют из установки разделения воздуха в общем количестве, которое соответствует до 30 мольн. % от количества вещества, подаваемого в общем в систему дистилляционных колонн.In another configuration of the present invention, it is also possible to expand the corresponding previously compressed and cooled second amount of air to a first pressure level and feed it into a high pressure column, in which the compression of the second amount of air until it is cooled and expanded to the first pressure level is in this case carried out to a pressure level , which is higher than the first pressure level and, in addition, one or more nitrogen-rich gas products under pressure in this case are removed from the air separation unit in a total amount that corresponds to up to 30 mol. % of the amount of substance fed in total to the distillation column system.

По настоящему изобретению жидкую пятую текучую среду с пятым содержанием кислорода, между третьим и четвертым содержаниями кислорода, удаляют из колонны массообмена и по меньшей мере частично подают в колонну низкого давления. Пятую текучую среду удаляют из колонны массообмена между точкой подачи первой текучей среды и точкой подачи обогащенной кислородом жидкости. По изобретению пятую текучую среду или ее фракцию, подаваемую в колонну низкого давления, подают в колонну низкого давления в положении, которое расположено ниже положения, при котором четвертую текучую среду или ее фракцию, подаваемую в колонну низкого давления, подают в колонну низкого давления. Данные два положения преимущественно являются одной или более областями разделения или секциями разделения, отделенными друг от друга. Если колонна массообмена имеет общее число теоретических или практических тарелок от 5 до 40, точка удаления пятой текучей среды может быть расположена, в частности, на 10-30 теоретических или практических тарелок выше дна колонны массообмена. Как упоминалось, колонна массообмена может в этом случае содержать дополнительную секцию разделения. Согласно особенно предпочтительному воплощению настоящего изобретения колонна массообмена поэтому содержит первую и вторую секцию разделения, которые, в частности, каждая содержит структуры массообмена подходящего типа, в частности, в форме разделительных тарелок (ситчатых тарелок) или в форме структурированных или неструктурированных насадок. Собирающая структура для жидкости, в частности, в форме так называемой чашки, с помощью которой пятую текучую среду можно собрать и выгрузить, расположена между первой и второй секциями разделения. Область, которая не содержит структур массообмена представленного типа, расположена, в частности, между первой и второй секциями разделения.According to the present invention, a liquid fifth fluid with a fifth oxygen content, between the third and fourth oxygen content, is removed from the mass transfer column and at least partially fed into the low pressure column. The fifth fluid is removed from the mass transfer column between the first fluid feed point and the oxygen-enriched liquid feed point. According to the invention, the fifth fluid or fraction thereof supplied to the low pressure column is fed into the low pressure column at a position which is below the position at which the fourth fluid or fraction thereof supplied to the low pressure column is fed into the low pressure column. These two positions are advantageously one or more separation areas or separation sections separated from each other. If the mass transfer column has a total number of theoretical or practical trays from 5 to 40, the fifth fluid removal point may be located, in particular, 10 to 30 theoretical or practical trays above the bottom of the mass transfer column. As mentioned, the mass transfer column may in this case contain an additional separation section. According to a particularly preferred embodiment of the present invention, the mass transfer column therefore comprises a first and a second separation section, which in particular each contain mass transfer structures of a suitable type, in particular in the form of separation plates (sieve plates) or in the form of structured or unstructured packings. A liquid collection structure, in particular in the form of a so-called cup, with which the fifth fluid can be collected and discharged, is located between the first and second separation sections. The area, which does not contain mass transfer structures of the type shown, is located in particular between the first and second separation sections.

Удаление пятой текучей среды из колонны массообмена и подачу ее в колонну низкого давления, которая для этой цели может также быть оборудована соответствующей дополнительной секцией разделения, приводит не только к лучше оптимизированным отношениям жидкость/пар (Ж/П) в колонне низкого давления, но также к достижению улучшения массообмена в колонне массообмена, так как профиль концентрации в более низкой области колонны становится ближе к линии равновесия. В результате давление богатого кислородом воздушного продукта можно повысить без необходимости одновременного повышения соответствующего давления воздуха. Основная причина этого состоит в том, что жидкость, стекающая вниз в нижней секции колонны массообмена, содержит значительно меньше кислорода (жидкость таким образом становится холоднее), и при смешивании двух жидкостей происходит меньше потерь.Removal of the fifth fluid from the mass transfer column and feeding it into the low pressure column, which can also be equipped with a suitable additional separation section for this purpose, results not only in better optimized liquid/vapor (L/V) ratios in the low pressure column, but also to achieve improved mass transfer in the mass transfer column as the concentration profile in the lower region of the column becomes closer to the equilibrium line. As a result, the pressure of the oxygen-rich air product can be increased without the need to simultaneously increase the corresponding air pressure. The main reason for this is that the liquid flowing down in the lower section of the mass transfer column contains significantly less oxygen (the liquid thus becomes colder) and there is less loss when the two liquids are mixed.

Кроме того, в рамках настоящего изобретения предложено использование так называемого конденсатора-испарителя напорного течения (в частности, в так называемой «прямоточной» конфигурации) в качестве конденсатора-испарителя для испарения обогащенной кислородом жидкости, удаляемой из колонны высокого давления, и кубовой жидкости колонны массообмена.In addition, the present invention proposes the use of a so-called forced flow evaporator condenser (particularly in a so-called "co-current" configuration) as an evaporator condenser for evaporating the oxygen-enriched liquid removed from the high pressure column and the bottom liquid of the mass transfer column .

В конденсаторе-испарителе напорного течения поток жидкости проводят под напором через зону испарения с помощью ее собственного давления и частично испаряют в ней. Указанное давление создают, например, с помощью столба жидкости в трубопроводе подачи в зону испарения и, таким образом, чисто гидростатически. Здесь высота указанного столба жидкости соответствует потере давления в зоне испарения. Смесь газа и жидкости, выходящую из зоны испарения, разделенную на фазы в «прямоточном» конденсаторе-испарителе указанного типа, проводят непосредственно дальше на следующую стадию способа или в расположенное ниже по потоку устройство и, в частности, не вводят в ванну для жидкости конденсатора-испарителя, из которой фракцию, остающуюся в жидкой форме, необходимо снова извлекать.In the pressurized flow condenser-evaporator, the liquid flow is carried under pressure through the evaporation zone by means of its own pressure and partially evaporated in it. Said pressure is generated, for example, by means of a liquid column in the supply line to the evaporation zone and thus purely hydrostatically. Here, the height of said liquid column corresponds to the pressure loss in the evaporation zone. The mixture of gas and liquid leaving the evaporation zone, phase-separated in a "co-current" condenser-evaporator of the type indicated, is carried directly further to the next stage of the process or to a device located downstream and, in particular, is not introduced into the liquid bath of the condenser - evaporator, from which the fraction remaining in liquid form must be recovered again.

В способе по изобретению конденсатор-испаритель поэтому сконструирован так, что в указанном конденсаторе-испарителе поток жидкости, содержащий по меньшей мере часть обогащенной кислородом жидкости, удаленной из колонны высокого давления, и по меньшей мере часть кубовой жидкости из колонны массообмена проводят под напором через зону испарения с помощью его собственного давления, в частности, чисто гидростатически, другими словами без дополнительного повышения давления с помощью насоса (но, возможно, при определенном гидростатическом давлении или общем основном давлении, при котором предоставляют поток жидкости, в частности, объясненном выше рабочем давлении выше атмосферного колонны массообмена) и частично испаряют в ней, где, в частности, предотвращают повторное протекание через зону испарения фракции, не испаренной в течение частичного испарения.In the method according to the invention, the evaporator condenser is therefore designed such that, in said evaporator condenser, a liquid stream containing at least a portion of the oxygen-enriched liquid removed from the pressure column and at least a portion of the bottom liquid from the mass transfer column is carried under pressure through the zone evaporation by means of its own pressure, in particular purely hydrostatically, in other words without additional pressurization by means of a pump (but possibly at a certain hydrostatic pressure or the general main pressure at which the fluid flow is provided, in particular the working pressure explained above above atmospheric column of mass transfer) and partially evaporated in it, where, in particular, prevent re-flow through the evaporation zone of the fraction not evaporated during partial evaporation.

Использование соответствующих конденсаторов-испарителей напорного течения обеспечивает установление давления кислородного продукта, полученного в форме третьей текучей среды в соответствующей установке, на значительно более высоком уровне, чем в случае обычных конструкций конденсаторов-испарителей (так называемых «бассейновых» конденсаторов-испарителей). В рамках настоящего изобретения использование объясненных типов конденсаторов-испарителей является приемлемым из-за большого избытка жидкости и относительно низкого содержания кислорода.The use of suitable pressure flow evaporator condensers ensures that the pressure of the oxygen product obtained in the form of the third fluid in the respective plant is set to a level significantly higher than in the case of conventional evaporator condenser designs (so-called "pool" evaporator condensers). Within the scope of the present invention, the use of the types of evaporator condensers explained is acceptable due to the large excess of liquid and the relatively low oxygen content.

В рамках настоящего изобретения первую текучую среду можно формировать, используя кубовую жидкость из колонны низкого давления. Наоборот, согласно другой конфигурации первую текучую среду формируют, используя жидкость, которую удаляют из колонны низкого давления на несколько теоретических или практических тарелок выше дна, где дополнительную жидкость удаляют со дна колонны низкого давления и выгружают из установки разделения воздуха. Таким образом также можно предоставить чистый кислородный продукт в форме дополнительной жидкости, удаленной из колонны низкого давления.Within the scope of the present invention, the first fluid may be formed using the bottom liquid from the low pressure column. Conversely, according to another configuration, the first fluid is formed using liquid that is removed from the low pressure column several theoretical or practical trays above the bottom, where additional liquid is removed from the bottom of the low pressure column and discharged from the air separation unit. In this way, it is also possible to provide pure oxygen product in the form of additional liquid removed from the low pressure column.

В рамках настоящего изобретения, как упоминалось, воздух под давлением, в частности, инжектируют в колонну низкого давления. Как упоминалось, это вносит вклад в инжекционный эквивалент. Следовательно, его количество можно повысить по сравнению с известными установками разделения воздуха, содержащими смесительные колонны. В способе согласно соответствующей конфигурации настоящего изобретения таким образом можно расширить сжатый и охлажденный воздух до второго уровня давления с помощью одного или более турбодетандеров и подать в колонну низкого давления. Здесь воздух можно сжать до первого уровня давления, другими словами до уровня давления колонны высокого давления, а также до более высокого или более низкого уровня давления, как уже объяснялось выше со ссылкой на второе количество воздуха. Для сжатия здесь, в частности, используют основной воздушный компрессор установки разделения воздуха или указанный основной воздушный компрессор включен в сжатие вместе с дополнительными компрессорами или вспомогательными компрессорами. Охлаждение осуществляют, в частности, в основном теплообменнике. До и/или в течение расширения соответствующую фракцию воздуха можно охладить, в частности, в основном теплообменнике установки разделения воздуха. Расширение можно осуществлять, например, с помощью генераторной турбины. Альтернативно, также можно осуществлять расширение в турбине, которая соединена с вспомогательным компрессором и которая доводит дополнительную фракцию воздуха до еще более высокого уровня давления. Указанную дополнительную фракцию воздуха можно, в частности, охладить перед ее дополнительным сжатием или подать во вспомогательный компрессор в теплом состоянии. Кроме того, или в качестве альтернативы для использования соответствующего вспомогательного компрессора, возможно использование отдельного последующего компрессора, который доводит фракцию воздуха до уровня давления, более высокого, чем первый уровень давления.Within the scope of the present invention, as mentioned, pressurized air is in particular injected into the low pressure column. As mentioned, this contributes to the injection equivalent. Therefore, its amount can be increased compared to known air separation plants containing mixing columns. In the method according to the corresponding configuration of the present invention, it is thus possible to expand the compressed and cooled air to the second pressure level by means of one or more turbo-expanders and feed into the low pressure column. Here, the air can be compressed to the first pressure level, in other words to the pressure level of the high pressure column, as well as to a higher or lower pressure level, as already explained above with reference to the second amount of air. For compression here, in particular, the main air compressor of the air separation plant is used, or said main air compressor is included in the compression together with additional compressors or auxiliary compressors. Cooling is carried out, in particular, in the main heat exchanger. Before and/or during the expansion, the respective air fraction can be cooled, in particular in the main heat exchanger of the air separation plant. The expansion can be carried out, for example, using a generator turbine. Alternatively, it is also possible to carry out the expansion in a turbine which is connected to an auxiliary compressor and which brings the additional air fraction to an even higher pressure level. Said additional air fraction can, in particular, be cooled down before being further compressed or fed into the auxiliary compressor in a warm state. In addition, or as an alternative to using a suitable auxiliary compressor, it is possible to use a separate subsequent compressor which brings the air fraction to a pressure level higher than the first pressure level.

Как объяснялось, в рамках настоящего изобретения можно загрузить колонну массообмена, в частности, кубовой жидкостью из колонны высокого давления. Однако, также можно (дополнительную) кубовую жидкость удалить из колонны высокого давления и, не подавая в колонну массообмена, подать непосредственно, другими словами неизмененную по составу вещества, в колонну низкого давления. Это соответствует нормальной работе установке разделения воздуха.As explained, within the framework of the present invention, it is possible to load the mass transfer column, in particular, with bottom liquid from the high pressure column. However, it is also possible to remove the (additional) bottom liquid from the high pressure column and, without feeding it to the mass transfer column, feed it directly, in other words unchanged in composition, to the low pressure column. This corresponds to the normal operation of the air separation unit.

В другой конфигурации способа по изобретению обогащенную азотом или богатую азотом текучую среду можно удалить в газовой форме из колонны высокого давления и затем расширить с помощью одного или более турбодетандеров. Таким образом, можно использовать так называемые турбины азота под давлением, как объяснено во введении. В частности, также возможно использование так называемых турбин азота под давлением с примесями. Соответственно расширенные текучие среды можно подать в колонну низкого давления или выгрузить из установки разделения воздуха. Такие текучие среды вносят вклад в инжекционный эквивалент.In another configuration of the process of the invention, the nitrogen-rich or nitrogen-rich fluid may be removed in gaseous form from the pressure column and then expanded with one or more turbo expanders. Thus, so-called pressurized nitrogen turbines can be used, as explained in the introduction. In particular, it is also possible to use so-called pressurized nitrogen turbines with impurities. Accordingly, the expanded fluids may be fed into the low pressure column or discharged from the air separation unit. Such fluids contribute to the injection equivalent.

Настоящее изобретение также распространяется на установку разделения воздуха, содержащую систему дистилляционных колонн, которая содержит колонну высокого давления, выполненную для работы при первом уровне давления, колонну низкого давления, выполненную для работы при втором уровне давления, ниже первого уровня давления, и колонну массообмена, выполненную для работы при третьем уровне давления, где установка разделения воздуха выполнена для осуществления массообмена в колонне массообмена жидкой первой текучей среды с первым содержанием кислорода и газовой второй текучей среды со вторым содержанием кислорода, ниже первого содержания кислорода, друг с другом, для удаления газовой третьей текучей среды с третьим содержанием кислорода, пониженным по отношению к первому содержанию кислорода, из колонны массообмена и по меньшей мере частичной выгрузки указанной третьей текучей среды из установки разделения воздуха, для удаления жидкой четвертой текучей среды с четвертым содержанием кислорода, соответствующим по меньшей мере второму содержанию кислорода, из колонны дополнительного массообмена и для по меньшей мере частичной подачи указанной четвертой текучей среды в колонну низкого давления и для образования первой текучей среды с использованием по меньшей мере части богатой кислородом жидкости, удаленной из колонны низкого давления. Установка разделения воздуха также выполнена для образования второй текучей среды с использованием обогащенной кислородом жидкости, удаленной из колонны высокого давления. Более того, установка разделения воздуха выполнена для смешивания и для частичного испарения в конденсаторе-испарителе обогащенной кислородом жидкости, удаленной из колонны высокого давления, и кубовой жидкости колонны массообмена.The present invention also extends to an air separation plant comprising a distillation column system which comprises a high pressure column configured to operate at a first pressure level, a low pressure column configured to operate at a second pressure level below the first pressure level, and a mass transfer column configured to for operation at a third pressure level, where the air separation unit is designed to carry out mass transfer in the mass exchange column of a liquid first fluid with a first oxygen content and a gaseous second fluid with a second oxygen content, below the first oxygen content, with each other, to remove the gaseous third fluid media with a third oxygen content reduced relative to the first oxygen content from the mass transfer column and at least partial unloading of said third fluid from the air separation unit to remove a liquid fourth fluid with a fourth oxygen content corresponding to at least a second oxygen content from the additional mass transfer column and for at least partially supplying said fourth fluid to the low pressure column and for generating a first fluid using at least a portion of the oxygen rich liquid removed from the low pressure column. The air separation unit is also configured to generate a second fluid using the oxygen-enriched liquid removed from the high pressure column. Moreover, the air separation unit is designed to mix and partially vaporize in the evaporator condenser the oxygen-enriched liquid removed from the high pressure column and the bottom liquid of the mass transfer column.

В этом случае в установке разделения воздуха по изобретению сконструирован конденсатор-испаритель, и он включен в установку разделения воздуха, так что поток жидкости, который содержит по меньшей мере часть обогащенной кислородом жидкости, удаленной из колонны высокого давления, и по меньшей мере часть кубовой жидкости из колонны массообмена, проводят под напором через зону испарения с помощью его собственного давления и частично испаряют в ней.In this case, an evaporator condenser is constructed in the air separation plant of the invention and included in the air separation plant such that a liquid stream that contains at least a portion of the oxygen-enriched liquid removed from the pressure column and at least a portion of the bottom liquid from the mass transfer column, is carried under pressure through the evaporation zone using its own pressure and partially evaporated in it.

Более того, по изобретению установка разделения воздуха выполнена для удаления жидкой пятой текучей среды с пятым содержанием кислорода, между третьим и четвертым содержаниями кислорода, из колонны массообмена между точкой подачи первой текучей среды и точкой подачи обогащенной кислородом жидкости и для по меньшей мере частичной подачи указанной пятой текучей среды в колонну низкого давления, в которой обеспечены средства, которые выполнены для подачи пятой текучей среды или ее фракции, подаваемой в колонну низкого давления, ниже четвертой текучей среды или ее фракции, подаваемой в колонну низкого давления. Для удаления и подачи потоков текучей среды по изобретению обеспечены соответствующие средства, например, соединительные трубопроводы и т.п.Moreover, according to the invention, the air separation plant is designed to remove a liquid fifth fluid with a fifth oxygen content, between the third and fourth oxygen content, from the mass transfer column between the first fluid supply point and the oxygen-enriched liquid supply point, and to at least partially supply said the fifth fluid into the low pressure column, in which means are provided that are made for supplying the fifth fluid or its fraction supplied to the low pressure column below the fourth fluid or its fraction supplied to the low pressure column. Appropriate means are provided for removing and supplying fluid streams according to the invention, for example, connecting pipelines and the like.

Для признаков и преимуществ соответствующей установки разделения воздуха следует явно дать ссылки на приведенные выше объяснения в отношении способа по изобретению и различных его преимущественных конфигураций. Соответствующая установка разделения воздуха, в частности, выполнена для практической реализации соответствующего способа и содержит соответствующие средства.For the features and advantages of an appropriate air separation plant, reference should be made explicitly to the above explanations in relation to the method of the invention and its various advantageous configurations. The corresponding air separation plant is in particular designed for the practical implementation of the corresponding method and contains the corresponding means.

В установке разделения воздуха по изобретению колонна высокого давления и колонна низкого давления, в частности, соединены друг с другом теплообменным образом с помощью многоуровневого каскадного испарителя или испарителя с падающей пленкой.In the air separation plant according to the invention, the high pressure column and the low pressure column, in particular, are connected to each other in a heat exchange manner by means of a multi-stage cascade or falling film evaporator.

Изобретение объясняется более подробно со ссылкой на приложенные чертежи, на которых показаны предпочтительные воплощения изобретения.The invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawings, which show preferred embodiments of the invention.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На Фиг. 1 показана установка разделения воздуха согласно одному воплощению изобретения в форме упрощенной схемы технологического процесса.On FIG. 1 shows an air separation plant according to one embodiment of the invention in the form of a simplified process flow diagram.

На Фиг. 1 показана установка разделения воздуха согласно одному воплощению изобретения в форме упрощенной схемы технологического процесса.On FIG. 1 shows an air separation plant according to one embodiment of the invention in the form of a simplified process flow diagram.

На Фиг. 1 показана установка разделения воздуха согласно одному воплощению изобретения в форме упрощенной схемы технологического процесса.On FIG. 1 shows an air separation plant according to one embodiment of the invention in the form of a simplified process flow diagram.

На Фиг. 2 показана установка разделения воздуха согласно одному воплощению изобретения в форме упрощенной схемы технологического процесса.On FIG. 2 shows an air separation plant according to one embodiment of the invention in the form of a simplified process flow diagram.

На Фиг. 3 показана установка разделения воздуха согласно одному воплощению изобретения в форме упрощенной схемы технологического процесса.On FIG. 3 shows an air separation plant according to one embodiment of the invention in the form of a simplified process flow diagram.

На Фиг. 4 показана установка разделения воздуха согласно одному воплощению изобретения в форме упрощенной схемы технологического процесса.On FIG. 4 shows an air separation plant according to one embodiment of the invention in the form of a simplified process flow diagram.

На Фиг. 5А показана установка разделения воздуха согласно одному воплощению изобретения в форме упрощенной схемы технологического процесса.On FIG. 5A shows an air separation plant according to one embodiment of the invention in the form of a simplified process flow diagram.

На Фиг. 5В показана установка разделения воздуха согласно одному воплощению изобретения в форме упрощенной схемы технологического процесса.On FIG. 5B shows an air separation plant according to one embodiment of the invention in the form of a simplified process flow diagram.

На Фиг. 5С показана установка разделения воздуха согласно одному воплощению изобретения в форме упрощенной схемы технологического процесса.On FIG. 5C shows an air separation plant according to one embodiment of the invention in the form of a simplified process flow diagram.

На Фиг. 6 показана установка разделения воздуха согласно одному воплощению изобретения в форме упрощенной схемы технологического процесса.On FIG. 6 shows an air separation plant according to one embodiment of the invention in the form of a simplified process flow diagram.

На Фиг. 7 показана установка разделения воздуха согласно одному воплощению изобретения в форме упрощенной схемы технологического процесса.On FIG. 7 shows an air separation plant according to one embodiment of the invention in the form of a simplified process flow diagram.

На Фиг. 8 показана установка разделения воздуха согласно одному воплощению изобретения в форме упрощенной схемы технологического процесса.On FIG. 8 shows an air separation plant according to one embodiment of the invention in the form of a simplified process flow diagram.

На Фиг. 9 показана установка разделения воздуха согласно одному воплощению изобретения в форме упрощенной схемы технологического процесса.On FIG. 9 shows an air separation plant according to one embodiment of the invention in the form of a simplified process flow diagram.

Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention

На чертежах элементы, которые соответствуют друг другу структурно или функционально, обозначены одинаковыми номерами позиций и, для ясности, не объясняются повторно. Установки разделения воздуха согласно предпочтительным воплощениям настоящего изобретения показаны в каждом случае на основе чертежей. Однако соответствующие объяснения таким же образом относятся к способам согласно предпочтительным конфигурациям настоящего изобретения, так что когда детали или соответствующие установки описывают ниже, соответствующие объяснения для стадий способа, выполняемые с помощью указанных деталей, также применимы. На чертежах потоки жидких веществ каждый показаны с помощью заполненных (черных) стрелок, и потоки газовых веществ каждый показаны с помощью незаполненных (белых) стрелок.In the drawings, elements that correspond structurally or functionally to each other are identified by the same reference numerals and, for the sake of clarity, are not explained again. Air separation plants according to the preferred embodiments of the present invention are shown in each case on the basis of the drawings. However, the corresponding explanations apply in the same way to the methods according to the preferred configurations of the present invention, so that when the details or the corresponding settings are described below, the corresponding explanations for the method steps performed by said details are also applicable. In the drawings, liquid material flows are each shown with filled (black) arrows and gaseous material flows are each shown with empty (white) arrows.

В описании чертежей устройство, называемое выше «колонной массообмена», просто называют «смесительной колонной». Как пояснялось, она отличается от обычной смесительной колонны рядом признаков.In the description of the drawings, the apparatus referred to above as "mass transfer column" is simply referred to as "mixing column". As explained, it differs from a conventional mixing tower in a number of ways.

На Фиг. 1 установка разделения воздуха согласно одному воплощению настоящего изобретения в форме сильно упрощенной схемы технологического процесса показана и в общем обозначена 100.On FIG. 1, an air separation plant according to one embodiment of the present invention is shown in the form of a highly simplified process flow diagram and is generally labeled 100.

В установке 100 разделения воздуха атмосферный воздух (AIR) всасывают через фильтр 2 с помощью обычно многоступенчатого воздушного компрессора 1 и подают в качестве потока а подаваемого воздуха в охладитель 3. После охлаждения в нем поток а подаваемого воздуха очищают в установке 4 адсорбции, в частности, освобождают от воды и диоксида углерода. Если требуется, часть воздуха из очищенного потока подаваемого воздуха, который все еще обозначен как а, дополнительно сжимают и используют для обеспечения подачи требуемого воздуха любым потребителям (Cust Air).In the air separation unit 100, atmospheric air (AIR) is sucked in through the filter 2 by means of a conventionally multi-stage air compressor 1 and supplied as the supply air stream a to the cooler 3. After being cooled there, the supply air stream a is purified in the adsorption unit 4, in particular, free from water and carbon dioxide. If required, a portion of the air from the purified supply air stream, which is still labeled a, is further compressed and used to supply the required air to any consumers (Cust Air).

В установке 100 разделения воздуха фракцию потока а подаваемого воздуха, в виде так называемого инжекционного потока b, сначала охлаждают до промежуточного уровня температуры в основном теплообменнике 5 установки 100 разделения воздуха, расширяют в турбодетандере 6 (турбине Лахманна), который соединен с генератором G, и подают в колонну 12 низкого давления системы 10 дистилляционных колонн, которая также содержит колонну 11 высокого давления и смесительную колонну 13.In the air separation unit 100, the fraction of the feed air stream a, in the form of the so-called injection stream b, is first cooled to an intermediate temperature level in the main heat exchanger 5 of the air separation unit 100, expanded in a turbo-expander 6 (Lachmann turbine) which is connected to a generator G, and is fed to the low pressure column 12 of the distillation column system 10, which also includes a high pressure column 11 and a mixing column 13.

В установке 100 разделения воздуха дополнительную фракцию потока а подаваемого воздуха, в форме потока с вещества, охлаждают до конечного уровня температуры в основном теплообменнике 5 установки 100 разделения воздуха и затем разделяют, все еще в газовом состоянии, на два частичных потока d и е.In the air separation unit 100, an additional fraction of the feed air stream a, in the form of a stream c of the substance, is cooled to the final temperature level in the main heat exchanger 5 of the air separation unit 100 and then separated, still in a gaseous state, into two partial streams d and e.

Частичный поток d сжижают в конденсаторе-испарителе 7, причем последний в показанном примере расположен в более низкой области смесительной колонны 13 и, как объяснено выше, сконструирован в форме конденсатора-испарителя напорного течения, пропускают через противоточный переохладитель 8 и расширяют в колонну 12 низкого давления. Частичный поток е подают в более низкую область колонны 11 высокого давления.The partial stream d is liquefied in a condenser-evaporator 7, the latter in the example shown being located in the lower region of the mixing column 13 and, as explained above, constructed in the form of a pressure-flow condenser-evaporator, passed through a countercurrent subcooler 8 and expanded into a low pressure column 12 . The partial flow e is fed into the lower region of the high pressure column 11 .

Обогащенную кислородом жидкость извлекают в форме потока f вещества из донной области колонны 11 высокого давления и расширяют в более низкую область области массообмена в смесительной колонне 13. Указанный поток таким образом используют вместо потока подаваемого воздуха, который обычно подают в смесительную колонну 13. В смесительной колонне 13, в частности, в конденсаторе-испарителе 7, испаряющуюся жидкость пропускают в противотоке к потоку g вещества, причем последний вводят в жидкой форме в верхнюю область области массообмена в смесительной колонне 13.The oxygen-enriched liquid is withdrawn in the form of a stream f of matter from the bottom of the high pressure column 11 and expanded into the lower region of the mass transfer region in the mixing column 13. This stream is thus used in place of the feed air stream which is normally supplied to the mixing column 13. In the mixing column 13, in particular in the condenser-evaporator 7, the evaporating liquid is passed in countercurrent to the flow g of the substance, the latter being introduced in liquid form into the upper region of the mass transfer region in the mixing column 13.

Для образования потока g вещества обогащенную кислородом жидкость удаляют со дна колонны 12 низкого давления, повышают ее давление с помощью насоса 9, пропускают через противоточный переохладитель 8 и нагревают до промежуточного уровня температуры в основном теплообменнике 5. Дополнительную обогащенную кислородом жидкость, удаленную со дна колонны 12 низкого давления и в которой повысили давление с помощью насоса 9, можно выгрузить из установки 100 разделения воздуха в виде жидкого кислородного продукта (LOX).To form a flow g of the substance, the oxygen-enriched liquid is removed from the bottom of the low pressure column 12, pressurized with a pump 9, passed through a counterflow subcooler 8 and heated to an intermediate temperature level in the main heat exchanger 5. Additional oxygen-enriched liquid removed from the bottom of the column 12 low pressure and pressurized by the pump 9 can be discharged from the air separation unit 100 as a liquid oxygen product (LOX).

Газовую смесь, извлеченную с верха области массообмена смесительной колонны 13 в форме потока h вещества, полностью нагревают в основном теплообменнике 5, расширяют и предоставляют в качестве газового кислородного продукта (GOX) при уровне давления, например, приблизительно 320 кПа абс. (3,2 бар абс).The gas mixture withdrawn from the top of the mass transfer region of the mixing column 13 in the form of a material stream h is fully heated in the main heat exchanger 5, expanded and provided as an oxygen product gas (GOX) at a pressure level of, for example, approximately 320 kPa abs. (3.2 bar abs).

Жидкость со дна области массообмена смесительной колонны 13 частично испаряют в конденсаторе-испарителе 7. В этом случае в конденсатор-испаритель 7 подают жидкий поток в форме жидкости со дна области массообмена смесительной колонны 13, который содержит по меньшей мере часть обогащенной кислородом жидкости, удаленной из колонны 11 высокого давления, и по меньшей мере часть кубовой жидкости из колонны 13 массообмена. Поток жидкости проводят под напором через зону испарения конденсатора-испарителя 7 с помощью его собственного давления и частично испаряют в нем. Испаренная фракция поднимается в область массообмена, а не испаренную фракцию, вместе с жидкостью, стекающей вниз в смесительной колонне 13, извлекают в форме потока i вещества. Поток i вещества проводят через противоточный переохладитель 8 и расширяют в центральную область колонны 12 низкого давления.The liquid from the bottom of the mass transfer region of the mixing column 13 is partially evaporated in the condenser-evaporator 7. In this case, the condenser-evaporator 7 is supplied with a liquid stream in the form of a liquid from the bottom of the mass transfer region of the mixing column 13, which contains at least a portion of the oxygen-enriched liquid removed from column 11 high pressure, and at least part of the bottom liquid from the column 13 mass transfer. The liquid flow is carried out under pressure through the evaporation zone of the condenser-evaporator 7 using its own pressure and partially evaporated in it. The evaporated fraction rises to the mass transfer area, and the non-evaporated fraction, together with the liquid flowing down in the mixing column 13, is recovered in the form of a stream i of the substance. Stream i of the substance is carried out through a counter-current supercooler 8 and expanded into the Central region of the column 12 low pressure.

В показанном примере смесительная колонна 13 имеет две секции разделения. Поток р жидкого вещества извлекают из промежуточной области смесительной колонны 13 и, в частности, как показано, переохлаждают и подают в колонну 12 низкого давления, причем последнюю также можно снабдить дополнительной секцией разделения. Затем жидкую пятую текучую среду удаляют в форме потока р вещества из колонны 13 массообмена между точками подачи потоков f и g вещества и по меньшей мере частично подают в колонну 12 низкого давления. Подачу в колонну 12 низкого давления осуществляют здесь ниже потока i вещества.In the example shown, the mixing column 13 has two separating sections. The liquid material stream p is withdrawn from the intermediate region of the mixing column 13 and, in particular, as shown, is supercooled and fed into the low pressure column 12, the latter also being able to be provided with an additional separation section. The liquid fifth fluid is then removed in the form of a substance stream p from the mass transfer column 13 between the feed points of the substance streams f and g and at least partially fed into the low pressure column 12. The low-pressure column 12 is fed here below the material flow i.

Богатый азотом газ с верха колонны 11 высокого давления извлекают в форме потока к вещества из колонны 11 высокого давления. Его часть, в форме потока вещества 1, нагревают в основном теплообменнике 5 и, после возможного дополнительного сжатия, предоставляют в форме газового азотного продукта под давлением (PGAN) и/или используют в качестве уплотняющего газа.The nitrogen-rich gas from the top of the high pressure column 11 is recovered in the form of a stream to matter from the high pressure column 11 . A part of it, in the form of material stream 1, is heated in the main heat exchanger 5 and, after possible further compression, provided in the form of a pressurized nitrogen product gas (PGAN) and/or used as seal gas.

Другую часть богатого азотом газа, извлеченного в форме потока к вещества с верха колонны 11 высокого давления, сжижают в основном конденсаторе 14, который соединяет колонну 11 высокого давления и колонну 12 низкого давления с осуществлением теплообмена, и частично рециркулируют в качестве обратного потока в колонну 11 высокого давления и частично (см. указатель А) предоставляют в качестве жидкого азотного продукта (LIN). Основной конденсатор 14 может, в частности, находиться в форме многоуровневого каскадного испарителя, как описано, например, в DE 102010051526 А1.The other part of the nitrogen-rich gas recovered in the form of a stream to the substance from the top of the high pressure column 11 is liquefied in the main condenser 14, which connects the high pressure column 11 and the low pressure column 12 with heat exchange, and is partially recycled as a return flow to the column 11 high pressure and partly (see index A) is provided as a liquid nitrogen product (LIN). The main condenser 14 may in particular be in the form of a multi-level cascaded evaporator, as described, for example, in DE 102010051526 A1.

Кроме того, жидкую обогащенную азотом смесь вещества извлекают в форме потока m вещества из промежуточной области колонны 11 высокого давления, проводят через противоточный переохладитель 8 и расширяют в колонну 12 низкого давления.In addition, the liquid nitrogen-enriched substance mixture is recovered in the form of a substance stream m from the intermediate region of the high pressure column 11, passed through a countercurrent subcooler 8 and expanded into the low pressure column 12.

Так называемый азот с примесями извлекают в форме потока n вещества с верха колонны низкого давления и пропускают через противоточный переохладитель 8. После разделения на два частичных потока и нагрева в основном теплообменнике 5 указанный азот с примесями можно использовать в качестве регенерационного газа или охлаждающего газа в охладителе 3 или в установке 4 адсорбции.The so-called nitrogen with impurities is removed in the form of a stream n of substance from the top of the low pressure column and passed through a counter-current subcooler 8. After being divided into two partial streams and heated in the main heat exchanger 5, this nitrogen with impurities can be used as regeneration gas or cooling gas in the cooler 3 or in adsorption unit 4.

На Фиг. 2 показана установка разделения воздуха согласно другому воплощению настоящего изобретения в форме сильно упрощенной схемы технологического процесса, и она в общем обозначена 200.On FIG. 2 shows an air separation plant according to another embodiment of the present invention in the form of a highly simplified process flow diagram, and is generally designated 200.

Установка 200 разделения воздуха, показанная на Фиг. 2, отличается от установки 100 разделения воздуха, показанной на Фиг. 1, в основном тем, что частичный поток b подаваемого воздуха здесь дополнительно охлаждают в основном теплообменнике 5 после того, как он был расширен в турбодетандере 6.The air separation unit 200 shown in FIG. 2 is different from the air separation unit 100 shown in FIG. 1, mainly in that the partial flow b of the supply air is further cooled here in the main heat exchanger 5 after it has been expanded in the turboexpander 6.

На Фиг. 3 показана установка разделения воздуха согласно другому воплощению настоящего изобретения в форме сильно упрощенной схемы технологического процесса, и она обозначена в общем 300.On FIG. 3 shows an air separation plant according to another embodiment of the present invention in the form of a highly simplified process flow diagram, and is designated generically 300.

Установка 300 разделения воздуха, показанная на Фиг. 3, отличается от установки 100 разделения воздуха, показанной на Фиг. 1, в основном тем, что частичный поток b подаваемого воздуха здесь сжимают во вспомогательном компрессоре 21, который механически соединен с турбодетандером 6, перед охлаждением до промежуточного уровня температуры в основном теплообменнике 5. Таким образом можно осуществить уменьшение закачиваемого количества с повышенным удалением газового азотного продукта под давлением (PGAN).The air separation unit 300 shown in FIG. 3 is different from the air separation unit 100 shown in FIG. 1, mainly in that a partial feed air flow b is here compressed in an auxiliary compressor 21, which is mechanically connected to the turboexpander 6, before being cooled to an intermediate temperature level in the main heat exchanger 5. In this way, a reduction in the injection quantity can be realized with an increased removal of the gaseous nitrogen product under pressure (PGAN).

На Фиг. 4 показана установка разделения воздуха согласно другому воплощению настоящего изобретения в форме сильно упрощенной схемы технологического процесса, и она обозначена в общем 400.On FIG. 4 shows an air separation plant according to another embodiment of the present invention in the form of a highly simplified process flow diagram, and is generally designated 400.

Установка 400 разделения воздуха, показанная на Фиг. 4, отличается от установки 100 разделения воздуха, показанной на Фиг. 1, в основном тем, что частичный поток с подаваемого воздуха не разделяют на два частичных потока d и е. Вместо этого в данном случае здесь весь частичный поток с частично конденсируют в конденсаторе-испарителе 7 и подают в колонну 11 высокого давления. Это делает возможным предоставить газовый кислородный продукт (GOX) при более высоком уровне давления, а именно при уровне давления, например, до приблизительно 400 кПа абс. (4,0 бар абс.) при разнице температур в конденсаторе 14 приблизительно 1К.The air separation unit 400 shown in FIG. 4 is different from the air separation unit 100 shown in FIG. 1, mainly in that the partial stream from the feed air is not divided into two partial streams d and e. Instead, in this case, the entire partial stream c is partially condensed in the evaporator condenser 7 and fed into the high pressure column 11. This makes it possible to provide the gaseous oxygen product (GOX) at a higher pressure level, namely at a pressure level of, for example, up to about 400 kPa abs. (4.0 bar abs.) with a temperature difference in the condenser 14 of approximately 1K.

На Фиг. 5А показана установка разделения воздуха согласно другому воплощению настоящего изобретения в форме сильно упрощенной схемы технологического процесса, и она обозначена в общем 500.On FIG. 5A shows an air separation plant according to another embodiment of the present invention in the form of a highly simplified process flow diagram, and is designated generically 500.

Установка 500 разделения воздуха, показанная на Фиг. 5А, отличается от установки 100 разделения воздуха, показанной на Фиг. 1, в основном тем, что используют последующий компрессор 51. Указанный последующий компрессор может быть сконструирован, в частности, вместе с основным воздушным компрессором 1, в форме одного многоступенчатого механизма, из которого частичный поток b удаляют при промежуточном давлении. Он дополнительно сжимает частичный поток подаваемого воздуха, который соответствует частичному потоку d и также обозначен здесь d. Это также делает возможным предоставить газовый кислородный продукт (GOX) при более высоком уровне давления.The air separation unit 500 shown in FIG. 5A is different from the air separation unit 100 shown in FIG. 1, mainly in that a post-compressor 51 is used. Said post-compressor can be designed, in particular together with the main air compressor 1, in the form of one multi-stage mechanism, from which the partial flow b is removed at an intermediate pressure. It additionally compresses the partial supply air flow, which corresponds to the partial flow d and is also referred to here as d. This also makes it possible to provide the gaseous oxygen product (GOX) at a higher pressure level.

Как дополнительно показано на Фиг. 5А, здесь воздух, сжиженный в конденсаторе-испарителе 7 смесительной колонны 13, также частично (см. указатель В) подают в колонну 11 высокого давления.As further shown in FIG. 5A, here the air liquefied in the evaporator condenser 7 of the mixing column 13 is also partly (see pointer B) fed into the high pressure column 11.

На Фиг. 5В показана установка разделения воздуха согласно другому воплощению настоящего изобретения в форме сильно упрощенной схемы технологического процесса, и она обозначена в общем 510. Установка 510 разделения воздуха составляет вариант установки 500 разделения воздуха согласно Фиг. 5А.On FIG. 5B shows an air separation plant according to another embodiment of the present invention in the form of a highly simplified process flow diagram, and is generally designated 510. The air separation plant 510 constitutes a variation of the air separation plant 500 of FIG. 5A.

Установка 510 разделения воздуха, показанная на Фиг. 5В, отличается от установки 500 разделения воздуха, показанной на Фиг. 5А, в основном тем, что вместо последующего компрессора 51 используют два последующих компрессора 52 и 53. Указанные два последующие компрессоры также можно сконструировать, вместе с основным воздушным компрессором 1, в форме одного многоступенчатого механизма, из которого частичный поток b удаляют при промежуточном давлении. Здесь сначала последующий компрессор 52 сжимает количество воздуха, которое соответствует сумме частичных потоков, также обозначенных c и d. Частичный поток с охлаждают при соответствующем уровне давления, который достигают путем сжатия в последующем компрессоре 52. Частичный поток d дополнительно сжимают в последующем компрессоре 53 и затем охлаждают. Вариант установки 510 разделения воздуха, показанный на Фиг. 5В, обеспечивает, в частности, относительно низкое производство жидкости или производство газового азотного продукта под давлением (PGAN), с тем результатом, что инжектируемый поток, то есть частичный поток b, сжимают до относительно низкого уровня давления.The air separation unit 510 shown in FIG. 5B differs from the air separation unit 500 shown in FIG. 5A, mainly in that two subsequent compressors 52 and 53 are used instead of the subsequent compressor 51. These two subsequent compressors can also be designed, together with the main air compressor 1, in the form of one multi-stage mechanism, from which the partial flow b is removed at an intermediate pressure. Here, first, the subsequent compressor 52 compresses an amount of air that corresponds to the sum of the partial flows, also denoted c and d. Partial stream c is cooled at an appropriate pressure level, which is achieved by compression in the subsequent compressor 52. Partial stream d is further compressed in the subsequent compressor 53 and then cooled. The air separation unit 510 shown in FIG. 5B provides in particular a relatively low production of liquid or production of pressurized nitrogen product gas (PGAN), with the result that the injection stream, ie partial stream b, is compressed to a relatively low pressure level.

Подаваемый воздух для колонны 11 высокого давления, то есть частичный поток с, сжимают до ее уровня давления. В варианте установки 510 разделения воздуха, показанном на Фиг. 5В, также обеспечивают предоставление газового кислородного продукта (GOX) при более высоком уровне давления. Поэтому соответственно дополнительно сжимают воздух частичного потока d.The feed air for the high pressure column 11, ie the partial flow c, is compressed to its pressure level. In the air separation unit 510 shown in FIG. 5B also provide a gaseous oxygen product (GOX) at a higher pressure level. Therefore, the air of the partial flow d is additionally compressed accordingly.

На Фиг. 5С показана установка разделения воздуха согласно другому воплощению настоящего изобретения в форме сильно упрощенной схемы технологического процесса, и она обозначена в общем 520. Установка 520 разделения воздуха составляет другой вариант установки 500 разделения воздуха согласно Фиг. 5А.On FIG. 5C shows an air separation plant according to another embodiment of the present invention in the form of a highly simplified process flow diagram, and is generally designated 520. Air separation plant 520 constitutes another embodiment of air separation plant 500 according to FIG. 5A.

Установка 520 разделения воздуха, показанная на Фиг. 5С, отличается от установки 500 разделения воздуха, показанной на Фиг. 5А, в основном тем, что вместо последующего компрессора 51 используют последующий компрессор 54. Последний также можно сконструировать, вместе с основным воздушным компрессором 1, в форме одного многоступенчатого механизма, из которого, однако, в данном случае затем частичный поток подаваемого воздуха, который соответствует частичному потоку с, удаляют при промежуточном давлении. Последующий компрессор 54 сжимает количество воздуха, которое соответствует сумме частичных потоков, также обозначенных здесь b и d. Частичные потоки b и d охлаждают при соответствующем уровне давления, которого они достигают путем сжатия в последующем компрессоре 54.The air separation unit 520 shown in FIG. 5C differs from the air separation unit 500 shown in FIG. 5A, mainly in that a subsequent compressor 54 is used instead of the subsequent compressor 51. The latter can also be designed, together with the main air compressor 1, in the form of one multi-stage mechanism, from which, however, in this case then a partial supply air flow, which corresponds to partial flow c, removed at intermediate pressure. The subsequent compressor 54 compresses an amount of air that corresponds to the sum of the partial flows, also referred to here as b and d. Partial streams b and d are cooled at the appropriate pressure level, which they achieve by compression in the subsequent compressor 54.

Вариант установки 520 разделения воздуха, показанный на Фиг. 5С, предоставляют, в частности, для относительно высокого производства жидкости или производства газового азотного продукта под давлением (PGAN). Газовый кислородный продукт (GOX) в этом случае получают при более высоком давлении и по этой причине выполняют обычное последующее сжатие частичных потоков b и d. Турбодетандер 6 сконструирован так, чтобы содержать ступень вспомогательного компрессора.The air separation unit 520 shown in FIG. 5C is provided in particular for relatively high liquid production or pressurized nitrogen product gas (PGAN) production. The gaseous oxygen product (GOX) is then produced at a higher pressure and for this reason the usual post-compression of the partial streams b and d is carried out. The turbo expander 6 is designed to contain an auxiliary compressor stage.

На Фиг. 6 показана установка разделения воздуха согласно другому воплощению настоящего изобретения в форме сильно упрощенной схемы технологического процесса, и она обозначена в общем 600.On FIG. 6 shows an air separation plant according to another embodiment of the present invention in the form of a highly simplified process flow diagram and is designated generically 600.

Установка 600 разделения воздуха, показанная на Фиг. 6, отличается от установки 500 разделения воздуха, показанной на Фиг. 5, в основном тем, что используют последующий компрессор 61, который дополнительно сжимает частичный поток подаваемого воздуха, который соответствует частичному потоку с и здесь также обозначен с, и который дополнительно сжимает частичный поток подаваемого воздуха, который соответствует частичному потоку d и здесь также обозначен d. В этой конфигурации также основной воздушный компрессор 1 и последующий компрессор 61 можно, в частности, сконструировать в форме одного многоступенчатого механизма, из которого частичный поток b удаляют при промежуточном давлении.The air separation unit 600 shown in FIG. 6 is different from the air separation unit 500 shown in FIG. 5, mainly in that a subsequent compressor 61 is used which further compresses the partial supply air flow, which corresponds to partial flow c, here also designated c, and which further compresses the partial supply air flow, which corresponds to partial flow d, here also designated d. . In this configuration also the main air compressor 1 and the subsequent compressor 61 can in particular be constructed in the form of one multi-stage mechanism from which the partial flow b is removed at an intermediate pressure.

Установка 600 разделения воздуха, показанная на Фиг. 6, особенно подходит, если получают небольшое количество жидких продуктов или газового азотного продукта под давлением (PGAN), и в случае давления кислородного продукта, которое сравнимо с давлением в установке 100 разделения воздуха согласно Фиг. 1. Турбинное количество, то есть количество воздуха, расширенного в турбодетандере 6, в этом случае является большим, однако охлаждающая способность является относительно низкой, так как градиент давления в турбодетандере является относительно низким. В этом случае иногда также необходимы относительно большие (основные) теплообменники, однако эффективность остается очень высокой, так как турбинное количество не сжимают в то же самое время до конечного давления.The air separation unit 600 shown in FIG. 6 is particularly suitable if a small amount of liquid products or a pressurized gas nitrogen product (PGAN) is produced, and in the case of an oxygen product pressure that is comparable to the pressure in the air separation unit 100 according to FIG. 1. The turbine amount, that is, the amount of air expanded in the turbo expander 6, is large in this case, but the cooling capacity is relatively low because the pressure gradient in the turbo expander is relatively low. In this case, relatively large (main) heat exchangers are sometimes also needed, however, the efficiency remains very high, since the turbine quantity is not compressed at the same time to the final pressure.

На Фиг. 7 показана установка разделения воздуха согласно другому воплощению настоящего изобретения в форме сильно упрощенной схемы технологического процесса, и она обозначена в общем 700.On FIG. 7 shows an air separation plant according to another embodiment of the present invention in the form of a highly simplified process flow diagram, and is generally designated 700.

Установка 700 разделения воздуха, показанная на Фиг. 7, отличается от установки 500 разделения воздуха, показанной на Фиг. 5, в основном тем, что используют последующий компрессор 71, который, однако, дополнительно сжимает только частичный поток подаваемого воздуха, который соответствует частичному потоку с и также обозначен здесь с. Эта конфигурация подходит, в частности, для тех случаев, в которых помимо получения небольшого количества жидких продуктов или небольшого количества газового азотного продукта под давлением (PGAN) она предназначена для получения газового кислородного продукта (GOX) при уровне давления менее приблизительно 320 кПа абс. (3,2 бар абс).The air separation unit 700 shown in FIG. 7 is different from the air separation unit 500 shown in FIG. 5, mainly in that a subsequent compressor 71 is used, which, however, further compresses only a partial supply air flow, which corresponds to partial flow c and is also denoted c here. This configuration is particularly suitable for applications where, in addition to producing a small amount of liquid products or a small amount of pressurized gas nitrogen product (PGAN), it is intended to produce a gaseous oxygen product (GOX) at a pressure level of less than about 320 kPa abs. (3.2 bar abs).

На Фиг. 8 показана установка разделения воздуха согласно другому воплощению настоящего изобретения в форме сильно упрощенной схемы технологического процесса, и она обозначена в общем 800.On FIG. 8 shows an air separation plant according to another embodiment of the present invention in the form of a highly simplified process flow diagram, and is designated generically 800.

Установка 800 разделения воздуха, показанная на Фиг. 8, отличается от установки 100 разделения воздуха, показанной на Фиг. 1, в основном тем, что используют холодный вспомогательный компрессор 81, который дополнительно сжимает частичный поток подаваемого воздуха, который соответствует частичному потоку d и также обозначен здесь d и который был ранее охлажден в основном теплообменнике 5.The air separation unit 800 shown in FIG. 8 is different from the air separation unit 100 shown in FIG. 1, mainly in that a cold auxiliary compressor 81 is used, which further compresses the partial supply air flow, which corresponds to the partial flow d, also referred to here as d, and which was previously cooled in the main heat exchanger 5.

В конфигурации установки 800 разделения воздуха согласно Фиг. 8 только лишь один уровень давления преобладает в основном теплообменнике (или используют только один компрессор), однако, тем не менее, получают более высокое давление кислородного продукта. Повышение давления потока d воздуха, конденсируемого в конденсаторе-испарителе 7 смесительной колонны 13, осуществляют с помощью холодного вспомогательного компрессора 81. В этом случае (основной) теплообменник 5 представляет собой относительно большую конструкцию, и избыток охлаждающей способности практически преобразуют в более высокое давление. Преимущество состоит в том, что не нужно использовать никакого дополнительного компрессорного устройства или компрессорной ступени. Устройство, состоящее из турбодетандера 6 и холодного вспомогательного компрессора 81, можно дополнительно соединить с генератором или масляным тормозом.In the configuration of the air separation unit 800 according to FIG. 8, only one pressure level dominates the main heat exchanger (or only one compressor is used), however, a higher oxygen product pressure is obtained. Pressurization of the air stream d condensed in the evaporator condenser 7 of the mixing column 13 is carried out by means of a cold auxiliary compressor 81. In this case, the (main) heat exchanger 5 is a relatively large structure and the excess cooling capacity is practically converted into a higher pressure. The advantage is that no additional compressor device or compressor stage has to be used. The device, consisting of a turboexpander 6 and a cold auxiliary compressor 81, can be additionally connected to a generator or an oil brake.

Как дополнительно показано на Фиг. 8, здесь, как и в конфигурации согласно Фиг. 5, воздух, сжиженный в конденсаторе-испарителе 7 смесительной колонны 13, также частично подают (см. указатель В) в колонну 11 высокого давления.As further shown in FIG. 8, here, as in the configuration of FIG. 5, the air liquefied in the evaporator condenser 7 of the mixing column 13 is also partly fed (see pointer B) to the high pressure column 11.

На Фиг. 9 показана установка разделения воздуха согласно другому воплощению настоящего изобретения в форме сильно упрощенной схемы технологического процесса, и она обозначена в общем 900.On FIG. 9 shows an air separation plant according to another embodiment of the present invention in the form of a highly simplified process flow diagram, and is designated generically 900.

Установка 900 разделения воздуха, показанная на Фиг. 9, отличается от установки 100 разделения воздуха, показанной на Фиг. 1, в основном тем, что образуют поток g вещества путем использования жидкости, которую удаляют выше дна колонны 12 низкого давления. Здесь чистый кислород с содержанием кислорода приблизительно 99,5% удаляют в форме потока о вещества со дна колонны 12 низкого давления и предоставляют в качестве жидкого кислородного продукта (LOX). В частности, поток о вещества можно провести через противоточный переохладитель 8.The air separation unit 900 shown in FIG. 9 is different from the air separation unit 100 shown in FIG. 1, mainly in that a flow g of matter is formed by using liquid which is removed above the bottom of the low pressure column 12. Here, pure oxygen with an oxygen content of approximately 99.5% is removed in the form of an o-substance stream from the bottom of the low pressure column 12 and provided as a liquid oxygen product (LOX). In particular, the flow of substances can be carried out through a counter-current supercooler 8.

Claims (23)

1. Способ криогенного разделения воздуха с использованием установки (100-900) разделения воздуха, содержащей систему (10) дистилляционных колонн, которая содержит колонну (11) высокого давления, работающую при первом уровне давления, колонну (12) низкого давления, работающую при втором уровне давления, ниже первого уровня давления, и колонну (13) массообмена, работающую при третьем уровне давления, где в колонне (13) массообмена жидкую первую текучую среду с первым содержанием кислорода и газовую вторую текучую среду со вторым содержанием кислорода, ниже первого содержания кислорода, подвергают массообмену друг с другом, газовую третью текучую среду с третьим содержанием кислорода, пониженным по отношению к первому содержанию кислорода, удаляют из колонны (13) массообмена и по меньшей мере частично выгружают из установки (100-900) разделения воздуха, жидкую четвертую текучую среду с четвертым содержанием кислорода, соответствующим по меньшей мере второму содержанию кислорода, удаляют из колонны (13) массообмена и по меньшей мере частично подают в колонну (12) низкого давления, первую текучую среду образуют с использованием по меньшей мере части богатой кислородом жидкости, удаленной из колонны (12) низкого давления, газовую вторую текучую среду образуют с использованием обогащенной кислородом жидкости, удаленной из колонны (11) высокого давления, и обогащенную кислородом жидкость, удаленную из колонны (11) высокого давления, и кубовую жидкость колонны (13) массообмена смешивают и частично испаряют с помощью конденсатора-испарителя (7), отличающийся тем, что1. A method for cryogenic air separation using an air separation unit (100-900) containing a system (10) of distillation columns, which contains a high pressure column (11) operating at a first pressure level, a low pressure column (12) operating at a second pressure level below the first pressure level, and a mass transfer column (13) operating at a third pressure level, where in the mass transfer column (13) a liquid first fluid with a first oxygen content and a gaseous second fluid with a second oxygen content below the first oxygen content , are subjected to mass exchange with each other, the gaseous third fluid with a third oxygen content reduced in relation to the first oxygen content is removed from the mass transfer column (13) and at least partially unloaded from the air separation unit (100-900), the liquid fourth fluid the medium with a fourth oxygen content corresponding to at least a second oxygen content is removed and from the mass transfer column (13) and at least partially fed into the low pressure column (12), the first fluid is formed using at least a portion of the oxygen-rich liquid removed from the low pressure column (12), the gaseous second fluid is formed using the oxygen-enriched liquid removed from the high pressure column (11) and the oxygen-enriched liquid removed from the high pressure column (11) and the bottom liquid of the mass transfer column (13) are mixed and partially evaporated using an evaporator condenser (7), characterized in that , what жидкий поток, который содержит по меньшей мере часть обогащенной кислородом жидкости, удаленной из колонны (11) высокого давления, и по меньшей часть кубовой жидкости из колонны (13) массообмена, проводят в конденсаторе-испарителе (7) под напором через зону испарения с помощью его собственного давления и частично испаряют в ней,the liquid stream, which contains at least part of the oxygen-enriched liquid removed from the high pressure column (11) and at least part of the bottom liquid from the mass transfer column (13), is carried out in the evaporator condenser (7) under pressure through the evaporation zone using its own pressure and partially evaporate in it, жидкую пятую текучую среду с пятым содержанием кислорода, между третьим и четвертым содержаниями кислорода, удаляют из колонны (13) массообмена между точкой подачи первой текучей среды и точкой подачи обогащенной кислородом жидкости и по меньшей мере частично подают в колонну (12) низкого давления, иliquid fifth fluid with a fifth oxygen content, between the third and fourth oxygen content, is removed from the mass transfer column (13) between the first fluid feed point and the oxygen-enriched liquid feed point, and is at least partially fed into the low pressure column (12), and пятую текучую среду или ее фракцию, подаваемую в колонну (12) низкого давления, подают в колонну (12) низкого давления ниже четвертой текучей среды или ее фракции, подаваемой в колонну (12) низкого давления.the fifth fluid or its fraction supplied to the low pressure column (12) is fed to the low pressure column (12) below the fourth fluid or its fraction supplied to the low pressure column (12). 2. Способ по п. 1, в котором ранее сжатое и охлажденное первое количество воздуха дополнительно охлаждают и по меньшей мере частично сжижают в конденсаторе-испарителе (7), где охлажденное и по меньшей мере частично сжиженное первое количество воздуха затем по меньшей мере частично подают в систему (10) дистилляционных колонн.2. The method according to claim 1, in which the previously compressed and cooled first amount of air is further cooled and at least partially liquefied in the condenser-evaporator (7), where the cooled and at least partially liquefied first amount of air is then at least partially supplied into the system (10) of distillation columns. 3. Способ по п. 2, в котором сжатие первого количества воздуха перед по меньшей мере частичным сжижением в конденсаторе-испарителе (7) выполняют до первого уровня давления, до уровня давления выше первого уровня давления или до уровня давления ниже первого уровня давления.3. The method according to claim 2, in which the compression of the first amount of air before at least partial liquefaction in the condenser-evaporator (7) is carried out to a first pressure level, to a pressure level above the first pressure level, or to a pressure level below the first pressure level. 4. Способ по любому из пп. 2 и 3, в котором ранее сжатое и охлажденное второе количество воздуха расширяют до второго уровня давления и подают в колонну (12) низкого давления.4. The method according to any one of paragraphs. 2 and 3, in which the previously compressed and cooled second amount of air is expanded to a second pressure level and fed into the low pressure column (12). 5. Способ по п. 4, в котором сжатие второго количества воздуха перед его охлаждением и его расширением до второго уровня давления5. The method of claim. 4, in which the compression of the second amount of air before cooling and expanding it to the second pressure level выполняют до уровня давления выше первого уровня давления, где один или более жидких воздушных продуктов удаляют из установки (100-900) разделения воздуха в эквивалентном количестве жидкого азота, которое соответствует до 3,5 мольн. % от количества вещества, подаваемого в общем в систему (10) дистилляционных колонн, илиperform up to a pressure level above the first pressure level, where one or more liquid air products are removed from the air separation unit (100-900) in an equivalent amount of liquid nitrogen, which corresponds to up to 3.5 mol. % of the amount of substance fed in total to the system (10) distillation columns, or выполняют до первого уровня давления, где один или более жидких воздушных продуктов удаляют из установки (100-900) разделения воздуха в эквивалентном количестве жидкого азота, которое соответствует до 1,7 мольн. % от количества вещества, подаваемого в общем в систему (10) дистилляционных колонн, илиperform up to the first pressure level, where one or more liquid air products are removed from the air separation unit (100-900) in an equivalent amount of liquid nitrogen, which corresponds to up to 1.7 mol. % of the amount of substance fed in total to the system (10) distillation columns, or выполняют до уровня давления ниже первого уровня давления, где один или более жидких воздушных продуктов удаляют из установки (100-900) разделения воздуха в эквивалентном количестве жидкого азота, которое соответствует до 1,0 мольн. % от количества вещества, подаваемого в общем в систему (10) дистилляционных колонн,perform to a pressure level below the first pressure level, where one or more liquid air products are removed from the air separation unit (100-900) in an equivalent amount of liquid nitrogen, which corresponds to up to 1.0 mol. % of the amount of substance supplied in total to the system (10) of distillation columns, где эквивалентное количество жидкого азота в каждом случае определяют исходя из 1,08-кратного количества удаленного жидкого кислорода плюс количество удаленного жидкого азота.where the equivalent amount of liquid nitrogen in each case is determined based on 1.08 times the amount of liquid oxygen removed plus the amount of liquid nitrogen removed. 6. Способ по одному из пп. 2 или 3, в котором ранее сжатое и охлажденное второе количество воздуха расширяют до первого уровня давления и подают в колонну (11) высокого давления, при этом сжатие второго количества воздуха перед его охлаждением и его расширением до первого уровня давления выполняют до уровня давления, который выше первого уровня давления, и один или более богатых азотом сжатых газовых продуктов удаляют из установки (100-900) разделения воздуха в общем количестве, которое соответствует до 30 мольн. % от количества вещества, подаваемого в общем в систему (10) дистилляционных колонн.6. The method according to one of paragraphs. 2 or 3, in which the previously compressed and cooled second amount of air is expanded to the first pressure level and fed into the high pressure column (11), wherein the compression of the second amount of air before it is cooled and expanded to the first pressure level is performed to a pressure level, which above the first pressure level, and one or more nitrogen-rich compressed gas products are removed from the air separation unit (100-900) in a total amount that corresponds to up to 30 mol. % of the amount of substance fed in total to the system (10) distillation columns. 7. Способ по одному из предшествующих пунктов, в котором фракции потока жидкости, который содержит по меньшей мере часть обогащенной кислородом жидкости, удаленной из колонны (11) высокого давления, и по меньшей мере часть кубовой жидкости из колонны (13) массообмена, которая не испарилась в течение частичного испарения в конденсаторе-испарителе (7), не позволяют протекать снова через зону испарения.7. The method according to one of the preceding claims, in which the fractions of the liquid stream, which contains at least a part of the oxygen-enriched liquid removed from the high pressure column (11), and at least a part of the bottom liquid from the mass transfer column (13), which is not evaporated during partial evaporation in the condenser-evaporator (7), do not allow to flow again through the evaporation zone. 8. Способ по одному из предшествующих пунктов, в котором первую текучую среду образуют, используя кубовую текучую среду из колонны (12) низкого давления.8. The method according to one of the preceding claims, wherein the first fluid is formed using bottom fluid from the low pressure column (12). 9. Способ по одному из пп. 1-7, в котором первую текучую среду образуют, используя жидкость, которую удаляют из колонны (12) низкого давления на несколько теоретических или практических тарелок выше дна, где дополнительную жидкость удаляют со дна колонны (12) низкого давления и выгружают из установки (100-900) разделения воздуха.9. The method according to one of paragraphs. 1-7, in which the first fluid is formed using liquid that is removed from the low pressure column (12) several theoretical or practical plates above the bottom, where additional liquid is removed from the bottom of the low pressure column (12) and unloaded from the installation (100 -900) air separation. 10. Способ по одному из предшествующих пунктов, в котором кубовую жидкость удаляют из колонны (11) высокого давления и подают неизмененной в составе вещества в колонну низкого давления.10. The method according to one of the preceding claims, wherein the bottom liquid is removed from the high pressure column (11) and fed unchanged in the composition of the substance into the low pressure column. 11. Способ по одному из предшествующих пунктов, в котором обогащенную азотом или богатую азотом текучую среду удаляют в газовой форме из колонны (11) высокого давления и затем расширяют с помощью одного или более турбодетандеров.11. A process according to one of the preceding claims, wherein the nitrogen-rich or nitrogen-rich fluid is removed in gaseous form from the high pressure column (11) and then expanded by one or more turbo-expanders. 12. Установка (100-900) разделения воздуха, содержащая систему (10) дистилляционных колонн, которая содержит колонну (11) высокого давления, выполненную для работы при первом уровне давления, колонну (12) низкого давления, выполненную для работы при втором уровне давления, ниже первого уровня давления, и колонну (13) массообмена, выполненную для работы при третьем уровне давления, где установка разделения воздуха (100-900) выполнена для осуществления, в колонне (13) массообмена, массообмена жидкой первой текучей среды с первым содержанием кислорода и газовой второй текучей среды со вторым содержанием кислорода, ниже первого содержания кислорода, друг с другом, для удаления газовой третьей текучей среды с третьим содержанием кислорода, пониженным по отношению к первому содержанию кислорода, из колонны (13) массообмена и по меньшей мере частичной выгрузки указанной третьей текучей среды из установки (100-900) разделения воздуха, для удаления жидкой четвертой текучей среды с четвертым содержанием кислорода, соответствующим по меньшей мере второму содержанию кислорода, из колонны (13) дополнительного массообмена и для по меньшей мере частичной подачи указанной четвертой текучей среды в колонну (12) низкого давления, для образования первой текучей среды с использованием по меньшей мере части богатой кислородом жидкости, удаленной из колонны (12) низкого давления, для образования второй текучей среды с использованием обогащенной кислородом жидкости, удаленной из колонны (11) высокого давления, и для смешивания и для частичного испарения с помощью конденсатора-испарителя (7) обогащенной кислородом жидкости, удаленной из колонны (11) высокого давления, и кубовой жидкости колонны (13) массообмена, отличающаяся тем, что12. Air separation unit (100-900) containing a system (10) of distillation columns, which contains a high pressure column (11) designed to operate at a first pressure level, a low pressure column (12) configured to operate at a second pressure level , below the first pressure level, and a mass transfer column (13) designed to operate at a third pressure level, where the air separation unit (100-900) is made to carry out, in the mass transfer column (13), mass transfer of the liquid first fluid with the first oxygen content and a gaseous second fluid with a second oxygen content, below the first oxygen content, with each other to remove a gaseous third fluid with a third oxygen content, reduced in relation to the first oxygen content, from the mass transfer column (13) and at least partially unload the specified third fluid from the installation (100-900) air separation, to remove the liquid fourth fluid with the fourth soda an oxygen content corresponding to at least a second oxygen content from the additional mass transfer column (13) and for at least partial supply of said fourth fluid to the low pressure column (12) to form a first fluid using at least a portion of the oxygen-rich the liquid removed from the low pressure column (12) to form a second fluid using the oxygen-enriched liquid removed from the high pressure column (11) and for mixing and for partial evaporation using the oxygen-enriched liquid condenser-evaporator (7), removed from the high pressure column (11) and the bottom liquid of the mass transfer column (13), characterized in that конденсатор-испаритель (7) сконструирован и включен в установку разделения воздуха так, что жидкий поток, который содержит по меньшей мере часть обогащенной кислородом жидкости, удаленной из колонны (11) высокого давления, и по меньшей часть кубовой жидкости из колонны (13) массообмена, проводят под напором через зону испарения с помощью его собственного давления и частично испаряют в ней,the condenser-evaporator (7) is designed and included in the air separation unit so that the liquid stream, which contains at least a part of the oxygen-enriched liquid removed from the high pressure column (11), and at least a part of the bottom liquid from the mass transfer column (13) , is carried under pressure through the evaporation zone with the help of its own pressure and partially evaporated in it, обеспечены средства, которые выполнены для удаления жидкой пятой текучей среды с пятым содержанием кислорода, между третьим и четвертым содержаниями кислорода, из колонны (13) массообмена между точкой подачи первой текучей среды и точкой подачи обогащенной кислородом жидкости, и для по меньшей мере частичной подачи указанной пятой текучей среды в колонну (12) низкого давления, иmeans are provided that are designed to remove the liquid fifth fluid with the fifth oxygen content, between the third and fourth oxygen contents, from the mass transfer column (13) between the first fluid supply point and the oxygen-enriched liquid supply point, and for at least partial supply of said the fifth fluid into the low pressure column (12), and обеспечены средства, которые выполнены для подачи пятой текучей среды или ее фракции, подаваемой в колонну (12) низкого давления, в колонну (12) низкого давления ниже четвертой текучей среды или ее фракции, подаваемой в колонну (12) низкого давления.means are provided that are made for supplying the fifth fluid or its fraction supplied to the low pressure column (12) to the low pressure column (12) below the fourth fluid or its fraction supplied to the low pressure column (12). 13. Установка (100-900) разделения воздуха по п. 12, в которой колонна (11) высокого давления и колонна (12) низкого давления соединены друг с другом теплообменным образом с помощью многоуровневого каскадного испарителя или с помощью испарителя (14) с падающей пленкой.13. Air separation unit (100-900) according to claim 12, in which the high pressure column (11) and the low pressure column (12) are connected to each other in a heat exchange manner using a multi-level cascade evaporator or using an evaporator (14) with a falling film.
RU2019110847A 2018-04-19 2019-04-11 Method for cryogenic air separation and air separation installation RU2778193C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18020162 2018-04-19
EP18020162.6 2018-04-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2019110847A RU2019110847A (en) 2020-10-12
RU2778193C2 true RU2778193C2 (en) 2022-08-15

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5704228A (en) * 1995-03-15 1998-01-06 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process and device for the evaporation of a liquid flow
JP2000258054A (en) * 1999-03-09 2000-09-22 Nippon Sanso Corp Method and apparatus for manufacturing low purity oxygen
CN106123489A (en) * 2016-06-29 2016-11-16 苏州制氧机股份有限公司 A kind of mixing column method for producing oxygen through
RU2641766C2 (en) * 2012-11-02 2018-01-22 Линде Акциенгезелльшафт Method of low-temperature separation of air in plant for air separation and plant for air separation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5704228A (en) * 1995-03-15 1998-01-06 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process and device for the evaporation of a liquid flow
JP2000258054A (en) * 1999-03-09 2000-09-22 Nippon Sanso Corp Method and apparatus for manufacturing low purity oxygen
RU2641766C2 (en) * 2012-11-02 2018-01-22 Линде Акциенгезелльшафт Method of low-temperature separation of air in plant for air separation and plant for air separation
CN106123489A (en) * 2016-06-29 2016-11-16 苏州制氧机股份有限公司 A kind of mixing column method for producing oxygen through

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101541742B1 (en) Method and device for low-temperature air separation
US7549301B2 (en) Air separation method
US8448463B2 (en) Cryogenic rectification method
KR20080100362A (en) Cryogenic air separation system
EP0172247A1 (en) High pressure oxygen pumped lox rectifier
JPH08233458A (en) Method and equipment for separating low-temperature air
US10048002B2 (en) Air separation method
US9222726B2 (en) Air separation method and apparatus with improved argon recovery
US10443931B2 (en) Method and device for the cryogenic decomposition of air
US10222120B2 (en) Method and device for generating two purified partial air streams
US11602713B2 (en) Method for cryogenic separation of air, and air separation plant
US20220260312A1 (en) Process and plant for low-temperature fractionation of air
US6357259B1 (en) Air separation method to produce gaseous product
US20130047666A1 (en) Method and device for obtaining pressurized nitrogen and pressurized oxygen by low-temperature separation of air
US8820115B2 (en) Oxygen production method and apparatus
US20130086941A1 (en) Air separation method and apparatus
AU2016378091A1 (en) Method and device for obtaining pure nitrogen and pure oxygen by low-temperature separation of air
RU2778193C2 (en) Method for cryogenic air separation and air separation installation
US20230168030A1 (en) Process for cryogenic fractionation of air, air fractionation plant and integrated system composed of at least two air fractionation plants
AU2013339789A1 (en) Process for the low-temperature separation of air in an air separation plant and air separation plant
US20230038170A1 (en) Process and plant for low-temperature separation of air
CN113874669A (en) Method and apparatus for the cryogenic separation of air
JPH11325716A (en) Separation of air
US20210356205A1 (en) Enhancements to a moderate pressure nitrogen and argon producing cryogenic air separation unit
KR20210077687A (en) Method and unit for cold air separation