WO2011018207A2 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung eines gasförmigen sauerstoff-druckprodukts durch tieftemperaturzerlegung von luft - Google Patents

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    • F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F25J2240/04—Multiple expansion turbines in parallel

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1.
  • a liquid pressurized oxygen product stream is vaporized against a heat carrier and finally recovered as a gaseous pressure product.
  • This method is also called internal compression. It serves for the production of pressure oxygen. In the case of a supercritical pressure, no phase transition takes place in the true sense, the product stream is then "pseudo-evaporated".
  • a high-pressure heat carrier is liquefied (or pseudo-liquefied when it is under supercritical pressure).
  • the heat transfer medium is often formed by part of the air, in the present case by the "second partial flow" of the compressed feed air.
  • the invention has for its object to provide a method of the type mentioned above and a corresponding device that work energetically particularly favorable.
  • the inlet temperature of the cold compressor is for example 2 to 50 K,
  • the method is particularly favorable when the oxygen product pressure ("second elevated pressure") is between 20 and 40 bar.
  • the pressure ratio at the cold compressor is preferably 1.4 to 2.1, the "first elevated pressure" between 10 and 30 bar.
  • the method can be carried out with a single expansion machine.
  • a dissipative brake, a generator or a warm compressor with the cold compressor, a dissipative brake, a generator or a warm compressor.
  • Relaxation machine coupled to produce the necessary for the process cold.
  • a second expansion machine can be operated with a suitable process stream, which takes over the task of cooling.
  • the work-performing expansion of the first partial flow is carried out in two parallel or serially connected expansion machines.
  • Compressor and the other with a warm compressor, a generator or a dissipative brake be coupled.
  • the two expansion machines have the same inlet temperature and / or the same Inlet pressure or the same outlet pressure and / or the same
  • mechanical energy of both expansion machines is used to drive the cold compressor.
  • Relaxation machines are thus mechanically coupled to the cold compressor (and optionally in addition to a warm compressor, a generator or a dissipative brake).
  • two serially connected turbines are used, which are mechanically coupled to each other, for example via a common shaft, or a
  • Turbine wheels in a common housing which drive a common shaft and thus constitute a unit.
  • the common wave drives the
  • Cold compressor and optionally another braking device for example, a dissipative brake, a generator or a warm compressor.
  • Main heat exchanger is performed.
  • the "main heat exchanger” may be formed of one or more parallel and / or serially connected heat exchanger sections, for example one or more plate heat exchanger blocks.
  • the invention also relates to an apparatus for producing a gaseous print product by cryogenic separation of air according to claims 8 to 13.
  • Distillation column system not shown.
  • the latter is preferably formed by a conventional two-column system for nitrogen-oxygen separation.
  • 1 shows a first embodiment of the invention with combination machine and Figures 2 to 5 further embodiments in which only one expansion machine drives the cold compressor.
  • air 1 flows from the main air compressor and the subsequent air cleaning (both not shown) under very high pressure and is divided into a first partial flow 2 (turbine flow) and a second partial flow 3 (throttle flow).
  • the first partial flow 2 is introduced into a main heat exchanger 10 at its warm end. At an intermediate temperature of the first partial flow is removed again via line 4 and then expanded in a first turbine 5 work to an intermediate pressure.
  • the intermediate compressed air 6 is warmed up again in the main heat exchanger 10 (intermediate heating) and fed via line 7 to a second turbine 8 and working there from the intermediate pressure to approximately the operating pressure of the high-pressure column of the distillation column system (not shown).
  • the exhaust air 9 of the second turbine 8 is fed to the high-pressure column as essentially gaseous feed air.
  • the second partial stream 3 is passed under the very high pressure to the cold end through the main heat exchanger 10 and thereby supplies the heat for a pressurized or pseudo-evaporating oxygen product stream, the liquid (51 - LOX) removed from the distillation column system and was brought in a pump 52 to a "first elevated pressure" of 19.5 bar. (The other return flows through the main heat exchanger are not shown here.)
  • the cold second part stream is expanded in a throttle valve 11 to about high pressure column pressure and introduced liquid or as - two-phase mixture in one or more columns of the distillation column system.
  • the two turbines 5, 8 are mechanically coupled, via a common shaft 12, which drive both of them. On this shaft also sits a cold compressor 13, which is generated by means of the turbines and transmitted to the shaft 12 mechanical energy is driven.
  • the shaft also drives a dissipative brake, a generator or a warm compressor (not shown).
  • the vaporized product stream 53 is withdrawn from the main heat exchanger 10 at an intermediate temperature of about 5 to 10 K above the (pseudo) evaporation temperature and fed to the cold compressor 13. There it is further compressed from the "first elevated pressure” to a “second elevated pressure” of 33 bar. He comes out of the cold compressor at a temperature which is 15 to 30 K higher than the inlet temperature (line 54) and then at the appropriate place again
  • the two expansion machines are connected in parallel.
  • the first partial flow 4 below the intermediate temperature is thereby split into two branch streams 204, 207, which are in each case expanded in only one of the turbines 205, 208 to perform work.
  • the two relaxed air flows are reunited and, as shown in FIG.
  • the two turbines are designed as two separate machines.
  • the first turbine 205 drives a warm compressor 223 via a first common shaft. This is designed as a re-compressor for the compressed in the air compressor not shown use air 1. This is followed by an aftercooler and the recompressed air is fed via line 201 to the warm end of the
  • the second turbine 208 drives the cold compressor 13 for the (pseudo) vaporized product stream 53 via a second common shaft.
  • FIG. 3 differs from FIG. 2 in that not the total air 1 is recompressed, but only the second partial stream 303, 3.
  • the feed air 1 compressed in the air compressor is already divided into the first partial stream 2 and the second partial stream 303 before the secondary compressor 323 and only the second partial stream 303 supplied to the after-compressor 323.
  • Partial flow 3 is finally performed as before to the warm end of the main heat exchanger 10 and forms the inductor current.
  • FIG. 4 shows a further modification of FIG. Here, the compressed feed air upstream of the post-compressor 223 in an additional

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Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur Erzeugung eines gasförmigen Sauerstoff-Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Destilliersäulen-System, das mindestens eine Trennsäule aufweist. Einsatzluft wird in einem Luftverdichter verdichtet. Ein erster Teilstrom (2, 4, 6, 7) der verdichteten Einsatzluft wird arbeitsleistend entspannt (5, 8). Ein zweiter Teilstrom (3) der verdichteten Einsatzluft (1) wird abgekühlt und verflüssigt oder pseudo-verflüssigt und anschließend in das Destilliersäulen-System eingeleitet. Ein flüssiger Sauerstoff-Produktstrom (51) wird aus dem Destilliersäulen-System entnommen, in flüssigem Zustand auf einen ersten erhöhten Druck gebracht (52), unter diesem ersten erhöhten Druck durch indirekten Wärmeaustausch (10) mit dem zweiten Teilstrom (3) der verdichteten Einsatzluft verdampft oder pseudo-verdampft, auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt (10) und schließlich als gasförmiger Produktstrom (55) abgezogen. Der verdampfte beziehungsweise pseudo-verdampfte Sauerstoff-Produktstrom (53) wird in einem Kaltverdichter (13) weiter auf einen zweiten erhöhten Druck gebracht, der höher als der erste erhöhte Druck ist. Der Produktstrom (54) wird unter diesem zweiten erhöhten Druck auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt (10). Mindestens ein Teil der bei der arbeitsleistenden Entspannung (5, 8) des ersten Teilstroms (3) erzeugten mechanischen Energie wird zum Antrieb des Kaltverdichters (13) verwendet.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines gasförmigen Sauerstoff-Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei dem Prozess wird ein flüssig auf Druck gebrachter Sauerstoff-Produktstrom gegen einen Wärmeträger verdampft und schließlich als gasförmiges Druckprodukt gewonnen. Diese Methode wird auch als Innenverdichtung bezeichnet. Sie dient zur Gewinnung von Drucksauerstoff. Für den Fall eines überkritischen Drucks findet kein Phasenübergang im eigentlichen Sinne statt, der Produktstrom wird dann "pseudo- verdampft".
Gegen den (pseudo-)verdampfenden Produktstrom wird ein unter hohem Druck stehender Wärmeträger verflüssigt (beziehungsweise pseudo-verflüssigt, wenn er unter überkritischem Druck steht). Der Wärmeträger wird häufig durch einen Teil der Luft gebildet, im vorliegenden Fall von dem "zweiten Teilstrom" der verdichteten Einsatzluft.
Innenverdichtungsverfahren sind zum Beispiel bekannt aus DE 830805, DE 901542 (= US 2712738/US 2784572), DE 952908, DE 1103363 (= US 3083544), DE 1112997 (= US 3214925), DE 1124529, DE 1117616 (= US 3280574), DE 1226616
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(= US 3371496), DE 1235347, DE 1258882 (= US 3426543), DE 1263037
(= US 3401531), DE 1501722 (= US 3416323), DE 1501723 (= US 3500651),
DE 253132 (= US 4279631), DE 2646690, EP 93448 B1 (= US 4555256), EP 384483 B1 (= US 5036672), EP 505812 B1 (= US 5263328), EP 716280 B1 (= US 5644934), EP 842385 B1 (= US 5953937), EP 758733 B1 (= US 5845517), EP 895045 B1 (= US 6038885), DE 19803437 A1 , EP 949471 B1 (= US 6185960 B1), EP 955509 A1 (= US 6196022 B1), EP 1031804 A1 (= US 6314755), DE 19909744 A1 , EP 1067345 A1 (= US 6336345), EP 1074805 A1 (= US 6332337), DE 19954593 A1 , EP 1134525 A1 (= US 6477860), DE 10013073 A1 , EP 1139046 A1 , EP 1146301 A1 , EP 1150082 A1 , EP 1213552 A1 , DE 10115258 A1 , EP 1284404 A1 (= US 2003051504 A1), EP 1308680 A1 (= US 6612129 B2), DE 10213212 A1 , DE 10213211 A1 , EP 1357342 A1 oder DE 10238282 A1 DE 10302389 A1 , DE 10334559 A1 , DE 10334560 A1, DE 10332863 A1, EP 1544559 A1 , EP 1585926 A1 , DE 102005029274 A1 EP 1666824 A1.EP 1672301 A1, DE 102005028012 A1 , WO 2007033838 A1 , WO 2007104449 A1 , EP 1845324 A1 , DE 102006032731 A1 , EP 1892490 A1 , DE 102007014643 A1 , A1, EP 2015012 A2, EP 2015013 A2, EP 2026024 A1 , WO 2009095188 A2 oder DE 102008016355 A1.
Solche Innenverdichtungsprozesse haben viele Vorteile, erfordern aber, einen Teil der Einsatzluft unter besonders hohem Druck als Wärmeträger zur Verfügung zu stellen. Hierzu muss entsprechend Energie aufgewendet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine entsprechende Vorrichtung anzugeben, die energetisch besonders günstig arbeiten.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Hierbei wird nicht die gesamte Druckerhöhung auf den Produktdruck (den "zweiten erhöhten Druck") im flüssigen Zustand durchgeführt, sondern nur ein Teil, nämlich bis zu dem niedrigeren "ersten erhöhten Druck". Der Rest der Druckerhöhung wird nach der (Pseudo-)Verdampfung im kalten, aber gasförmigen Zustand vorgenommen. Dies erscheint zunächst paradox, da ein Hauptvorteil der Innenverdichtung darin besteht, die Verdichtung im gasförmigen Zustand durch eine Druckerhöhung im flüssigen Zustand zu ersetzen. Zudem wird durch die Kaltverdichtung Wärme in den Prozess eingebracht, die nicht mittels kostengünstiger Kältemittel wie Kühlwasser abgeführt werden kann, wie es bei einer warmen Verdichtung der Fall wäre.
Im Rahmen der Erfindung hat sich jedoch herausgestellt, dass die Vorteile dieser Verfahrensweise die zu erwartenden Nachteile überwiegen. Durch den unterhalb des Enddrucks liegenden (Pseudo-)Verdampfungsdruck kann auch der Druck des zweiten Teilstroms, der die Wärme liefert, entsprechend niedriger gewählt werden. Außerdem wird für den Antrieb des Kaltverdichters im Verfahren selbst erzeugte mechanische Energie verwendet; hierzu wird insbesondere die Entspannungsmaschine für den ersten Teilstrom der Einsatzluft unmittelbar mechanisch an den Kaltverdichter gekoppelt, beispielsweise über eine gemeinsame Welle oder ein Getriebe. Aber auch der scheinbare Nachteil einer erhöhten Temperatur beim Wiedereintritt des
kaltverdichteten Produktstroms in den Wärmeaustausch hat sich als Vorteil herausgestellt. Dadurch kann eine Engstelle im Wärmeaustauschdiagramm umgangen werden und insgesamt ergibt sich ein besonders effizienter Wärmeaustausch zwischen abzukühlender Einsatzluft und anzuwärmenden Rückströmen. Erst die dadurch verursachte weitere Energieeinsparung führt zu der überraschend hohen
Verminderung im Energieverbrauch im Rahmen der Erfindung.
Die Eintrittstemperatur des Kaltverdichters liegt beispielsweise 2 bis 50 K,
vorzugsweise 5 bis 10 K über der (Pseudo-)Verdampfungstemperatur des
Produktstroms unter dem ersten erhöhten Druck. Das Verfahren ist insbesondere günstig, wenn der Sauerstoffproduktdruck ("zweiter erhöhter Druck") zwischen 20 und 40 bar liegt. Das Druckverhältnis am Kaltverdichter beträgt vorzugsweise 1 , 4 bis 2,1 , der "erste erhöhte Druck" zwischen 10 und 30 bar.
Grundsätzlich kann das Verfahren mit einer einzigen Entspannungsmaschine durchgeführt werden. In diesem Fall muss zusätzlich zu dem Kaltverdichter eine dissipative Bremse, ein Generator oder ein warmer Verdichter mit der
Entspannungsmaschine gekoppelt sein, um die für das Verfahren notwendige Kälte zu erzeugen. Alternativ kann eine zweite Entspannungsmaschine mit einem geeigneten Prozessstrom betrieben werden, welche die Aufgabe der Kälteerzeugung übernimmt.
Vorzugsweise wird die arbeitsleistende Entspannung des ersten Teilstroms in zwei parallel oder seriell verbundenen Entspannungsmaschinen durchgeführt. In diesem Fall können zum Beispiel eine der beiden Entspannungsmaschinen mit dem
Kaltverdichter und die andere mit einem warmen Verdichter, einem Generator oder einer dissipativen Bremse gekoppelt sein.
Wenn die Entspannungsmaschinen seriell verbunden sind, ist es günstig, wenn der erste Teilstrom zwischen den beiden Entspannungsmaschinen angewärmt wird (Zwischenanwärmung).
Wenn die Entspannungsmaschinen parallel verbunden sind, ist es günstig, wenn die beiden Entspannungsmaschinen die gleiche Eintrittstemperatur und/oder den gleichen Eintrittsdruck beziehungsweise denselben Austrittsdruck und/oder dieselbe
Austrittstemperatur aufweisen.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird mechanische Energie beider Entspannungsmaschinen zum Antrieb des Kaltverdichters verwendet. Beide
Entspannungsmaschinen sind also mechanisch mit dem Kaltverdichter gekoppelt (und gegebenenfalls zusätzlich mit einem warmen Verdichter, einem Generator oder einer dissipativen Bremse). Anstelle einer oder zweier üblicher Booster-Turbinen werden dabei zwei seriell verbundene Turbinen eingesetzt, die mechanisch miteinander gekoppelt sind, beispielsweise über eine gemeinsame Welle, oder eine
Getriebemaschine. Besonders vorteilhaft ist die Konstruktion mit beiden
Turbinenrädern in einem gemeinsamen Gehäuse, die einen gemeinsame Welle antreiben und so eine Einheit darstellen. Die gemeinsame Welle treibt den
Kaltverdichter und gegebenenfalls eine weitere Bremsvorrichtung an, zum Beispiel eine dissipative Bremse, einen Generator oder einen warmen Verdichter.
Es ist günstig, wenn die Abkühlung der Einsatzluft, die Verflüssigung oder PseudoVerflüssigung des zweiten Teilstroms, die Verdampfung oder Pseudo-Verdampfung des Produktstroms und die Anwärmung des Produktstroms in einem
Hauptwärmetauscher durchgeführt wird. Der "Hauptwärmetauscher" kann aus einem oder mehreren parallel und/oder seriell verbundenen Wärmetauscherabschnitten gebildet sein, zum Beispiel aus einem oder mehreren Plattenwärmetauscher-Blöcken.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Erzeugung eines gasförmigen Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß den Patentansprüchen 8 bis 13.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnungen umfassen nur die wesentlichen Ausschnitte des Verfahrens und einer entsprechenden Vorrichtung, insbesondere sind der Luftverdichter und das
Destilliersäulen-System nicht dargestellt. Letzteres wird vorzugsweise durch ein übliches Zweisäulensystem zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung gebildet. Es zeigen Figur 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung mit Kombimaschine und Figuren 2 bis 5 weitere Ausführungsformen, bei denen jeweils nur eine Entspannungsmaschine den Kaltverdichter antreibt.
Einander entsprechende Bauteile beziehungsweise Verfahrensschritte tragen in allen Zeichnungen dieselben Bezugszeichen.
In Figur 1 strömt Luft 1 vom Hauptluftverdichter und der nachfolgenden Luftreinigung (beides nicht dargestellt) unter sehr hohem Druck heran und wird in einen ersten Teilstrom 2 (Turbinenstrom) und einen zweiten Teilstrom 3 (Drosselstrom) aufgeteilt.
Der erste Teilstrom 2 wird in einen Hauptwärmetauscher 10 an dessen warmem Ende eingeleitet. Bei einer Zwischentemperatur wird der erste Teilstrom über Leitung 4 wieder entnommen und anschließend in einer ersten Turbine 5 arbeitsleistend auf einen Zwischendruck entspannt. Die Zwischendruckluft 6 wird im Hauptwärmetauscher 10 wieder angewärmt (Zwischenanwärmung) und über Leitung 7 einer zweiten Turbine 8 zugeführt und dort arbeitsleistend vom Zwischendruck auf etwa den Betriebsdruck der Hochdrucksäule des Destilliersäulen-Systems (nicht dargestellt) entspannt. Die Abluft 9 der zweiten Turbine 8 wird der Hochdrucksäule als im Wesentlichen gasförmige Einsatzluft zugeleitet.
Der zweite Teilstrom 3 wird unter dem sehr hohen Druck bis zum kalten Ende durch den Hauptwärmetauscher 10 geführt und liefert dabei die Wärme für einen unter Druck verdampfenden oder pseudo-verdampfenden Sauerstoff-Produktstrom, der flüssig (51 - LOX) aus dem Destilliersäulen-System entnommen und in einer Pumpe 52 auf einen "ersten erhöhten Druck" von 19,5 bar gebracht wurde. (Die übrigen Rückströme durch den Hauptwärmetauscher sind hier nicht dargestellt.) Der kalte zweite Teilstrom wird in einem Drosselventil 11 auf etwa Hochdrucksäulendruck entspannt und flüssig oder als - Zweiphasengemisch in eine oder mehrere Säulen des Destilliersäulen-Systems eingeleitet.
Die beiden Turbinen 5, 8 sind mechanisch gekoppelt, und zwar über eine gemeinsame Welle 12, die sie beide antreiben. Auf dieser Welle sitzt außerdem ein Kaltverdichter 13, der mittels der in den Turbinen erzeugten und auf die Welle 12 übertragenen mechanischen Energie angetrieben wird. Die Welle treibt außerdem eine dissipative Bremse, einen Generator oder einen warmen Verdichter an (nicht dargestellt).
Der verdampfte Produktstrom 53 wird bei einer Zwischentemperatur von etwa 5 bis 10 K oberhalb der (Pseudo-)Verdampfungstemperatur aus dem Hauptwärmetauscher 10 abgezogen und dem Kaltverdichter 13 zugeleitet. Dort wird er von der "ersten erhöhten Druck" aus weiter auf einen "zweiten erhöhten Druck" von 33 bar verdichtet. Er tritt mit einer Temperatur, die 15 bis 30 K höher als Eintrittstemperatur ist, aus dem Kaltverdichter aus (Leitung 54) und wird dann an geeigneter Stelle wieder dem
Hauptwärmetauscher 10 zugeleitet und dort bis auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt. Über Leitung 55 wird schließlich das gasförmige Druckprodukt (PGOX) vom warmen Ende entnommen.
Bei Figur 2 sind die beiden Entspannungsmaschinen parallel geschaltet. Der erste Teilstrom 4 unter der Zwischentemperatur wird dabei in zwei Zweigströme 204, 207 aufgespaltet, die jeweils in nur einer der Turbinen 205, 208 arbeitsleistend entspannt werden. Die beiden entspannten Luftströme werden wieder vereinigt und wie in Figur 1 weiter über Leitung 9 geführt. Außerdem sind die beiden Turbinen als zwei getrennte Maschinen konstruiert. Die erste Turbine 205 treibt über eine erste gemeinsame Welle einen warmen Verdichter 223 an. Dieser ist als Nachverdichter für die im nicht dargestellten Luftverdichter verdichtete Einsatzluft 1 ausgebildet. Anschließend folgt ein Nachkühler und die nachverdichtete Luft wird über Leitung 201 zum warmen Ende des
Hauptwärmetauschers 10 geführt. Die zweite Turbine 208 triebt über eine zweite gemeinsame Welle den Kaltverdichter 13 für den (pseudo-)verdampften Produktstrom 53 an.
Figur 3 unterscheidet sich von Figur 2 dadurch, dass nicht die Gesamtluft 1 nachverdichtet wird, sondern lediglich der zweite Teilstrom 303, 3. Hierzu wird die im Luftverdichter verdichtete Einsatzluft 1 bereits vor dem Nachverdichter 323 in den ersten Teilstrom 2 und den zweiten Teilstrom 303 aufgeteilt und lediglich der zweite Teilstrom 303 dem Nachverdichter 323 zugeführt. Der nachverdichtete zweite
Teilstrom 3 wird schließlich wie zuvor zum warmen Ende des Hauptwärmetauschers 10 geführt und bildet den Drosselstrom. In Figur 4 ist eine weitere Abwandlung der Figur 2 dargestellt. Hier wird die verdichtete Einsatzluft stromaufwärts des Nachverdichters 223 in einer zusätzlichen
Passagengruppe 410 des Hauptwärmetauschers 10 vorgekühlt, wie es in
DE 102007042462 näher erläutert ist.
Auf analoge Weise unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel der Figur 5 durch die zusätzlichen Passagengruppe 510 des Hauptwärmetauschers von Figur 3.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erzeugung eines gasförmigen Sauerstoff-Druckprodukts durch
Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Destilliersäulen-System, das mindestens eine Trennsäule aufweist, wobei bei dem Verfahren
- Einsatzluft in einem Luftverdichter verdichtet wird,
- ein erster Teilstrom (2, 4, 6, 7) der verdichteten Einsatzluft arbeitsleistend
entspannt (5, 8) wird,
- ein zweiter Teilstrom (3) der verdichteten Einsatzluft (1) abgekühlt und
verflüssigt oder pseudo-verflüssigt und anschließend in das Destilliersäulen- System eingeleitet wird,
- ein flüssiger Sauerstoff-Produktstrom (51) aus dem Destilliersäulen-System entnommen, in flüssigem Zustand auf einen ersten erhöhten Druck gebracht (52), unter diesem ersten erhöhten Druck durch indirekten Wärmeaustausch (10) mit dem zweiten Teilstrom (3) der verdichteten Einsatzluft verdampft oder pseudo-verdampft, auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt (10) und schließlich als gasförmiger Produktstrom (55) abgezogen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der verdampfte beziehungsweise pseudo-verdampfte Sauerstoff-Produktstrom (53) in einem Kaltverdichter (13) weiter auf einen zweiten erhöhten Druck gebracht wird, der höher als der erste erhöhte Druck ist und
- der Produktstrom (54) unter diesem zweiten erhöhten Druck auf etwa
Umgebungstemperatur angewärmt (10) wird, wobei
- mindestens ein Teil der bei der arbeitsleistenden Entspannung (5, 8) des ersten Teilstroms (3) erzeugten mechanischen Energie zum Antrieb des
Kaltverdichters (13) verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die arbeitsleistende Entspannung des ersten Teilstroms (2, 4, 6, 7) in zwei parallel oder seriell verbundenen Entspannungsmaschinen (5, 8) durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilstrom (6) zwischen den beiden seriell verbundenen Entspannungsmaschinen angewärmt (10) wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden parallel verbundenen Entspannungsmaschinen die gleiche Eintrittstemperatur und/oder den gleichen Eintrittsdruck aufweisen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden parallel verbundenen Entspannungsmaschinen denselben Austrittsdruck und/oder dieselbe Austrittstemperatur aufweisen.
6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mechanische Energie beider Entspannungsmaschinen (5, 8) zum Antrieb des Kaltverdichters
(13) verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung der Einsatzluft, die Verflüssigung oder Pseudo-Verflüssigung des zweiten Teilstroms, die Verdampfung oder Pseudo-Verdampfung des
Produktstroms und die Anwärmung des Produktstroms in einem
Hauptwärmetauscher durchgeführt wird.
8. Vorrichtung zur Erzeugung eines gasförmigen Sauerstoff-Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
- mit einem Destilliersäulen-System, das mindestens eine Trennsäule aufweist,
- mit einem Luftverdichter zum Verdichten von Einsatzluft,
- mit einer ersten Entspannungsmaschine zur arbeitsleistenden Entspannung (5, 8) eines ersten Teilstroms (2, 4, 6, 7) der verdichteten Einsatzluft,
- mit Mitteln zum Abkühlen und Verflüssigen oder Pseudo-Verflüssigen eines zweiten Teilstroms (3) der verdichteten Einsatzluft (1),
- mit Mitteln zum Einleiten des verflüssigten beziehungsweise pseudo- verflüssigten ersten Teilstroms in das Destilliersäulen-System,
- mit Mitteln, um einen flüssigen Sauerstoff-Produktstrom (51) aus dem
Destilliersäulen-System zu entnehmen, in flüssigem Zustand auf einen ersten erhöhten Druck zu bringen (52), unter diesem ersten erhöhten Druck durch indirekten Wärmeaustausch (10) mit dem zweiten Teilstrom (3) der verdichteten Einsatzluft zu verdampfen oder pseudo-verdampfen, auf etwa
Umgebungstemperatur anzuwärmen (10) und schließlich als gasförmigen Produktstrom (55) abzuziehen, gekennzeichnet durch
- einen Kaltverdichter (13) zur weiteren Druckerhöhung des verdampften beziehungsweise pseudo-verdampften Sauerstoff-Produktstroms (53) auf einen zweiten erhöhten Druck, der höher als der erste erhöhte Druck ist, durch - Mittel zum Anwärmen (10) des Produktstroms (54) unter diesem zweiten erhöhten Druck auf etwa Umgebungstemperatur und durch
- Mittel zum Übertragen mindestens eines Teils der bei der arbeitsleistenden Entspannung (5, 8) des ersten Teilstroms (3) erzeugten mechanischen Energie auf den Kaltverdichter (13).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine zweite
Entspannungsmaschine (8) zur arbeitsleistenden Entspannung des ersten Teilstroms (2, 4, 6, 7), die mit der ersten Entspannungsmaschine (5) parallel oder seriell verbunden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch Mittel zum Anwärmen (10) des ersten Teilstroms (6) zwischen den beiden seriell verbundenen
Entspannungsmaschinen.
1 1. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden parallel verbundenen Entspannungsmaschinen die gleiche
Eintrittstemperatur, den gleichen Eintrittsdruck, denselben Austrittsdruck und/oder dieselbe Austrittstemperatur aufweisen.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , gekennzeichnet durch Mittel zum Übertragen mechanischer Energie beider Entspannungsmaschinen (5, 8) auf den Kaltverdichter (13).
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung der Einsatzluft, die Verflüssigung oder Pseudo-Verflüssigung des zweiten Teilstroms, die Verdampfung oder Pseudo-Verdampfung des
Produktstroms und die Anwärmung des Produktstroms in einem
Hauptwärmetauscher durchgeführt wird.
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