WO2018114052A2 - Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungsanlage - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for the cryogenic separation of air and an air separation plant according to the preambles of the independent claims.
  • Air separation plants have distillation column systems which can be designed, for example, as two-column systems, in particular as classic Linde double-column systems, but also as three-column or multi-column systems.
  • distillation column systems which can be designed, for example, as two-column systems, in particular as classic Linde double-column systems, but also as three-column or multi-column systems.
  • Distillation columns for the recovery of nitrogen and / or oxygen in the liquid and / or gaseous state ie the distillation columns for nitrogen-oxygen separation, distillation columns for obtaining further air components, in particular the noble gases krypton, xenon and / or argon, can be provided.
  • the distillation columns of said distillation column systems are operated at different pressure levels.
  • Known double column systems have a so-called high-pressure column (also referred to as a pressure column, medium-pressure column or lower column) and a so-called low-pressure column (also referred to as the upper column).
  • the pressure level of the high pressure column is for example 4 to 6 bar, in particular about 5 bar.
  • the low-pressure column is at a pressure level of, for example, 1, 3 to 1, 7 bar, in particular about 1, 5 bar operated.
  • pressures of 3 to 4 bar can also be used in the low pressure column.
  • the pressures given here and below are absolute pressures at the top of said columns. From EP 0 955 509 A1 a method and a device for air separation are known, which serve for the production of high-purity oxygen. An oxygen-containing liquid fraction is taken from at least one theoretical or practical bottom above the sump of the high pressure column and in the
  • Low pressure column fed Gaseous nitrogen from the low pressure column is at least partially condensed in a top condenser by indirect heat exchange with a vaporizing liquid. At least a portion of the bottom liquid of the high pressure column is passed into the evaporation space of the top condenser of the low pressure column. From the lower part of the low-pressure column, a high-purity oxygen product is taken.
  • DE 25 26 350 A1 discloses a method for air separation with recovery of liquid oxygen and / or nitrogen by the so-called Mehtfachexpansions- method in an air separation plant with a high-pressure column, wherein a task-working pressure of the air to be processed against an operating pressure of
  • High pressure column is increased by several atmospheres.
  • a method described in EP 1 357 342 A1 and a corresponding device are used for air separation of air in a distillation column system for nitrogen-oxygen separation, which comprises a high-pressure column, a low-pressure column and a medium-pressure column and a crude argon column. At least one
  • Feed air stream is fed to the distillation column system.
  • Low pressure column is removed at least one oxygen or nitrogen product stream.
  • At least one first argon-enriched stream becomes the
  • Rohargon yarn is taken from an argon-rich fraction whose argon content is greater than that of the first argon-enriched stream.
  • the first argon-enriched stream is taken from the medium-pressure column.
  • a double column is used, the low-pressure column of which is operated at a pressure which is significantly above atmospheric pressure, in particular of the order of 2 to 5 bar.
  • the high pressure column operated at a corresponding pressure
  • Gaseous oxygen is taken directly from a lower area of the low-pressure column and the apparatus is at least partially kept cold by free expansion of at least one gaseous product leaving the low pressure column.
  • EP 2 801 777 A1 relates to an air separation plant with a
  • a distillation column system comprising at least one high pressure column and a
  • Low pressure column includes and a corresponding method.
  • Main compressor unit is adapted to a total amount of air that the
  • Air separation plant is supplied in total, to compress to a pressure which is at least 4 bar higher than an operating pressure for which the high-pressure column is established.
  • the main compressor unit has a slip-ring rotor motor.
  • the present invention has the particular object of making the creation of air separation plant easier. Disclosure of the invention
  • the present invention proposes a method for
  • Fluids and gases may be rich or poor in one or more components as used herein, with “rich” being for a content of at least 50%, 75%, 90%, 95%, 99%, 99.5%, 99, 9% or 99.99% and “poor” for a content not exceeding 50%, 25%, 10%, 5%, 1%, 0.1% or 0.01% by mol, Weight or volume can stand.
  • the term “predominantly” can correspond to the definition of "rich”.
  • Liquids and gases may also be enriched or depleted in one or more components, which terms refer to a content in a source liquid or gas from which the liquid or gas was recovered.
  • the liquid or gas is "enriched” if it or this is at least 1, 1, 5, 1, 5, 2, 5, 10, 100 or 1, 000 times, and "depleted” if this or this is at most 0.9 times, 0.5 times, 0.1 times, 0.01 times or 0.001 times the content of a corresponding component, based on the starting liquid or the starting gas contains.
  • oxygen or “nitrogen”
  • the present application uses the terms "pressure level” and "temperature level” to characterize pressures and temperatures, thereby indicating that corresponding pressures and temperatures in a given plant need not be used in the form of exact pressure or temperature values to realize the innovative concept. However, such pressures and temperatures typically range in certain ranges, such as ⁇ 1%, 5%, or 10% around an average.
  • pressure levels and temperature levels can be in disjoint areas or in areas that overlap one another.
  • pressure levels include unavoidable or expected pressure drops.
  • temperature levels The same applies to temperature levels.
  • the pressure levels indicated here in bar are absolute pressures.
  • Such nitrogen is nitrogen taken from the air separation plant in the form of a liquid or gaseous nitrogen product (as is typically not the case in the present invention), and the nitrogen which is throttled and discarded as explained below. But this also applies internally compressed nitrogen, ie liquid nitrogen, which is taken from the high-pressure column, pressurized in a pump and evaporated in the main heat exchanger. Internal compaction is also explained, for example, in Häring, section 2.2.5.2, "Internal Compression".
  • An "argon discharge” is here generally understood as a measure in which a fluid is withdrawn from the low-pressure column which is enriched in argon with respect to an oxygen-rich liquid fed from the low-pressure column, in particular the low-pressure column bottoms product, i. For example, has at least twice, five times or ten times the argon content.
  • An argon discharge further comprises, at least a portion of the in one
  • Oxygen in the low-pressure column itself is generally expensive and requires a corresponding "heating" capacity of the main capacitor. If argon is discharged and thus omits the oxygen-argon separation or this is displaced, for example, in a crude argon or Argonausschleuskla, the corresponding amount of argon must not be separated in the oxygen section of the low pressure column and the heating power of the main capacitor can be reduced. Therefore, with the same yield of oxygen, either more air injected into the low-pressure column or more pressure nitrogen from the
  • High-pressure column are removed, which in turn provides energy benefits.
  • an "argon discharge column” can be understood to mean a separation column for argon-oxygen separation which is not suitable for
  • Argon discharge column connected to an intermediate point of the low-pressure column and the argon discharge column is cooled by a top condenser, on its evaporation side typically relaxed bottom liquid from the
  • An argon discharge column typically does not have a bottom evaporator.
  • the present invention is based on the recognition that in one
  • Air separation plant designed primarily for the production of pure oxygen with a content of at least 90% or 95%, in particular from 99 to 99.96%, taken from the high-pressure column nitrogen in a certain amount, an isenthalpic relaxation, i. in particular a throttle relaxation, can be supplied and discarded.
  • an isenthalpic relaxation i. in particular a throttle relaxation
  • a throttle relaxation of other gaseous streams is, as also explained in detail below, advantageous.
  • the present invention will be described primarily with reference to the nitrogen taken from the high-pressure column.
  • the standardization of an air separation plant typically includes the
  • the maximum capacity ie the maximum demountable air volume, from the standard dimensions and the
  • Product spectrum (i.e., the respective amounts) of the air products taken from the rectification.
  • the components, in particular the distillation columns, are dimensioned such that no product is discarded. Is the product range outside of the
  • Transport limitations in height (transport height) the capacity can be increased.
  • Drosselentlement to supply to the pressure level of the low pressure column and feed into the low pressure column.
  • packings with different packing densities are used. The packing densities are
  • Has separation capacity In other words, there are overcapacities in the separation performance in the low-pressure column in such areas, which can be used for the air fed in here. In this way, capacity reserves can be used in the context of the present invention.
  • Embodiments of the isenthalp relaxation must be subjected to a sufficient amount of fluid in order to achieve the respective advantageous effects or to show a corresponding effect at all.
  • the respective gaseous material flows be it nitrogen from the high-pressure column or another gaseous one Fluid, are therefore supplied in an appropriate amount of isenthalpic relaxation.
  • a quantity of at least 500 standard cubic meters per hour has been found to be particularly advantageous.
  • an air separation plant in which, for example, about 500,000 standard cubic meters of air per hour used in total, ie compressed in the air separation plant (especially in the main air compressor) and cooled (especially in the main heat exchanger), this corresponds to 0.1% of the amount of air used.
  • the present invention is distinguished in particular from methods in which small amounts of gaseous fluids, for example components which are not condensable in a condensation chamber of a condenser evaporator, are withdrawn and, if appropriate, likewise subjected to isenthalpic expansion.
  • Such non-condensable components are, in particular, helium, neon and hydrogen.
  • atmospheric air is about 0.00052% (helium), about 0.0018% (neon) and about 0.00006% (hydrogen), so their total amount is 0.00238%.
  • significantly lower amounts of substance, if any, would be fed to an isenthalpic expansion, since corresponding components are not available in greater quantities in uncondensed form.
  • the material stream or streams which are provided in gaseous form and subjected to isenthalpentation may also be subjected to expansion in addition to a stream of material optionally also provided in gaseous form and fed to an argon discharge column or crude argon column (see below) can be provided. In this way, the advantages mentioned can be achieved.
  • the material stream (s) provided gaseously and subjected to isenthalpent expansion have an argon content of less than 1.5 mol%, in particular less than 1 mol%.
  • the advantages mentioned can be achieved by using gaseous feed air which has been compressed to the pressure level of the high-pressure column and / or by using a material stream taken off in gaseous form from the high-pressure column. Therefore, the isenthalic relaxation always takes place starting from a corresponding one
  • Pressure level that is at the pressure level of the high pressure column or a pressure level that differs by no more than 1% of this.
  • the gaseous material stream (s) subjected to isenthalpic relaxation are further provided at a temperature level corresponding to at least one temperature level present in the high pressure column. It may in particular be a temperature level at the top of the high-pressure column or at an extraction point of the or one of the isenthalp to relaxing gaseous streams from the
  • Act high-pressure column It can also be a lowest temperature level to which air in the air separation plant is compressed.
  • the gaseous material streams are or are advantageously fed at least at this temperature level to isenthalpic expansion, i. Although heated if necessary, before isenthalpen relaxation, as explained below, but not further cooled.
  • the present invention proposes a process for the cryogenic separation of air using an air separation plant having a distillation column system comprising a high pressure column operating at a first pressure level and a low pressure column operating at a second pressure level below the first pressure level.
  • 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.
  • Air separation plant one or more gaseous streams formed and subjected to an isenthalp relaxation, starting from the first pressure level or a pressure level which is not more than 1 bar from the first
  • Pressure level is different, is performed, and in which a pressure difference of 3 to 6 bar is overcome.
  • the pressure difference is in particular 3 to 5 bar, preferably 3.5 to 4.5 bar, for example about 4 bar.
  • the isenthalpic expansion can be carried out in particular starting from a pressure level which differs by no more than 0.5 bar, 0.2 bar or 0.1 bar from the first pressure level. Further details and the associated advantages have already been explained.
  • the pressure difference may in particular correspond to the difference between the first pressure level, that is to say the operating pressure of the high-pressure column, and a discharge pressure. In the case of isenthalp relaxation, it may in particular be a
  • the gaseous material stream (s) subjected to gaseous expansion comprises or comprise a quantity of fluid of at least 500 standard cubic meters per hour.
  • the measures carried out according to the invention differ from conventional methods in which small amounts are not condensable
  • Components are removed from the condenser evaporator.
  • the latter can be done in the context of the present invention additionally.
  • the gaseous material stream (s) subjected to gaseous expansion has or have an argon content of not more than 1.5% mole percent, in particular not more than 1 mole percent. Therefore, any further streams which are processed in a crude argon column or argon discharge column (see below), as likewise possible in the context of the present invention, are not covered by this or these streams.
  • the gaseous streams which is or are subjected to the isenthalp relaxation is or become at a temperature level
  • Gaseous material streams are or will advantageously be at least at this temperature level of isenthalpy
  • the temperature level at which the gaseous material streams or are formed is or is in particular above -200 ° C, preferably above -150 ° C, and especially below 100 ° C, preferably below 50 ° C. It can also be cooled to a lowest temperature level, to which air in a main heat exchanger of the air separation plant is cooled. Will be inserted as explained below
  • the temperature level of its formation corresponds to that at the sampling point. If, however, a corresponding gaseous stream of compressed and cooled feed air is formed, the temperature level corresponds to its formation of the corresponding
  • the isenthalp relaxation can be carried out at a temperature level of 0 to -200 ° C, in particular a temperature level of -150 to -200 ° C, for example about -170 ° C, i. in particular on the basis of such a temperature level, ie at a typical rectification temperature of air.
  • a corresponding stream of material is typically previously in one
  • the or one of the gaseous streams subjected or to be subjected to isenthalpic expansion, in particular compressed and cooled air may or may be a gaseous nitrogen-rich fluid withdrawn from an upper region of the high-pressure column an atmospheric nitrogen-enriched gaseous fluid from an intermediate region of the high-pressure column.
  • the "upper region” of the high-pressure column is, in particular, a region near or at the top of the high-pressure column which is free of separating internals, the "intermediate region” represents, in particular, an area otherwise provided with separating internals which is arranged between the top and bottom of the high-pressure column.
  • a nitrogen-rich first material stream is formed using a nitrogen-rich first fluid which is taken off in gaseous form from the high-pressure column at the first pressure level.
  • a second fluid which is taken from the low-pressure column in gaseous form at the second pressure level, a second material flow is formed in a further embodiment of the present invention.
  • a "formation" of a material flow "using" a fluid may comprise both that exclusively the fluid mentioned is used for the provision of the material stream, and that the material flow is generated from a plurality of fluids.
  • a "second" stream in the context of the present invention can be formed, for example, exclusively using “impure nitrogen” from the top of the low-pressure column.
  • the nitrogen-rich first stream and, if formed in the further embodiment, the second stream are permanently removed from the distillation column system. This is understood to mean that the said material flows are not in the
  • the nitrogen-rich first stream thus differs from streams, in the form of which, as far as known, for example, pressure nitrogen from the head of the
  • High pressure column deducted and fed into the low pressure column.
  • the nitrogen-rich first stream at least to a portion of the isenthalpen mentioned several times
  • Relaxation in particular a Drosselentschreib, is supplied.
  • the isenthalp or throttle-relieved nitrogen rich first stream or its part is discarded, ie it is not used as a product of the air separation plant.
  • the amount of the nitrogen-rich first fluid taken from the high-pressure column is, for example, up to 20%, in particular up to 8%, and more particularly at least 1, 2, 3, 4 or 5% of the total amount of air fed into the distillation column system.
  • a "throttling relaxation" in the parlance of the present invention is a relaxation in which a stream or a corresponding part is passed through one or more throttle valve and thereby undergoes a pressure reduction. In throttle relaxation can, but it must not be the only relaxation, which is subjected to the nitrogen-rich first stream in the present case. Throttling relaxation proves to be extremely cost-effective, especially for smaller amounts of nitrogen.
  • the isenthalpe or throttling release of the first material flow or its isenthalpic or throttling release component is, in particular, brought to a third pressure level, which is in particular greater than or equal to the second pressure level, i. in particular greater than or equal to the pressure level of the second material flow or the low-pressure column, carried out.
  • the third pressure level corresponds to the second pressure level.
  • the first material flow or its portion can be fed to the second flow of material after throttling relaxation.
  • Material stream is provided in the context of another embodiment of the present invention that cooled compressed air provided at the first pressure level and fed to a first portion in the high pressure column and fed to a second portion of the isenthalp relaxation, in particular a Drosselentschreib to the second pressure level and the low pressure column is fed.
  • the provision of the compressed air at the first pressure level comprises that a portion of an amount of feed air compressed in a main air compressor to the first pressure level in a main heat exchanger is brought to a temperature level which is below or close to the liquefaction temperature of air.
  • the nitrogen-rich first fluid is advantageously taken from the high-pressure column at a first temperature level, and the nitrogen-rich first material stream is formed at the first temperature level.
  • This first temperature level thus corresponds to the temperature of the fluid at the removal point from the
  • High-pressure column is removed, which are subjected to isenthalp relaxation and / or a portion of the first stream can be heated from the first to a second temperature level and then subjected to the isenthalp relaxation.
  • Air separation plant and in particular to a lying above 0 ° C (second) temperature level.
  • the first temperature level is in particular from 0 to -200 ° C., in particular from -150 to -200 ° C., for example about -170 ° C.
  • the second temperature level is in particular from 0 to -200 ° C., in particular from -150 to -200 ° C., for example about -170 ° C.
  • Temperature level is in particular at 0 to 100 ° C, in particular 10 to 50 ° C, for example about 20 ° C.
  • the second fluid which is taken from the low-pressure column and used in the formation of the second material flow, may in particular be a nitrogen-rich fluid which is taken from the low-pressure column at the top, and which has a content of 96%. to 99.999 mole percent nitrogen and otherwise predominantly oxygen or argon. If no pure nitrogen from the low-pressure column is required, advantageously only impure nitrogen is taken off at the top. If pure nitrogen is required, the low-pressure column is designed with a further section, as also shown in the figures. In the latter case, advantageously two nitrogen-rich fractions are withdrawn from the low pressure column.
  • the so-called impure nitrogen has a nitrogen content of about 96 to 99.99 mole percent of the so-called impure nitrogen content of at least 99.99% mole percent to 0.1 ppm oxygen.
  • the second fluid can therefore also be a nitrogen-rich fluid which is taken from the low-pressure column at the top, and which has a content of 96%. to 99.999 mole percent nitrogen and otherwise predominantly oxygen or argon. If no
  • enriched fluid which is taken from the low-pressure column via a side draw, and therefore has a correspondingly lower content of nitrogen.
  • Low pressure column is taken in gaseous form, are formed.
  • the additional fluid may be an oxygen-rich fluid, the low pressure column via a
  • the present invention also relates to an air separation plant with a
  • a distillation column system comprising a high pressure column adapted for operation at a first pressure level and a low pressure column adapted for operation at a second pressure level below the first pressure level.
  • the air separation plant according to the invention is characterized by means which are adapted to form one or more gaseous streams using the air in the air separation plant and an isenthalp relaxation from the first pressure level or a pressure level of not more than 1 bar of differs from the first pressure level, and thereby to overcome a pressure difference of 3 to 6 bar, wherein means are provided, which are adapted to the gaseous streams, or which is subjected to gaseous relaxation or in a quantity of fluid of at least 500 standard cubic meters per hour, and means are provided which are adapted to provide the gaseous material streams which are or are subject to gaseous expansion with an argon content of not more than 1.5 mole percent.
  • the air separation plant according to the invention which is advantageously set up for carrying out a method, as explained above, benefits in the same way from the advantages of the method according to the
  • Figure 1 illustrates an air separation plant according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows an air separation plant which is suitable for operation according to
  • Embodiment of the present invention is arranged.
  • the air separation plant is designated 100 in total.
  • feed air in the form of a stream a (AIR) is sucked by a main air compressor 101 in a feed air through a filter 102, there compressed to a first pressure level and a pre-cooling 103 and a purification 104, respectively.
  • the compressed, precooled and purified feed air is further pressurized in the form of a stream b in a booster 105 with aftercooler 106.
  • the air separation plant 100 may deviate from the illustrated example also be formed with main and Nachverêtr.
  • a first portion of the further pressurized in the booster 105 feed air is in the form of a stream c in a main heat exchanger 107 on a
  • a second portion of the further pressurized feed air in the booster 105 is in the form of a stream d in the
  • Main heat exchanger 107 cooled to a final temperature level and isenthalp relaxed in a throttle valve 109.
  • the relaxed feed air of the streams c and d is combined to form a stream e and partly in the form of a stream f in a High pressure column 1 1 1 and partly in the form of a stream g in one
  • Low-pressure column 112 of a distillation column system 10 which further comprises a
  • an oxygen-enriched liquid in the form of a stream h is withdrawn, passed through a subcooler 15, partly used for cooling in a top condenser of the crude argon column 1 13 and finally fed to the low-pressure column 1 12.
  • a nitrogen-rich fluid in the form of a stream i is withdrawn. This is liquefied in part in the form of a stream k in a main condenser 116, which connects the high-pressure column 11 1 and the low-pressure column 1 12 heat-exchanging. From this, a first portion in the form of a stream I as return to the high-pressure column 1 11 is returned and a second portion in the form of a stream m passed through the subcooler 1 15 and fed to the low-pressure column 112.
  • the not liquefied in the main capacitor 1 16 portion of the stream i is in the example shown to a first portion in the form of a stream n the
  • Main heat exchanger 107 is supplied and heated there and expanded to a second portion in the form of a material flow o isenthalp via a throttle valve 1 17 and fed to a stream p.
  • the stream p is a stream which is formed using impure nitrogen taken from the low pressure column 12 in the form of a stream j and passed through the subcooler 15.
  • the stream p also comprises oxygen-rich fluid which is taken from the low-pressure column 112 in the form of a stream z.
  • a formed in this way collecting stream q is also the
  • Main heat exchanger 107 supplied and heated there.
  • the collecting stream q is then partially blown off in the example shown to the atmosphere (ATM) and used in part in the pre-cooling 103 and the purification 104.
  • ATM atmosphere
  • a portion of the material flow r is branched off, expanded by means of an expansion valve 118 and fed to a stream s.
  • the stream s is a Stream which is formed using further nitrogen-rich fluid taken from the low pressure column 112, passed through the subcooler 15 and heated in the main heat exchanger 107.
  • a collecting stream t formed in this way can be used like the collecting stream q.
  • a portion of the corresponding nitrogen-rich fluid is discarded. Both possibilities can alternatively be used in embodiments of the present invention.
  • a remaining portion of the nitrogen-rich fluid can be used, for example, in the form of a stream of material u as a sealing gas for the compressors used (seal gas).
  • the low pressure column 1 12 oxygen-rich liquid is removed in the form of a stream v and by means of a pump 1 19 liquid pressure increases (internal compression). A portion thereof is heated in the form in the main heat exchanger 107, thereby converted into the gaseous or supercritical state and as gaseous
  • Oxygen pressure product (GOX IC1) provided. Another part is optionally supercooled in the subcooler 1 15 and provided as a liquid oxygen product (GOX).
  • Low pressure column 112 recycled and provided in part in the form of a stream w as a liquid nitrogen product (LIN).
  • Crude argon column 1 13 is liquefied, partly recycled as reflux to the crude argon column 1 13 and partly in the form of a stream of material x to the atmosphere
  • an argon-rich fluid in the form of a stream of material y can also be withdrawn from the crude argon column 1 13 in liquid form and made available as a liquid argon product (LAR).
  • LAR liquid argon product

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft unter Verwendung einer Luftzerlegungsanlage (100) mit einem Destillationssäulensystem (10), das eine Hochdrucksäule (111), die auf einem ersten Druckniveau betrieben wird, und eine Niederdrucksäule (112), die auf einem zweiten Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus betrieben wird, umfasst. Es ist vorgesehen, dass unter Verwendung der Luft in der Luftzerlegungsanlage (100) ein oder mehrere gasförmige Stoffströme gebildet und einer isenthalpen Entspannung unterworfen werden, die ausgehend von dem ersten Druckniveau oder einem Druckniveau, das sich um nicht mehr als 1 bar von dem ersten Druckniveau unterscheidet, durchgeführt wird, und bei der eine Druckdifferenz von 3 bis 6 bar überwunden wird, wobei der oder die gasförmigen Stoffströme, der oder die der gasförmigen Entspannung unterworfen wird oder werden, eine Fluidmenge von mehr als 500 Normkubikmetern pro Stunde umfassen, und wobei der oder die gasförmigen Stoffströme, der oder die der gasförmigen Entspannung unterworfen wird oder werden, einen Argongehalt von nicht mehr als 1 Molprozent aufweist oder aufweisen. Eine Luftzerlegungsanlage (100) ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Tieftemperaturzerlequnq von Luft und Luftzerlequnqsanlaqe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und eine Luftzerlegungsanlage gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Stand der Technik
Die Herstellung von Luftprodukten in flüssigem oder gasförmigem Zustand durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in Luftzerlegungsanlagen ist bekannt und beispielsweise bei H.-W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, insbesondere Abschnitt 2.2.5, "Cryogenic Rectification", beschrieben.
Luftzerlegungsanlagen weisen Destillationssäulensysteme auf, die beispielsweise als Zweisäulensysteme, insbesondere als klassische Linde-Doppelsäulensysteme, aber auch als Drei- oder Mehrsäulensysteme ausgebildet sein können. Neben den
Destillationssäulen zur Gewinnung von Stickstoff und/oder Sauerstoff in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand, also den Destillationssäulen zur Stickstoff-Sauerstoff- Trennung, können Destillationssäulen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere der Edelgase Krypton, Xenon und/oder Argon, vorgesehen sein.
Die Destillationssäulen der genannten Destillationssäulensysteme werden auf unterschiedlichen Druckniveaus betrieben. Bekannte Doppelsäulensysteme weisen eine sogenannte Hochdrucksäule (auch als Drucksäule, Mitteldrucksäule oder untere Säule bezeichnet) und eine sogenannte Niederdrucksäule (auch als obere Säule bezeichnet) auf. Das Druckniveau der Hochdrucksäule beträgt beispielsweise 4 bis 6 bar, insbesondere etwa 5 bar. Die Niederdrucksäule wird auf einem Druckniveau von beispielsweise 1 ,3 bis 1 ,7 bar, insbesondere etwa 1 ,5 bar, betrieben. In bestimmten Fällen, beispielsweise für Kombiprozesse mit integrierter Vergasung (engl. Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC) können auch Drücke von 3 bis 4 bar in der Niederdrucksäule eingesetzt werden. Bei den hier und nachfolgend angegebenen Drücken handelt es sich um Absolutdrücke am Kopf der genannten Säulen. Aus der EP 0 955 509 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Luftzerlegung bekannt, die zur Gewinnung von hochreinem Sauerstoff dienen. Eine sauerstoffhaltige flüssige Fraktion wird mindestens einen theoretischen oder praktischen Boden oberhalb des Sumpfs aus der Hochdrucksäule entnommen und in die
Niederdrucksäule eingespeist. Gasförmiger Stickstoff aus der Niederdrucksäule wird in einem Kopfkondensator durch indirekten Wärmeaustausch mit einer verdampfenden Flüssigkeit mindestens teilweise kondensiert. Mindestens ein Teil der Sumpfflüssigkeit der Hochdrucksäule wird in den Verdampfungsraum des Kopfkondensators der Niederdrucksäule geleitet. Aus dem unteren Bereich der Niederdrucksäule wird ein hochreines Sauerstoffprodukt entnommen.
Die DE 25 26 350 A1 offenbart ein Verfahren zur Luftzerlegung unter Gewinnung von flüssigem Sauerstoff und/oder Stickstoff nach der sogenannten Mehtfachexpansions- Methode in einer Luftzerlegungsanlage mit einer Hochdrucksäule, wobei ein Aufgabe- Arbeitsdruck der zu verarbeitenden Luft gegenüber einem Betriebsdruck der
Hochdrucksäule um einige Atmosphären erhöht ist.
Ein in der EP 1 357 342 A1 beschriebenes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung dienen zur Luftzerlegung von Luft in einem Destillationssäulensystem zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, das eine Hochdrucksäule, eine Niederdrucksäule und eine Mitteldrucksäule sowie eine Rohargonsäule umfasst. Mindestens ein
Einsatzluftstrom wird in das Destillationssäulensystem eingespeist. Der
Niederdrucksäule wird mindestens ein Sauerstoff- oder Stickstoff-Produktstrom entnommen. Mindestens ein erster argonangereicherter Strom wird dem
Destillationssäulensystem entnommen und der Rohargonsäule zugeleitet. Der
Rohargonsäule wird eine argonreiche Fraktion entnommen, deren Argongehalt größer als derjenige des ersten argonangereicherten Stroms ist. Der erste argonangereicherte Strom wird aus der Mitteldrucksäule entnommen. Gemäß einem in der EP 0 605 262 A1 offenbarten Verfahren wird eine Doppelsäule eingesetzt, wobei deren Niederdrucksäule auf einem Druck betrieben wird, der deutlich über dem Atmosphärendruck liegt, insbesondere in der Größenordnung von 2 bis 5 bar. Die Hochdrucksäule auf einem korrespondierenden Druck betrieben,
insbesondere in der Größenordnung von 8 bis 16 bar. Gasförmiger Sauerstoff wird direkt aus einem unteren Bereich der Niederdrucksäule entnommen und die Apparatur wird zumindest teilweise durch freie Expansion mindestens eines die Niederdrucksäule verlassenden gasförmigen Produktes kalt gehalten.
Die EP 2 801 777 A1 betrifft eine Luftzerlegungsanlage mit einem
Destillationssäulensystem, das zumindest eine Hochdrucksäule und eine
Niederdrucksäule umfasst und ein entsprechendes Verfahren. Eine
Hauptverdichtereinheit ist dafür eingerichtet, eine Gesamtluftmenge, die der
Luftzerlegungsanlage insgesamt zugeführt wird, auf einen Druck zu verdichten, der zumindest 4 bar höher ist als ein Betriebsdruck, für den die Hochdrucksäule eingerichtet ist. Die Hauptverdichtereinheit weist einen Schleifringläufermotor auf.
Die vorliegende Erfindung stellt sich insbesondere die Aufgabe, die Erstellung von Luftzerlegungsanlage einfacher zu gestalten. Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur
Tieftemperaturzerlegung von Luft und eine Luftzerlegungsanlage mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche vor. Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vor der Erläuterung der Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden einige Grundlagen der vorliegenden Erfindung näher erläutert und nachfolgend verwendete Begriffe definiert.
Die in einer Luftzerlegungsanlage eingesetzten Vorrichtungen sind in der zitierten Fachliteratur, beispielsweise bei Häring in Abschnitt 2.2.5.6, "Apparatus", beschrieben. Sofern die nachfolgenden Definitionen nicht hiervon abweichen, wird daher zum Sprachgebrauch, der im Rahmen der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, ausdrücklich auf die zitierte Fachliteratur verwiesen.
Flüssigkeiten und Gase können im hier verwendeten Sprachgebrauch reich oder arm an einer oder an mehreren Komponenten sein, wobei "reich" für einen Gehalt von wenigstens 50%, 75%, 90%, 95%, 99%, 99,5%, 99,9% oder 99,99% und "arm" für einen Gehalt von höchstens 50%, 25%, 10%, 5%, 1 %, 0,1 % oder 0,01 % auf Mol-, Gewichts- oder Volumenbasis stehen kann. Der Begriff "überwiegend" kann der Definition von "reich" entsprechen. Flüssigkeiten und Gase können ferner angereichert oder abgereichert an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei sich diese Begriffe auf einen Gehalt in einer Ausgangsflüssigkeit oder einem Ausgangsgas beziehen, aus der oder dem die Flüssigkeit oder das Gas gewonnen wurde. Die Flüssigkeit oder das Gas ist "angereichert", wenn diese oder dieses zumindest den 1 ,1 -fachen, 1 ,5-fachen, 2-fachen, 5-fachen, 10-fachen 100-fachen oder 1 .000-fachen Gehalt, und "abgereichert", wenn diese oder dieses höchstens den 0,9-fachen, 0,5- fachen, 0,1 -fachen, 0,01 -fachen oder 0,001 -fachen Gehalt einer entsprechenden Komponente, bezogen auf die Ausgangsflüssigkeit oder das Ausgangsgas enthält. Ist hier beispielsweise von "Sauerstoff" oder "Stickstoff" die Rede, sei hierunter auch eine Flüssigkeit oder ein Gas verstanden, der reich an Sauerstoff oder Stickstoff ist, jedoch nicht notwendigerweise ausschließlich hieraus bestehen muss. Die vorliegende Anmeldung verwendet zur Charakterisierung von Drücken und Temperaturen die Begriffe "Druckniveau" und "Temperaturniveau", wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass entsprechende Drücke und Temperaturen in einer entsprechenden Anlage nicht in Form exakter Druck- bzw. Temperaturwerte verwendet werden müssen, um das erfinderische Konzept zu verwirklichen. Jedoch bewegen sich derartige Drücke und Temperaturen typischerweise in bestimmten Bereichen, die beispielsweise ± 1 %, 5%oder 10% um einen Mittelwert liegen.
Entsprechende Druckniveaus und Temperaturniveaus können dabei in disjunkten Bereichen liegen oder in Bereichen, die einander überlappen. Insbesondere schließen beispielsweise Druckniveaus unvermeidliche oder zu erwartende Druckverluste ein. Entsprechendes gilt für Temperaturniveaus. Bei dem hier in bar angegebenen Druckniveaus handelt es sich um Absolutdrücke.
Sämtlicher Stickstoff, der der Hochdrucksäule entnommen und weder kondensiert und als Rücklauf in diese zurückgeführt noch kondensiert und als flüssiger Rücklauf auf die Niederdrucksäule verwendet wird, beeinträchtigt grundsätzlich die Trennung in der Niederdrucksäule, weil er dort nicht mehr als Rücklauf zur Verfügung steht. Solcher Stickstoff ist Stickstoff, der der Luftzerlegungsanlage in Form eines flüssigen oder gasförmigen Stickstoffprodukts entnommen wird (wie im Rahmen der vorliegenden Erfindung typischerweise nicht der Fall), und der Stickstoff, der wie nachfolgend erläutert drosselentspannt und verworfen wird. Hierunter fällt aber auch innenverdichteter Stickstoff, also flüssiger Stickstoff, der der Hochdrucksäule entnommen, in einer Pumpe auf Druck gebracht und im Hauptwärmetauscher verdampft wird. Die Innenverdichtung ist auch beispielsweise bei Häring, Abschnitt 2.2.5.2, "Internal Compression", erläutert.
Unter einer "Argonausschleusung" wird hier allgemein eine Maßnahme verstanden, bei der aus der Niederdrucksäule ein Fluid abgezogen wird, das gegenüber einer aus der Niederdrucksäule eingespeisten sauerstoffreichen Flüssigkeit, insbesondere dem Sumpfprodukt der Niederdrucksäule, an Argon angereichert ist, d.h. beispielsweise mindestens den doppelten, fünffachen oder zehnfachen Argongehalt aufweist. Eine Argonausschleusung umfasst ferner, zumindest einen Teil des in einem
entsprechenden, abgezogenen Fluid enthaltenen Argons nicht mehr in die
Niederdrucksäule zurückzuführen. Das Fluid wird insbesondere einer
Argonabreicherung unterworfen und erst anschließend wieder in die Niederdrucksäule zurückgeführt. Klassische Arten einer Argonausschleusung sind eine Überführung eines entsprechenden Fluids in eine Rohargonsäule oder Argonausschleussäule, von der lediglich ein argonarmes, Sauerstoff reiches Fluid wieder in die Niederdrucksäule zurückgeführt wird. Der vorteilhafte Effekt der Argonausschleusung ist darauf zurückzuführen, dass die Sauerstoff-Argon-Trennung für die ausgeschleuste Argonmenge in der
Niederdrucksäule nicht mehr erforderlich ist. Das Abtrennen des Argons vom
Sauerstoff in der Niederdrucksäule selbst ist grundsätzlich aufwendig und verlangt nach einer entsprechenden "Heiz"-Leistung des Hauptkondensators. Wird Argon ausgeschleust und unterbleibt damit die Sauerstoff-Argon-Trennung oder wird diese beispielsweise in eine Rohargonsäule oder Argonausschleussäule verlagert, muss die entsprechende Argonmenge nicht mehr im Sauerstoffabschnitt der Niederdrucksäule abgetrennt werden und die Heizleistung des Hauptkondensators kann reduziert werden. Daher kann, bei gleichbleibender Ausbeute an Sauerstoff, entweder mehr Luft in die Niederdrucksäule eingeblasen oder mehr Druckstickstoff aus der
Hochdrucksäule entnommen werden, was wiederum energetische Vorteile bietet.
In einer herkömmlichen Rohargonsäule kann Rohargon gewonnen und in einer nachgeschalteten Reinargonsäule zu einem Argonprodukt aufbereitet werden. Eine Argonausschleussäule dient hingegen vornehmlich zur Argonausschleusung zu dem oben erläuterten Zweck. Grundsätzlich kann unter einer "Argonausschleussäule" eine Trennsäule zur Argon-Sauerstoff-Trennung verstanden werden, die nicht zur
Gewinnung eines reinen Argonprodukts, sondern zur Ausschleusung von Argon der in Hochdrucksäule und Niederdrucksäule zu zerlegenden Luft dient. Ihre Schaltung unterscheidet sich nur wenig von der einer klassischen Rohargonsäule, allerdings enthält sie deutlich weniger theoretische Böden, nämlich weniger als 40, insbesondere zwischen 15 und 30. Wie eine Rohargonsäule ist der Sumpfbereich einer
Argonausschleussäule mit einer Zwischenstelle der Niederdrucksäule verbunden und die Argonausschleussäule wird durch einen Kopfkondensator gekühlt, auf dessen Verdampfungsseite typischerweise entspannte Sumpfflüssigkeit aus der
Hochdrucksäule eingeleitet wird. Eine Argonausschleussäule weist typischerweise keinen Sumpfverdampfer auf.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass in einer
Luftzerlegungsanlage, die primär zur Erzeugung reinen Sauerstoffs mit einem Gehalt von mindestens 90% oder 95%, insbesondere von 99 bis 99,96% ausgebildet ist, der Hochdrucksäule Stickstoff in einer bestimmten Menge entnommen, einer isenthalpen Entspannung, d.h. insbesondere einer Drosselentspannung, zugeführt und verworfen werden kann. Auch eine Drosselentspannung anderer gasförmiger Stoffströme ist jedoch, wie auch nachfolgend noch im Detail erläutert, vorteilhaft. Die vorliegende Erfindung wird vornehmlich unter Bezugnahme auf den der Hochdrucksäule entnommenen Stickstoff beschrieben.
Hierdurch kommt es zwar nicht zu einer Reduzierung des Energieverbrauchs, allerdings kann durch eine derartige Entnahme bei gleichem Säulendurchmesser der Niederdrucksäule die Kapazität der Luftzerlegungsanlage entsprechend der verworfenen Stickstoff menge erhöht bzw. der Säulendurchmesser entsprechend verringert werden. Dies ist gerade bei standardisierten Säulendurchmessern von Vorteil, wie nachfolgend erläutert wird.
Die Standardisierung einer Luftzerlegungsanlage umfasst typischerweise die
Hochdrucksäule, den Hauptkondensator, die Niederdrucksäule und, soweit vorhanden, die Säulen des Argonsystems. Daher ergibt sich die maximale Kapazität, d.h. die maximal zerlegbare Luftmenge, aus den Standardabmessungen und dem
Produktspektrum (d.h. der jeweiligen Mengen) der Luftprodukte, die der Rektifikation entnommen werden. Bei der regulären Auslegung einer Luftzerlegungsanlage werden die Bauteile, insbesondere die Destillationssäulen, derart dimensioniert, dass kein Produkt verworfen wird. Liegt das Produktspektrum außerhalb des bei der
Standardisierung gewählten Produktspektrums, muss daher in einer herkömmlichen Luftzerlegungsanlagen der Einsatz und damit die Kapazität reduziert werden. Durch das Verwerfen von Stickstoff im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist dies nicht mehr erforderlich. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist der, dass die Niederdrucksäule nicht unnötig groß ausgeführt werden muss bzw. bei
Transportlimitierungen in der Höhe (Transporthöhe) die Kapazität erhöht werden kann.
Wie ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung erkannt wurde, ist es alternativ oder zusätzlich zur Entnahme und isenthalpen Entspannung des der Hochdrucksäule entnommenen Stickstoffs möglich, beispielsweise Einsatzluft, die auf dem Druckniveau der Hochdrucksäule bereitgestellt wird, einer isenthalpen Entspannung, d.h.
insbesondere einer Drosselentspannung, auf das Druckniveau der Niederdrucksäule zuzuführen und in die Niederdrucksäule einzuspeisen. In den Destillationssäulen einer Luftzerlegungsanlage werden Packungen mit unterschiedlichen Packungsdichten eingesetzt. Die Packungsdichten sind
standardisiert und typischerweise nur vergleichsweise grober Abstufung verfügbar. Ferner wird die höchste Trennleistung in der Niederdrucksäule typischerweise in deren unteren Bereich benötigt. Beides hat zur Folge, dass die Niederdrucksäule einer Luftzerlegungsanlage zumindest in einem mittleren Bereich Reserven in der
Trennkapazität aufweist. Es ergeben sich, mit anderen Worten, in solchen Bereichen Überkapazitäten in der Trennleistung in der Niederdrucksäule, die für die hier eingespeiste Luft genutzt werden können. Auf diese Weise können im Rahmen der vorliegenden Erfindung Kapazitzätsreserven genutzt werden.
Es versteht sich, dass in sämtlichen vorstehend genannten erwähnten
Ausgestaltungen der isenthalpen Entspannung eine ausreichende Fluidmenge unterworfen werden muss, um die jeweiligen vorteilhaften Effekte zu erzielen bzw. überhaupt einen entsprechenden Effekt zu zeigen. Die jeweiligen gasförmigen Stoffströme, sei es Stickstoff aus der Hochdrucksäule oder ein anderes gasförmiges Fluid, werden daher in einer entsprechenden Menge der isenthalpen Entspannung zugeführt. Als besonders vorteilhaft wurde dabei vorliegend eine Menge von mindestens 500 Normkubikmetern pro Stunde erkannt. Bei einer Luftzerlegungsanlage, in der beispielsweise ca. 500.000 Normkubikmeter Luft pro Stunde insgesamt eingesetzt, d.h. in der Luftzerlegungsanlage (insbesondere im Hauptluftverdichter) verdichtet und (insbesondere im Hauptwärmetauscher) abgekühlt werden, entspricht dies 0,1 % der eingesetzten Luftmenge.
Hierdurch grenzt sich die vorliegende Erfindung insbesondere von Verfahren ab, bei denen kleine Anteile gasförmiger Fluide, beispielsweise in einem Kondensationsraum eines Kondensatorverdampfers nicht kondensierbare Komponenten, abgezogen und ggf. ebenfalls einer isenthalpen Entspannung unterworfen werden. Mittels eines derartigen Ansatzes kann insbesondere verhindert werden, dass derartige nicht kondensierbare Komponenten aufgrund ihres niedrigen Siedepunkts die
Funktionsfähigkeit des Kondensatorverdampfers negativ beeinflussen.
Bei derartigen nicht kondensierbaren Komponenten handelt es sich insbesondere um Helium, Neon und Wasserstoff. Der Gehalt an diesen Komponenten in
atmosphärischer Luft beträgt ca. 0,00052% (Helium), ca. 0,0018% (Neon) und ca. 0,00006% (Wasserstoff), ihre Gesamtmenge damit 0,00238%. In dem erläuterten Fall würden daher deutlich geringere Stoffmengen, falls überhaupt, einer isenthalpen Entspannung zugeführt, da entsprechende Komponenten nicht in größerer Menge in nicht kondensierter Form zur Verfügung stehen. Ferner versteht sich, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung der oder die genannten gasförmig bereitgestellten und der isenthalpen Entspannung unterworfenen Stoffströme zusätzlich zu einem ggf. ebenfalls gasförmig bereitgestellten und einer Argonausschleussäule oder Rohargonsäule (siehe unten) zugeführten Stoffstrom, der ebenfalls ggf. einer Entspannung unterworfen werden kann, bereitgestellt werden. Auf diese Weise lassen sich die genannten Vorteile erzielen. Daher weisen im Rahmen der vorliegenden Erfindung der oder die genannten gasförmig bereitgestellten und der isenthalpen Entspannung unterworfenen Stoffströme, bei mehreren Stoffströmen jeweils, einen Argongehalt von weniger als 1 ,5 Molprozent, insbesondere von weniger als 1 Molprozent, auf. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung lassen sich schließlich die genannten Vorteile durch eine Verwendung von gasförmiger Einspeiseluft, die auf das Druckniveau der Hochdrucksäule verdichtet wurde, und/oder durch eine Verwendung eines der Hochdrucksäule gasförmig entnommenen Stoffstroms erzielen. Daher erfolgt die isenthalpe Entspannung hier stets ausgehend von einem entsprechenden
Druckniveau, das beim Druckniveau der Hochdrucksäule oder einem Druckniveau, das sich um nicht mehr als 1 % von diesem unterscheidet, liegt.
Vorteilhafterweise wird oder werden der oder die gasförmgigen Stoffströme, der oder die der isenthalpen Entspannung unterworfen wird oder werden, ferner auf einem Temperaturniveau bereitgestellt, das zumindest einem in der Hochdrucksäule vorliegenden Temperaturniveau entspricht. Es kann sich insbesondere um ein Temperaturniveau am Kopf der Hochdrucksäule oder an einer Entnahmestelle des oder eines der isenthalp zu entspannenden gasförmigen Ströme aus der
Hochdrucksäule handeln. Es kann sich auch um ein tiefstes Temperaturniveau handeln, auf das Luft in der Luftzerlegungsanlage verdichtet wird. Der oder die gasförmgigen Stoffströme wird oder werden vorteilhafterweise zumindest auf diesem Temperaturniveau der isenthalpen Entspannung zugeführt, d.h. vor der isenthalpen Entspannung zwar ggf. erwärmt, wie unten erläutert, aber nicht weiter abgekühlt.
Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft unter Verwendung einer Luftzerlegungsanlage mit einem Destillationssäulensystem vor, das eine Hochdrucksäule, die auf einem ersten Druckniveau betrieben wird, und eine Niederdrucksäule, die auf einem zweiten Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus betrieben wird, umfasst. Wie bereits erwähnt, beträgt das typische Druckniveau einer Hochdrucksäule einer Luftzerlegungsanlage, und somit auch das erste Druckniveau im Rahmen der vorliegenden Erfindung, insbesondere 4 bis 6 bar, insbesondere etwa 5 bar. Die Niederdrucksäule wird, wie ebenfalls erwähnt, auf dem zweiten Druckniveau von beispielsweise 1 ,3 bis 1 ,7 bar, insbesondere etwa 1 ,5 bar, betrieben. Im Rahmen der Erfindung werden unter Verwendung der Luft in der
Luftzerlegungsanlage ein oder mehrere gasförmige Stoffströme gebildet und einer isenthalpen Entspannung unterworfen, die ausgehend von dem ersten Druckniveau oder einem Druckniveau, das sich um nicht mehr als 1 bar von dem ersten
Druckniveau unterscheidet, durchgeführt wird, und bei der eine Druckdifferenz von 3 bis 6 bar überwunden wird. Die Druckdifferenz beträgt insbesondere 3 bis 5 bar, vorzugsweise 3,5 bis 4,5 bar, beispielsweise ca. 4 bar. Die isenthalpe Entspannung kann insbesondere ausgehend einem Druckniveau, das sich um nicht mehr als 0,5 bar, 0,2 bar oder 0,1 bar von dem ersten Druckniveau unterscheidet, durchgeführt werden. Weitere Details und die damit verbundenen Vorteile wurden bereits erläutert. Die Druckdifferenz kann insbesondere der Differenz zwischen dem ersten Druckniveau, also dem Betriebsdruck der Hochdrucksäule, und einem Abgabedruck entsprechen. Bei der isenthalpen Entspannung kann es sich insbesondere um eine
Drosselentspannung handeln, wie sie weiter unten definiert ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der oder die gasförmigen Stoffströme, der oder die der gasförmigen Entspannung unterworfen wird oder werden, eine Fluidmenge von mindestens 500 Normkubikmetern pro Stunde umfasst oder umfassen. Wie erläutert, unterscheiden sich die erfindungsgemäß durchgeführten Maßnahmen dadurch von herkömmlichen Verfahren, bei denen kleine Mengen nicht kondensierbarer
Komponenten aus Kondensatorverdampfern abgezogen werden. Letzteres kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung zusätzlich erfolgen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der oder die gasförmigen Stoffströme, der oder die der gasförmigen Entspannung unterworfen wird oder werden, einen Argongehalt von nicht mehr als 1 ,5% Molprozent, insbesondere von nicht mehr als 1 Molprozent, aufweist oder aufweisen. Daher sind von diesem oder diesen Stoffströmen etwaige weitere Stoffströme, die einer entsprechenden Bearbeitung in einer Rohargonsäule oder Argonausschleussäule (siehe unten) bearbeitet werden, wie im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenfalls möglich, hiervon nicht umfasst.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird oder werden, wie erwähnt, der oder die gasförmigen Stoffströme, die der isenthalpen Entspannung unterworfen wird oder werden, auf einem Temperaturniveau
bereitgestellt, das zumindest einem in der Hochdrucksäule vorliegenden
Temperaturniveau, wie erläutert an deren Kopf oder einer Entnahmestelle aus der Hochdrucksäule, entspricht. Der oder die gasförmgigen Stoffströme wird oder werden vorteilhafterweise zumindest auf diesem Temperaturniveau der isenthalpen
Entspannung zugeführt, d.h. vor der isenthalpen Entspannung erfolgt zwar ggf. eine Erwärmung aber keine weitere Abkühlung. Das Temperaturniveau, bei dem der oder die gasförmigen Stoffströme gebildet wird oder werden, liegt dabei insbesondere oberhalb von -200 °C, vorzugsweise oberhalb von -150 °C, und insbesondere unterhalb von 100 °C, vorzugsweise unterhalb von 50 °C. Es kann auch einem tiefsten Temperaturniveau entsprechend, auf das Luft in einem Hauptwärmetauscher der Luftzerlegungsanlage abgekühlt wird. Wird, wie nachfolgend erläutert, ein
entsprechender gasförmiger Stoffstrom aus der Hochdrucksäule abgezogen, entspricht das Temperaturniveau seiner Bildung jenem an der Entnahmestelle. Wird hingegen ein entsprechender gasförmiger Stoffstrom aus verdichteter und abgekühlter Einsatzluft gebildet, entspricht das Temperaturniveau seiner Bildung der entsprechenden
Abkühltemperatur.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die isenthalpe Entspannung dabei auf einem Temperaturniveau von 0 bis -200 °C, insbesondere einem Temperaturniveau von -150 bis -200 °C, beispielsweise ca. -170 °C, d.h. insbesondere ausgehend von einem derartigen Temperaturniveau, durchgeführt werden, also bei einer typischen Rektifikationstemperatur von Luft. Es ist jedoch beispielsweise auch möglich, die isenthalpe Entspannung auf einem Temperaturniveau von 0 bis 100 °C, insbesondere einem Temperaturniveau von 10 bis 50 °C, beispielsweise ca. 20 °C, d.h. insbesondere ausgehend von einem derartigen Temperaturniveau, durchzuführen. In diesem Fall wird ein entsprechender Stoffstrom typischerweise zuvor in einem
Hauptwärmetauscher der Luftzerlegungsanlage erwärmt. Der Vorteil einer
Entspannung im Kalten liegt darin, dass diese ist aus energetischer Sicht günstiger ist. Eine Entspannung im Warmen hat hingegen den Vorteil einer besseren Baubarkeit.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann oder können der oder einer der gasförmigen Stoffströme, der oder die der isenthalpen Entspannung unterworfen wird oder werden, insbesondere verdichtete und abgekühlte Luft, ein gasförmiges, stickstoffreiches Fluid, das aus einem oberen Bereich der Hochdrucksäule entnommen wird, oder um ein gegenüber atmosphärischer Luft an Stickstoff angereichertes gasförmiges Fluid aus einem Zwischenbereich der Hochdrucksäule umfassen. Der "obere Bereich" der Hochdrucksäule ist insbesondere ein an Trenneinbauten freier Bereich in Nähe oder am Kopf der Hochdrucksäule, der "Zwischenbereich" stellt insbesondere einen ansonsten mit Trenneinbauten versehenen Bereich dar, der zwischen Kopf und Sumpf der Hochdrucksäule angeordnet ist. Vorteilhafterweise wird im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines stickstoffreichen ersten Fluids, das der Hochdrucksäule auf dem ersten Druckniveau gasförmig entnommen wird, ein stickstoffreicher erster Stoffstrom gebildet. Unter Verwendung eines zweiten Fluids, das der Niederdrucksäule auf dem zweiten Druckniveau gasförmig entnommen wird, wird in einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ein zweiter Stoffstrom gebildet.
Eine "Bildung" eines Stoffstroms "unter Verwendung" eines Fluids kann dabei sowohl umfassen, dass für die Bereitstellung des Stoffstrom ausschließlich das genannte Fluid verwendet wird, als auch, dass der Stoffstrom aus mehreren Fluiden erzeugt wird. Wie auch nachfolgend erläutert und in der Figur veranschaulicht, kann ein "zweiter" Stoffstrom im Rahmen der vorliegenden Erfindung beispielsweise ausschließlich unter Verwendung von "Unreinstickstoff" vom Kopf der Niederdrucksäule gebildet werden. Es ist jedoch auch möglich, einen entsprechenden "zweiten" oder "weiteren" Stoffstrom unter zusätzlicher Verwendung eines sauerstoffreichen Stroms zu bilden.
Im Rahmen der oben erwähnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden dabei der stickstoffreiche erste Stoffstrom und, soweit in der weiteren Ausgestaltung gebildet, der zweite Stoff ström dauerhaft dem Destillationssäulensystem entzogen. Hierunter sei verstanden, dass die genannten Stoffströme nicht in das
Destillationssäulensystem oder einer ihrer Säulen zurückgeführt werden. Der stickstoffreiche erste Stoffstrom unterscheidet sich damit von Stoffströmen, in Form derer, wie insoweit bekannt, beispielsweise Druckstickstoff vom Kopf der
Hochdrucksäule abgezogen und in die Niederdrucksäule eingespeist werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der stickstoffreiche erste Stoffstrom zumindest zu einem Anteil der mehrfach erwähnten isenthalpen
Entspannung, insbesondere einer Drosselentspannung, zugeführt wird. Der isenthalp bzw. drosselentspannte stickstoff reiche erste Stoffstrom oder dessen Teil wird dabei verworfen, d.h. er wird nicht als Produkt der Luftzerlegungsanlage genutzt. Die Menge des stickstoffreichen ersten Fluids, die der Hochdrucksäule entnommen wird, beträgt beispielsweise bis zu 20%, insbesondere bis zu 8%, und weiter insbesondere mindestens 1 , 2, 3, 4 oder 5% der insgesamt in das Destillationssäulensystem eingespeisten Luftmenge. Bei einer "Drosselentspannung" handelt es sich im Sprachgebrauch der vorliegenden Erfindung um eine Entspannung, bei dem ein Stoffstrom oder ein entsprechender Teil durch ein oder mehrere Drosselventil geführt wird und dabei eine Druckreduktion erfährt. Bei der Drosselentspannung kann, muss es sich aber nicht um die einzige Entspannung handeln, der der im vorliegenden Fall der stickstoffreiche erste Stoffstrom unterworfen wird. Eine Drosselentspannung erweist sich insbesondere bei kleineren Stickstoffmengen als ausgesprochen kosteneffizient.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die isenthalpe bzw. Drosselentspannung des ersten Stoffstroms bzw. dessen isenthalpen bzw. Drosselentspannung zugeführten Anteils insbesondere auf ein drittes Druckniveau, das insbesondere größer oder gleich dem zweiten Druckniveau ist, d.h. insbesondere größer oder gleich dem Druckniveau des zweiten Stoffstroms bzw. der Niederdrucksäule, durchgeführt. Insbesondere entspricht das dritte Druckniveau dem zweiten Druckniveau. Auf diese Weise kann insbesondere der erste Stoffstrom oder dessen Anteil nach der Drosselentspannung dem zweiten Stoffstrom zugespeist werden. Beispielsweise ist es möglich, einen dadurch gebildeten Stoffstrom in einem Reinigungssystem der Luftzerlegungsanlage, beispielsweise als Regeneriergas für Adsorber, zu nutzen. Alternativ oder zusätzlich zur isenthalpen bzw. Drosselentspannung des ersten
Stoffstroms ist im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass abgekühlte Druckluft auf dem ersten Druckniveau bereitgestellt und zu einem ersten Anteil in die Hochdrucksäule eingespeist und zu einem zweiten Anteil der isenthalpen Entspannung, insbesondere einer Drosselentspannung, auf das zweite Druckniveau zugeführt und die Niederdrucksäule eingespeist wird. Die Bereitstellung der Druckluft auf dem ersten Druckniveau umfasst insbesondere, dass ein Teil einer in einem Hauptluftverdichter auf das erste Druckniveau verdichteten Einsatzluftmenge in einem Hauptwärmetauscher auf ein Temperaturniveau gebracht wird, das unter oder nahe der Verflüssigungstemperatur von Luft liegt. Die Vorteile einer entsprechenden Maßnahme wurden bereits zuvor erläutert.
Grundsätzlich ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie bereits oben in allgemeinerer Form erläutert, möglich, die Drosselentspannung des ersten Stoffstroms vor ("kalte Entspannung") und/oder nach ("warme Entspannung") einer Erwärmung des ersten Stoffstroms oder entsprechender Anteile vorzunehmen. Die kalte Entspannung ist kostengünstiger, da auf diese Weise keine separate Passage im Hauptwärmetauscher bzw. keinen zusätzlicher Wärmetauscher benötigt wird. Eine warme Entspannung hat den Vorteil, dass der zweite Stoffstrom bei Bedarf auch zum Teil als Produkt unter Druck verwendet werden kann.
Das stickstoffreiche erste Fluid wird dabei der Hochdrucksäule vorteilhafterweise auf einem ersten Temperaturniveau entnommen und der stickstoffreiche erste Stoffstrom wird auf dem ersten Temperaturniveau gebildet. Dieses erste Temperaturniveau entspricht damit der Temperatur des Fluids an der Entnahmestelle aus der
Niederdrucksäule.
Insbesondere kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Anteil des ersten Stoffstroms auf einem ersten Temperaturniveau, auf dem das erste Fluid der
Hochdrucksäule entnommen wird, der isenthalpen Entspannung unterworfen werden und/oder ein Anteil des ersten Stoffstroms kann von dem ersten auf ein zweites Temperaturniveau erwärmt und danach der isenthalpen Entspannung unterworfen werden. Es ist jedoch auch möglich, den ersten Stoffstrom vollständig auf dem ersten oder zweiten Temperaturniveau der isenthalpen Entspannung zu unterwerfen. Die Erwärmung erfolgt insbesondere in einem Hauptwärmetauscher der
Luftzerlegungsanlage und insbesondere auf ein oberhalb von 0 °C liegendes (zweites) Temperaturniveau. Das erste Temperaturniveau liegt insbesondere bei 0 bis -200 °C, insbesondere -150 bis -200 °C, beispielsweise ca. -170 °C. Das zweite
Temperaturniveau liegt insbesondere bei 0 bis 100 °C, insbesondere 10 bis 50 °C, beispielsweise ca. 20 °C.
Besondere Vorteile lassen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung durch eine Argonausschleusung erzielen, bei der der Niederdrucksäule ein an Argon
angereichertes Fluid entnommen, unter Verwendung einer Argonausschleussäule oder Rohargonsäule an Argon abgereichert und zumindest zum Teil in die Niederdrucksäule zurückgespeist wird. Merkmale einer Rohargonsäule und einer Argonausschleussäule sowie die Vorteile der Argonausschleusung wurden bereits erläutert.
Das zweite Fluid, das der Niederdrucksäule entnommen und bei der Bildung des zweiten Stoffstroms verwendet wird, kann insbesondere ein stickstoffreiches Fluid sein, das der Niederdrucksäule am Kopf entnommen wird, und das einen Gehalt von 96% bis 99,999 Molprozent Stickstoff und ansonsten überwiegend Sauerstoff bzw. Argon aufweist. Wird kein reiner Stickstoff aus der Niederdrucksäule benötigt, wird vorteilhafterweise nur unreiner Stickstoff am Kopf abgezogen. Wird reiner Stickstoff benötigt, wird die Niederdrucksäule mit einem weiteren Abschnitt, wie auch in den Figuren dargestellt, ausgeführt. In letzterem Fall werden vorteilhafterweise zwei stickstoffreiche Fraktionen aus der Niederdrucksäule abgezogen. Der sogenannte unreine Stickstoff besitzt einen Stickstoffgehalt von ca. 96 bis 99,99 Molprozent der sogenannte unreine Stickstoff einen Gehalt von wenigstens 99,99% Molprozent bis 0,1 ppm Sauerstoff. Das zweite Fluid kann daher auch auch ein an Stickstoff
angereichertes Fluid sein, das der Niederdrucksäule über einen Seitenabzug entnommen wird, und das daher einen entsprechend geringeren Gehalt an Stickstoff aufweist.
Der oben erwähnte, im Rahmen einer Ausführungsform der Erfindung gebildete zweite Stoffstrom kann ferner unter Verwendung eines zusätzlichen Fluids, das der
Niederdrucksäule gasförmig entnommen wird, gebildet werden. Das zusätzliche Fluid kann ein sauerstoffreiches Fluid sein, das der Niederdrucksäule über einen
Seitenabzug entnommen wird. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Luftzerlegungsanlage mit einem
Destillationssäulensystem, das eine Hochdrucksäule, die für einen Betrieb auf einem ersten Druckniveau eingerichtet ist, und eine Niederdrucksäule, die für einen Betrieb auf einem zweiten Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus eingerichtet ist, umfasst. Die erfindungsgemäße Luftzerlegungsanlage zeichnet sich durch Mittel aus, die dafür eingerichtet sind, unter Verwendung der Luft in der Luftzerlegungsanlage ein oder mehrere gasförmige Stoffströme zu bilden und einer isenthalpen Entspannung ausgehend von dem ersten Druckniveau oder einem Druckniveau, das sich um nicht mehr als 1 bar von dem ersten Druckniveau unterscheidet, zu unterwerfen, und dabei eine Druckdifferenz von 3 bis 6 bar zu überwinden, wobei Mittel vorgesehen sind, die dafür eingerichtet sind, den oder die gasförmigen Stoffströme, der oder die der gasförmigen Entspannung unterworfen wird oder werden, in einer Fluidmenge von mindestens 500 Normkubikmetern pro Stunde bereitzustellen, und wobei Mittel vorgesehen sind, die dafür eingerichtet sind, den oder die gasförmigen Stoffströme, der oder die der gasförmigen Entspannung unterworfen wird oder werden, mit einen Argongehalt von nicht mehr als 1 ,5 Molprozent bereitzustellen. Die erfindungsgemäße Luftzerlegungsanlage, die vorteilhafterweise zur Durchführung eines Verfahrens eingerichtet ist, wie es zuvor erläutert wurde, profitiert von den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens in seinen erläuterten Ausgestaltungen in gleicher Weise. Auf die obigen Erläuterungen wird daher ausdrücklich verwiesen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 veranschaulicht eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine Luftzerlegungsanlage, die für einen Betrieb gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingerichtet ist. Die Luftzerlegungsanlage ist insgesamt mit 100 bezeichnet. Zu weiteren Details bezüglich der Funktion von Luftzerlegungsanlagen und ihrer Komponenten sei auf die zitierte Fachliteratur verwiesen (siehe beispielsweise Häring, Figur 2.3A und zugehörige Erläuterungen). In der Luftzerlegungsanlage 100 wird Einsatzluft in Form eines Stoffstroms a (AIR) mittels eines Hauptluftverdichters 101 in einer Einsatzluftmenge über ein Filter 102 angesaugt, dort auf ein erstes Druckniveau verdichtet und einer Vorkühlung 103 sowie einer Aufreinigung 104 zugeführt. Die verdichtete, vorgekühlte und aufgereinigte Einsatzluft wird in Form eines Stoffstroms b in einem Booster 105 mit Nachkühler 106 weiter druckbeaufschlagt. Die Luftzerlegungsanlage 100 kann abweichend zu dem dargestellten Beispiel auch mit Haupt- und Nachverdichter ausgebildet sein.
Ein erster Anteil der in dem Booster 105 weiter druckbeaufschlagten Einsatzluft wird in Form eines Stoffstroms c in einem Hauptwärmetauscher 107 auf ein
Zwischentemperaturniveau abgekühlt und in einem Turboexpander 108, der mit dem Booster 105 gekoppelt ist, entspannt. Ein zweiter Anteil der in dem Booster 105 weiter druckbeaufschlagten Einsatzluft wird in Form eines Stoffstroms d in dem
Hauptwärmetauscher 107 auf ein Endtemperaturniveau abgekühlt und isenthalp in einem Drosselventil 109 entspannt. Die entspannte Einsatzluft der Stoffströme c und d wird zu einem Stoffstrom e vereinigt und zum Teil in Form eines Stoffstroms f in eine Hochdrucksäule 1 1 1 und zum Teil in Form eines Stoffstroms g in eine
Niederdrucksäule 112 eines Destillationssäulensystems 10, das ferner eine
Rohargonsäule 1 13 umfasst, eingespeist. Die Einspeisung des Stoffstroms g in die Niederdrucksäule 112 erfolgt unter Entspannung über ein Entspannungsventil 1 14.
Aus dem Sumpf der Hochdrucksäule 1 11 wird eine sauerstoffangereicherte Flüssigkeit in Form eines Stoffstroms h abgezogen, durch einen Unterkühler 1 15 geführt, zum Teil zur Kühlung in einem Kopfkondensator der Rohargonsäule 1 13 verwendet und schließlich insgesamt in die Niederdrucksäule 1 12 eingespeist.
Vom Kopf der Hochdrucksäule 11 1 wird ein stickstoffreiches Fluid in Form eines Stoffstroms i abgezogen. Dieses wird zum Teil in Form eines Stoffstroms k in einem Hauptkondensator 116, der die Hochdrucksäule 11 1 und die Niederdrucksäule 1 12 wärmetauschend verbindet, verflüssigt. Hiervon wird ein erster Anteil in Form eines Stoffstroms I als Rücklauf auf die Hochdrucksäule 1 11 zurückgeführt und ein zweiter Anteil in Form eines Stoffstroms m durch den Unterkühler 1 15 geführt und in die Niederdrucksäule 112 eingespeist.
Der nicht in dem Hauptkondensator 1 16 verflüssigte Anteil des Stoffstroms i wird im dargestellten Beispiel zu einem ersten Anteil in Form eines Stoffstroms n dem
Hauptwärmetauscher 107 zugeführt und dort erwärmt und zu einem zweiten Anteil in Form eines Stoffstroms o isenthalp über ein Drosselventil 1 17 entspannt und einem Stoffstrom p zugespeist. Bei dem Stoffstrom p handelt es sich um einen Stoffstrom, der unter Verwendung von Unreinstickstoff, der der Niederdrucksäule 1 12 in Form eines Stoffstroms j entnommen und durch den Unterkühler 1 15 geführt wird, gebildet wird. Der Stoffstrom p umfasst im dargestellten Beispiel ferner sauerstoffreiches Fluid, das der Niederdrucksäule 112 in Form eines Stoffstroms z entnommen wird.
Ein auf diese Weise gebildeter Sammelstrom q wird ebenfalls dem
Hauptwärmetauscher 107 zugeführt und dort erwärmt. Der Sammelstrom q wird im dargestellten Beispiel anschließend zum Teil an die Atmosphäre (ATM) abgeblasen und zum Teil in der Vorkühlung 103 bzw. der Aufreinigung 104 eingesetzt. Auch nach der Erwärmung in dem Hauptwärmetauscher 107 wird im dargestellten Beispiel ein Anteil des Stoffstroms r abgezweigt, über ein Entspannungsventil 118 entspannt und einem Stoffstrom s zugespeist. Bei dem Stoffstrom s handelt es sich um einen Stoffstrom, der unter Verwendung von weiterem stickstoffreichen Fluid, das der Niederdrucksäule 112 entnommen, durch den Unterkühler 1 15 geführt und in dem Hauptwärmetauscher 107 erwärmt wird, gebildet wird. Ein auf diese Weise gebildeter Sammelstrom t kann wie der Sammelstrom q verwendet werden.
In beiden Fällen (d.h. der Zuspeisung eines Teils des Stoffstroms n stromauf des Wärmetauschers 107 und stromab des Wärmetauschers 107 zu einem weiteren Strom, hier dem Stoffstrom p und dem Stoffstrom s) wird ein Teil des entsprechenden stickstoffreichen Fluids verworfen. Beide Möglichkeiten können in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung alternativ eingesetzt werden. Ein verbleibender Rest des stickstoffreichen Fluids kann beispielsweise in Form eines Stoffstroms u als Dichtgas für die eingesetzten Verdichter (Sealgas) eingesetzt werden.
Der Niederdrucksäule 1 12 wird sauerstoffreiche Flüssigkeit in Form eines Stoffstroms v entnommen und mittels einer Pumpe 1 19 flüssig druckerhöht (Innenverdichtung). Ein Teil hiervon wird in Form in dem Hauptwärmetauscher 107 erwärmt, dadurch in den gasförmigen oder überkritischen Zustand überführt und als gasförmiges
Sauerstoffdruckprodukt (GOX IC1 ) bereitgestellt. Ein weiterer Teil wird ggf. in dem Unterkühler 1 15 unterkühlt und als flüssiges Sauerstoffprodukt (GOX) bereitgestellt.
Von einem Flüssigkeitsrückhaltebehälter am Kopf der Niederdrucksäule 112 kann ein stickstoffreiches Fluid flüssig abgezogen, zum Teil als Rücklauf auf die
Niederdrucksäule 112 zurückgeführt und zum Teil in Form eines Stoffstroms w als flüssiges Stickstoffprodukt (LIN) bereitgestellt werden. Kopfgas vom Kopf der
Rohargonsäule 1 13 wird verflüssigt, zum Teil als Rücklauf auf die Rohargonsäule 1 13 zurückgeführt und zum Teil in Form eines Stoffstroms x an die Atmosphäre
abgeblasen. Aus der Rohargonsäule 1 13 kann ferner im dargestellten Beispiel ein argonreiches Fluid in Form eines Stoffstroms y flüssig abgezogen und als flüssiges Argonprodukt (LAR) bereitgestellt werden.
Wie in Form eines Stoffstroms j' veranschaulicht, können in der gezeigen
Luftzerlegungsanlage aus einem Kondensationsraum des Hauptkondensators 1 16 bzw. über einen entsprechenden Auslass nicht kondensierende Komponenten, wie eingangs erwähnt insbesondere Helium, Neon und Wasserstoff, abgezogen werden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass diese die Funktionsweise des Hauptkondensators aufgrund ihrer geringen Siedepunkte nicht negativ beeinfl Der Stoffstrom j' kann insbesondere dem Stoff ström j zugespeist werden.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft unter Verwendung einer
Luftzerlegungsanlage (100) mit einem Destillationssäulensystem (10), das eine Hochdrucksäule (1 1 1 ), die auf einem ersten Druckniveau betrieben wird, und eine Niederdrucksäule (1 12), die auf einem zweiten Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus betrieben wird, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung der Luft in der Luftzerlegungsanlage (100) ein oder mehrere gasförmige Stoffströme gebildet und einer isenthalpen Entspannung unterworfen werden, die ausgehend von dem ersten Druckniveau oder einem Druckniveau, das sich um nicht mehr als 1 bar von dem ersten Druckniveau unterscheidet, durchgeführt wird, und bei der eine Druckdifferenz von 3 bis 6 bar überwunden wird, wobei der oder die gasförmigen Stoffströme, der oder die der gasförmigen Entspannung unterworfen wird oder werden, eine Fluidmenge von mindestens 500 Normkubikmetern pro Stunde umfasst oder umfassen, und wobei der oder die gasförmigen Stoffströme, der oder die der gasförmigen Entspannung unterworfen wird oder werden, einen Argongehalt von nicht mehr als 1 ,5 Molprozent aufweist oder aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem der oder die gasförmigen Stoffströme, die der isenthalpen Entspannung unterworfen wird oder werden, auf einem
Temperaturniveau bereitgestellt wird oder werden, das zumindest einem in der Hochdrucksäule (1 1 1 ) vorliegenden Temperaturniveau oder einem tiefsten Temperaturniveau, auf das Luft in der Luftzerlegungsanlage (100) abgekühlt wird, entspricht, wobei der oder die gasförmgigen Stoffströme zumindest auf diesem Temperaturniveau der isenthalpen Entspannung zugeführt wird oder werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der oder einer der gasförmigen Stoffströme, der oder die der isenthalpen Entspannung unterworfen wird oder werden, verdichtete und abgekühlte Luft, ein gasförmiges, stickstoffreiches Fluid, das aus einem oberen Bereich der Hochdrucksäule (1 1 1 ) entnommen wird, und/oder ein an Stickstoff angereichertes gasförmiges Fluid aus einem
Zwischenbereich der Hochdrucksäule umfasst oder umfassen.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die isenthalpe Entspannung auf einem Temperaturniveau von 0 bis -200 °C durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die isenthalpe Entspannung auf einem Temperaturniveau von 0 bis 100 °C durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem unter Verwendung eines stickstoffreichen ersten Fluids, das der Hochdrucksäule (1 1 1 ) auf dem ersten Druckniveau gasförmig entnommen wird, ein stickstoffreicher erster Stoffstrom gebildet wird und bei dem der erste Stoffstrom zumindest zu einem
Anteil der isenthalpen Entspannung unterworfen und dem
Destillationssäulensystem dauerhaft entzogen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem ein Anteil des ersten Stoffstroms auf einem ersten Temperaturniveau, auf dem das erste Fluid der Hochdrucksäule (11 1 ) entnommen wird, der isenthalpen Entspannung unterworfen wird und/oder bei dem ein Anteil des ersten Stoffstroms von dem ersten auf ein zweites
Temperaturniveau erwärmt und danach der isenthalpen Entspannung unterworfen wird, oder bei dem der erste Stoffstrom vollständig auf dem ersten oder zweiten Temperaturniveau der isenthalpen Entspannung unterworfen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem unter Verwendung eines zweiten Fluids, das der Niederdrucksäule (1 12) auf dem zweiten Druckniveau gasförmig entnommen wird, ein zweiter Stoffstrom gebildet wird und bei dem der zweite Stoffstrom dem Destillationssäulensystem dauerhaft entzogen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der erste Stoffstrom oder dessen der
isenthalpen Entspannung unterworfener Anteil nach der isenthalpen Entspannung dem zweiten Stoffstrom zugespeist wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Niederdrucksäule ein an Argon angereichertes Fluid entnommen, unter Verwendung einer
Argonausschleussäule oder Rohargonsäule (1 13) an Argon abgereichert und zumindest zum Teil in die Niederdrucksäule (112) zurückgespeist wird.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, bei dem das zweite Fluid ein Stickstoff reiches Fluid ist, das der Niederdrucksäule (1 12) am Kopf entnommen wird, und das einen Gehalt von 96 bis 99,999 Molprozent Stickstoff und ansonsten überwiegend Sauerstoff und Argon aufweist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, bei dem das zweite Fluid ein an Stickstoff angereichertes Fluid ist, das der Niederdrucksäule (1 12) über einen Seitenabzug entnommen wird. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 1 1 , bei dem der zweite Stoffstrom ferner unter Verwendung eines zusätzlichen Fluids, das der
Niederdrucksäule (1 12) gasförmig entnommen wird, gebildet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das zusätzliche Fluid ein Sauerstoff reiches Fluid ist, das der Niederdrucksäule (1 12) über einen Seitenabzug entnommen wird, und das überwiegend Sauerstoff aufweist.
15. Luftzerlegungsanlage (100) mit einem Destillationssäulensystem (10), das eine Hochdrucksäule (1 1 1 ), die für einen Betrieb auf einem ersten Druckniveau eingerichtet ist, und eine Niederdrucksäule (1 12), die für einen Betrieb auf einem zweiten Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus eingerichtet ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die dafür eingerichtet sind, unter Verwendung der Luft in der Luftzerlegungsanlage (100) ein oder mehrere gasförmige Stoffströme zu bilden und einer isenthalpen Entspannung ausgehend von dem ersten Druckniveau oder einem Druckniveau, das sich um nicht mehr als 1 bar von dem ersten Druckniveau unterscheidet, zu unterwerfen und dabei eine Druckdifferenz von 3 bis 6 bar zu überwinden, und wobei Mittel vorgesehen sind, die dafür eingerichtet sind, den oder die gasförmigen
Stoffströme, der oder die der gasförmigen Entspannung unterworfen wird oder werden, mit einer Fluidmenge, die mindestens 0,1 Prozent der der
Luftzerlegungsanlage (100) zugeführten Luft entspricht, bereitzustellen, und wobei Mittel vorgesehen sind, die dafür eingerichtet sind, den oder die gasförmigen Stoffströme, der oder die der gasförmigen Entspannung unterworfen wird oder werden, mit einen Argongehalt von nicht mehr als 1 Molprozent bereitzustellen.
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