WO2020164799A1 - Method and system for providing one or more oxygen-rich, gaseous air products - Google Patents

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    • F25J2215/54Oxygen production with multiple pressure O2
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    • F25J2230/00Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/24Multiple compressors or compressor stages in parallel
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    • F25J2230/00Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/40Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid being air
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    • F25J2290/00Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/60Details about pipelines, i.e. network, for feed or product distribution

Definitions

  • the invention relates to a method for providing one or more
  • air product is intended to refer to a fluid provided at least in part by the cryogenic decomposition of atmospheric air.
  • An air product has one or more air gases contained in atmospheric air in a composition that differs from that in atmospheric air.
  • An air product can basically be in a gaseous, liquid or supercritical state and can be transferred from one of these states to another.
  • a liquid air product can be converted into the gaseous state (“evaporated”) or converted into the supercritical state (“pseudo-evaporated”) by heating to a certain pressure, depending on whether the pressure during the heating is below or above the critical pressure .
  • Air separation plants have rectification column systems that
  • Multi-column systems can be formed.
  • rectification columns for obtaining nitrogen and / or oxygen in liquid and / or gaseous state, i.e. the rectification columns for nitrogen-oxygen separation
  • rectification columns can be provided for obtaining further air components, in particular the noble gases krypton, xenon and / or argon.
  • the noble gases krypton, xenon and / or argon are used synonymously.
  • the rectification columns of the rectification column systems mentioned are operated at different pressures.
  • 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 an upper column).
  • the high pressure column is typically operated at a pressure of 4 to 7 bar, in particular about 5.3 bar.
  • the low-pressure column is operated at a pressure of typically 1 to 2 bar, in particular about 1.4 bar. In certain cases, higher pressures can also be used in both rectification columns.
  • the pressures given here are absolute pressures at the top of the columns given.
  • main (air) compressors / booster Main Air Compressor / Booster Air Compressor, MAC-BAC processes or so-called
  • High air pressure (HAP) processes are used.
  • the main / booster processes are more like
  • Machine integrated - and with comparable efficiency, high-air pressure processes can represent an advantageous alternative to main compressor / booster processes.
  • Main compressor / booster processes are characterized in that only part of the total amount of feed air supplied to the rectification column system is compressed to a pressure which is significantly above, ie by at least 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 bar the pressure at which the high pressure column is operated. A further part of the feed air quantity is only compressed to this pressure or a pressure which differs therefrom by no more than 1 to 2 bar, and at this point it is fed into the high pressure column.
  • a main compressor / booster method is shown, for example, by Häring (see above) in FIG. 2.3A.
  • a high-air pressure process on the other hand, the entire amount of feed air supplied to the rectification column system is compressed to a pressure that is substantially, that is, by at least 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 bar, and for example up to 14, 16 , 18 or 20 bar, is above the pressure at which the high pressure column is operated.
  • High-air pressure methods are known, for example, from EP 2 980 514 A1 and EP 2 963 367 A1.
  • Internal compression (IV, IC) is used.
  • at least one gaseous, pressurized air product which is provided by means of the air separation plant, is formed in that the
  • a cryogenic, liquid air product is removed from the rectification column system, subjected to a pressure increase to a product pressure, and at which the product pressure is converted into the gaseous or supercritical state by heating.
  • gaseous, pressurized oxygen GOX IV, GOX IC
  • gaseous, pressurized nitrogen GAN IV, GAN IC
  • GAR IV, GAR IC gaseous, pressurized argon
  • the object of the present invention is to provide a cost-effective and efficient high-air pressure method, the aim being to use it advantageously under certain boundary conditions specified below.
  • the present invention proposes a method for
  • An “amount of feed air” or “feed air” for short is understood here to mean all of the air supplied (“used”) to the rectification column system of an air separation plant.
  • a main compressor / booster process only part of this input air is compressed to a pressure level that is significantly above the (operating) pressure level of the high pressure column.
  • a high-air pressure process as is the subject of the present invention, the entire amount of feed air is compressed to such a high pressure level.
  • cryogenic liquid is understood here to mean a liquid medium whose boiling point is well below the ambient temperature, e.g. at -50 ° C or less, especially -100 ° C or less.
  • cryogenic liquids are liquid air, liquid oxygen, liquid nitrogen, liquid argon or liquids that are rich in the compounds mentioned.
  • turbo compressors which are referred to here as "main air compressors" are used to compress the amount of air used.
  • the mechanical structure of turbo compressors is basically known to the person skilled in the art.
  • the medium to be compressed is compressed by means of turbine blades which are arranged on a turbine wheel or directly on a shaft.
  • a turbo compressor forms a structural unit which, however, in a multi-stage turbo compressor can have several compressor stages.
  • a compressor stage usually comprises a turbine wheel or a corresponding arrangement of turbine blades. All of these compressor stages can be driven by a common shaft. However, it can also be provided that To drive compressor stages in groups with different shafts, whereby the shafts can also be connected to one another via gears.
  • the main air compressor is also characterized in that it compresses the entire amount of air fed into the distillation column system and used to produce air products, that is to say the entire amount of air used.
  • a "post-compressor" can also be provided, in which, however, only part of the feed air quantity compressed in the main air compressor is brought to an even higher pressure.
  • This can also be designed as a turbo compressor.
  • turbo compressors For the compression of partial amounts of air, further turbo compressors are typically provided, which are also referred to as boosters in comparison to the
  • the main air compressor or the booster only compresses to a relatively small extent.
  • a booster can also be present in a high-air pressure process, but this compresses a subset of the
  • the amount of air used is then based on a higher pressure level.
  • turbo expanders can also be coupled with turbo compressors and drive them.
  • turbo compressors are one or more turbo compressors without externally supplied energy, i. Driven only by one or more turbo expanders, the term “turbine booster” is also used for such an arrangement. In a turbine booster are those
  • turboexpander the expansion turbine
  • turbo compressor the booster
  • a “cold compressor” or “cold booster” should be understood here to mean a compressor or booster, the fluid at a temperature level below the
  • Ambient temperature especially at less than 0 ° C, -50 ° C or -100 ° C and possibly more than -150 ° C or -200 ° C.
  • Liquid, gaseous or even fluids present in the supercritical state can, in the language used here, be rich or poor in one or more Components, where "rich” for a content of at least 75%, 90%, 95%, 99%, 99.5%, 99.9% or 99.99% and “poor” for a content of at most 25%, May represent 10%, 5%, 1%, 0.1% or 0.01% on a mole, weight or volume basis.
  • the term “predominantly” can correspond to the definition of "rich” just made, but in particular denotes a content of more than 90%. Is here
  • nitrogen can be a pure gas, but also a gas rich in nitrogen.
  • pressure level and “temperature level” are used, which is intended to express that pressures and temperatures do not have to be used in the form of exact pressure or temperature values in order to implement an inventive concept. However, such pressures and temperatures vary
  • pressure levels include, for example, unavoidable or expected pressure losses, for example due to cooling effects.
  • the liquid output denotes the amount of air products that are carried out in liquid form from the system or a corresponding process, i.e. with no evaporation or
  • Feed streams in the plant or the process are cooled. Therefore, if fewer air products are carried out in liquid form from the system or a corresponding process, but rather they are vaporized or pseudo-vaporized, there is, so to speak, excess cold. With a low liquid power, a so-called
  • Cold boosters can be used to increase process efficiency by converting such excess cold into higher air pressure:
  • the heat input through the cold booster partially destroys the excess cold;
  • the cold booster compresses part of the feed air so that, for example, the performance of the main air compressor can be reduced accordingly.
  • the intake temperature of a cold booster is below the ambient temperature, so that the power consumption is reduced with an ideal gas behavior assumed for the sake of simplicity.
  • the invention is used in a high-air pressure process in which gaseous oxygen is to be produced without any (significant) liquid production.
  • the peculiarity lies in the division of the gaseous oxygen into two fractions of different pressures (almost unpressurized and pressurized, for example at approx. 31 bar) in a ratio of approx. 1 to 2.
  • An exemplary product range of air products (all gaseous) for which The invention is intended to be suitable is shown in Table 1 below. However, the invention is not limited to this specific example or even just those given here
  • the method proposed according to the invention should also be particularly suitable for the use of feed air which is provided at a pressure level of approx. 6 bar (for example from an existing supply network at the site, a so-called "air rail"). For this reason, one includes
  • Air separation plant as in one embodiment of the invention
  • Main compressor / post-compressor process the usual interconnection, but in which the entire amount of air used is still in the usual way for a high-air pressure process Pressure level is brought, and in which a blow-in turbine (Lachmann turbine) is also provided.
  • a blow-in turbine Lachmann turbine
  • a second turbine instead of a blow-in or Lachmann turbine, a second turbine can also be used which expands air into the high-pressure column in the manner of a Claude turbine.
  • the present invention proposes a method for producing one or more oxygen-rich, gaseous air products using an air separation plant which has a rectification column system with a high pressure column.
  • a total amount of feed air fed to the rectification column system is compressed to a first pressure level which is at least 3 bar (further values have already been mentioned in the introduction and are also suitable for the present invention) above an operating pressure level at which the high pressure column is operated.
  • a first process stream, which comprises predominantly or exclusively pressurized, non-liquefied air, and a second process stream, which comprises predominantly or exclusively pressurized liquefied air, are formed, and the first and second process streams are released separately from one another to the operating pressure level of the
  • the first process stream which predominantly or exclusively comprises pressurized, non-liquefied air, is expanded in particular in an expansion turbine, as will also be explained in detail below. It is thus a so-called turbine flow, as it is also used in known methods of
  • Air separation is formed.
  • the expansion turbine used in the turbine flow is a typical Claude turbine.
  • the second process flow which is formed within the scope of the present invention and comprises predominantly or exclusively pressurized liquefied air, corresponds to a known throttle flow, as it is also formed in the prior art.
  • an expansion valve can be used to relax the second process flow, that is to say the throttle flow; however, a so-called liquid turbine or a so-called sealing fluid expander (Dense Liquid Expander, DLE), as is known from the prior art, can also be used.
  • a so-called liquid turbine or a so-called sealing fluid expander (Dense Liquid Expander, DLE) can also be used.
  • Advantages of liquid turbines are extensively described in the prior art, for example in Häring (see above),
  • the first and the second process stream are formed within the scope of the present invention at a pressure level which is above the operating pressure level of the high pressure column.
  • the operating pressure level of the high pressure column is understood to mean, in particular, a pressure level as is present at a feed point of the first or second process stream into the high pressure column, or a pressure range which includes the pressures at these feed points. It is known that
  • Rectification columns can have pressure gradients in operation. Therefore, as mentioned, the term “operating pressure level” denotes the pressure at the respective feed point or a corresponding pressure range. Specific values which also apply to the present invention were mentioned in the introduction.
  • the first and the second process stream a portion of the input air quantity is used, which is provided at the first pressure level and a first temperature level and successively cooling to a second temperature level, compression to a second pressure level, and cooling to a third temperature level and, while maintaining a liquid phase and a gas phase, is subjected to a phase separation.
  • the first temperature level is in particular above 0 ° C., for example at ambient temperature, typically in a range from 10 to 50 ° C.
  • the second temperature level in the context of the present invention is in particular -120 to -150 ° C; the compression on the second
  • the pressure level is therefore based on a correspondingly low one Temperature level.
  • a compressor or booster used for the compression to the second pressure level which is advantageously driven by means of an expansion turbine, which expands the first process stream to the operating pressure level of the high pressure column, is therefore a so-called cold booster, as already explained in the introduction.
  • the first pressure level (upstream of the cold booster) is within the scope of the present invention in particular 7 to 13 bar
  • the second pressure level (downstream of the cold booster) to which the air used to form the first and the second process stream after cooling to the second temperature level is compressed, in particular at 11 to 17 bar.
  • the third temperature level to which the air used to form the first and the second process stream is cooled after compression to the second pressure level (after it has previously warmed up through compression) is in particular -140 to -170 ° C.
  • Phase separation is formed, and that the second process stream is formed using at least a portion of the liquid phase that is formed in the phase separation.
  • the first process stream can comprise the entire gas phase and / or the second process stream can comprise the entire liquid phase, which are each formed in the phase separation.
  • the first process stream is the relaxation to the pressure level of the
  • High pressure column supplied to the second pressure level and the third temperature level, and the second pressure level and the third temperature level are selected in the context of the present invention in particular such that when the first process stream is expanded to the operating pressure level of the
  • High pressure column forms a liquid content of 5% to 15%, based on the entire first process stream.
  • the liquid content in the context of the present invention is approx. 10%.
  • the expansion turbine used for the expansion of the first process stream is operated within the scope of the present invention with a defined (dew) state at the turbine inlet, which leads to a corresponding Liquid fraction at the turbine outlet leads.
  • dew denotes a portion that is calculated from the respective standard volumes of the portions formed.
  • the operation of the expansion turbine according to the invention for expansion of the first process stream is to be considered in particular in connection with an injection turbine used or an expansion turbine that expands a further turbine stream, as explained below.
  • Feed air used which is at the first pressure level and the first
  • Temperature level provided and is subjected to cooling without further compression It is also possible to provide further process streams that are not subjected to any further compression, but are used for other purposes, for example fed into the rectification column system. Some of these are explained below.
  • Relieved high pressure column i.e. a Claude turbine
  • the state of entry into the turbine used to relax the first process flow is set lower in return, so that the “missing” liquid from the mentioned turbine is practically formed when the first process flow is relaxed.
  • An essential feature of the present invention is that the turbine flow, i. the first process stream and the second process stream, that is to say a throttle stream, are cooled together and pre-liquefied before entering the turbine, as explained above.
  • the resulting liquid is separated in a separator and in the form of the second process stream, in particular, is fed back into the heat exchanger for the purpose of subcooling.
  • the gas from a corresponding separator is fed directly into the turbine in the form of the first process stream, as already described above in other words.
  • yet another process stream can also be combined in one
  • Main heat exchanger of the air separation plant are liquefied and partially or completely expanded into the high pressure column, in particular together with the second process stream, wherein expansion can take place separately from the second process stream or together with it.
  • the present invention includes that the third process stream, which comprises predominantly or exclusively pressurized, non-liquefied air, the (turbine) expansion to an operating pressure level
  • Low-pressure column which is subjected to the rectification column system and partially or completely fed into the low-pressure column, or an expansion is subjected to the operating pressure level of the high pressure column and is partially or completely fed into the high pressure column.
  • the third process stream is fed to the expansion, in particular at a temperature level that is more than 10 K above the third temperature level and differs by less than 10 K from the second temperature level.
  • Process stream used air which is provided at the first pressure level and the first temperature level. This air is then subjected to cooling to a fourth temperature level.
  • the fourth temperature level can in particular be between -120 and -150 ° C. It will, in combination with the
  • the total amount of air is advantageously brought to the first pressure level using an air compressor and a booster which is arranged parallel to the air compressor.
  • the air that is used to form the third process stream is also part of this
  • the booster is coupled in particular to an expansion machine used in the expansion of the third process stream and is driven by means of this expansion machine.
  • the booster can be driven exclusively or partially using this expansion machine, in other words, for example, an additional motor drive can also be used.
  • the coupling can also take place with the interposition of a brake, so that not all of the drive power that is released when the third process stream is released is used to drive the booster.
  • Process flow can be formed in the form of a further throttle flow, the air of which can be cooled, liquefied and fed into the high-pressure column in a main heat exchanger of the air separation plant.
  • the second portion of the total amount of air advantageously comprises 5% to 25% of the total amount of air and the first portion of the total amount of air comprises in particular the remainder of the total amount of air.
  • the first part can be part of the
  • the air compressor can in particular be designed in one stage in this way. In particular, it can be supplied with air which comes from an air supply network and which is already compressed to a certain pressure level in this air supply network. However, the air compressor can also be connected downstream of further compressor stages, for example as a compressor stage.
  • the booster is not used to compress an amount of air that has already been purified. Rather, within the scope of the present invention, the booster is used in particular upstream of a corresponding cleaning system.
  • the booster is not used to compress an amount of air that has already been purified. Rather, within the scope of the present invention, the booster is used in particular upstream of a corresponding cleaning system.
  • the booster is used in particular upstream of a corresponding cleaning system.
  • the total amount of air can be fed to the air compressor and the booster at a superatmospheric pressure level.
  • the total amount of air can be provided externally to this above-atmospheric output pressure level or compressed to this output pressure level in the air separation plant.
  • the present invention is used in air separation processes in which no or only extremely small amounts of liquid air products are formed.
  • the present invention includes that at any point in time a maximum of 2% of the total air amount corresponding to one or more air products liquid from the
  • Air separation plant is diverted.
  • the diversion can also take place continuously or only temporarily.
  • the maximum amount can in particular also be 1, 5%, 1% or 0.5%.
  • Oxygen-rich, gaseous air products can be provided by internal compression, as explained several times above.
  • oxygen-rich liquid is typically withdrawn from the low-pressure column, increased in pressure using an internal compression pump and transferred to the gaseous or supercritical state in a main heat exchanger of the air separation plant under the pressure to which it was pressure increased by means of the internal compression pump.
  • a second of these oxygen-rich, gaseous air products is withdrawn in gaseous form from the low-pressure column in the context of the present invention, in particular without increasing the pressure.
  • the air used to provide the first and the second process stream is cooled to the second temperature level at the first pressure level and the first temperature level, the compression to the second pressure level at the second temperature level and the first pressure level, the cooling to the third temperature level at the second pressure level and a temperature level above the second temperature level, and the phase separation at the second pressure level and the third temperature level.
  • the present invention also relates to an air separation plant for providing one or more oxygen-rich, gaseous air products.
  • express reference is made to the corresponding independent patent claim.
  • a corresponding air separation plant benefits from the previous information on
  • FIG 1 illustrates an air separation plant according to one particular
  • FIG. 2 illustrates an air separation plant according to one particular
  • FIG. 3 illustrates an air separation plant according to one particular
  • Air separation plants according to preferred embodiments of the invention illustrated.
  • the air separation plants 100, 200 and 300 have a number of identically designed components, but in practice they can also be structurally designed differ from each other.
  • the air separation plant 100 according to FIG. 1 is first explained below; With regard to the air separation plants 200 and 300 illustrated in FIGS. 2 and 3, only the distinguishing features are discussed below.
  • air A which has already been pressurized outside the plant 100, is provided in the form of a feed air flow a.
  • This air can, for example, come from a supply network and, for example, be at a pressure of approx. 6 bar.
  • the air A can also be within the
  • Air separation unit 100 can be pressurized.
  • the feed air A of the feed air flow a is divided into two partial flows b and c after precooling (required in certain cases) in a heat exchanger (not specifically designated), the partial flow b being compressed in an air compressor 101 and the partial flow c in a booster 102.
  • a pressure level upstream of the air compressor 101 and the booster 102 is referred to as the “initial pressure level”, while a pressure level downstream of the air compressor 101 and the booster 102 is referred to as the “first pressure level”.
  • Air compressor 101 is preferably designed in one stage. As explained above, the predominant portion of the feed air A is compressed in the form of the material flow b in the air compressor 101, but a smaller portion is compressed in the booster 102 in parallel.
  • the partial flows b and c are combined in the example shown to form a collective flow d, which is cooled in a basically known manner in a pre-cooling device 103 using cooling water (flow B, return C).
  • the cooled feed air flow is further designated by d and then fed to a cleaning device 104, for example comprising a pair of adsorber containers operated in alternation.
  • a partial stream e is a main heat exchanger 105 (at the first pressure level and a temperature level referred to here as the “first temperature level”)
  • the partial flow e is the main heat exchanger 105 taken at a temperature level, which is referred to here as the "second temperature level".
  • the partial flow e is initially still at the first pressure level.
  • the partial flow e is subjected to compression in a cold booster 106 at the first pressure level and the second temperature level. As a result, it is brought to a higher pressure level, which here is the "second"
  • the temperature of the partial flow e increases due to the compression due to the heat of compression introduced, so that the partial flow e is fed back to the main heat exchanger 105 at an intermediate temperature level above the second temperature level.
  • the partial flow e is then further cooled in the main heat exchanger 105, specifically to a temperature level which is referred to here as the "third
  • the substream e is then fed into a separator 107 and subjected to a phase separation.
  • a gas phase in the form of a material flow f and a liquid phase in the form of a material flow g are withdrawn from the separator 107.
  • the material flow f is referred to here as the “first process flow”, the material flow g
  • the first process stream comprises non-liquefied, pressurized air as a result of the treatment explained above, and the second process stream g comprises pressurized and liquefied air.
  • the first process stream f is expanded in an expansion turbine 108 and fed into a high pressure column 111 of the air separation plant 100.
  • Expansion turbine 108 is, as explained several times, operated in such a way that a liquid component forms at its outlet to a defined extent as explained above. The expansion in the expansion turbine 108 takes place on one
  • the second process stream g is again fed to the main heat exchanger 105 and removed from it at the cold end.
  • the second process stream g is passed through the main heat exchanger 105 with a partial stream h of the material stream d, which passes from the warm to the cold end and through this was liquefied, combined after the second process stream g and the substream h each in corresponding expansion devices, for example
  • Relaxation valves which are not specifically designated here, were relaxed.
  • the expansion also takes place to a pressure level in the high pressure column 111 or a pressure level which is present at a feed point into the high pressure column 111.
  • a material flow formed from the second process flow g and the substream h is designated as a collective flow with the reference symbol i.
  • air is also blown into a low-pressure column 112 of the air separation plant 100, for which a basically known Lachmann turbine 109 is used.
  • the Lachmann turbine 109 is an expansion turbine which, in the embodiment of the air separation plant 100 illustrated in FIG. 1, is mechanically coupled to the booster 102 already explained above.
  • the air expanded in the expansion turbine 109 is a partial flow k of the material flow d that was previously on in the main heat exchanger 105
  • fourth temperature level Intermediate temperature level was cooled (referred to here as "fourth temperature level").
  • the air of substream k expanded in expansion turbine 109 is fed (see link 2) into low-pressure column 112, as already mentioned.
  • the air separation plant 100 has in addition to
  • Rectification column system which is designated as a whole by 110, a
  • Rectification column system 110 is known from the prior art.
  • Air separation plants of the type shown are often described elsewhere, for example in Häring (see above) for Figure 2.3A.
  • An air separation plant employing the present invention can be based on
  • Pressure level ie the pressure level at which the low-pressure column 112 is operated is, gaseous fluid is withdrawn from the low-pressure column 112 above its bottom in the form of a stream I, which is heated in the main heat exchanger 105 without further pressure-influencing measures and is provided as a corresponding air product, which is additionally denoted by D here.
  • Air product is bottom liquid of the low pressure column 112 in the form of a
  • Material flow m taken which in the example shown can also be carried out to a proportion as liquid oxygen, here additionally designated by K, in the form of a material flow n from the air separation plant 100. This is preferably not the case or only to a small extent within the scope of the present invention.
  • K liquid oxygen
  • the remainder of it is pumped using an internal compression pump
  • delivery pressure level a higher pressure level
  • delivery pressure level transferred in the main heat exchanger 105 to the gaseous or, depending on the pressure level, supercritical state and executed in the form of a material flow o as a corresponding air product, which is also referred to here with E.
  • liquid is withdrawn from the pure argon column 114 in the form of a material flow p and, comparable to the material flow o, in an internal compression pump
  • Air separation plant 100 can also provide low pressure nitrogen in the form of an air product G, nitrogen from the top of the high pressure column 111 in the form of an air product H and impure nitrogen from the top of the low pressure column 112 in the form of an air product I. Further impure nitrogen can be withdrawn from the low-pressure column 112 in the form of a stream r and used, for example, as a regeneration gas in the cleaning device 104 or in the pre-cooling device 103 and then blown off to the atmosphere X.
  • a liquid nitrogen product L be provided.
  • the air separation plant 200 of Figure 2 differs from
  • Air separation plant 100 in particular, in that the second process stream g prior to its expansion and being fed into the
  • Low pressure column is not further cooled in the main heat exchanger 105.
  • Expansion turbine 109 expanded substream k only provided to the pressure level of the high pressure column 111, the substream k is therefore not in the

Abstract

The invention relates to a high-pressure (HAP) air separation plant (100-300). In order to form a first, unliquefied process stream and a second, liquefied process stream which are separately decompressed to a pressure level of the high-pressure column (111) and fed into said column, gaseous and liquid portions of air are used, said air being provided at a first pressure level and a first temperature level and being successively cooled to a second temperature level, compressed to a second pressure level, cooled to a third temperature level, and subjected to a phase separation process. The first process stream is supplied to the decompression process at the second pressure level and the third temperature level, and the second pressure level and the third temperature level are selected so as to form a liquid portion of 5% to 15%, based on the entire first process stream, during the decompression of the first process stream to the operating pressure level of the high-pressure column (111). Without being compressed further, further air is cooled down, decompressed using turbines, and fed into the rectification column system (110). Only process streams provided using the rectification column system (110) are used for cooling. The invention also relates to an air separation plant (100-300).

Description

Beschreibung description
Verfahren und Anlage zur Bereitstellung eines oder mehrerer sauerstoffreicher. Process and system for providing one or more oxygen-rich.
gasförmiger Luftprodukte gaseous air products
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung eines oder mehrerer The invention relates to a method for providing one or more
sauerstoffreicher, gasförmiger Luftprodukte und eine entsprechende Anlage gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche. oxygen-rich, gaseous air products and a corresponding system according to the preambles of the independent claims.
Stand der Technik State of the art
Die Herstellung von Luftprodukten in flüssigem oder gasförmigem Zustand durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in Luftzerlegungsanlagen ist bekannt und The production of air products in the liquid or gaseous state by the low-temperature decomposition of air in air separation plants is known and
beispielsweise bei H.-W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH,for example at H.-W. Häring (Ed.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH,
2006, insbesondere Abschnitt 2.2.5, "Cryogenic Rectification", beschrieben. 2006, especially Section 2.2.5, "Cryogenic Rectification".
Der Begriff "Luftprodukt" soll sich hier auf ein Fluid beziehen, das zumindest teilweise durch Tieftemperaturzerlegung von atmosphärischer Luft bereitgestellt wird. Ein Luftprodukt weist ein oder mehrere in der atmosphärischen Luft enthaltene Luftgase in einer abweichenden Zusammensetzung als in der atmosphärischen Luft auf. Ein Luftprodukt kann grundsätzlich in gasförmigem, flüssigem oder überkritischem Zustand vorliegen und von einem dieser Zustände in einen anderen überführt werden. As used herein, the term "air product" is intended to refer to a fluid provided at least in part by the cryogenic decomposition of atmospheric air. An air product has one or more air gases contained in atmospheric air in a composition that differs from that in atmospheric air. An air product can basically be in a gaseous, liquid or supercritical state and can be transferred from one of these states to another.
Insbesondere kann ein flüssiges Luftprodukt durch Erwärmen auf einem bestimmten Druck in den gasförmigen Zustand überführt ("verdampft") oder in den überkritischen Zustand überführt ("pseudoverdampft") werden, je nachdem, ob der Druck bei der Erwärmung unterhalb oder oberhalb des kritischen Drucks liegt. In particular, a liquid air product can be converted into the gaseous state ("evaporated") or converted into the supercritical state ("pseudo-evaporated") by heating to a certain pressure, depending on whether the pressure during the heating is below or above the critical pressure .
Luftzerlegungsanlagen weisen Rektifikationskolonnensysteme auf, die Air separation plants have rectification column systems that
herkömmlicherweise als Zweikolonnensysteme, insbesondere als klassische Linde- Doppelkolonnensysteme, ausgebildet sind, aber auch als Drei- oder are conventionally designed as two-column systems, in particular as classic Linde double-column systems, but also as three or
Mehrkolonnensysteme ausgebildet sein können. Neben den Rektifikationskolonnen zur Gewinnung von Stickstoff und/oder Sauerstoff in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand, also den Rektifikationskolonnen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, können Rektifikationskolonnen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere der Edelgase Krypton, Xenon und/oder Argon, vorgesehen sein. Häufig werden dabei die Begriffe "Rektifikation" und "Destillation" sowie "Kolonne" und "Säule" bzw. hieraus zusammengesetzte Begriffe synonym verwendet. Multi-column systems can be formed. In addition to the rectification columns for obtaining nitrogen and / or oxygen in liquid and / or gaseous state, i.e. the rectification columns for nitrogen-oxygen separation, rectification columns can be provided for obtaining further air components, in particular the noble gases krypton, xenon and / or argon. Often the The terms “rectification” and “distillation” and “column” and “column” or terms composed thereof are used synonymously.
Die Rektifikationskolonnen der genannten Rektifikationskolonnensysteme werden auf unterschiedlichen Drücken betrieben. Bekannte Doppelkolonnensysteme weisen eine sogenannte Hochdruckkolonne (auch als Druckkolonne, Mitteldruckkolonne oder untere Kolonne bezeichnet) und eine sogenannte Niederdruckkolonne (auch als obere Kolonne bezeichnet) auf. Die Hochdruckkolonne wird typischerweise auf einem Druck von 4 bis 7 bar, insbesondere ca. 5,3 bar, betrieben. Die Niederdruckkolonne wird auf einem Druck von typischerweise 1 bis 2 bar, insbesondere ca. 1 ,4 bar, betrieben. In bestimmten Fällen können in beiden Rektifikationskolonnen auch höhere Drücke eingesetzt werden. Bei den hier jeweils angegebenen Drücken handelt es sich um Absolutdrücke am Kopf der jeweils angegebenen Kolonnen. The rectification columns of the rectification column systems mentioned are operated at different pressures. 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 an upper column). The high pressure column is typically operated at a pressure of 4 to 7 bar, in particular about 5.3 bar. The low-pressure column is operated at a pressure of typically 1 to 2 bar, in particular about 1.4 bar. In certain cases, higher pressures can also be used in both rectification columns. The pressures given here are absolute pressures at the top of the columns given.
Zur Luftzerlegung können sogenannte Haupt(luft)verdichter/Nachverdichter-(Main Air Compressor/Booster Air Compressor-, MAC-BAC-)Verfahren oder sogenannte So-called main (air) compressors / booster (Main Air Compressor / Booster Air Compressor, MAC-BAC) processes or so-called
Hochluftdruck-(High Air Pressure-, HAP-)Verfahren eingesetzt werden. Bei den Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren handelt es sich um die eher High air pressure (HAP) processes are used. The main / booster processes are more like
konventionelleren Verfahren, Hochluftdruck-Verfahren kommen zunehmend in jüngerer Zeit als Alternativen zum Einsatz. Die vorliegende Erfindung wird in Verbindung mit HAP-Verfahren eingesetzt, so dass die nachfolgenden diesbezüglichen Erläuterungen allgemein und auch für die vorliegende Erfindung gelten. Aufgrund von deutlich geringeren Kosten - Haupt- und Nachverdichter sind gewissermaßen in einer More conventional methods, high air pressure methods, have been used more and more recently as alternatives. The present invention is used in connection with HAP processes, so that the following explanations in this regard apply generally and also to the present invention. Due to the significantly lower costs - main and booster compressors are in a sense in one
Maschine integriert - und vergleichbarer Effizienz können Hochluftdruck-Verfahren eine vorteilhafte Alternative zu Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren darstellen. Machine integrated - and with comparable efficiency, high-air pressure processes can represent an advantageous alternative to main compressor / booster processes.
Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass nur ein Teil der dem Rektifikationskolonnensystem insgesamt zugeführten Einsatzluftmenge auf einen Druck verdichtet wird, der wesentlich, d.h. um mindestens 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 bar, oberhalb des Drucks liegt, auf dem die Hochdruckkolonne betrieben wird. Ein weiterer Teil der Einsatzluftmenge wird lediglich auf diesen Druck oder einen Druck, der sich um nicht mehr als 1 bis 2 bar hiervon unterscheidet, verdichtet, und auf diesem in die Hochdruckkolonne eingespeist. Ein Hauptverdichter/Nachverdichter- Verfahren ist beispielsweise bei Häring (s.o.) in Figur 2.3A gezeigt. Bei einem Hochluftdruck-Verfahren wird hingegen die gesamte, dem Rektifikationskolonnensystem insgesamt zugeführte Einsatzluftmenge auf einen Druck verdichtet, der wesentlich, d.h. um mindestens 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 bar, und beispielsweise bis zu 14, 16, 18 oder 20 bar, oberhalb des Drucks liegt, auf dem die Hochdruckkolonne betrieben wird. Hochluftdruck-Verfahren sind beispielsweise aus der EP 2 980 514 A1 und der EP 2 963 367 A1 bekannt. Main compressor / booster processes are characterized in that only part of the total amount of feed air supplied to the rectification column system is compressed to a pressure which is significantly above, ie by at least 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 bar the pressure at which the high pressure column is operated. A further part of the feed air quantity is only compressed to this pressure or a pressure which differs therefrom by no more than 1 to 2 bar, and at this point it is fed into the high pressure column. A main compressor / booster method is shown, for example, by Häring (see above) in FIG. 2.3A. In a high-air pressure process, on the other hand, the entire amount of feed air supplied to the rectification column system is compressed to a pressure that is substantially, that is, by at least 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 bar, and for example up to 14, 16 , 18 or 20 bar, is above the pressure at which the high pressure column is operated. High-air pressure methods are known, for example, from EP 2 980 514 A1 and EP 2 963 367 A1.
Hochluftdruck-Verfahren kommen typischerweise mit der sogenannten High air pressure procedures typically come with what is called the
Innenverdichtung (IV, Internal Compression, IC) zum Einsatz. Bei der Innenverdichtung wird wenigstens ein gasförmiges, druckbeaufschlagtes Luftprodukt, das mittels der Luftzerlegungsanlage bereitgestellt wird, dadurch gebildet, dass dem Internal compression (IV, IC) is used. During the internal compression, at least one gaseous, pressurized air product, which is provided by means of the air separation plant, is formed in that the
Rektifikationskolonnensystem ein tiefkaltes, flüssiges Luftprodukt entnommen, einer Druckerhöhung auf einen Produktdruck unterworfen, und auf dem Produktdruck durch Erwärmen in den gasförmigen oder überkritischen Zustand überführt wird. A cryogenic, liquid air product is removed from the rectification column system, subjected to a pressure increase to a product pressure, and at which the product pressure is converted into the gaseous or supercritical state by heating.
Beispielsweise können mittels Innenverdichtung gasförmiger, druckbeaufschlagter Sauerstoff (GOX IV, GOX IC) gasförmiger, druckbeaufschlagter Stickstoff (GAN IV, GAN IC) und/oder gasförmiges, druckbeaufschlagtes Argon (GAR IV, GAR IC) erzeugt werden. Die Innenverdichtung bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber einer alternativ ebenfalls möglichen externen Verdichtung und ist z.B. bei Häring (s.o.) in Abschnitt 2.2.5.2, "Internal Compression", erläutert. Anlagen zur For example, gaseous, pressurized oxygen (GOX IV, GOX IC), gaseous, pressurized nitrogen (GAN IV, GAN IC) and / or gaseous, pressurized argon (GAR IV, GAR IC) can be generated by means of internal compression. The internal compression offers a number of advantages over an alternatively also possible external compression and is e.g. at Häring (see above) in Section 2.2.5.2, "Internal Compression". Attachments to
Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei der eine Innenverdichtung zum Einsatz kommt, sind auch in der US 2007/0209389 A1 und in der WO 2015/127648 A1 gezeigt. Low-temperature decomposition of air, in which internal compression is used, is also shown in US 2007/0209389 A1 and in WO 2015/127648 A1.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein kostengünstiges und effizientes Hochluftdruck-Verfahren bereitzustellen, wobei ein vorteilhafter Einsatz unter bestimmten, unten angegebenen Randbedingungen angestrebt wird. The object of the present invention is to provide a cost-effective and efficient high-air pressure method, the aim being to use it advantageously under certain boundary conditions specified below.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Against this background, the present invention proposes a method for
Bereitstellung eines oder mehrerer sauerstoffreicher, gasförmiger Luftprodukte und eine entsprechende Anlage mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Provision of one or more oxygen-rich, gaseous air products and a corresponding system with the respective characteristics of the independent
Patentansprüche vor. Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Patentansprüche und der nachfolgenden Beschreibung. Es werden zunächst weitere Grundlagen der Erfindung näher erläutert und zur Beschreibung der Erfindung verwendete Begriffe definiert. Claims before. Refinements of the invention are the subject matter of the respective dependent claims and the following description. Further principles of the invention are first explained in more detail and terms used to describe the invention are defined.
Unter einer "Einsatzluftmenge" oder kurz "Einsatzluft" wird hier die gesamte, dem Rektifikationskolonnensystem einer Luftzerlegungsanlage zugeführte ("eingesetzte") Luft verstanden. Wie bereits zuvor erläutert, wird diese Einsatzluftmenge in einem Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren nur zu einem Teil auf ein Druckniveau verdichtet, das deutlich oberhalb des (Betriebs-)Druckniveaus der Hochdruckkolonne liegt. Hingegen wird in einem Hochluftdruck-Verfahren, wie es Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, die gesamte Einsatzluftmenge auf ein derartig hohes Druckniveau verdichtet. Zur Bedeutung des Begriffs "deutlich" im Zusammenhang mit Hauptverdichter/Nachverdichter- und Hochluftdruck-Verfahren sei auf die obigen Erläuterungen verwiesen. An “amount of feed air” or “feed air” for short is understood here to mean all of the air supplied (“used”) to the rectification column system of an air separation plant. As already explained above, in a main compressor / booster process only part of this input air is compressed to a pressure level that is significantly above the (operating) pressure level of the high pressure column. In contrast, in a high-air pressure process, as is the subject of the present invention, the entire amount of feed air is compressed to such a high pressure level. For the meaning of the term “clearly” in connection with main compressor / booster and high-air pressure processes, reference is made to the explanations above.
Unter einer "tiefkalten" Flüssigkeit wird hier ein flüssiges Medium verstanden, dessen Siedepunkt deutlich unterhalb der Umgebungstemperatur liegt, z.B. bei -50 °C oder weniger, insbesondere bei -100 °C oder weniger. Beispiele für tiefkalte Flüssigkeiten sind flüssige Luft, flüssiger Sauerstoff, flüssiger Stickstoff, flüssiges Argon oder Flüssigkeiten, die reich an den genannten Verbindungen sind. A "cryogenic" liquid is understood here to mean a liquid medium whose boiling point is well below the ambient temperature, e.g. at -50 ° C or less, especially -100 ° C or less. Examples of cryogenic liquids are liquid air, liquid oxygen, liquid nitrogen, liquid argon or liquids that are rich in the compounds mentioned.
Zu den in Luftzerlegungsanlagen eingesetzten Vorrichtungen bzw. Apparaten sei auf Fachliteratur wie Häring (s.o.), insbesondere Abschnitt 2.2.5.6, "Apparatus" verwiesen. Nachfolgend werden zur Verdeutlichung und klareren Abgrenzung einige Aspekte entsprechender Vorrichtungen näher erläutert. Regarding the devices and apparatus used in air separation plants, reference is made to specialist literature such as Häring (see above), in particular Section 2.2.5.6, "Apparatus". In the following, some aspects of corresponding devices are explained in more detail for clarification and clearer delimitation.
In Luftzerlegungsanlagen kommen zur Verdichtung der Einsatzluftmenge mehrstufige Turboverdichter zum Einsatz, die hier als "Hauptluftverdichter" bezeichnet werden. Der mechanische Aufbau von Turboverdichtern ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt. In einem Turboverdichter erfolgt die Verdichtung des zu verdichtenden Mediums mittels Turbinenschaufeln, die auf einem Turbinenrad oder direkt auf einer Welle angeordnet sind. Ein Turboverdichter bildet dabei eine bauliche Einheit, die jedoch bei einem mehrstufigen Turboverdichter mehrere Verdichterstufen aufweisen kann. Eine Verdichterstufe umfasst dabei in der Regel ein Turbinenrad oder eine entsprechende Anordnung von Turbinenschaufeln. Alle dieser Verdichterstufen können von einer gemeinsamen Welle angetrieben werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Verdichterstufen gruppenweise mit unterschiedlichen Wellen anzutreiben, wobei die Wellen auch über Getriebe miteinander verbunden sein können. In air separation plants, multi-stage turbo compressors, which are referred to here as "main air compressors", are used to compress the amount of air used. The mechanical structure of turbo compressors is basically known to the person skilled in the art. In a turbo compressor, the medium to be compressed is compressed by means of turbine blades which are arranged on a turbine wheel or directly on a shaft. A turbo compressor forms a structural unit which, however, in a multi-stage turbo compressor can have several compressor stages. A compressor stage usually comprises a turbine wheel or a corresponding arrangement of turbine blades. All of these compressor stages can be driven by a common shaft. However, it can also be provided that To drive compressor stages in groups with different shafts, whereby the shafts can also be connected to one another via gears.
Der Hauptluftverdichter zeichnet sich ferner dadurch aus, dass durch diesen die gesamte in das Destillationskolonnensystem eingespeiste und zur Herstellung von Luftprodukten verwendete Luftmenge, also die gesamte Einsatzluftmenge, verdichtet wird. Entsprechend kann auch ein "Nachverdichter" vorgesehen sein, in dem aber nur ein Teil der im Hauptluftverdichter verdichteten Einsatzluftmenge auf einen nochmals höheren Druck gebracht wird. Auch dieser kann Turboverdichter ausgebildet sein. Zur Verdichtung von Teilluftmengen sind typischerweise weitere Turboverdichter vorgesehen, die auch als Booster bezeichnet werden, im Vergleich zu dem The main air compressor is also characterized in that it compresses the entire amount of air fed into the distillation column system and used to produce air products, that is to say the entire amount of air used. Correspondingly, a "post-compressor" can also be provided, in which, however, only part of the feed air quantity compressed in the main air compressor is brought to an even higher pressure. This can also be designed as a turbo compressor. For the compression of partial amounts of air, further turbo compressors are typically provided, which are also referred to as boosters in comparison to the
Hauptluftverdichter oder dem Nachverdichter jedoch nur eine Verdichtung in relativ geringem Umfang vornehmen. Auch in einem Hochluftdruck-Verfahren kann ein Nachverdichter vorhanden sein, dieser verdichtet jedoch eine Teilmenge der However, the main air compressor or the booster only compresses to a relatively small extent. A booster can also be present in a high-air pressure process, but this compresses a subset of the
Einsatzluftmenge dann ausgehend von einem höheren Druckniveau. The amount of air used is then based on a higher pressure level.
An mehreren Stellen in Luftzerlegungsanlagen kann ferner Luft entspannt werden, wozu unter anderem Entspannungsmaschinen in Form von Turboexpandern, hier auch als "Entspannungsturbinen" bezeichnet, zum Einsatz kommen können. Turboexpander können auch mit Turboverdichtern gekoppelt sein und diese antreiben. Werden ein oder mehrere Turboverdichter ohne extern zugeführte Energie, d.h. nur über einen oder mehrere Turboexpander, angetrieben, wird für eine derartige Anordnung auch der Begriff "Turbinenbooster" verwendet. In einem Turbinenbooster sind der Furthermore, air can be expanded at several points in air separation plants, for which purpose, among other things, expansion machines in the form of turbo expanders, also referred to here as "expansion turbines", can be used. Turbo expanders can also be coupled with turbo compressors and drive them. Are one or more turbo compressors without externally supplied energy, i. Driven only by one or more turbo expanders, the term "turbine booster" is also used for such an arrangement. In a turbine booster are those
Turboexpander (die Entspannungsturbine) und der Turboverdichter (der Booster) mechanisch gekoppelt, wobei die Kopplung drehzahlgleich (beispielsweise über eine gemeinsame Welle) oder drehzahlunterschiedlich (beispielsweise über ein The turboexpander (the expansion turbine) and the turbo compressor (the booster) are mechanically coupled, with the coupling having the same speed (for example via a common shaft) or different speed (for example via a
zwischengeschaltetes Getriebe) erfolgen kann. intermediate gear) can take place.
Unter einem "Kaltverdichter" bzw. "Kaltbooster" soll hier ein Verdichter bzw. Booster verstanden werden, dem Fluid auf einem Temperaturniveau unterhalb der A “cold compressor” or “cold booster” should be understood here to mean a compressor or booster, the fluid at a temperature level below the
Umgebungstemperatur, insbesondere bei weniger als 0 °C, -50 °C oder -100 °C und ggf. mehr als -150 °C oder -200 °C zugeführt wird. Ambient temperature, especially at less than 0 ° C, -50 ° C or -100 ° C and possibly more than -150 ° C or -200 ° C.
Flüssige, gasförmige oder auch im überkritischen Zustand vorliegende Fluide können im hier verwendeten Sprachgebrauch reich oder arm an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei "reich" für einen Gehalt von wenigstens 75%, 90%, 95%, 99%, 99,5%, 99,9% oder 99,99% und "arm" für einen Gehalt von höchstens 25%, 10%, 5%, 1 %, 0,1 % oder 0,01 % auf Mol-, Gewichts- oder Volumenbasis stehen kann. Der Begriff "überwiegend" kann der soeben getroffenen Definition von "reich" entsprechen, bezeichnet jedoch insbesondere einen Gehalt von mehr als 90%. Ist hier Liquid, gaseous or even fluids present in the supercritical state can, in the language used here, be rich or poor in one or more Components, where "rich" for a content of at least 75%, 90%, 95%, 99%, 99.5%, 99.9% or 99.99% and "poor" for a content of at most 25%, May represent 10%, 5%, 1%, 0.1% or 0.01% on a mole, weight or volume basis. The term "predominantly" can correspond to the definition of "rich" just made, but in particular denotes a content of more than 90%. Is here
beispielsweise von "Stickstoff die Rede, kann es sich um ein Reingas, aber auch ein an Stickstoff reiches Gas handeln. For example, if we talk about nitrogen, it can be a pure gas, but also a gas rich in nitrogen.
Nachfolgend werden zur Charakterisierung von Drücken und Temperaturen die To characterize pressures and temperatures, the
Begriffe "Druckniveau" und "Temperaturniveau" verwendet, wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass Drücke und Temperaturen nicht in Form exakter Druck- bzw. Temperaturwerte verwendet werden müssen, um ein erfinderisches Konzept zu verwirklichen. Jedoch bewegen sich derartige Drücke und Temperaturen The terms “pressure level” and “temperature level” are used, which is intended to express that pressures and temperatures do not have to be used in the form of exact pressure or temperature values in order to implement an inventive concept. However, such pressures and temperatures vary
typischerweise in bestimmten Bereichen, die beispielsweise ± 1 %, 5% oder 10% um einen Mittelwert liegen. Unterschiedliche Druckniveaus und Temperaturniveaus können dabei in disjunkten Bereichen liegen oder in Bereichen, die einander überlappen. typically in certain ranges which are, for example, ± 1%, 5% or 10% around a mean value. Different pressure levels and temperature levels can be in disjoint areas or in areas that overlap.
Insbesondere schließen beispielsweise Druckniveaus unvermeidliche oder zu erwartende Druckverluste, beispielsweise aufgrund von Abkühlungseffekten, ein. In particular, pressure levels include, for example, unavoidable or expected pressure losses, for example due to cooling effects.
Entsprechendes gilt für Temperaturniveaus. Bei hier in bar angegebenen Druckniveaus handelt es sich um Absolutdrücke. The same applies to temperature levels. The pressure levels given here in bar are absolute pressures.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Bekannte Hochluftdruck-Verfahren werden häufig nach der sogenannten Known high air pressure methods are often after the so-called
Flüssigleistung bzw. nach dem Verhältnis von innenverdichteten Produkten zu Liquid performance or according to the ratio of internally compressed products
Flüssigprodukten klassifiziert und unterschieden. Die Flüssigleistung bezeichnet dabei die Menge an Luftprodukten, die flüssig aus der Anlage bzw. einem entsprechenden Verfahren ausgeführt werden, bei denen also keine Verdampfung oder Liquid products classified and differentiated. The liquid output denotes the amount of air products that are carried out in liquid form from the system or a corresponding process, i.e. with no evaporation or
Pseudoverdampfung erfolgt. Mittels derartiger Produkte können also keine Pseudo evaporation takes place. With such products, no
Einsatzströme in die Anlage bzw. das Verfahren gekühlt werden. Daher ist dann, wenn weniger Luftprodukte flüssig aus der aus der Anlage bzw. einem entsprechenden Verfahren ausgeführt sondern diese verdampft bzw. pseudoverdampft werden, gewissermaßen Kälte im Überschuss vorhanden. Bei einer geringen Flüssigleistung kann daher beispielsweise ein sogenannter Feed streams in the plant or the process are cooled. Therefore, if fewer air products are carried out in liquid form from the system or a corresponding process, but rather they are vaporized or pseudo-vaporized, there is, so to speak, excess cold. With a low liquid power, a so-called
Kaltbooster eingesetzt werden, um die Prozesseffizienz durch die Umwandlung solcher überschüssiger Kälte in höheren Luftdruck zu steigern: Der Wärmeeintrag durch den Kaltbooster vernichtet die im Überschuss vorhandene Kälte zum Teil; der Kaltbooster verdichtet aber im Gegenzug dazu einen Teil der Einsatzluft, so dass beispielsweise die Leistung des Hauptluftverdichters entsprechend reduziert werden kann. Die Ansaugtemperatur eines Kaltboosters liegt, wie oben bereits angesprochen, unterhalb der Umgebungstemperatur, so dass sich die Leistungsaufnahme bei einem zur Vereinfachung angenommenen idealen Gasverhalten reduziert. Cold boosters can be used to increase process efficiency by converting such excess cold into higher air pressure: The heat input through the cold booster partially destroys the excess cold; In return, however, the cold booster compresses part of the feed air so that, for example, the performance of the main air compressor can be reduced accordingly. As already mentioned above, the intake temperature of a cold booster is below the ambient temperature, so that the power consumption is reduced with an ideal gas behavior assumed for the sake of simplicity.
Die Erfindung kommt dabei bei einem Hochluftdruck-Verfahren zum Einsatz, bei dem gasförmiger Sauerstoff ohne (nennenswerte) Flüssigproduktion hergestellt werden soll. Die Besonderheit liegt dabei in der Aufteilung des gasförmigen Sauerstoffs in zwei Fraktionen unterschiedlicher Drücke (beinahe drucklos und druckbeaufschlagt, beispielsweise bei ca. 31 bar) in einem Verhältnis von ca. 1 zu 2. Ein beispielhaftes Produktspektrum von Luftprodukten (allesamt gasförmig), für das sich die Erfindung eignen soll, ist in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses spezifische Beispiel oder auch nur die hier angegebenen The invention is used in a high-air pressure process in which gaseous oxygen is to be produced without any (significant) liquid production. The peculiarity lies in the division of the gaseous oxygen into two fractions of different pressures (almost unpressurized and pressurized, for example at approx. 31 bar) in a ratio of approx. 1 to 2. An exemplary product range of air products (all gaseous) for which The invention is intended to be suitable is shown in Table 1 below. However, the invention is not limited to this specific example or even just those given here
Größenordnungen beschränkt. Orders of magnitude limited.
Tabelle 1 Table 1
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren soll sich ferner insbesondere für die Verwendung von Einsatzluft eignen, die auf einem Druckniveau von ca. 6 bar bereitgestellt wird (beispielsweise aus einem vorhandenen Versorgungsnetz am Standort, einer sogenannten "Luftschiene"). Aus diesem Grund umfasst eine The method proposed according to the invention should also be particularly suitable for the use of feed air which is provided at a pressure level of approx. 6 bar (for example from an existing supply network at the site, a so-called "air rail"). For this reason, one includes
Luftzerlegungsanlage, wie sie gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung Air separation plant, as in one embodiment of the invention
vorgeschlagen wird, bzw. ein entsprechendes Verfahren, eine wie in einem is proposed, or a corresponding method, one as in one
Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren übliche Verschaltung, bei der aber dennoch die gesamte Einsatzluftmenge auf ein für ein Hochluftdruck-Verfahren übliches Druckniveau gebracht wird, und bei der ferner eine Einblaseturbine (Lachmann- Turbine) vorgesehen ist. Wie nachfolgend erläutert, kann jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung anstelle einer Einblase- bzw. Lachmann-Turbine auch eine zweite Turbine verwendet werden, die nach Art einer Claude-Turbine Luft in die Hochdruckkolonne entspannt. Zu den Begriffen "Claude-Turbine" und "Lachmann- Turbine" wird auf Fachliteratur, beispielsweise F.G. Kerry, Industrial Gas Handbook: Gas Separation and Purification, CRC Press, 2006, insbesondere die Abschnitte 2.4, "Contemporary Liquefaction Cycles", 2.6, "Theoretical Analysis of the Claude Cycle" und 3.8.1 , "The Lachmann Principle", verwiesen. Main compressor / post-compressor process, the usual interconnection, but in which the entire amount of air used is still in the usual way for a high-air pressure process Pressure level is brought, and in which a blow-in turbine (Lachmann turbine) is also provided. As explained below, however, in the context of the present invention, instead of a blow-in or Lachmann turbine, a second turbine can also be used which expands air into the high-pressure column in the manner of a Claude turbine. For the terms "Claude turbine" and "Lachmann turbine", reference is made to specialist literature, for example FG Kerry, Industrial Gas Handbook: Gas Separation and Purification, CRC Press, 2006, in particular Sections 2.4, "Contemporary Liquefaction Cycles", 2.6, " Theoretical Analysis of the Claude Cycle "and 3.8.1," The Lachmann Principle ".
Insgesamt schlägt die vorliegende Erfindung vor diesem Hintergrund ein Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer sauerstoffreicher, gasförmiger Luftprodukte unter Verwendung einer Luftzerlegungsanlage vor, die ein Rektifikationskolonnensystem mit einer Hochdruckkolonne aufweist. Eine dem Rektifikationskolonnensystem insgesamt zugeführte Einsatzluftmenge wird dabei auf ein erstes Druckniveau verdichtet, das mindestens 3 bar (weitere Werte wurden bereits einleitend genannt und eignen sich auch für die vorliegende Erfindung) oberhalb eines Betriebsdruckniveaus liegt, auf dem die Hochdruckkolonne betrieben wird. Es werden ein erster Prozessstrom, der überwiegend oder ausschließlich druckbeaufschlagte unverflüssigte Luft umfasst, und ein zweiter Prozessstrom, der überwiegend oder ausschließlich druckbeaufschlagte verflüssigte Luft umfasst, gebildet, und der erste und der zweite Prozessstrom werden getrennt voneinander einer Entspannung auf das Betriebsdruckniveau der Overall, against this background, the present invention proposes a method for producing one or more oxygen-rich, gaseous air products using an air separation plant which has a rectification column system with a high pressure column. A total amount of feed air fed to the rectification column system is compressed to a first pressure level which is at least 3 bar (further values have already been mentioned in the introduction and are also suitable for the present invention) above an operating pressure level at which the high pressure column is operated. A first process stream, which comprises predominantly or exclusively pressurized, non-liquefied air, and a second process stream, which comprises predominantly or exclusively pressurized liquefied air, are formed, and the first and second process streams are released separately from one another to the operating pressure level of the
Hochdruckkolonne unterworfen und teilweise oder vollständig in die Hochdruckkolonne eingespeist. Es versteht sich in diesem Zusammenhang jeweils, dass nach der Entspannung zu dem ersten und dem zweiten Prozessstrom jeweils noch weitere Stoffströme zugespeist und zusammen mit diesen in die Hochdruckkolonne Subjected high pressure column and partially or completely fed into the high pressure column. In this context, it is understood that, after the expansion, further material flows are respectively fed to the first and the second process flow and, together with these, to the high-pressure column
eingespeist werden können. Ferner versteht sich, dass jeweils nicht der gesamte erste bzw. zweite Prozessstrom nach der Entspannung in die Hochdruckkolonne eingespeist werden muss. can be fed in. Furthermore, it goes without saying that the entire first or second process stream does not have to be fed into the high-pressure column after the expansion.
Der erste Prozessstrom, der überwiegend oder ausschließlich druckbeaufschlagte unverflüssigte Luft umfasst, wird dabei insbesondere in einer Entspannungsturbine entspannt, wie auch nachfolgend noch im Detail erläutert. Es handelt sich damit um einen sogenannten Turbinenstrom, wie er auch in bekannten Verfahren der The first process stream, which predominantly or exclusively comprises pressurized, non-liquefied air, is expanded in particular in an expansion turbine, as will also be explained in detail below. It is thus a so-called turbine flow, as it is also used in known methods of
Luftzerlegung gebildet wird. Die zur Entspannung eines entsprechenden Turbinenstroms verwendete Entspannungsturbine ist eine typische Claude-Turbine.Air separation is formed. The appropriate to relax a The expansion turbine used in the turbine flow is a typical Claude turbine.
Der zweite Prozessstrom, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung gebildet wird und überwiegend oder ausschließlich druckbeaufschlagte verflüssigte Luft umfasst, entspricht einem bekannten Drosselstrom, wie er auch im Stand der Technik gebildet wird. Zur Entspannung des zweiten Prozessstroms, also des Drosselstroms, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung beispielsweise ein Entspannungsventil verwendet werden; es kann jedoch auch beispielsweise eine sogenannte Flüssigturbine bzw. ein sogenanner Dichtfluid-Expander (Dense Liquid Expander, DLE), wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, zum Einsatz kommen. Vorteile von Flüssigturbinen sind im Stand der Technik umfangreich beschrieben, beispielsweise bei Häring (s.o.), The second process flow, which is formed within the scope of the present invention and comprises predominantly or exclusively pressurized liquefied air, corresponds to a known throttle flow, as it is also formed in the prior art. In the context of the present invention, for example, an expansion valve can be used to relax the second process flow, that is to say the throttle flow; however, a so-called liquid turbine or a so-called sealing fluid expander (Dense Liquid Expander, DLE), as is known from the prior art, can also be used. Advantages of liquid turbines are extensively described in the prior art, for example in Häring (see above),
Abschnitt 2.2.5.6, "Apparatus", Seite 48 und 49. Section 2.2.5.6, "Apparatus", pages 48 and 49.
Es versteht sich, dass der erste und der zweite Prozessstrom im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf einem Druckniveau gebildet werden, das oberhalb des Betriebsdruckniveaus der Hochdruckkolonne liegt. Unter dem Betriebsdruckniveau der Hochdruckkolonne wird dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Druckniveau verstanden, wie es an einer Einspeisestelle des ersten bzw. zweiten Prozessstroms in die Hochdruckkolonne vorliegt, bzw. ein Druckbereich, der die Drücke an diesen Einspeisestellen umfasst. Es ist bekannt, dass It goes without saying that the first and the second process stream are formed within the scope of the present invention at a pressure level which is above the operating pressure level of the high pressure column. In the context of the present invention, the operating pressure level of the high pressure column is understood to mean, in particular, a pressure level as is present at a feed point of the first or second process stream into the high pressure column, or a pressure range which includes the pressures at these feed points. It is known that
Rektifikationskolonnen im Betrieb Druckgradienten aufweisen können. Daher bezeichnet, wie erwähnt, der Begriff des "Betriebsdruckniveaus" den Druck an der jeweiligen Einspeisestelle bzw. einen entsprechenden Druckbereich. Spezifische Werte, die auch für die vorliegende Erfindung gelten, wurden einleitend genannt. Rectification columns can have pressure gradients in operation. Therefore, as mentioned, the term “operating pressure level” denotes the pressure at the respective feed point or a corresponding pressure range. Specific values which also apply to the present invention were mentioned in the introduction.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Bildung des ersten und des zweiten Prozessstroms ein Teil der Einsatzluftmenge verwendet wird, der auf dem ersten Druckniveau und einem ersten Temperaturniveau bereitgestellt und nacheinander einer Abkühlung auf ein zweites Temperaturniveau, einer Verdichtung auf ein zweites Druckniveau, einer Abkühlung auf ein drittes Temperaturniveau und, unter Erhalt einer Flüssigphase und einer Gasphase, einer Phasentrennung unterworfen wird. Das erste Temperaturniveau liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere oberhalb von 0 °C, beispielsweise bei Umgebungstemperatur, typischerweise in einem Bereich von 10 bis 50° C. Das zweite Temperaturniveau liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere bei -120 bis -150 °C; die Verdichtung auf das zweite According to the invention it is provided that to form the first and the second process stream, a portion of the input air quantity is used, which is provided at the first pressure level and a first temperature level and successively cooling to a second temperature level, compression to a second pressure level, and cooling to a third temperature level and, while maintaining a liquid phase and a gas phase, is subjected to a phase separation. In the context of the present invention, the first temperature level is in particular above 0 ° C., for example at ambient temperature, typically in a range from 10 to 50 ° C. The second temperature level in the context of the present invention is in particular -120 to -150 ° C; the compression on the second
Druckniveau erfolgt also ausgehend von einem entsprechend niedrigen Temperaturniveau. Ein für die Verdichtung auf das zweite Druckniveau verwendeter Verdichter bzw. Booster, welcher vorteilhafterweise mittels einer Entspannungsturbine angetrieben wird, die den ersten Prozessstrom auf das Betriebsdruckniveau der Hochdruckkolonne entspannt, ist daher ein sogenannter Kaltbooster, wie er einleitend bereits erläutert wurde. The pressure level is therefore based on a correspondingly low one Temperature level. A compressor or booster used for the compression to the second pressure level, which is advantageously driven by means of an expansion turbine, which expands the first process stream to the operating pressure level of the high pressure column, is therefore a so-called cold booster, as already explained in the introduction.
Das erste Druckniveau (stromauf des Kaltboosters) liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere bei 7 bis 13 bar, das zweite Druckniveau (stromab des Kaltboosters), auf das die zur Bildung des ersten und des zweiten Prozessstroms verwendete Luft nach der Abkühlung auf das zweite Temperaturniveau verdichtet wird, bei insbesondere 11 bis 17 bar. Das dritte Temperaturniveau, auf das die zur Bildung des ersten und des zweiten Prozessstroms verwendete Luft nach der Verdichtung auf das zweite Druckniveau abgekühlt wird (nachdem sie sich zuvor durch die Verdichtung erwärmt hat) liegt insbesondere bei -140 bis -170 °C. The first pressure level (upstream of the cold booster) is within the scope of the present invention in particular 7 to 13 bar, the second pressure level (downstream of the cold booster), to which the air used to form the first and the second process stream after cooling to the second temperature level is compressed, in particular at 11 to 17 bar. The third temperature level to which the air used to form the first and the second process stream is cooled after compression to the second pressure level (after it has previously warmed up through compression) is in particular -140 to -170 ° C.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Prozessstrom unter Verwendung zumindest eines Teils der Gasphase aus der erwähnten In the context of the present invention it is provided that the first process stream using at least part of the gas phase from the mentioned
Phasentrennung gebildet wird, und dass der zweite Prozessstrom unter Verwendung zumindest eines Teils der Flüssigphase gebildet wird, die in der Phasentrennung gebildet wird. Insbesondere kann der erste Prozessstrom die gesamte Gasphase und/oder der zweite Prozessstrom die gesamte Flüssigphase umfassen, die jeweils in der Phasentrennung gebildet werden. Phase separation is formed, and that the second process stream is formed using at least a portion of the liquid phase that is formed in the phase separation. In particular, the first process stream can comprise the entire gas phase and / or the second process stream can comprise the entire liquid phase, which are each formed in the phase separation.
Der erste Prozessstrom wird der Entspannung auf das Druckniveau der The first process stream is the relaxation to the pressure level of the
Hochdruckkolonne auf dem zweiten Druckniveau und dem dritten Temperaturniveau zugeführt, und das zweite Druckniveau und das dritte Temperaturniveau werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere derart gewählt, dass sich bei der Entspannung des ersten Prozessstroms auf das Betriebsdruckniveau der High pressure column supplied to the second pressure level and the third temperature level, and the second pressure level and the third temperature level are selected in the context of the present invention in particular such that when the first process stream is expanded to the operating pressure level of the
Hochdruckkolonne ein Flüssiganteil von 5% bis 15%, bezogen auf den gesamten ersten Prozessstrom, bildet. Beispielsweise beträgt der Flüssiganteil im Rahmen der vorliegenden Erfindung ca. 10%. High pressure column forms a liquid content of 5% to 15%, based on the entire first process stream. For example, the liquid content in the context of the present invention is approx. 10%.
Mit anderen Worten wird die für die Entspannung des ersten Prozessstroms verwendete Entspannungsturbine im Rahmen der vorliegenden Erfindung mit einem definierten (Tau-) Zustand am Turbineneintritt betrieben, die zu einem entsprechenden Flüssiganteil am Austritt der Turbine führt. Durch derartige Maßnahmen kann das Verfahrenspotential optimal ausgeschöpft werden und es ergibt sich ein zuverlässiger Betrieb. Der erwähnte Flüssiganteil bezeichnet dabei insbesondere einen Anteil, der sich aus den jeweiligen Normvolumina der gebildeten Anteile berechnet. In other words, the expansion turbine used for the expansion of the first process stream is operated within the scope of the present invention with a defined (dew) state at the turbine inlet, which leads to a corresponding Liquid fraction at the turbine outlet leads. By means of such measures, the process potential can be optimally exhausted and reliable operation results. The mentioned liquid portion in particular denotes a portion that is calculated from the respective standard volumes of the portions formed.
Der erfindungsgemäße Betrieb der Entspannungsturbine zur Entspannung des ersten Prozessstroms ist dabei insbesondere im Zusammenhang mit einer verwendeten Einblaseturbine bzw. einer Entspannungsturbine, die einen weiteren Turbinenstrom entspannt, zu betrachten, wie nachfolgend erläutert. The operation of the expansion turbine according to the invention for expansion of the first process stream is to be considered in particular in connection with an injection turbine used or an expansion turbine that expands a further turbine stream, as explained below.
Erfindungsgemäß wird dabei zur Bildung zumindest eines dritten Prozessstroms, der unter Verwendung einer Entspannungsturbine einer Entspannung unterworfen und in das Rektifikationskolonnensystem eingespeist wird, ein weiterer Teil der According to the invention, in order to form at least one third process stream, which is subjected to an expansion using an expansion turbine and is fed into the rectification column system, a further part of the
Einsatzluftmenge verwendet, der auf dem ersten Druckniveau und dem ersten Feed air used, which is at the first pressure level and the first
Temperaturniveau bereitgestellt und ohne weitere Verdichtung einer Abkühlung unterworfen wird. Es können auch weitere Prozessströme bereitgestellt werden, die keiner weiteren Verdichtung unterworfen, aber anderweitig weiterverwendet, beispielsweise in das Rektifikationskolonnensystem eingespeist, werden. Diese werden teilweise weiter unten erläutert. Temperature level provided and is subjected to cooling without further compression. It is also possible to provide further process streams that are not subjected to any further compression, but are used for other purposes, for example fed into the rectification column system. Some of these are explained below.
Würde man das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren konventionell, also mit üblicher Optimierung der Turbinen-Eintrittstemperaturen betrachten, so würde man feststellen, dass der Austrittszustand bei einer entsprechenden Einblaseturbine stark in die Vorverflüssigung geht, und der Eintrittszustand der zur Entspannung des ersten Prozessstroms verwendeten Turbine nur eine relativ geringe Überhitzung von ca. 2 bis 2,5 K gegenüber dem Taupunkt aufweist. Derartige Betriebszustände sind aus dem Blickwinkel der Betriebstechnik ungünstig, da zum einen zusätzliche Maßnahmen erforderlich wären, um die am Austritt der Einblaseturbine anfallende Flüssigkeit sicher mit in die Niederdruckkolonne zu befördern und zum anderen es zu einer If the method proposed according to the invention were to be considered conventionally, i.e. with the usual optimization of the turbine inlet temperatures, one would find that the outlet state in the case of a corresponding injection turbine is heavily pre-liquefied and the inlet state of the turbine used to expand the first process flow is only relative shows slight overheating of approx. 2 to 2.5 K compared to the dew point. Such operating states are unfavorable from the point of view of operating technology, since, on the one hand, additional measures would be required to safely convey the liquid occurring at the outlet of the injection turbine into the low-pressure column and, on the other hand, to convey it to a
Vorverflüssigung stromauf der zu Entspannung des ersten Prozessstroms Pre-liquefaction upstream of the relaxation of the first process stream
verwendeten Entspannungsturbine kommen könnte. Bei einer derartigen used expansion turbine could come. With such a
Vorverflüssigung sind ggf. Schäden an den Eintrittsdüsen in eine entsprechende Entspannungsturbine sowie der Laufradoberfläche zu befürchten. Daher wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ferner vorgeschlagen, den Pre-liquefaction, damage to the inlet nozzles in a corresponding expansion turbine and the impeller surface are to be feared. Therefore, it is also proposed in the context of the present invention, the
Eintrittszustand eines entsprechenden dritten Prozessstroms in die Einblaseturbine, also eine Lachmann-Turbine, bzw. eine Turbine, die entsprechende Luft in die Entry state of a corresponding third process stream into the injection turbine, ie a Lachmann turbine, or a turbine, the corresponding air into the
Hochdruckkolonne entspannt, also eine Claude-Turbine, höher zu setzen bzw. derart zu wählen, dass keine Flüssigkeit an deren Austritt anfällt. Der Eintrittszustand in die zur Entspannung des ersten Prozessstroms verwendete Turbine wird im Gegenzug dazu niedriger gesetzt, so dass die aus Bilanzsicht "fehlende" Flüssigkeit von der genannten Turbine praktisch bei der Entspannung des ersten Prozessstroms gebildet wird. Relieved high pressure column, i.e. a Claude turbine, to be set higher or to be selected in such a way that no liquid is produced at its outlet. The state of entry into the turbine used to relax the first process flow is set lower in return, so that the “missing” liquid from the mentioned turbine is practically formed when the first process flow is relaxed.
Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht dabei darin, dass der Turbinenstrom, d.h. der erste Prozessstrom und der zweite Prozessstrom, also ein Drosselstrom, gemeinsam abgekühlt und vor dem Eintritt in die Turbine vorverflüssigt werden, wie zuvor erläutert. Die dabei anfallende Flüssigkeit wird in einem Abscheider abgeschieden und in Form des zweiten Prozessstroms insbesondere zurück in den Wärmetauscher zwecks Unterkühlung geleitet. Das Gas aus einem entsprechenden Abscheider wird in Form des ersten Prozessstroms direkt in die Turbine geführt, wie bereits zuvor mit anderen Worten beschrieben. An essential feature of the present invention is that the turbine flow, i. the first process stream and the second process stream, that is to say a throttle stream, are cooled together and pre-liquefied before entering the turbine, as explained above. The resulting liquid is separated in a separator and in the form of the second process stream, in particular, is fed back into the heat exchanger for the purpose of subcooling. The gas from a corresponding separator is fed directly into the turbine in the form of the first process stream, as already described above in other words.
In sämtlichen Fällen kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung neben dem zweiten Prozessstrom auch ein nochmals weiterer Prozessstrom in einem In all cases, within the scope of the present invention, in addition to the second process stream, yet another process stream can also be combined in one
Hauptwärmetauscher der Luftzerlegungsanlage verflüssigt und teilweise oder vollständig in die Hochdruckkolonne entspannt werden, und zwar insbesondere gemeinsam mit dem zweiten Prozessstrom, wobei eine Entspannung separat zu dem zweiten Prozessstrom oder gemeinsam mit diesem erfolgen kann. Main heat exchanger of the air separation plant are liquefied and partially or completely expanded into the high pressure column, in particular together with the second process stream, wherein expansion can take place separately from the second process stream or together with it.
Wie bereits erläutert, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise eine Einblaseturbine bzw. Lachmann-Turbine verwendet bzw. ein entsprechender Stoffstrom gebildet werden. Es kann aber auch ein zweiter Turbinenstrom bereitgestellt bzw. Luft in einer Claude-Turbine entspannt werden. Mit anderen Worten umfasst die vorliegende Erfindung gemäß besonders bevorzugter Ausgestaltungen, dass der dritte Prozessstrom, der überwiegend oder ausschließlich druckbeaufschlagte unverflüssigte Luft umfasst, der (Turbinen-)Entspannung auf ein Betriebsdruckniveau einer As already explained, in the context of the present invention, an injection turbine or Lachmann turbine is advantageously used or a corresponding material flow is formed. However, a second turbine flow can also be provided or air can be expanded in a Claude turbine. In other words, according to particularly preferred refinements, the present invention includes that the third process stream, which comprises predominantly or exclusively pressurized, non-liquefied air, the (turbine) expansion to an operating pressure level
Niederdruckkolonne der des Rektifikationskolonnensystems unterworfen und teilweise oder vollständig in die Niederdruckkolonne eingespeist wird, oder einer Entspannung auf das Betriebsdruckniveau der Hochdruckkolonne unterworfen und teilweise oder vollständig in die Hochdruckkolonne eingespeist wird. Der dritte Prozessstrom wird der Entspannung insbesondere auf einem Temperaturniveau zugeführt, das mehr als 10 K oberhalb des dritten Temperaturniveaus liegt und sich um weniger als 10 K von dem zweiten Temperaturniveau unterscheidet. Low-pressure column which is subjected to the rectification column system and partially or completely fed into the low-pressure column, or an expansion is subjected to the operating pressure level of the high pressure column and is partially or completely fed into the high pressure column. The third process stream is fed to the expansion, in particular at a temperature level that is more than 10 K above the third temperature level and differs by less than 10 K from the second temperature level.
Wie bereits erwähnt, wird die Entspannung eines derartigen dritten Prozessstroms im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere derart durchgeführt, dass sich am Austritt einer für diese Entspannung verwendete Entspannungsturbine kein bzw. kein nennenswerter Flüssigkeitsanteil bildet. Dieser Flüssigkeitsanteil, der aus As already mentioned, the expansion of such a third process stream is carried out in the context of the present invention in particular in such a way that no or no significant portion of liquid is formed at the outlet of an expansion turbine used for this expansion. This portion of the liquid that consists of
Bilanzgründen erforderlich ist, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung Balance sheet reasons is required, is within the scope of the present invention
stattdessen, wie zuvor bereits erwähnt, in der für die Entspannung des ersten instead, as mentioned earlier, in the for relaxation of the first
Prozessstroms verwendeten Entspannungsturbine gebildet. Process flow used relaxation turbine formed.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch zur Bildung des dritten In the context of the present invention, the formation of the third
Prozessstroms Luft verwendet, die auf dem ersten Druckniveau und dem ersten Temperaturniveau bereitgestellt wird. Diese Luft wird sodann einer Abkühlung auf ein viertes Temperaturniveaus unterworfen. Das vierte Temperaturniveau kann insbesondere bei -120 bis -150 °C liegen. Es wird, in Kombination mit dem Process stream used air, which is provided at the first pressure level and the first temperature level. This air is then subjected to cooling to a fourth temperature level. The fourth temperature level can in particular be between -120 and -150 ° C. It will, in combination with the
verwendeten Druck, also dem ersten Druckniveau, weil keine weitere Verdichtung erfolgt, derart gewählt, dass sich die erläuterten Austrittsbedingungen an einer zur Entspannung des dritten Prozessstroms verwendeten Turbine einstellen. pressure used, that is to say the first pressure level, because no further compression takes place, selected in such a way that the outlet conditions explained are set at a turbine used to expand the third process flow.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die Gesamtluftmenge vorteilhafterweise unter Verwendung eines Luftverdichters und eines Boosters, der parallel zu dem Luftverdichter angeordnet ist, auf das erste Druckniveau gebracht. Auch die Luft, die zur Bildung des dritten Prozessstroms verwendet wird, ist Teil dieser In the context of the present invention, the total amount of air is advantageously brought to the first pressure level using an air compressor and a booster which is arranged parallel to the air compressor. The air that is used to form the third process stream is also part of this
Gesamtluftmenge. Der Booster wird dabei insbesondere mit einer bei der Entspannung des dritten Prozessstroms verwendeten Entspannungsmaschine gekoppelt und wird mittels dieser Entspannungsmaschine angetrieben. Der Antrieb des Boosters kann dabei ausschließlich oder zum Teil unter Verwendung dieser Entspannungsmaschine erfolgen, mit anderen Worten kann auch beispielsweise ein zusätzlicher motorischer Antrieb eingesetzt werden. Die Kopplung kann auch unter Zwischenschaltung einer Bremse erfolgen, so dass nicht die gesamte Antriebsleistung, die bei der Entspannung des dritten Prozessstroms frei wird, zum Antreiben des Boosters verwendet wird. Es sei nochmals klargestellt, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung gemäß der soeben erläuterten Ausgestaltung ein erster Anteil der Gesamtluftmenge durch den Luftverdichter und nicht durch den Booster geführt wird, und dass ein zweiter Anteil der Gesamtluftmenge durch den Booster und nicht durch den Luftverdichter geführt wird. Unter Verwendung der Gesamtluftmenge werden der erste, der zweite und der dritte Prozessstrom gebildet; es kann jedoch insbesondere auch noch ein weiterer Total air volume. The booster is coupled in particular to an expansion machine used in the expansion of the third process stream and is driven by means of this expansion machine. The booster can be driven exclusively or partially using this expansion machine, in other words, for example, an additional motor drive can also be used. The coupling can also take place with the interposition of a brake, so that not all of the drive power that is released when the third process stream is released is used to drive the booster. It should be clarified again that in the context of the present invention according to the embodiment just explained, a first portion of the total amount of air is passed through the air compressor and not through the booster, and that a second portion of the total amount of air is passed through the booster and not through the air compressor. Using the total amount of air, the first, second and third process streams are formed; however, there can also be another in particular
Prozessstrom in Form eines weiteren Drosselstroms gebildet werden, dessen Luft in einem Hauptwärmetauscher der Luftzerlegungsanlage abgekühlt, verflüssigt und in die Hochdruckkolonne eingespeist werden kann. Zu weiteren Details sei auf die eingangs erläuterte Fachliteratur verwiesen. Process flow can be formed in the form of a further throttle flow, the air of which can be cooled, liquefied and fed into the high-pressure column in a main heat exchanger of the air separation plant. For further details, reference is made to the specialist literature explained at the beginning.
Vorteilhafterweise umfasst der zweite Anteil der Gesamtluftmenge 5% bis 25% der Gesamtluftmenge und der erste Anteil der Gesamtluftmenge umfasst insbesondere den Rest der Gesamtluftmenge. Auch diese Anteile sind jeweils auf The second portion of the total amount of air advantageously comprises 5% to 25% of the total amount of air and the first portion of the total amount of air comprises in particular the remainder of the total amount of air. These proportions are also up
Normvolumenströme bezogen. Der erste Anteil kann dabei im Rahmen der Standard volume flows related. The first part can be part of the
vorliegenden Erfindung im ausgewerteten Fall insbesondere 13% bis 17% der present invention in the evaluated case in particular 13% to 17% of the
Gesamtluftmenge umfassen. Durch die Verdichtung dieses Anteils der Include total air volume. By compressing this share of the
Gesamtluftmenge in einem Booster kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Kostenreduzierung für den Luftverdichter erzielt werden. Der Luftverdichter kann auf diese Weise insbesondere einstufig ausgeführt werden. Er kann insbesondere mit Luft versorgt werden, welche aus einem Luftversorgungsnetz stammt, und welche in diesem Luftversorgungsnetz bereits auf ein bestimmtes Druckniveau verdichtet ist. Jedoch kann der Luftverdichter auch, beispielsweise als Verdichterstufe, weiteren Verdichterstufen nachgeschaltet sein. Total amount of air in a booster can be achieved within the scope of the present invention, a cost reduction for the air compressor. The air compressor can in particular be designed in one stage in this way. In particular, it can be supplied with air which comes from an air supply network and which is already compressed to a certain pressure level in this air supply network. However, the air compressor can also be connected downstream of further compressor stages, for example as a compressor stage.
Insbesondere sei betont, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Booster nicht zur Verdichtung einer bereits einer Aufreinigung unterzogenen Luftmenge verwendet wird. Vielmehr wird der Booster im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere stromauf eines entsprechenden Reinigungssystems eingesetzt. Mit anderen Worten wird gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung die In particular, it should be emphasized that within the scope of the present invention, the booster is not used to compress an amount of air that has already been purified. Rather, within the scope of the present invention, the booster is used in particular upstream of a corresponding cleaning system. In other words, according to a particularly preferred embodiment, the
Gesamtluftmenge unter Verwendung des Luftverdichters und des Boosters in wasserhaltigem Zustand verdichtet und danach, d.h. nach der Verdichtung, vorgekühlt und getrocknet. Wie bereits erwähnt, kann die Gesamtluftmenge dem Luftverdichter und dem Booster auf einem überatmosphäischen Druckniveau zugeführt werden. Die Gesamtluftmenge kann anlagenextern auf diesen überatmosphärischen Ausgangsdruckniveau bereitgestellt oder in der Luftzerlegungsanlage auf dieses Ausgangsdruckniveau verdichtet werden. Total amount of air compressed using the air compressor and the booster in a water-containing state and then, ie after compression, pre-cooled and dried. As already mentioned, the total amount of air can be fed to the air compressor and the booster at a superatmospheric pressure level. The The total amount of air can be provided externally to this above-atmospheric output pressure level or compressed to this output pressure level in the air separation plant.
Wie mehrfach erläutert, kommt die vorliegende Erfindung in Luftzerlegungsverfahren zum Einsatz, im Rahmen derer keine oder nur ausgesprochen geringe Mengen an flüssigen Luftprodukten gebildet werden. Mit anderen Worten umfasst die vorliegende Erfindung, dass zu jedem Zeitpunkt eine maximal 2% der Gesamtluftmenge entsprechende Menge eines oder mehrerer Luftprodukte flüssig aus der As explained several times, the present invention is used in air separation processes in which no or only extremely small amounts of liquid air products are formed. In other words, the present invention includes that at any point in time a maximum of 2% of the total air amount corresponding to one or more air products liquid from the
Luftzerlegungsanlage ausgeleitet wird. Die Ausleitung kann ferner kontinuierlich oder nur zeitweise erfolgen. Die Maximalmenge kann insbesondere auch 1 ,5%, 1% oder 0,5% betragen. Air separation plant is diverted. The diversion can also take place continuously or only temporarily. The maximum amount can in particular also be 1, 5%, 1% or 0.5%.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden insbesondere zwei oder mehr als zwei sauerstoffreiche, gasförmige Luftprodukte bereitgestellt. Ein erstes dieser In the context of the present invention, in particular two or more than two oxygen-rich, gaseous air products are provided. A first of these
sauerstoffreichen, gasförmigen Luftprodukte kann dabei durch Innenverdichtung bereitgestellt werden, wie zuvor mehrfach erläutert. Hierzu wird typischerweise der Niederdruckkolonne sauerstoffreiche Flüssigkeit entnommen, unter Verwendung einer Innenverdichtungspumpe druckerhöht und unter dem Druck, auf den sie mittels der Innnenverdichtungspumpe druckerhöht wurde, in einem Hauptwärmetauscher der Luftzerlegungsanlage in den gasförmigen oder überkritischen Zustand überführt. Ein zweites dieser sauerstoffreichen, gasförmigen Luftprodukte wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere ohne Druckerhöhung gasförmig aus der Niederdruckkolonne entnommen. Oxygen-rich, gaseous air products can be provided by internal compression, as explained several times above. For this purpose, oxygen-rich liquid is typically withdrawn from the low-pressure column, increased in pressure using an internal compression pump and transferred to the gaseous or supercritical state in a main heat exchanger of the air separation plant under the pressure to which it was pressure increased by means of the internal compression pump. A second of these oxygen-rich, gaseous air products is withdrawn in gaseous form from the low-pressure column in the context of the present invention, in particular without increasing the pressure.
Lediglich zur Klarstellung sei nochmals zusammengefasst erwähnt, dass die zur Bereitstellung des ersten und des zweiten Prozessstroms verwendete Luft der Abkühlung auf das zweite Temperaturniveau auf dem ersten Druckniveau und dem ersten Temperaturniveau, der Verdichtung auf das zweite Druckniveau auf dem zweiten Temperaturniveau und dem ersten Druckniveau, der Abkühlung auf das dritte Temperaturniveau auf dem zweiten Druckniveau und einem Temperaturniveau oberhalb des zweiten Temperaturniveaus, und der Phasentrennung auf dem zweiten Druckniveau und dem dritten Temperaturniveau zugeführt wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine Luftzerlegungsanlage zur Bereitstellung eines oder mehrerer sauerstoffreicher, gasförmiger Luftprodukte. Zu den Merkmalen der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Luftzerlegungsanlage sei auf den entsprechenden unabhängigen Patentanspruch ausdrücklich verwiesen. Eine entsprechende Luftzerlegungsanlage profitiert von den zuvor bezüglich des Merely for the sake of clarity, it should be mentioned again in summary that the air used to provide the first and the second process stream is cooled to the second temperature level at the first pressure level and the first temperature level, the compression to the second pressure level at the second temperature level and the first pressure level, the cooling to the third temperature level at the second pressure level and a temperature level above the second temperature level, and the phase separation at the second pressure level and the third temperature level. The present invention also relates to an air separation plant for providing one or more oxygen-rich, gaseous air products. Regarding the features of the air separation plant proposed according to the invention, express reference is made to the corresponding independent patent claim. A corresponding air separation plant benefits from the previous information on
erfindungsgemäßen Verfahrens und seiner bevorzugten Ausgestaltungen erläuterten Vorteilen, auf die daher ausdrücklich verwiesen wird. Insbesondere ist eine derartige Luftzerlegungsanlage dafür eingerichtet, ein Verfahren gemäß einer der zuvor erläuterten Ausgestaltungen durchzuführen, und weist hierzu eingerichtete Mittel auf. Method according to the invention and its preferred embodiments explained advantages, which are therefore expressly referred to. In particular, such an air separation plant is set up to carry out a method according to one of the configurations explained above, and has means set up for this purpose.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, welche bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings, which illustrate preferred embodiments of the present invention.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Figur 1 veranschaulicht eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer besonders Figure 1 illustrates an air separation plant according to one particular
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. preferred embodiment of the invention.
Figur 2 veranschaulicht eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer besonders Figure 2 illustrates an air separation plant according to one particular
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. preferred embodiment of the invention.
Figur 3 veranschaulicht eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer besonders Figure 3 illustrates an air separation plant according to one particular
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. preferred embodiment of the invention.
In den Figuren sind einander baulich oder funktionell entsprechende Elemente mit identischen Bezugszeichen veranschaulicht und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert. In the figures, structurally or functionally corresponding elements are illustrated with identical reference symbols and are not explained repeatedly for the sake of clarity.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen Detailed description of the drawings
In den Figuren 1 bis 3 sind jeweils mit 100, 200 und 300 bezeichnete In Figures 1 to 3 are designated by 100, 200 and 300, respectively
Luftzerlegungsanlagen gemäß bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht. Die Luftzerlegungsanlagen 100, 200 und 300 weisen dabei eine Reihe identisch ausgebildeter Komponenten auf, können in der Praxis jedoch auch baulich voneinander abweichen. Nachfolgend wird zunächst die Luftzerlegungsanlage 100 gemäß Figur 1 erläutert; bezüglich der in den Figuren 2 und 3 veranschaulichten Luftzerlegungsanlagen 200 und 300 werden nachfolgend nur die unterscheidenden Merkmale thematisiert. Air separation plants according to preferred embodiments of the invention illustrated. The air separation plants 100, 200 and 300 have a number of identically designed components, but in practice they can also be structurally designed differ from each other. The air separation plant 100 according to FIG. 1 is first explained below; With regard to the air separation plants 200 and 300 illustrated in FIGS. 2 and 3, only the distinguishing features are discussed below.
In der in Figur 1 veranschaulichten Luftzerlegungsanlage 100 wird Luft A, die bereits außerhalb der Anlage 100 druckbeaufschlagt wurde, in Form eines Einsatzluftstroms a bereitgestellt. Diese Luft kann beispielsweise aus einem Versorgungsnetz stammen und beispielsweise auf einem Druck von ca. 6 bar vorliegen. Abweichend zu der Darstellung gemäß Figur 1 kann die Luft A jedoch auch innerhalb der In the air separation plant 100 illustrated in FIG. 1, air A, which has already been pressurized outside the plant 100, is provided in the form of a feed air flow a. This air can, for example, come from a supply network and, for example, be at a pressure of approx. 6 bar. In contrast to the illustration according to FIG. 1, however, the air A can also be within the
Luftzerlegungsanlage 100 auf Druck gebracht werden. Air separation unit 100 can be pressurized.
Die Einsatzluft A des Einsatzluftstroms a wird nach einer (in bestimmten Fällen erforderlichen) Vorkühlung in einem nicht gesondert bezeichneten Wärmetauscher in zwei Teilströme b und c aufgeteilt, wobei der Teilstrom b in einem Luftverdichter 101 und der Teilstrom c in einem Booster 102 verdichtet werden. Im hier verwendeten Sprachgebrauch wird ein Druckniveau stromauf des Luftverdichters 101 und des Boosters 102 als "Ausgangsdruckniveau", ein Druckniveau stromab des Luftverdichters 101 und des Boosters 102 hingegen als "erstes Druckniveau" bezeichnet. Der The feed air A of the feed air flow a is divided into two partial flows b and c after precooling (required in certain cases) in a heat exchanger (not specifically designated), the partial flow b being compressed in an air compressor 101 and the partial flow c in a booster 102. In the parlance used here, a pressure level upstream of the air compressor 101 and the booster 102 is referred to as the “initial pressure level”, while a pressure level downstream of the air compressor 101 and the booster 102 is referred to as the “first pressure level”. Of the
Luftverdichter 101 ist vorzugsweise einstufig ausgeführt. Wie zuvor erläutert, wird der überwiegende Anteil der Einsatzluft A in Form des Stoffstroms b in dem Luftverdichter 101 , ein kleinerer Anteil jedoch parallel dazu in dem Booster 102 verdichtet. Air compressor 101 is preferably designed in one stage. As explained above, the predominant portion of the feed air A is compressed in the form of the material flow b in the air compressor 101, but a smaller portion is compressed in the booster 102 in parallel.
Nach der Verdichtung werden die Teilströme b und c im dargestellten Beispiel zu einem Sammelstrom d vereinigt, welcher in grundsätzlich bekannter Weise in einer Vorkühleinrichtung 103 unter Verwendung von Kühlwasser (Vorlauf B, Rücklauf C) gekühlt wird. Der gekühlte Einsatzluftstrom wird weiterhin mit d bezeichnet und anschließend einer Reinigungseinrichtung 104, beispielsweise umfassend ein Paar im Wechselbetrieb betriebener Adsorberbehälter, zugeführt. After the compression, the partial flows b and c are combined in the example shown to form a collective flow d, which is cooled in a basically known manner in a pre-cooling device 103 using cooling water (flow B, return C). The cooled feed air flow is further designated by d and then fed to a cleaning device 104, for example comprising a pair of adsorber containers operated in alternation.
Der entsprechend von Wasser und Kohlendioxid befreite Stoffstrom, der hier jedoch weiterhin mit d bezeichnet wird, wird in mehrere Teilströme aufgeteilt. Ein Teilstrom e wird dabei (auf dem ersten Druckniveau und einem hier als "erstes Temperaturniveau" bezeichneten Temperaturniveau) einem Hauptwärmetauscher 105 der The stream of material which has been freed from water and carbon dioxide, but which is still referred to here as d, is divided into several substreams. A partial stream e is a main heat exchanger 105 (at the first pressure level and a temperature level referred to here as the “first temperature level”)
Luftzerlegungsanlage 100 zugeführt. Der Teilstrom e wird dem Hauptwärmetauscher 105 auf einem Temperaturniveau entnommen, das hier als "zweites Temperaturniveau" bezeichnet wird. Der Teilstrom e liegt dabei zunächst noch auf dem ersten Druckniveau vor. Der Teilstrom e wird auf dem ersten Druckniveau und dem zweiten Temperaturniveau einer Verdichtung in einem Kaltbooster 106 unterworfen. Er wird hierdurch auf ein höheres Druckniveau gebracht, das hier als "zweites Air separation unit 100 supplied. The partial flow e is the main heat exchanger 105 taken at a temperature level, which is referred to here as the "second temperature level". The partial flow e is initially still at the first pressure level. The partial flow e is subjected to compression in a cold booster 106 at the first pressure level and the second temperature level. As a result, it is brought to a higher pressure level, which here is the "second"
Druckniveau" bezeichnet wird. Pressure level "is designated.
Die Temperatur des Teilstroms e erhöht sich durch die Verdichtung aufgrund der eingebrachten Verdichtungswärme, so dass der Teilstrom e dem Hauptwärmetauscher 105 auf einem Zwischentemperaturniveau oberhalb des zweiten Temperaturniveaus wieder zugeführt wird. Der Teilstrom e wird sodann in dem Hauptwärmetauscher 105 weiter abgekühlt, und zwar auf ein Temperaturniveau, das hier als "drittes The temperature of the partial flow e increases due to the compression due to the heat of compression introduced, so that the partial flow e is fed back to the main heat exchanger 105 at an intermediate temperature level above the second temperature level. The partial flow e is then further cooled in the main heat exchanger 105, specifically to a temperature level which is referred to here as the "third
Temperaturniveau" bezeichnet wird. Auf dem zweiten Druckniveau und dem durch die Abkühlung erhaltenen dritten Temperaturniveau wird der Teilstrom e sodann in einen Abscheider 107 eingespeist und einer Phasentrennung unterworfen. At the second pressure level and the third temperature level obtained by the cooling, the substream e is then fed into a separator 107 and subjected to a phase separation.
Aus dem Abscheider 107 werden im hier dargestellten Beispiel eine Gasphase in Form eines Stoffstroms f und eine Flüssigphase in Form eines Stoffstroms g abgezogen. Der Stoffstrom f wird hier als "erster Prozessstrom" bezeichnet, der Stoffstrom g In the example shown here, a gas phase in the form of a material flow f and a liquid phase in the form of a material flow g are withdrawn from the separator 107. The material flow f is referred to here as the “first process flow”, the material flow g
entsprechend als "zweiter Prozessstrom". Der erste Prozessstrom umfasst durch die zuvor erläuterte Behandlung unverflüssigte, druckbeaufschlagte Luft, der zweite Prozessstrom g druckbeaufschlagte und verflüssigte Luft. accordingly as "second process stream". The first process stream comprises non-liquefied, pressurized air as a result of the treatment explained above, and the second process stream g comprises pressurized and liquefied air.
Der erste Prozessstrom f wird in einer Entspannungsturbine 108 entspannt und in eine Hochdruckkolonne 111 der Luftzerlegungsanlage 100 eingespeist. Die The first process stream f is expanded in an expansion turbine 108 and fed into a high pressure column 111 of the air separation plant 100. The
Entspannungsturbine 108 wird dabei, wie mehrfach erläutert, derart betrieben, dass sich an ihrem Austritt ein Flüssiganteil in definiertem Umfang wie zuvor erläutert bildet. Die Entspannung in der Entspannungsturbine 108 erfolgt dabei auf ein Expansion turbine 108 is, as explained several times, operated in such a way that a liquid component forms at its outlet to a defined extent as explained above. The expansion in the expansion turbine 108 takes place on one
Betriebsdruckniveau der Hochdruckkolonne 111 bzw. ein in der Hochdruckkolonne 111 an der Einspeisestelle vorliegendes Druckniveau. Operating pressure level of the high pressure column 111 or a pressure level present in the high pressure column 111 at the feed point.
Der zweite Prozessstrom g wird in dem in Figur 1 veranschaulichten Beispiel erneut dem Hauptwärmetauscher 105 zugeführt und diesem am kalten Ende entnommen. Der zweite Prozessstrom g wird mit einem Teilstrom h des Stoffstroms d, der vom warmen bis zum kalten Ende durch den Hauptwärmetauscher 105 geführt und hierdurch verflüssigt wurde, vereinigt, nachdem der zweite Prozessstrom g und der Teilstrom h jeweils in entsprechenden Entspannungseinrichtungen, beispielsweise In the example illustrated in FIG. 1, the second process stream g is again fed to the main heat exchanger 105 and removed from it at the cold end. The second process stream g is passed through the main heat exchanger 105 with a partial stream h of the material stream d, which passes from the warm to the cold end and through this was liquefied, combined after the second process stream g and the substream h each in corresponding expansion devices, for example
Entspannungsventilen, die hier nicht gesondert bezeichnet sind, entspannt wurden. Die Entspannung erfolgt ebenfalls auf ein Druckniveau der Hochdruckkolonne 111 bzw. ein Druckniveau, das an einer Einspeisestelle in die Hochdruckkolonne 111 vorliegt. Ein aus dem zweiten Prozessstrom g und dem Teilstrom h gebildeter Stoffstrom ist als Sammelstrom mit dem Bezugszeichen i bezeichnet. Relaxation valves, which are not specifically designated here, were relaxed. The expansion also takes place to a pressure level in the high pressure column 111 or a pressure level which is present at a feed point into the high pressure column 111. A material flow formed from the second process flow g and the substream h is designated as a collective flow with the reference symbol i.
In der Luftzerlegungsanlage 100 gemäß Figur 1 wird ferner in eine Niederdruckkolonne 112 der Luftzerlegungsanlage 100 Luft eingeblasen, wozu eine grundsätzlich bekannte Lachmann-Turbine 109 zum Einsatz kommt. Die Lachmann-Turbine 109 ist eine Entspannungsturbine, die in der in Figur 1 veranschaulichten Ausgestaltung der Luftzerlegungsanlage 100 mit dem bereits zuvor erläuterten Booster 102 mechanisch gekoppelt ist. Die in der Entspannungsturbine 109 entspannte Luft, ist ein Teilstrom k des Stoffstroms d, der zuvor in dem Hauptwärmetauscher 105 auf ein In the air separation plant 100 according to FIG. 1, air is also blown into a low-pressure column 112 of the air separation plant 100, for which a basically known Lachmann turbine 109 is used. The Lachmann turbine 109 is an expansion turbine which, in the embodiment of the air separation plant 100 illustrated in FIG. 1, is mechanically coupled to the booster 102 already explained above. The air expanded in the expansion turbine 109 is a partial flow k of the material flow d that was previously on in the main heat exchanger 105
Zwischentemperaturniveau abgekühlt wurde (hier als "viertes Temperaturniveau" bezeichnet). Die in der Entspannungsturbine 109 entspannte Luft des Teilstroms k wird (siehe Verknüpfung 2) in die Niederdruckkolonne 112 eingespeist, wie bereits erwähnt. Intermediate temperature level was cooled (referred to here as "fourth temperature level"). The air of substream k expanded in expansion turbine 109 is fed (see link 2) into low-pressure column 112, as already mentioned.
Die Luftzerlegungsanlage 100 weist im dargestellten Beispiel neben der In the example shown, the air separation plant 100 has in addition to
Hochdruckkolonne 111 und der Niederdruckkolonne 112 in einem High pressure column 111 and the low pressure column 112 in one
Rektifikationskolonnensystem, das insgesamt mit 110 bezeichnet ist, eine Rectification column system, which is designated as a whole by 110, a
Rohargonkolonne 113 und Reinargonkolonne 114 auf. Der Betrieb des Crude argon column 113 and pure argon column 114. The operation of the
Rektifikationskolonnensystems 110 ist aus dem Stand der Technik bekannt. Rectification column system 110 is known from the prior art.
Luftzerlegungsanlagen der gezeigten Art sind vielfach an anderer Stelle beschrieben, beispielsweise bei Häring (s.o.) zu Figur 2.3A. Für detaillierte Erläuterungen zu Aufbau und Funktionsweise sei daher auf entsprechende Fachliteratur verwiesen. Eine Luftzerlegungsanlage zum Einsatz der vorliegenden Erfindung kann auf Air separation plants of the type shown are often described elsewhere, for example in Häring (see above) for Figure 2.3A. For detailed explanations of the structure and mode of operation, reference is therefore made to the corresponding specialist literature. An air separation plant employing the present invention can be based on
unterschiedlichste Weise ausgebildet sein. be designed in different ways.
Im dargestellten Beispiel erfolgt die Bereitstellung zweier gasförmiger sauerstoffreicher Luftprodukte auf unterschiedlichen Druckniveaus. Zur Bereitstellung eines In the example shown, two gaseous oxygen-rich air products are provided at different pressure levels. To provide a
gasförmigen, sauerstoffreichen Luftprodukts auf knapp über atmosphärischem gaseous, oxygen-rich air product to just above atmospheric
Druckniveau, d.h. dem Druckniveau, auf dem die Niederdruckkolonne 112 betrieben wird, wird der Niederdruckkolonne 112 oberhalb ihres Sumpfs gasförmiges Fluid in Form eines Stoffstroms I entnommen, welcher ohne weitere druckbeeinflussenden Maßnahmen in dem Hauptwärmetauscher 105 erwärmt und als entsprechendes Luftprodukt, das hier ergänzend mit D bezeichnet ist, bereitgestellt wird. Pressure level, ie the pressure level at which the low-pressure column 112 is operated is, gaseous fluid is withdrawn from the low-pressure column 112 above its bottom in the form of a stream I, which is heated in the main heat exchanger 105 without further pressure-influencing measures and is provided as a corresponding air product, which is additionally denoted by D here.
Zur Bereitstellung des druckbeaufschlagten, sauerstoffreichen, gasförmigen To provide the pressurized, oxygen-rich, gaseous
Luftprodukts wird Sumpfflüssigkeit der Niederdruckkolonne 112 in Form eines Air product is bottom liquid of the low pressure column 112 in the form of a
Stoffstroms m entnommen, welcher im dargestellten Beispiel zu einem Anteil auch als Flüssigsauerstoff, hier ergänzend mit K bezeichnet, in Form eines Stoffstroms n aus der Luftzerlegungsanlage 100 ausgeführt werden kann. Dies ist vorzugsweise im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht oder nur in geringem Umfang der Fall. Zur Bereitstellung des druckbeaufschlagten, sauerstoffreichen, gasförmigen Luftprodukts wird der verbleibende Rest hiervon unter Verwendung einer InnenverdichtungspumpeMaterial flow m taken, which in the example shown can also be carried out to a proportion as liquid oxygen, here additionally designated by K, in the form of a material flow n from the air separation plant 100. This is preferably not the case or only to a small extent within the scope of the present invention. To provide the pressurized, oxygen-rich, gaseous air product, the remainder of it is pumped using an internal compression pump
115 auf ein höheres Druckniveau, hier als "Abgabedruckniveau" bezeichnet, gebracht, in dem Hauptwärmetauscher 105 in den gasförmigen oder, je nach Druckniveau, überkritischen Zustand überführt und in Form eines Stoffstroms o als entsprechendes Luftprodukt, das hier ergänzend mit E bezeichnet, ausgeführt. 115 brought to a higher pressure level, here referred to as "delivery pressure level", transferred in the main heat exchanger 105 to the gaseous or, depending on the pressure level, supercritical state and executed in the form of a material flow o as a corresponding air product, which is also referred to here with E.
In der in Figur 1 dargestellten Luftzerlegungsanlage 100 wird ferner In the air separation plant 100 shown in FIG
druckbeaufschlagtes, gasförmiges, argonreiches Fluid als Luftprodukt F bereitgestellt. Hierzu wird der Reinargonkolonne 114 Flüssigkeit in Form eines Stoffstroms p entnommen und, vergleichbar wie der Stoffstrom o, in einer Innenverdichtungspumpepressurized, gaseous, argon-rich fluid provided as air product F. For this purpose, liquid is withdrawn from the pure argon column 114 in the form of a material flow p and, comparable to the material flow o, in an internal compression pump
116 auf ein höheres Druckniveau gebracht, in dem Hauptwärmetauscher 105 einem gasförmigen oder überkritischen Zustand überführt und in Form des entsprechenden Luftprodukts F bereitgestellt. 116 brought to a higher pressure level, converted to a gaseous or supercritical state in the main heat exchanger 105 and provided in the form of the corresponding air product F.
Wie insoweit aus dem Bereich der Luftzerlegung bekannt, können mittels der As is known from the field of air separation, the
Luftzerlegungsanlage 100 auch Niederdruckstickstoff in Form eines Luftprodukts G, Stickstoff vom Kopf der Hochdruckkolonne 111 in Form eines Luftprodukts H und Unreinstickstoff vom Kopf der Niederdruckkolonne 112 in Form eines Luftprodukts I bereitgestellt werden. Weiterer Unreinstickstoff kann in Form eines Stoffstroms r der Niederdruckkolonne 112 entnommen und beispielsweise als Regeneriergas in der Reinigungseinrichtung 104 bzw. in der Vorkühleinrichtung 103 verwendet und anschließend an die Atmosphäre X abgeblasen werden. Durch Ausschleusen von Flüssigkeit kann theoretisch, aber bevorzugt nicht im Rahmen der vorliegenden Erfindung, ein Flüssigstickstoffprodukt L bereitgestellt werden. Air separation plant 100 can also provide low pressure nitrogen in the form of an air product G, nitrogen from the top of the high pressure column 111 in the form of an air product H and impure nitrogen from the top of the low pressure column 112 in the form of an air product I. Further impure nitrogen can be withdrawn from the low-pressure column 112 in the form of a stream r and used, for example, as a regeneration gas in the cleaning device 104 or in the pre-cooling device 103 and then blown off to the atmosphere X. By discharging Liquid can theoretically, but preferably not within the scope of the present invention, a liquid nitrogen product L be provided.
Die Luftzerlegungsanlage 200 gemäß Figur 2 unterscheidet sich von The air separation plant 200 of Figure 2 differs from
Luftzerlegungsanlage 100 gemäß Figur 1 insbesondere dadurch, dass der zweite Prozessstrom g vor seiner Entspannung und der Einspeisung in die Air separation plant 100 according to FIG. 1, in particular, in that the second process stream g prior to its expansion and being fed into the
Niederdruckkolonne nicht in dem Hauptwärmetauscher 105 weiter abgekühlt wird. Low pressure column is not further cooled in the main heat exchanger 105.
In der Luftzerlegungsanlage 300, die in Figur 3 veranschaulicht wird, ist im Gegensatz zu der Luftzerlegungsanlage 100 gemäß Figur 1 eine Einspeisung des in derIn the air separation plant 300, which is illustrated in FIG. 3, in contrast to the air separation plant 100 according to FIG. 1, there is a feed of the in the
Entspannungsturbine 109 entspannten Teilstroms k nur auf das Druckniveau der Hochdruckkolonne 111 vorgesehen, der Teilstrom k wird daher nicht in die Expansion turbine 109 expanded substream k only provided to the pressure level of the high pressure column 111, the substream k is therefore not in the
Niederdruckkolonne eingeblasen, sondern als weiterer Turbinenstrom der Low pressure column blown in, but as a further turbine stream of the
Hochdruckkolonne 111 zugeführt. High pressure column 111 fed.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer sauerstoffreicher, gasförmiger1. Process for the production of one or more oxygen-rich, gaseous
Luftprodukte unter Verwendung einer Luftzerlegungsanlage (100-300), die einAir products using an air separation unit (100-300) which is a
Rektifikationskolonnensystem (110) mit einer Hochdruckkolonne (111) aufweist, bei dem Having rectification column system (110) with a high pressure column (111) in which
- eine dem Rektifikationskolonnensystem (110) insgesamt zugeführte - One of the rectification column system (110) fed as a whole
Einsatzluftmenge auf ein erstes Druckniveau verdichtet wird, das mindestens 3 bar oberhalb eines Betriebsdruckniveaus liegt, auf dem die Feed air volume is compressed to a first pressure level which is at least 3 bar above an operating pressure level on which the
Hochdruckkolonne (111) betrieben wird, High pressure column (111) is operated,
- in der Luftzerlegungsanlage (100-300) ein erster Prozessstrom, der - In the air separation plant (100-300) a first process stream, the
überwiegend oder ausschließlich druckbeaufschlagte unverflüssigte Luft umfasst, und ein zweiter Prozessstrom, der überwiegend oder ausschließlich druckbeaufschlagte verflüssigte Luft umfasst, gebildet werden, und comprises predominantly or exclusively pressurized non-liquefied air, and a second process stream comprising predominantly or exclusively pressurized liquefied air are formed, and
- der erste und der zweite Prozessstrom getrennt voneinander einer - the first and the second process stream separately from one another
Entspannung auf das Betriebsdruckniveau der Hochdruckkolonne (111) unterworfen und teilweise oder vollständig in die Hochdruckkolonne (111) eingespeist werden, dadurch gekennzeichnet, dass Subjected to expansion to the operating pressure level of the high pressure column (111) and partially or completely fed into the high pressure column (111), characterized in that
- zur Bildung des ersten und des zweiten Prozessstroms ein Teil der - To form the first and the second process stream, part of the
Einsatzluftmenge verwendet wird, der auf dem ersten Druckniveau und einem ersten Temperaturniveau bereitgestellt und nacheinander einer Abkühlung auf ein zweites Temperaturniveau von -120 °C bis -150 °C, einer Verdichtung auf ein zweites Druckniveau, einer Abkühlung auf ein drittes Temperaturniveau, und unter Erhalt einer Flüssigphase und einer Gasphase einer Feed air quantity is used, which is provided at the first pressure level and a first temperature level and successively cooling to a second temperature level of -120 ° C to -150 ° C, compression to a second pressure level, cooling to a third temperature level, and maintaining a liquid phase and a gas phase
Phasentrennung unterworfen wird, der erste Prozessstrom unter Verwendung zumindest eines Teils der Phase separation is subjected to the first process stream using at least a portion of the
Gasphase gebildet wird, der zweite Prozessstrom unter Verwendung zumindest eines Teils der Flüssigphase gebildet wird, und der erste Prozessstrom der Entspannung auf dem zweiten Druckniveau und dem dritten Temperaturniveau zugeführt wird, Gas phase is formed, the second process stream is formed using at least a portion of the liquid phase, and the first Process flow of relaxation is fed to the second pressure level and the third temperature level,
- das zweite Druckniveau und das dritte Temperaturniveau derart gewählt werden, dass sich bei der Entspannung des ersten Prozessstroms auf das Betriebsdruckniveau der Hochdruckkolonne (111) ein Flüssiganteil von 5% bis 15%, bezogen auf den gesamten ersten Prozessstrom, bildet, - The second pressure level and the third temperature level are selected such that when the first process stream is expanded to the operating pressure level of the high pressure column (111), a liquid content of 5% to 15%, based on the entire first process stream, is formed,
- zur Bildung zumindest eines dritten Prozessstroms, der unter Verwendung einer Entspannungsturbine (109) einer Entspannung unterworfen und in das Rektifikationskolonnensystem (110) eingespeist wird, ein weiterer Teil der Einsatzluftmenge verwendet wird, der auf dem ersten Druckniveau und dem ersten Temperaturniveau bereitgestellt und ohne weitere Verdichtung einer Abkühlung unterworfen wird, - To form at least one third process stream, which is subjected to an expansion using an expansion turbine (109) and fed into the rectification column system (110), a further part of the feed air quantity is used, which is provided at the first pressure level and the first temperature level and without any further Compaction is subjected to cooling,
- die Abkühlung des ersten, des zweiten und zumindest des dritten the cooling of the first, the second and at least the third
Prozessstroms unter ausschließlicher Verwendung von weiteren Process stream with the exclusive use of others
Prozessströmen, die unter Einsatz des Rektifikationskolonnensystems (110) bereitgestellt werden, durchgeführt wird, und Process streams provided using the rectification column system (110) is performed, and
- zu jedem Zeitpunkt eine maximal 2% der Gesamtluftmenge entsprechende Menge eines oder mehrerer Luftprodukte in flüssigem Zustand aus der Luftzerlegungsanlage (100-300) ausgeleitet wird. - At any point in time, a quantity of one or more air products corresponding to a maximum of 2% of the total air volume is discharged from the air separation plant (100-300) in a liquid state.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem der dritte Prozessstrom überwiegend oder ausschließlich unverflüssigte Luft umfasst, wobei der dritte Prozessstrom der Entspannung auf ein Betriebsdruckniveau einer Niederdruckkolonne (112) des Rektifikationskolonnensystems (110) unterworfen und teilweise oder vollständig in die Niederdruckkolonne (112) eingespeist wird, oder einer Entspannung auf das Betriebsdruckniveau der Hochdruckkolonne (111) der unterworfen und teilweise oder vollständig in die Hochdruckkolonne (111) eingespeist wird. 2. The method according to claim 1, in which the third process stream comprises predominantly or exclusively non-liquefied air, the third process stream being subjected to expansion to an operating pressure level of a low-pressure column (112) of the rectification column system (110) and partially or completely fed into the low-pressure column (112) is, or an expansion to the operating pressure level of the high pressure column (111) which is subjected and partially or completely fed into the high pressure column (111).
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der dritte Prozessstrom der Entspannung auf einem Temperaturniveau zugeführt wird, das mehr als 10 K oberhalb des dritten Temperaturniveaus liegt und sich um weniger als 10 K von dem zweiten 3. The method according to claim 2, wherein the third process stream of relaxation is fed to a temperature level that is more than 10 K above the third Temperature levels and is less than 10 K from the second
Temperaturniveau unterscheidet. Temperature level differs.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die zur Bildung des dritten 4. The method of claim 2 or 3, wherein the to form the third
Prozessstroms verwendete Luft einer Abkühlung auf ein viertes Temperaturniveau unterworfen wird. Process stream used air is subjected to cooling to a fourth temperature level.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, bei dem die Gesamtluftmenge unter Verwendung eines Luftverdichters (101) und eines Boosters (102), der parallel zu dem Luftverdichter (101) angeordnet ist, auf das erste Druckniveau gebracht wird, wobei der Booster (102) mit einer bei der Entspannung des dritten Prozessstroms verwendeten Entspannungsturbine (109) gekoppelt ist und von dieser angetrieben wird. 5. The method according to any one of claims 3 to 4, in which the total amount of air is brought to the first pressure level using an air compressor (101) and a booster (102) which is arranged parallel to the air compressor (101), the booster (102) is coupled to an expansion turbine (109) used in the expansion of the third process stream and is driven by this.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem ein erster Anteil der Gesamtluftmenge durch den Luftverdichter (101) und nicht durch den Booster (102) geführt wird, und bei dem ein zweiter Anteil der Gesamtluftmenge durch den Booster (102) und nicht durch den Luftverdichter (101) geführt wird. 6. The method of claim 5, wherein a first portion of the total amount of air through the air compressor (101) and not through the booster (102), and in which a second portion of the total amount of air through the booster (102) and not through the air compressor (101) is performed.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der zweite Anteil der Gesamtluftmenge 5% bis 25% der Gesamtluftmenge und der erste Anteil der Gesamtluftmenge den Rest der Gesamtluftmenge umfasst. 7. The method of claim 6, wherein the second portion of the total amount of air comprises 5% to 25% of the total amount of air and the first portion of the total amount of air comprises the remainder of the total amount of air.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die Gesamtluftmenge unter Verwendung des Luftverdichters (101) und des Boosters (102) in wasserhaltigem Zustand verdichtet und danach gemeinsam vorgekühlt und getrocknet wird. 8. The method according to any one of claims 5 to 7, in which the total amount of air is compressed using the air compressor (101) and the booster (102) in a water-containing state and then jointly pre-cooled and dried.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem als der Luftverdichter (101) ein einstufiger Luftverdichter verwendet wird. 9. The method according to any one of claims 5 to 8, in which a single-stage air compressor is used as the air compressor (101).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem die Gesamtluftmenge dem Luftverdichter (101) und dem Booster (102) auf einem überatmosphärischen Ausgangsdruckniveau zugeführt wird. 10. The method according to any one of claims 5 to 9, wherein the total amount of air is supplied to the air compressor (101) and the booster (102) at a superatmospheric output pressure level.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Gesamtluftmenge von anlagenextern auf dem überatmosphärischen Ausgangsdruckniveau bereitgestellt oder in der Luftzerlegungsanlage auf das Ausgangsdruckniveau verdichtet wird. 11. The method according to claim 10, in which the total amount of air is provided externally to the system at the above-atmospheric output pressure level or is compressed to the output pressure level in the air separation unit.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem zwei oder mehr als zwei sauerstoffreiche, gasförmige Luftprodukte bereitgestellt werden, wobei ein erstes der sauerstoffreichen, gasförmigen Luftprodukte durch Innenverdichtung bereitgestellt wird, und wobei ein zweites der sauerstoffreichen, gasförmigen Luftprodukt ohne Druckerhöhung aus der Niederdruckkolonne (112) gasförmig entnommen wird. 12. The method according to any one of the preceding claims, in which two or more than two oxygen-rich, gaseous air products are provided, wherein a first of the oxygen-rich, gaseous air products is provided by internal compression, and wherein a second of the oxygen-rich, gaseous air product without pressure increase from the low-pressure column (112) is taken in gaseous form.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die zur Bereitstellung des ersten und des zweiten Prozessstroms verwendete Luft der Abkühlung auf das zweite Temperaturniveau auf dem ersten Druckniveau und dem ersten Temperaturniveau, der Verdichtung auf das zweite Druckniveau auf dem zweiten Temperaturniveau und dem ersten Druckniveau, der Abkühlung auf das dritte Temperaturniveau auf dem zweiten Druckniveau und einem Temperaturniveau oberhalb des zweiten Temperaturniveaus, und der Phasentrennung auf dem zweiten Druckniveau und dem dritten Temperaturniveau zugeführt wird. 13. The method according to any one of the preceding claims, in which the air used to provide the first and the second process stream is cooled to the second temperature level at the first pressure level and the first temperature level, the compression to the second pressure level at the second temperature level and the first Pressure level, the cooling to the third temperature level at the second pressure level and a temperature level above the second temperature level, and the phase separation is fed to the second pressure level and the third temperature level.
14. Luftzerlegungsanlage (100-300), die ein Rektifikationskolonnensystem (110) mit einer Hochdruckkolonne (111) aufweist und zur Bereitstellung eines oder mehrerer sauerstoffreicher, gasförmiger Luftprodukte eingerichtet ist, wobei 14. Air separation plant (100-300), which has a rectification column system (110) with a high pressure column (111) and is set up to provide one or more oxygen-rich, gaseous air products, wherein
- Mittel bereitgestellt sind, die einen Verdichter (101) umfassen und dafür - Means are provided which comprise a compressor (101) and for it
eingerichtet sind, eine dem Rektifikationskolonnensystem (110) insgesamt zugeführte Einsatzluftmenge auf ein erstes Druckniveau zu verdichten, das mindestens 3 bar oberhalb eines Betriebsdruckniveaus liegt, auf dem die Hochdruckkolonne (111) betrieben wird, are set up to compress a total amount of feed air supplied to the rectification column system (110) to a first pressure level which is at least 3 bar above an operating pressure level at which the high pressure column (111) is operated,
Mittel bereitgestellt sind, die dafür eingerichtet sind, einen ersten Means are provided which are set up for a first
Prozessstrom, der überwiegend oder ausschließlich druckbeaufschlagte unverflüssigte Luft umfasst, und einen zweiten Prozessstrom, der überwiegend oder ausschließlich druckbeaufschlagte verflüssigte Luft umfasst, zu bilden, und Process stream, which comprises predominantly or exclusively pressurized non-liquefied air, and a second process stream, the predominantly or exclusively pressurized liquefied air comprises, to form, and
- Mittel bereitgestellt sind, die dafür eingerichtet sind, den ersten und den - Funds are provided that are set up for the first and the first
zweiten Prozessstrom getrennt voneinander einer Entspannung auf das Betriebsdruckniveau der Hochdruckkolonne (111) zu unterwerfen und teilweise oder vollständig in die Hochdruckkolonne (111) einzuspeisen, dadurch gekennzeichnet, dass to subject the second process stream separately from one another to an expansion to the operating pressure level of the high pressure column (111) and to feed it partially or completely into the high pressure column (111), characterized in that
- Mittel bereitgestellt sind, die dafür eingerichtet sind, zur Bildung des ersten und des zweiten Prozessstroms einen Teil der Einsatzluftmenge zu verwenden, der auf dem ersten Druckniveau und einem ersten - Means are provided which are set up to use a portion of the feed air quantity that is at the first pressure level and a first pressure level to form the first and the second process stream
Temperaturniveau bereitgestellt wird, und diese Luft nacheinander einer Abkühlung auf ein zweites Temperaturniveau von -120 °C bis -150 °C, einer Verdichtung auf ein zweites Druckniveau, einer Abkühlung auf ein drittes Temperaturniveau, und unter Erhalt einer Flüssigphase und einer Gasphase einer Phasentrennung zu unterwerfen, Temperature level is provided, and this air is successively cooled to a second temperature level of -120 ° C to -150 ° C, a compression to a second pressure level, a cooling to a third temperature level, and a phase separation while maintaining a liquid phase and a gas phase subjugate
- Mittel bereitgestellt sind, die dafür eingerichtet sind, den ersten Prozessstrom unter Verwendung zumindest eines Teils der Gasphase und den zweiten Prozessstrom unter Verwendung zumindest eines Teils der Flüssigphasezu bilden sowie den ersten Prozessstrom der Entspannung auf dem zweiten Druckniveau und dem dritten Temperaturniveau zuzuführen, - Means are provided which are set up to form the first process stream using at least part of the gas phase and the second process stream using at least a part of the liquid phase and to supply the first process stream to the expansion at the second pressure level and the third temperature level
- Mittel bereitgestellt sind, die dafür eingerichtet sind, das zweite Druckniveau und das dritte Temperaturniveau derart bereitzustellen, dass sich bei der Entspannung des ersten Prozessstroms auf das Betriebsdruckniveau der Hochdruckkolonne (111) ein Flüssiganteil von 5% bis 15% , bezogen auf den gesamten ersten Prozessstrom, bildet, - Means are provided which are set up to provide the second pressure level and the third temperature level in such a way that when the first process stream is expanded to the operating pressure level of the high pressure column (111), a liquid proportion of 5% to 15%, based on the entire first Process stream, forms,
- Mittel bereitgestellt sind, die dafür eingerichtet sind, zur Bildung zumindest eines dritten Prozessstroms, zu dessen Entspannung eine - Means are provided which are set up for the formation of at least one third process stream, for its relaxation a
Entspannungsturbine (109) vorgesehen ist, und der in das Expansion turbine (109) is provided, and in the
Rektifikationskolonnensystem (110) eingespeist wird, einen weiteren Teil der Einsatzluftmenge zu verwenden, der auf dem ersten Druckniveau und dem ersten Temperaturniveau bereitgestellt und ohne weitere Verdichtung einer Abkühlung unterworfen wird, Mittel bereitgestellt sind, die dafür eingerichtet sind, die Abkühlung des ersten, des zweiten und zumindest des dritten Prozessstroms unter ausschließlicher Verwendung von weiteren Prozessströmen, die unter Einsatz des Rectification column system (110) is fed, another part of the To use the amount of feed air, which is provided at the first pressure level and the first temperature level and is subjected to cooling without further compression, means are provided which are set up to cool the first, the second and at least the third process stream with the exclusive use of further process streams using the
Rektifikationskolonnensystems (110) bereitgestellt werden, durchzuführen, Mittel bereitgestellt sind, die dafür eingerichtet sind, zu jedem Zeitpunkt eine maximal 2% der Gesamtluftmenge entsprechende Menge eines oder mehrerer Luftprodukte in flüssigem Zustand aus der Rectification column system (110) are provided, means are provided which are set up for a maximum of 2% of the total air amount of one or more air products in the liquid state from the
Luftzerlegungsanlage (100-300) auszuleiten. Air separation plant (100-300) to be diverted.
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