WO2020187449A1 - Method and system for low-temperature air separation - Google Patents

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WO2020187449A1
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Tobias Lautenschlager
Dimitri GOLUBEV
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Linde Gmbh
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    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/08—Processes or apparatus using separation by rectification in a triple pressure main column system
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    • F25J2200/10—Processes or apparatus using separation by rectification in a quadruple, or more, column or pressure system
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    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/34—Processes or apparatus using separation by rectification using a side column fed by a stream from the low pressure column
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    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/90—Details relating to column internals, e.g. structured packing, gas or liquid distribution
    • F25J2200/94—Details relating to the withdrawal point
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    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/40—Air or oxygen enriched air, i.e. generally less than 30mol% of O2
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    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/50—Oxygen or special cases, e.g. isotope-mixtures or low purity O2
    • F25J2215/52—Oxygen production with multiple purity O2
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    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/50—Oxygen or special cases, e.g. isotope-mixtures or low purity O2
    • F25J2215/56—Ultra high purity oxygen, i.e. generally more than 99,9% O2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/52—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid being oxygen enriched compared to air, e.g. "crude oxygen"
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/42—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/02—Recycle of a stream in general, e.g. a by-pass stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/42—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/02—Bath type boiler-condenser using thermo-siphon effect, e.g. with natural or forced circulation or pool boiling, i.e. core-in-kettle heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/20—Boiler-condenser with multiple exchanger cores in parallel or with multiple re-boiling or condensing streams

Definitions

  • the present invention relates to a method and a system for
  • 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 terms “rectification” and “distillation” and “column” and “column” or terms composed of these are often used synonymously.
  • EP 1 227 288 A1 uses a three-column system which has a high pressure column, a low pressure column and an intermediate column. Feed air is introduced into the high pressure column and there into a first one
  • At least part of the first nitrogen fraction is in a first
  • Condenser evaporator condensed to a first liquid nitrogen fraction.
  • a first oxygen-enriched fraction from the high pressure column is fed into the
  • the intermediate column is introduced into the low-pressure column, where it is separated into a third oxygen-enriched liquid and a third nitrogen fraction. Liquid reflux nitrogen that has not been formed in the second condenser-evaporator is introduced into the intermediate column.
  • the rectification columns of the mentioned rectification column systems are operated at different pressure levels.
  • Known double column systems have a so-called high pressure column (also referred to as a pressure column, medium pressure column or lower column) and a so-called low pressure column (also referred to as an upper column).
  • the high pressure column is typically operated at a pressure level of 4 to 7 bar, in particular approx. 5.3 bar.
  • the low-pressure column is operated at a pressure level of typically 1 to 2 bar, in particular about 1.4 bar. In certain cases, both
  • Rectification columns can also be used at higher pressure levels.
  • the pressures given here and below are absolute pressures at the top of the respective columns given.
  • liquid argon can be delivered or evaporated on site, or gaseous argon can be obtained on site.
  • the delivery of liquid argon not only brings economic disadvantages (transport costs, refueling losses, cold losses when evaporating against ambient air), but also makes high demands on the
  • Air separation plants are typically used to extract argon
  • Rectification columns are designed accordingly. Pure argon can then be withdrawn from the crude argon column or a comparable column, typically somewhat further below than the fluid conventionally transferred into the pure argon column.
  • the present invention therefore sets itself the task of specifying a method and an air separation plant by means of which, in addition to larger amounts of high-purity, gaseous nitrogen on a clearly Above-atmospheric pressure level, argon can also be provided in an advantageous manner.
  • Liquids and gases can be rich or poor in one or more components in the parlance used here, with “rich” for a content of at least 75%, 90%, 95%, 99%, 99.5%, 99.9% or 99.99% and “poor” can mean a content of no more than 25%, 10%, 5%, 1%, 0.1% or 0.01% on a mole, weight or volume basis.
  • the term “predominantly” can match the definition of "rich”.
  • Liquids and gases can also be enriched or depleted in one or more components, these terms referring to a content in a starting liquid or a starting gas from which the liquid or the gas was obtained. Be the liquid or the gas
  • pressure range and “temperature range”, which is intended to express that corresponding pressures and temperatures in a corresponding system do not have to be used in the form of exact pressure or temperature values in order to implement the inventive concept. However, such pressures and temperatures typically move in certain ranges, for example ⁇ 1%, 5% or 10% around a mean value.
  • pressure ranges and temperature ranges can be in disjoint areas or in areas that overlap one another.
  • pressure ranges include, for example, unavoidable or expected pressure losses.
  • temperature ranges The values specified in bar for the pressure ranges are absolute pressures.
  • expansion machines are mentioned here, this is typically understood to mean known turboexpander. These expansion machines can in particular also be coupled to compressors. These compressors can in particular be turbo compressors. A corresponding combination of turbo expander and turbo compressor is typically also referred to as a "turbine booster".
  • turbine booster the turbo-expander and the turbo-compressor are mechanically coupled, the coupling being able to take place at the same speed (for example via a common shaft) or at different speeds (for example via a suitable transmission gear).
  • compressor is used here in general.
  • a “cold compressor” here denotes a compressor to which a fluid flow is fed in a temperature range well below 0 ° C, in particular below -50, -75 or -100 ° C and down to -150 or -200 ° C. A corresponding fluid flow is cooled to a temperature in this temperature range in particular by means of a main heat exchanger (see below).
  • a “main air compressor” is characterized by the fact that it compresses all of the air that is fed to the air separation plant and separated there. In contrast, in one or more optionally provided further compressors, for example booster compressors, only a portion of these is already previously in the main air compressor compressed air further compressed.
  • the "main heat exchanger" of an air separation plant represents the heat exchanger in which at least the
  • a “heat exchanger” for use in the context of the present invention can be designed in a manner customary in the art. It serves for the indirect transfer of heat between at least two e.g. fluid flows guided in countercurrent to one another, for example a warm compressed air flow and one or more cold ones
  • Fluid flows or a cryogenic liquid air product and one or more warm or warmer, but possibly also cryogenic fluid flows.
  • Heat exchanger can be formed from a single or several heat exchanger sections connected in parallel and / or in series, e.g. from one or more plate heat exchanger blocks. For example, it is one
  • Such a heat exchanger has "passages" which are separated from each other as fluid channels
  • Heat exchange surfaces are formed and connected in parallel and separated by other passages to form "passage groups". Characteristic of a
  • the heat exchanger is that in it heat is exchanged between two mobile media at a time, namely at least one fluid flow to be cooled and at least one fluid flow to be heated.
  • a “condenser evaporator” is a heat exchanger in which a first, condensing fluid flow enters into indirect heat exchange with a second, evaporating fluid flow.
  • Each condenser evaporator has one
  • Evaporation chambers have liquefaction or evaporation passages.
  • the condensation (liquefaction) of the first fluid flow is carried out in the liquefaction space, and the evaporation of the second fluid flow in the vaporization space.
  • the evaporation and the liquefaction space are formed by groups of passages which are in a heat exchange relationship with one another.
  • a "forced flow" condenser evaporator is a liquid or
  • the gas-liquid mixture emerging from the evaporation chamber is passed on in a "once through" condenser evaporator of this type, separated according to phases, directly to the next process step or to a downstream device and in particular not into a
  • Components "one above the other” is understood here to mean that the upper end of the lower of the two components is at a lower or the same geodetic height as the lower end of the upper of the two components and that the projections of the two apparatus parts intersect in a horizontal plane.
  • the two components are arranged exactly one above the other, that is, the axes of the two components run vertically on the same
  • the axes of the two components do not have to be exactly perpendicular, but can also be offset from one another, especially if one of the two components, for example a rectification column or a column part with a smaller diameter, is to have the same distance from the sheet metal jacket of a coldbox as another with a larger one Diameter.
  • the present invention proposes a method for
  • Double column system emerges, as explained in detail below.
  • the third column can be provided in particular structurally separate from the first and second column, wherein the first and second column can in particular be part of a double column and by means of a corresponding one Condenser evaporator, the so-called main condenser, which is referred to here as the "first" condenser evaporator, can be in heat-exchanging connection with one another.
  • the main condenser which is referred to here as the "first" condenser evaporator
  • different ones can also be used
  • first and the second column which are part of a
  • Double columns are formed, can also be supplemented by an additional column in a corresponding multiple column system, or the second and third columns can be provided as separate columns.
  • the main capacitor can be provided as an internal or external main capacitor, as is basically known from the prior art. If an internal main condenser is used, this is at least partially submerged in a bottom liquid in the bottom of the second column, as is the case in an embodiment of the invention described below, and an overhead gas to be condensed from the second column is passed through a condensation chamber of the
  • the fourth column in the context of the present invention serves in particular to extract argon or discharge argon from a gas mixture which is withdrawn from the third column.
  • the fourth column can in particular be a crude argon column of a known arrangement with crude and pure argon column, but it can also be a modified argon column that can contain several argon in the pure state without the use of an additional pure argon column theoretical trays below the head is taken. Other variants are also possible within the scope of the present invention.
  • the first column is operated in a first pressure range
  • the second column is operated in a second pressure range below the first pressure range
  • the third column is operated in a third pressure range below the second (and thus also the first) pressure range.
  • the fourth column is also operated in the third pressure range, the operating pressure in the fourth column in particular being able to be slightly below the operating pressure of the third column, which is particularly evident
  • the first pressure range can in particular be 9 to 12 bar, for example approx. 10.5 bar.
  • the second pressure range is advantageously 4 to 6 bar, in particular approximately 5.5 bar, and the third
  • the pressure range is advantageously 1 to 2 bar, in particular approx. 1.4 bar.
  • the pressure specifications here denote absolute pressures at the head of corresponding columns.
  • the second and third columns are thus operated in the context of the present invention, as already mentioned above, in pressure ranges in which the high and low pressure columns conventionally used in air separation plants are also operated.
  • the first column is operated in a higher pressure range.
  • the first and second columns, which are advantageously combined to form a double column, are therefore, in one embodiment of the invention, structurally comparable, if necessary, as in a double column
  • Conventional air separation plant arranged, but are operated at corresponding higher pressure levels.
  • the first column is operated at a higher (first) pressure level than a conventional high pressure column and the second column is operated at a higher (second) pressure level than a conventional low pressure column.
  • the bottom liquid of the second column with a higher oxygen content and a higher argon content than the
  • the bottom liquid of the first column is formed and the bottom liquid of the third column has a higher oxygen content and a lower argon content formed as the bottom liquid of the second column.
  • the higher argon content of the bottom liquid of the second column compared to that of the bottom liquid of the first column results from the different operating conditions, in particular the different pressures that are used to operate the first and second columns, as well as from different compositions of material flows that enter the first and second column are fed.
  • the lower argon content results in the bottom liquid of the third column
  • the oxygen content of the bottom liquid of the first column is hereinafter also referred to as the "first" oxygen content
  • the oxygen content of the bottom liquid of the second column is also referred to as the "second" oxygen content
  • the first oxygen content can be at 28 to 40%, in particular at approx. 34%, the second oxygen content at approx. 45 to 90%, in particular at approx. 80%, and the third oxygen content at approx. 0 to 99.99%, in particular around 99.5%.
  • the respective percentages relate to the molar content of oxygen in a corresponding one
  • the third column is therefore used in the context of the present invention as a pure oxygen column and a corresponding pure oxygen product can be withdrawn from it.
  • the first and the second sump liquid are typically not used as a product, but are further processed in the plant.
  • fluid from the first column is generally fed into the second column and optionally also into the third column, fluid from the second column is fed into the third column, fluid from the third column is fed into the fourth column, and Fluid from the fourth column is fed into the third column.
  • fluid is fed from one column into another, this is to be understood in particular as a direct or indirect transfer of a corresponding fluid flow.
  • the transfer of the corresponding fluids can initially also be carried out in one feed
  • the transferred fluids can include overhead gases, bottom liquids and / or side streams of corresponding columns. Under a "side stream" is a
  • a bottom liquid is discharged from the respective column in particular in the form of a liquid substance flow, and a top gas in particular in the form of a gaseous substance flow.
  • a top gas in particular in the form of a gaseous substance flow.
  • a side stream can be in a liquid or gaseous state.
  • a liquid side stream can, for example, from a
  • Liquid retention device or taken from a storage floor.
  • the fluid fed from the third column into the fourth column comprises at least part of a side stream which has a lower oxygen content and a higher argon content than that
  • Bottom liquid is withdrawn from the third column.
  • the side stream is withdrawn from the third column in particular in the area of the argon transition already explained above, but it can also be withdrawn below the argon transition.
  • a corresponding side stream is in particular a gas mixture which has a higher argon content than the bottom liquid and a lower argon content than the top gas of the third column and is therefore similar to a side stream that is obtained in a conventional process from FIG
  • Low pressure column is transferred into the crude argon column.
  • the top gas of the first column ie the entire top gas or only a part thereof
  • the top gas of the first column is subjected to a condensation against bottom liquid of the second column and is returned in liquid form to the first column.
  • This can also include that a partial condensation of the top gas is carried out and only the liquid phase formed or a part thereof is returned to the first column.
  • bottom liquid from the third column is discharged from the air separation plant as an oxygen-rich product with the oxygen contents already explained in more detail above.
  • the invention is characterized in that the top gas of the second column (here too, the entire top gas or part thereof) is subjected to a condensation against further bottom liquid of the second column and is returned in liquid form to the second column.
  • the respective proportions of the bottom liquid of the second column used in the condensation are used in particular in the manner explained below in corresponding condenser evaporators.
  • the present invention allows a total recovery of over 70% of the argon contained in the process air as a product among those mentioned at the beginning
  • a method as proposed according to the invention can be used to efficiently provide pressurized nitrogen with simultaneous argon production without the disadvantages mentioned at the beginning.
  • the pressurized nitrogen can in particular comprise non-condensed further top gas of the first column which is already at a suitable pressure (in the first pressure range) and can be discharged from the air separation plant at this pressure.
  • the corresponding pressurized nitrogen can additionally also include non-condensed further top gas of the second column, which is only present at a pressure in the second pressure range, but in particular compressed on the warm side of the main heat exchanger of the air separation plant to a pressure in the first pressure range and then to the heated top gas from the first column can be fed.
  • a common compressor can in particular be used, which also compresses a circulating flow formed in the air separation plant, as explained below.
  • top gas from the third column For the purpose of providing a nitrogen product, it is also possible, in particular, to use top gas from the third column. Furthermore, within the scope of the present invention, further top gas from the second column or other gas from the first column or the second column (for further details see below) is subjected to condensation against further bottom liquid from the third column and returned to the second column.
  • Bottom liquid of the third column is condensed, a side stream withdrawn from the first column or from the second column can be used.
  • a corresponding side stream which is withdrawn from the first column and condensed against the further bottom liquid of the third column, can be one beforehand
  • Turbine relaxation is subjected from a pressure in the first pressure range to a pressure in the second pressure range.
  • the use of such a turbine expansion can in particular produce cold.
  • Turbine expansion of this type can in particular be carried out in a so-called pressurized nitrogen turbine or PGAN turbine. If instead a side stream is withdrawn from the second column and condensed against the further bottom liquid of the third column, this side stream can also be subjected beforehand to a corresponding turbine expansion. In both cases, the
  • the present invention is distinguished in particular by the specific arrangement of condenser evaporators in or opposite the first of the second and third columns.
  • a first condenser-evaporator is used for the condensation of the top gas of the first column against the bottom liquid of the second column, which is arranged above the first column and / or in a bottom region of the second column. This can in particular be the one mentioned
  • a second condenser-evaporator is advantageously used for the condensation of the top gas of the second column against the further bottom liquid of the second column used, which is arranged above the second column, and for the condensation of the further top gas from the second column or the other gas from the first column or the second column against the further bottom liquid of the third column, a third condenser evaporator is advantageously used, which is in a The bottom area of the third column is arranged.
  • the further bottom liquid of the second column is partially or completely evaporated.
  • the evaporated sump liquid is heated in particular after its evaporation, in particular in the main heat exchanger of the air separation plant, and discharged from the air separation plant.
  • the evaporated sump liquid can, since it has already been purified, in particular as a regeneration gas in a known
  • Adsorber unit are used. Since the evaporated sump liquid at a pressure in a comparatively high pressure range, for example a
  • This turbine expansion in a so-called residual gas turbine can take place in particular and after partial heating in the main heat exchanger.
  • the correspondingly expanded gas can then be further heated in the main heat exchanger.
  • a column system with a fifth column can be used, which is operated in an intermediate pressure range between the first pressure range and the third pressure range, the first column and the fifth column being fed with compressed air and a fifth column in the fifth column Sump liquid is formed.
  • the intermediate pressure range is in particular 4 to 6 bar.
  • the third column can in particular be provided as the upper part of a double column, in which case the fifth column can be provided as the lower part of the double column.
  • the compressed air used to feed the fifth column can initially be compressed to a pressure in the first pressure range, a first portion of this compressed air at this pressure in the first column fed and a second proportion of this compressed air to a pressure in the
  • bottom liquid from the fifth column can be fed into the third column, at least part of the bottom liquid from the fifth column, which is fed into the third column, at least against overhead gas from the fourth before being fed into the third column Column is subjected to partial evaporation.
  • Top gas of the fourth column and, as explained immediately, also top gas of a pure argon column, if present, can in this embodiment be condensed against the bottom liquid of the fifth column and returned to the fourth column and possibly the pure argon column.
  • bottom liquid from the first column or other liquid from the first column can be used against at least the top gas of the fourth column (and, if present, also against the top gas of a Pure argon column) can be subjected to partial evaporation, in which case a gas formed during partial evaporation is fed into the second column.
  • the gas formed during the partial evaporation can be heated before being fed into the second column, compressed to a pressure in the second pressure range and cooled again.
  • a main heat exchanger in particular can be used for heating and cooling
  • the nitrogen-rich product stream can in particular be the previously mentioned, uncondensed and heated further top gas from the second column, which is heated in the main heat exchanger and which can then be fed to likewise heated, uncondensed, further top gas from the first column.
  • a compressor is used for feed gas in the second column (hereinafter the
  • feed gas compressor also referred to as a "feed gas compressor"
  • the feed gas is formed from liquid evaporated as explained above, which is withdrawn from the first column.
  • a feed gas cycle is thus created, which is a cycle because the gas originates from the column system and is fed back into the column system.
  • the second column can in particular also be fed with compressed air, i.e. the feed gas originating from the feed gas circuit does not necessarily represent the entire feed gas in the second column.
  • a common feed air quantity can initially be brought to a pressure in the first pressure range.
  • a first partial stream of this common amount of feed air can be fed to the main heat exchanger on the warm side and removed on the cold side and, while still at a pressure in the first pressure range, fed into the first column.
  • a second part of this common feed air quantity can be fed to the main heat exchanger on the warm side, in particular after a previous further pressure increase, but can be withdrawn at an intermediate pressure level.
  • the second partial flow can then be subjected to the turbine expansion mentioned, specifically to a pressure in the second pressure range. It can then be fed into the second column at this pressure.
  • Turbine relaxation can be done, for example, using a braked turbine, for example a generator turbine or a turbine with an oil brake, but also in a booster turbine, with the mentioned further pressure increase of the second partial flow being able to be carried out in a booster of the booster turbine.
  • the gas carried in the feed gas circuit is in the feed gas compressor from a pressure of, for example, approx. 1.1 to 1.2 bar (the first bottom liquid is expanded into the respective condensation chambers) to a pressure of, for example, approx. 5 to 5.5 bar (or a pressure in the second pressure range) compressed.
  • the joint compression of a nitrogen product stream from the second column appears particularly favorable. The latter takes place in particular in one stage and from a pressure in the second pressure area to a pressure in the first
  • Nitrogen product of about 1.70 and an argon yield of 73.8%.
  • Low pressure nitrogen is a bonus product. Further adjustments (e.g. higher argon production with higher energy consumption and vice versa) are possible.
  • subcooling can be used at different positions within the scope of the present invention.
  • Process can in particular one or more fluids that are fed into the first column, into the second column and / or into the third column, against one or more fluids that are fed from the first column, from the second column and / or from the third Removed from the column, be subcooled.
  • Separate heat exchangers or a common heat exchanger can be used here, in particular the already mentioned subcooling counterflow.
  • top gas of the fourth column is condensed by means of a first condenser evaporator, in which a portion of the first
  • Partial evaporation is subjected.
  • This other liquid can be withdrawn from the first column in particular above the bottom.
  • a top condenser of a crude argon column or the only existing argon column is cooled using bottom liquid from the first column or another liquid.
  • This top gas can in particular then be fed into the third column.
  • a pure argon column is available as the fifth column, its top condenser can also be cooled using a corresponding bottom liquid, as explained below. According to an advantageous development of the method just explained, vaporized portions of the bottom liquid from the first column, in the top condenser or condensers of the fourth column or the fourth column and the
  • Pure argon column were used, then transferred to the second column, at a position that corresponds to the oxygen content and argon content of these fluids.
  • the vaporized fractions can therefore be fed into the second column at essentially the same point.
  • the streams mentioned can be combined or transferred separately from one another into the second column, and in particular after they have been previously heated and compressed.
  • the fluid transferred from the first column into the second column thus includes corresponding
  • Liquid i.e. at least part of the first sump liquid or others
  • the third column in particular can be fed with the non-evaporated liquid.
  • Adsorption unit for removing water and / or carbon dioxide from the
  • Process fed, compressed feed air are operated with a regeneration gas, which is at least a part of the top gas of the third column. In this way, the outlet pressure of the turbine, which is in a
  • the evaporation chamber of the second condenser evaporator is relaxed, lowered and additional cold is generated.
  • Expansion turbines are used, these are consumed by a cold compressor for a nitrogen product with a corresponding saving in compression power. Compression in a cold compressor is energetically advantageous.
  • liquid from the second column which is withdrawn from the second column in the form of a side stream, is transferred into the third column.
  • the feeding into the third column takes place in particular directly, i.e. especially without the composition
  • the withdrawal from the second column takes place advantageously at a position between the 3rd and the 14th theoretical plate, particularly advantageously between the 5th and 12th theoretical plate above the bottom of the second column.
  • the liquid is therefore highly enriched in oxygen, but the oxygen content is lower than the bottom liquid of the second column.
  • Air separation plant set up to carry out a method, as previously explained in different configurations, and this has means set up in each case for this purpose.
  • Air separation plant is expressly referred to the explanations relating to the method according to the invention.
  • Air separation plants according to FIGS. 1 to 11 are each designated as a whole by the reference numerals 1001 to 1011. Although the following
  • All of the air separation plants 1001 to 1011 shown in FIGS. 1 to 11 are equipped with a column system which, regardless of the different configuration and possibly different number of columns, is each designated as a whole by 10.
  • separating devices such as separating sections, separating trays and the like illustrated.
  • the columns each have corresponding separation devices and that these are each available in a suitable design and number to fulfill the respective separation tasks.
  • separating sections can be arranged in such a way that fluids can be fed in and removed in each case between corresponding separating sections (or above or below them in the case of the top and bottom of the columns).
  • a separating section is in each case an essentially continuous area of ordered or unordered packs.
  • the column systems 10 each have a first column 11 (for example with a plurality of horizontal dividing trays) and a second column 12
  • the first column 11 and the second column 12 are each designed as parts of a double column of a basically known type.
  • express reference is made to the technical literature on air separation plants cited at the beginning, in particular to the explanations on Figure 2.3A in Häring (see above), in which a corresponding double column is shown.
  • the first column 11 and the second column 12 are via one
  • Condenser-evaporator 111 the so-called main condenser, connected to one another in a heat-exchanging manner, which is used for the condensation of top gas of the first column 11 and is arranged in a sump area of the second column 12.
  • This condenser evaporator 111 is also referred to here as the “first” condenser evaporator.
  • the third column 13 is formed separately from the first column 11 and the second column 12.
  • the first column 11 is in a previously explained first pressure range
  • the second column 12 in a previously explained second pressure range below the first pressure range
  • the third column 13 in a third pressure range below the second pressure range operated.
  • the fourth column 14 is in particular also operated in the third pressure range. Bottom liquids and top gases are formed in the first column 11, the second column 12 and the third column 13.
  • the fourth column 14 is used in all air separation plants 1001 to 1011 according to FIGS. 1 to 11 for the extraction of argon.
  • the fourth column 14 is designed as a crude argon column and there is a separate pure argon column 16 in each of the air separation plants 1001 to 1008 according to FIGS. 1 to 8. If a Reinarkon column 16 is present, the fourth column is therefore called
  • Pure argon column 16 is dispensed with and pure argon can instead be withdrawn from the fourth column 14 if the above-explained requirements are met.
  • the air separation plants 1001 to 1008 shown there are each sucked in a feed air flow a by means of a main air compressor 1 via a filter, shown in hatched lines, which is not specifically designated a direct contact cooler 2, which is operated with cooling water W, and purified in an adsorption unit 3.
  • a filter shown in hatched lines, which is not specifically designated a direct contact cooler 2, which is operated with cooling water W, and purified in an adsorption unit 3.
  • FIGS. 9 to 11 only the correspondingly provided, compressed and purified feed air flow a is shown.
  • partial flows b and c are formed using air from the feed air flow a.
  • a further partial flow d is also formed.
  • the partial flows b and c are each supplied on the warm side to a main heat exchanger 4, the partial flow c previously being further compressed in a booster of a booster turbine arrangement 5.
  • the substream b is withdrawn from the main heat exchanger 4 on the cold side and into the first column 11 fed.
  • the substream c is the main heat exchanger 4 on a
  • Booster turbine arrangement 5 expanded and fed into second column 12.
  • the partial flow b is treated as explained for the air separation plants 1001 to 1008 shown in FIGS. 1 to 8, but there is a further partial flow b 'which is also treated accordingly and in particular the throttle is expanded in the first column 11.
  • the partial flow c is not compressed here before it
  • Main heat exchanger 4 is supplied on the warm side. However, if necessary, a corresponding compression can also be provided.
  • the partial flow c is taken from the main heat exchanger 4 at an intermediate temperature level and expanded in a turbine, which in the example shown is part of a
  • Generator turbine assembly 5 ' is.
  • the correspondingly expanded partial flow c is heated in the air separation plant 1009 according to FIG. 9 and in the air separation plant 1011 according to FIG. 11 in the main heat exchanger 4 and then transferred to the
  • the expanded substream is fed into a fifth column 15 (for example with one to three separating sections) which is operated in a pressure range which is referred to here as the "intermediate pressure range".
  • fluid is transferred from the first column 11 into the second column 12 or into the second column 12 and third column 13, from the second column 12 into the third column 13, fed from the third column 13 into the fourth column 12 and from the fourth column 14 into the third column 13.
  • the fluid fed into the fourth column 14 from the third column 13 in each case comprises at least a part of a side stream that has a lower oxygen content and a higher one
  • Argon content is withdrawn from the third column 13 as the third bottom liquid. Furthermore, in all configurations of the air separation plants 1001 to 1011 according to FIGS. 1 to 11, overhead gas from the first column 11 is subjected to condensation in a ("first") condenser evaporator 111 and then returned in liquid form to the first column 11 and overhead gas from the second column 12 becomes one
  • a (“third”) condenser evaporator 131 is used in the embodiments of
  • a side stream of the first or second column, which in particular can be turbine expanded beforehand, is condensed in this third condenser evaporator.
  • Air separation plant 1002 to 1011 only the features that differ in each case are explained.
  • the first bottom liquid is formed, from which, however, only a flush quantity P is drawn off. Further liquid is withdrawn from the first column 1 in the form of a stream d above the sump in liquid form and initially through a
  • Components remaining liquid in the evaporation chambers of the top condensers 141 and 161 are fed into the third column 13 and the second column 12 in the form of the streams e and f.
  • the stream f is conveyed back to the second column 12 by means of a pump 16.
  • gas formed in the evaporation chambers of the top condensers 141 and 151 is heated in the form of a collective flow g in the subcooling countercurrent 18 and then in the main heat exchanger 4.
  • the material flow g is then in a compressor 6 or a compressor stage, which or which in particular form a structural unit with a further compressor 7 or a further compressor stage can, in particular a combination compressor, compressed.
  • an after-cooler (not specifically designated) downstream of the compressor 6 or the compressor stage, the material flow g is cooled again in the main heat exchanger 4 and fed into the second column 12.
  • top gas of the first column 11 is cooled and returned in condensed form to the first column.
  • Overhead gas that has not been appropriately cooled is first heated in the form of a stream h in the subcooling countercurrent 18 and then in the main heat exchanger 4 and is carried out as part of a pressurized nitrogen product.
  • the bottom liquid of the second column 12 is withdrawn from this in the form of a stream i, passed through the subcooling countercurrent 18, heated in the second condenser evaporator 121 against top gas of the second column 12, again passed through the subcooling countercurrent 18, heated in the main heat exchanger 4 and after another Heating used as a regeneration gas in the adsorber unit 3 and / or released to the atmosphere A.
  • Condenser evaporator 131 is cooled and condensed in the third column 13 and returned to the second column 12 by means of a pump 17. More overhead gas is in the form of a stream I in the subcooling countercurrent 18 and in
  • Main heat exchanger 4 heated, compressed by means of the compressor 7, and used together with the material flow h to provide the pressurized nitrogen product.
  • a liquid side stream m is transferred from the second column 12 into the third column 13.
  • Bottom liquid of the third column 13 is withdrawn in the form of a stream n and after optional intermediate storage in a tank system T and after an optional, not shown internal compression in the
  • Main heat exchanger 4 heated and provided as an oxygen pressure product.
  • Oxygen-rich gas is drawn off from the third column 13 above the bottom in the form of a stream o.
  • This material flow o which is not illustrated further, can be heated and, for example, in subcooler 18 and main heat exchanger 4
  • Overhead gas withdrawn from the top of the third column 13 is heated in the form of a stream p in the subcooling countercurrent 18 and then in the main heat exchanger 4 and discharged as a low-pressure nitrogen product.
  • a gaseous, argon-enriched side stream q is withdrawn from the third column 13 and fed into the fourth column 14, that is to say the crude argon column.
  • Bottom liquid from the fourth column 14 is conveyed back into the third column 13 in the form of a stream r by means of the pump 19.
  • a non-condensed, argon-rich top gas from the fourth column 14 is transferred into the pure argon column 16 in the form of a stream s.
  • argon-rich liquid is carried out as an argon product in the form of a stream t.
  • This material flow t can also be subjected to an internal compression of a type known per se.
  • Gas withdrawn from the top of the pure argon column 16 can be released into atmosphere A, for example, in the form of a stream u.
  • the air separation plant 1002 illustrated in FIG. 2 differs from the air separation plant 1001 illustrated in FIG. 1 in that the
  • Condenser-evaporator 121 is designed as a bath condenser above the second column 12, in which a heat exchanger block 121a is submerged in a liquid bath which is formed by the material flow i. A flushing amount P is also deducted from this.
  • the air separation plant 1003 illustrated in FIG. 3 differs from the air separation plant 1001 illustrated in FIG. 1 in that the uppermost separating section 12a of the second column 12, which is shown here, is reduced in size and a corresponding additional separating section 13a, which is explicitly shown here, is provided in the third column 13 .
  • the stream f is correspondingly fed into the second column 12 and into the third column 13 in the form of two substreams f and f ′′.
  • the air separation plant 1004 illustrated in FIG. 4 differs from the air separation plant 1003 illustrated in FIG. 3 in that, in addition to the
  • the air separation plant 1005 illustrated in FIG. 5 differs from the air separation plant 1001 illustrated in FIG. 1 in that, in addition to the stream g not being heated, compressed and cooled as previously explained, before it is fed into the second column 12, but that this treatment is performed Substance flow g ′′ withdrawn from the third column 13 is subjected. The substance flow g, on the other hand, is fed directly into the second column 12. In this way, the volume flow of circulated gas can be increased or decreased.
  • the air separation plant 1006 illustrated in FIG. 6 differs from the air separation plant 1001 illustrated in FIG. 1 in that the material flow I is not compressed as explained above. Correspondingly, the compressor or the compressor stage 7 is also missing, and only the compressor 6 is present.
  • Compressed nitrogen product is here essentially formed by the correspondingly used top gas of the first column 11.
  • the low-pressure nitrogen of the stream I can be used, for example, as a sealing gas.
  • the air separation plant 1007 illustrated in FIG. 7 differs from the air separation plant 1001 illustrated in FIG. 1 in that a
  • High purity oxygen column formed further column 20 is present. This has an upper column part 21 and a lower column part 21.
  • the upper column part 21 of the further column 20 represents a part of the fourth column 14.
  • This column part is fed with a material flow q ′ corresponding to the material flow q explained above.
  • Liquid from the upper column part 21 is returned to the third column 13 in the form of a stream r '.
  • Top gas of the upper and lower column parts 21, 22 is combined and fed into the fourth column 14 in the form of a stream q ′′.
  • Bottom liquid from the fourth column 14 is in the form of a
  • An oxygen-rich stream n ' is withdrawn from the bottom of the second column part 22 and, like the stream n, is stored in a tank system T', possibly one Subject to internal compression, and can be run from the air separation unit 1007.
  • a bottom evaporator 23 of the further column 20 is heated with a substream b ′ of the feed air flow b, which can then be fed into the second column 12 and the third column 13 at the points marked b ′.
  • the air separation plant 1008 illustrated in FIG. 8 differs from the air separation plant 1007 illustrated in FIG. 7 in that a different one
  • Heating medium in the bottom evaporator 23 of the further column 20 is used.
  • the material flow k is divided here into partial flows k ′ and k ′′, the partial flow k ′ being passed through the third condenser evaporator 131 and the partial flow k ′′ being passed through the bottom evaporator 23.
  • the substreams k 'and k are then combined again and treated as before the stream k.
  • the air separation plant 1009 illustrated in FIG. 9 is shown in the drawing
  • the main heat exchanger 4 in a turbine arrangement 30, for example with an oil-braked turbine, is expanded before it is fed into the third condenser evaporator 131 and then into the second column 12.
  • Another side stream w from the first column 11 is fed directly into the third column 13.
  • Top condenser 141 of the fourth column 15 can be used as a coolant. Gas from the top condenser 141 can on the one hand be fed into the third column 13 and on the other hand with further material flows from the third column 13 or liquid from the second condenser-evaporator 121, which is used here as a bath evaporator is trained to be united. A material flow x formed in this way is heated in the main heat exchanger 4 and can, for example, be released into the atmosphere. Liquid from the top condenser 141 is fed into the third column 13 here. Further portions of the stream d 'can be fed directly into the third column 13, transferred as a coolant to the second condenser evaporator 121 and combined with the stream i.
  • Top gas of the second column 12 is formed in the second condenser-evaporator 121, returned to the first column 11 in the form of a stream y, and streams z are transferred from the second column 12 to the third column 13.
  • the material flow i is heated and expanded in a turbine arrangement 40, for example with an oil-braked turbine.
  • This relaxed stream or a portion thereof, denoted here by i ′′, can be used as residual gas to regenerate the adsorber unit 3; an optional further proportion, denoted here by i ′ ′′, is fed into the third column 13.
  • a stream t ′ from the fourth column can be used as an argon product or transferred to a pure argon column 16.
  • the material flow p can optionally be compressed and used accordingly.
  • several subcoolers 50 are illustrated, but also to several, in particular in one
  • Subcooling countercurrent 18 as before can be combined. Hypothermia can also occur in other places.
  • the air separation plant 1010 illustrated in FIG. 10 differs from the air separation plant 1009 illustrated in FIG. 10 in that a further column 15, here referred to as the “fifth” column, is present. This is fed with the expanded feed air stream c, and it is designed with the third column 13 as a double column. Overhead gas of the fifth column 15 is liquefied in the third condenser-evaporator 131 and returned to the fifth column 15.
  • the material flow v can, but does not have to be present. In the latter case, an embodiment of the air separation plant 1010 that is not according to the invention is implemented. Gas can be transferred from the fifth column 15 to the first column 11 in the form of a stream z ′.
  • the material flow d ' is not formed, instead a
  • the air separation plant 1011 shown in FIG. 11 differs from the air separation plant 1009 shown in FIG. 10 in that, instead of the material flow i ', the material flow x is used as regeneration gas in the adsorber unit 3 and the material flow i' is released into the atmosphere instead.

Abstract

The invention relates to a method for low-temperature air separation, whereby an air separation system (1001-1011) with a column system (10) is used, comprising a first column (11), a second column (12), a third column (13) and a fourth column (14), wherein the first column (11) is operated in a first pressure range, the second column (12) is operated in a second pressure range below the first pressure range, and the third column (13) and the fourth column (14) are operated in a third pressure range below the second pressure range, fluid from the first column (11) is fed into the second column (12), fluid from the second column (12) is fed into the third column (13) and fluid from the third column (13) is fed into the fourth column (14), wherein the fluid fed into the fourth column (14) from the third column (13) comprises at least one part of a sidestream, which is removed from the third column (13). Gas at the top of the first column (11) undergoes a condensation process against sump liquid of the second column (12) and is directed back to the first column (11) in liquid form, and sump liquid of the second column (13) is directed out of the air separation system (1001-1011) as an oxygen-rich product. According to the invention, gas at the top of the second column (12) undergoes a condensation process against further sump liquid of the second column (12) and is directed back to the second column (12) in liquid form, and further gas at the top of the second column (12) or other gas from the first column (11) or the second column (12) undergoes a condensation process against further sump liquid of the third column (12) and is directed back to the second column (12). The invention also relates to a corresponding air separation system (1001-1011).

Description

Beschreibung description
Verfahren und Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft Process and system for the cryogenic separation of air
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur The present invention relates to a method and a system for
Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Cryogenic decomposition of air according to the generic terms of the independent
Patentansprüche. 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".
Luftzerlegungsanlagen weisen Rektifikationskolonnensysteme auf, die Air separation plants have rectification column systems that
herkömmlicherweise beispielsweise als Zweikolonnensysteme, insbesondere als klassische Linde-Doppelkolonnensysteme, aber auch als Drei- oder conventionally, for example, 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. The terms “rectification” and “distillation” and “column” and “column” or terms composed of these are often used synonymously.
Beispielsweise wird in der EP 1 227 288 A1 ein Dreikolonnensystem verwendet, das eine Hochdruckkolonne, eine Niederdruckkolonne und eine Zwischenkolonne aufweist. Einsatzluft wird in die Hochdruckkolonne eingeleitet und dort in eine erste For example, EP 1 227 288 A1 uses a three-column system which has a high pressure column, a low pressure column and an intermediate column. Feed air is introduced into the high pressure column and there into a first one
sauerstoffangereicherte Flüssigkeit und eine erste Stickstofffraktion getrennt. oxygen-enriched liquid and a first nitrogen fraction separated.
Mindestens ein Teil der ersten Stickstofffraktion wird in einem ersten At least part of the first nitrogen fraction is in a first
Kondensatorverdampfer zu einer ersten Flüssigstickstofffraktion kondensiert. Eine erste sauerstoffangereicherte Fraktion aus der Hochdruckkolonne wird in die Condenser evaporator condensed to a first liquid nitrogen fraction. A first oxygen-enriched fraction from the high pressure column is fed into the
Zwischenkolonne eingeleitet und dort in eine zweite sauerstoffangereicherte Flüssigkeit und eine zweite Stickstofffraktion getrennt. Mindestens ein Teil der zweiten Stickstofffraktion wird in einem zweiten Kondensatorverdampfer zu einer zweiten Flüssigstickstofffraktion kondensiert und als Rücklauf auf eine der Säulen des Introduced intermediate column and separated there into a second oxygen-enriched liquid and a second nitrogen fraction. At least part of the second The nitrogen fraction is condensed in a second condenser evaporator to form a second liquid nitrogen fraction and returned to one of the columns of the
Dreikolonnensystems aufgegeben und/oder als Flüssigprodukt gewonnen. Eine zweite sauerstoffangereicherte Fraktion aus der Hochdruckkolonne oder aus der Abandoned three-column system and / or obtained as a liquid product. A second oxygen-enriched fraction from the high pressure column or from the
Zwischenkolonne wird in die Niederdruckkolonne eingeleitet und dort in eine dritte sauerstoffangereicherte Flüssigkeit und eine dritte Stickstofffraktion getrennt. Flüssiger Rücklaufstickstoff, der nicht in dem zweiten Kondensatorverdampfer gebildet worden ist, wird in die Zwischenkolonne eingeleitet. The intermediate column is introduced into the low-pressure column, where it is separated into a third oxygen-enriched liquid and a third nitrogen fraction. Liquid reflux nitrogen that has not been formed in the second condenser-evaporator is introduced into the intermediate column.
Die Rektifikationskolonnen der genannten Rektifikationskolonnensysteme werden auf unterschiedlichen Druckniveaus 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 Druckniveau von 4 bis 7 bar, insbesondere ca. 5,3 bar, betrieben. Die The rectification columns of the mentioned rectification column systems are operated at different pressure levels. Known double column systems have a so-called high pressure column (also referred to as a pressure column, medium pressure column or lower column) and a so-called low pressure column (also referred to as an upper column). The high pressure column is typically operated at a pressure level of 4 to 7 bar, in particular approx. 5.3 bar. The
Niederdruckkolonne wird auf einem Druckniveau von typischerweise 1 bis 2 bar, insbesondere ca. 1 ,4 bar, betrieben. In bestimmten Fällen können in beiden The low-pressure column is operated at a pressure level of typically 1 to 2 bar, in particular about 1.4 bar. In certain cases, both
Rektifikationskolonnen auch höhere Druckniveaus eingesetzt werden. Bei den hier und nachfolgend angegebenen Drücken handelt es sich um Absolutdrücke am Kopf der jeweils angegebenen Kolonnen. Rectification columns can also be used at higher pressure levels. The pressures given here and below are absolute pressures at the top of the respective columns given.
Insbesondere zur Versorgung von Halbleiterwerken (sogenannten Fabs) wird neben gasförmigem, hochreinem und möglichst partikelfreiem Stickstoff und ggf. Sauerstoff zunehmend auch die Versorgung mit vergleichsweise geringen Mengen an In particular for the supply of semiconductor plants (so-called fabs), in addition to gaseous, high-purity nitrogen and, if possible, oxygen, which is as free of particles as possible, the supply of comparatively small amounts of
gasförmigem Argon gewünscht. Hierzu kann entweder Flüssigargon angeliefert oder und vor Ort verdampft werden, oder es kann eine Gewinnung von gasförmigem Argon vor Ort erfolgen. Die Anlieferung von Flüssigargon bringt nicht nur ökonomische Nachteile (Transportkosten, Umtankverluste, Kälteverluste bei Verdampfung gegen Umgebungsluft) mit sich, sondern stellt auch hohe Anforderungen an die gaseous argon desired. For this purpose, either liquid argon can be delivered or evaporated on site, or gaseous argon can be obtained on site. The delivery of liquid argon not only brings economic disadvantages (transport costs, refueling losses, cold losses when evaporating against ambient air), but also makes high demands on the
Zuverlässigkeit der Logistikkette. Daher werden für die genannten Anwendungsgebiete zunehmend Anlagen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft nachgefragt, die neben größeren Mengen an gasförmigem, hochreinem Stickstoff auch kleinere Mengen an gasförmigem Argon liefern können. Der produzierte Stickstoff sollte typischerweise nur ca. 1 ppb, maximal 1000 ppb, Sauerstoff aufweisen, im Wesentlichen partikelfrei sein, und auf einem deutlich überatmosphärischen Druckniveau geliefert werden können. Angaben in ppb bzw. ppm beziehen sich hier auf den molaren Anteil. Logistics chain reliability. For this reason, there is an increasing demand for systems for the low-temperature separation of air which, in addition to larger amounts of gaseous, high-purity nitrogen, can also supply smaller amounts of gaseous argon. The nitrogen produced should typically only contain about 1 ppb, maximum 1000 ppb, oxygen, be essentially free of particles, and can be delivered at a pressure level significantly above atmospheric. Figures in ppb or ppm relate to the molar proportion.
Zur Argongewinnung werden typischerweise Luftzerlegungsanlagen mit Air separation plants are typically used to extract argon
Doppelkolonnensystemen und sogenannten Roh- und ggf. sogenannten Double column systems and so-called raw and possibly so-called
Reinargonkolonnen eingesetzt. Ein Beispiel ist bei Häring (s.o.) in Figur 2.3A veranschaulicht und ab Seite 26 im Abschnitt "Rectification in the Low-pressure, Crude and Pure Argon Column" sowie ab Seite 29 im Abschnitt "Cryogenic Production of Pure Argon" beschrieben. Grundsätzlich kann in entsprechenden Anlagen auch auf eine Reinargonkolonne verzichtet werden, wenn die betreffenden Pure argon columns used. An example is illustrated by Häring (see above) in Figure 2.3A and described from page 26 in the section "Rectification in the Low-pressure, Crude and Pure Argon Column" and from page 29 in the section "Cryogenic Production of Pure Argon". In principle, a pure argon column can also be dispensed with in corresponding plants if the relevant
Rektifikationskolonnen entsprechend ausgebildet werden. Reinargon kann dann aus der Rohargonkolonne bzw. einer vergleichbaren Kolonne typischerweise etwas weiter unterhalb als das herkömmlicherweise in die Reinargonkolonne überführte Fluid abgezogen werden. Rectification columns are designed accordingly. Pure argon can then be withdrawn from the crude argon column or a comparable column, typically somewhat further below than the fluid conventionally transferred into the pure argon column.
Auch wenn nur vergleichsweise geringe Argonmengen nachgefragt werden, muss herkömmlicherweise dennoch für die Produktion des gasförmigen Argons eine komplette (d.h. mit klassischer Niederdruckkolonne zur Sauerstoffgewinnung ausgestattete) Luftzerlegungsanlage mit Doppelkolonne und Argonrektifikation installiert werden, wie sie zuvor erläutert wurde. Die Erzeugung von Stickstoff auf einem deutlich überatmosphärischen Druckniveau bei gleichzeitig großen Even if only comparatively small amounts of argon are in demand, conventionally a complete air separation plant with a double column and argon rectification has to be installed for the production of gaseous argon (i.e. equipped with a classic low-pressure column for oxygen production), as explained above. The generation of nitrogen at a pressure level that is significantly above atmospheric and at the same time large
Produktionsmengen ist in derartigen Anlagen mit vernünftigen Ausbeuten nicht möglich. Der Stickstoff fällt hier zum Großteil als Niederdruckprodukt an und muss verdichtet werden. Der restliche Teil kann unter Drucksäulendruck gewonnen werden, muss aber in meisten Fällen ebenfalls nachverdichtet werden. In alternativen Production quantities with reasonable yields are not possible in such plants. Most of the nitrogen is produced here as a low-pressure product and has to be compressed. The remaining part can be obtained under pressure column pressure, but in most cases must also be recompressed. In alternative
Anlagenkonfigurationen, in denen ausschließlich die Hochdruckkolonne zur Plant configurations in which only the high pressure column is used
Stickstoffproduktion verwendet wird, kann zwar die Verdichtung von Stickstoff aus der Niederdruckkolonne entfallen, jedoch nicht der Nachverdichter. Außerdem liegen hier in der Regel schlechte Stickstoffausbeuten vor und entsprechende Anlagen sind auch nicht gut für die Argonproduktion geeignet If nitrogen production is used, the compression of nitrogen from the low-pressure column can be omitted, but not the booster. In addition, there are generally poor nitrogen yields and corresponding systems are not well suited for argon production
Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren und eine Luftzerlegungsanlage anzugeben, mittels welchem bzw. welcher neben größeren Mengen an hochreinem, gasförmigem Stickstoff auf einem deutlich überatmosphärischen Druckniveau auch Argon in vorteilhafter weise bereitgestellt werden kann. The present invention therefore sets itself the task of specifying a method and an air separation plant by means of which, in addition to larger amounts of high-purity, gaseous nitrogen on a clearly Above-atmospheric pressure level, argon can also be provided in an advantageous manner.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Bevorzugte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Against this background, the present invention proposes a method and a system for the low-temperature separation of air with the features of the independent patent claims. Preferred configurations are the subject matter of the subclaims and the description below.
Vor der Erläuterung der Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden einige Grundlagen der vorliegenden Erfindung näher erläutert und nachfolgend verwendete Begriffe definiert. Before explaining the features and advantages of the present invention, some principles of the present invention are explained in more detail and the terms used below are defined.
Die in einer Luftzerlegungsanlage eingesetzten Vorrichtungen sind in der zitierten Fachliteratur, beispielsweise bei Häring (s.o.) in Abschnitt 2.2.5.6, "Apparatus", beschrieben. Sofern die nachfolgenden Definitionen nicht hiervon abweichen, wird daher zum Sprachgebrauch, der im Rahmen der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, ausdrücklich auf die zitierte Fachliteratur verwiesen. The devices used in an air separation plant are described in the cited specialist literature, for example in Häring (see above) in Section 2.2.5.6, "Apparatus". Insofar as the following definitions do not deviate from this, express reference is therefore made to the technical literature cited for the language used in the context of the present application.
Flüssigkeiten und Gase können im hier verwendeten Sprachgebrauch reich oder arm an einer oder an mehreren Komponenten sein, wobei "reich" für einen Gehalt von wenigstens 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 Definition von "reich" entsprechen. Flüssigkeiten und Gase können ferner angereichert oder abgereichert an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei sich diese Begriffe auf einen Gehalt in einer Ausgangsflüssigkeit oder einem Ausgangsgas beziehen, aus der oder dem die Flüssigkeit oder das Gas gewonnen wurde. Die Flüssigkeit oder das Gas sei Liquids and gases can be rich or poor in one or more components in the parlance used here, with "rich" for a content of at least 75%, 90%, 95%, 99%, 99.5%, 99.9% or 99.99% and "poor" can mean a content of no more than 25%, 10%, 5%, 1%, 0.1% or 0.01% on a mole, weight or volume basis. The term "predominantly" can match the definition of "rich". Liquids and gases can also be enriched or depleted in one or more components, these terms referring to a content in a starting liquid or a starting gas from which the liquid or the gas was obtained. Be the liquid or the gas
"angereichert", wenn diese oder dieses zumindest den 1 ,1 -fachen, 1 ,5-fachen, 2- fachen, 5-fachen, 10-fachen 100-fachen oder 1.000-fachen Gehalt, und "abgereichert", wenn diese oder dieses höchstens den 0,9-fachen, 0, 5-fachen, 0,1-fachen, 0,01- fachen oder 0,001 -fachen Gehalt einer entsprechenden Komponente, bezogen auf die Ausgangsflüssigkeit oder das Ausgangsgas, enthält. Ist hier beispielsweise von "Sauerstoff", "Stickstoff" oder "Argon" die Rede, sei hierunter auch eine Flüssigkeit oder ein Gas verstanden, die bzw. das reich an Sauerstoff oder Stickstoff ist, jedoch nicht notwendigerweise ausschließlich hieraus bestehen muss. "Enriched" if this or this is at least 1, 1-fold, 1, 5-fold, 2-fold, 5-fold, 10-fold 100-fold or 1,000-fold salary, and "depleted" if this or this contains at most 0.9 times, 0, 5 times, 0.1 times, 0.01 times or 0.001 times the content of a corresponding component, based on the starting liquid or the starting gas. If, for example, "oxygen", "nitrogen" or "argon" is used here, this also includes a liquid or a gas which is rich in oxygen or nitrogen, but does not necessarily have to consist exclusively of these.
Die vorliegende Anmeldung verwendet zur Charakterisierung von Drücken und The present application used to characterize pressures and
Temperaturen die Begriffe "Druckbereich" und "Temperaturbereich", wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass entsprechende Drücke und Temperaturen in einer entsprechenden Anlage nicht in Form exakter Druck- bzw. Temperaturwerte verwendet werden müssen, um das erfinderische Konzept zu verwirklichen. Jedoch bewegen sich derartige Drücke und Temperaturen typischerweise in bestimmten Bereichen, die beispielsweise ± 1%, 5% oder 10% um einen Mittelwert liegen. Temperatures the terms "pressure range" and "temperature range", which is intended to express that corresponding pressures and temperatures in a corresponding system do not have to be used in the form of exact pressure or temperature values in order to implement the inventive concept. However, such pressures and temperatures typically move in certain ranges, for example ± 1%, 5% or 10% around a mean value.
Entsprechende Druckbereiche und Temperaturbereiche können dabei in disjunkten Bereichen liegen oder in Bereichen, die einander überlappen. Insbesondere schließen beispielsweise Druckbereiche unvermeidliche oder zu erwartende Druckverluste ein. Entsprechendes gilt für Temperaturbereiche. Bei den bezüglich der Druckbereiche in bar angegebenen Werten handelt es sich um Absolutdrücke. Corresponding pressure ranges and temperature ranges can be in disjoint areas or in areas that overlap one another. In particular, pressure ranges include, for example, unavoidable or expected pressure losses. The same applies to temperature ranges. The values specified in bar for the pressure ranges are absolute pressures.
Ist hier von "Entspannungsmaschinen" die Rede, seien darunter typischerweise bekannte Turboexpander verstanden. Diese Entspannungsmaschinen können insbesondere auch mit Verdichtern gekoppelt sein. Bei diesen Verdichtern kann es sich insbesondere um Turboverdichter handeln. Eine entsprechende Kombination aus Turboexpander und Turboverdichter wird typischerweise auch als "Turbinenbooster" bezeichnet. In einem Turbinenbooster sind der Turboexpander und der Turboverdichter mechanisch gekoppelt, wobei die Kopplung drehzahlgleich (beispielsweise über eine gemeinsame Welle) oder drehzahlunterschiedlich (beispielsweise über ein geeignetes übersetzendes Getriebe) erfolgen kann. Allgemein wird hier der Begriff "Verdichter" verwendet. Ein "Kaltverdichter" bezeichnet dabei hier einen Verdichter, dem ein Fluidstrom in einem Temperaturbereich deutlich unterhalb von 0 °C, insbesondere unterhalb von -50, -75 oder -100 °C und bis zu -150 oder -200 °C zugeführt wird. Ein entsprechender Fluidstrom wird insbesondere mittels eines Hauptwärmetauschers (siehe sogleich) auf eine Temperatur in diesem Temperaturbereich abgekühlt. If "expansion machines" are mentioned here, this is typically understood to mean known turboexpander. These expansion machines can in particular also be coupled to compressors. These compressors can in particular be turbo compressors. A corresponding combination of turbo expander and turbo compressor is typically also referred to as a "turbine booster". In a turbine booster, the turbo-expander and the turbo-compressor are mechanically coupled, the coupling being able to take place at the same speed (for example via a common shaft) or at different speeds (for example via a suitable transmission gear). The term "compressor" is used here in general. A “cold compressor” here denotes a compressor to which a fluid flow is fed in a temperature range well below 0 ° C, in particular below -50, -75 or -100 ° C and down to -150 or -200 ° C. A corresponding fluid flow is cooled to a temperature in this temperature range in particular by means of a main heat exchanger (see below).
Ein "Hauptluftverdichter" zeichnet sich dadurch aus, dass durch ihn die gesamte, der Luftzerlegungsanlage zugeführte und dort zerlegte Luft verdichtet wird. Hingegen wird in einem oder mehreren optional vorgesehenen weiteren Verdichtern, beispielsweise Nachverdichtern, nur jeweils ein Anteil dieser bereits zuvor im Hauptluftverdichter verdichteten Luft weiter verdichtet. Entsprechend stellt der "Hauptwärmetauscher" einer Luftzerlegungsanlage den Wärmetauscher dar, in dem zumindest der A "main air compressor" is characterized by the fact that it compresses all of the air that is fed to the air separation plant and separated there. In contrast, in one or more optionally provided further compressors, for example booster compressors, only a portion of these is already previously in the main air compressor compressed air further compressed. Correspondingly, the "main heat exchanger" of an air separation plant represents the heat exchanger in which at least the
überwiegende Anteil der der Luftzerlegungsanlage zugeführten und dort zerlegten Luft abgekühlt wird. Dies erfolgt zumindest zum Teil im Gegenstrom zu Stoffströmen, die aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet werden. Solche "ausgeleiteten" Stoffströme oder "Produkte" sind im hier verwendeten Sprachgebrauch Fluide, die nicht mehr an anlageninternen Kreisläufen teilnehmen, sondern diesen dauerhaft entzogen werden. the majority of the air supplied to the air separation plant and separated there is cooled. This takes place at least partly in countercurrent to the material flows that are discharged from the air separation plant. Such "diverted" material flows or "products" are fluids in the parlance used here, which no longer participate in system-internal circuits, but are permanently withdrawn from them.
Ein "Wärmetauscher" zum Einsatz im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann in fachüblicher Art ausgebildet sein. Er dient zur indirekten Übertragung von Wärme zwischen zumindest zwei z.B. im Gegenstrom zueinander geführten Fluidströmen, beispielsweise einem warmen Druckluftstrom und einem oder mehreren kalten A “heat exchanger” for use in the context of the present invention can be designed in a manner customary in the art. It serves for the indirect transfer of heat between at least two e.g. fluid flows guided in countercurrent to one another, for example a warm compressed air flow and one or more cold ones
Fluidströmen oder einem tiefkalten flüssigen Luftprodukt und einem oder mehreren warmen bzw. wärmeren, ggf. aber auch noch tiefkalten Fluidströmen. Ein Fluid flows or a cryogenic liquid air product and one or more warm or warmer, but possibly also cryogenic fluid flows. A
Wärmetauscher kann aus einem einzelnen oder mehreren parallel und/oder seriell verbundenen Wärmetauscherabschnitten gebildet sein, z.B. aus einem oder mehreren Plattenwärmetauscherblöcken. Es handelt sich beispielsweise um einen Heat exchanger can be formed from a single or several heat exchanger sections connected in parallel and / or in series, e.g. from one or more plate heat exchanger blocks. For example, it is one
Plattenwärmetauscher (engl. Plate Fin Heat Exchanger). Ein derartiger Wärmetauscher weist "Passagen" auf, die als voneinander getrennte Fluidkanäle mit Plate Fin Heat Exchanger. Such a heat exchanger has "passages" which are separated from each other as fluid channels
Wärmeaustauschflächen ausgebildet und parallel und durch andere Passagen getrennt zu "Passagengruppen" zusammengeschlossen sind. Kennzeichen eines Heat exchange surfaces are formed and connected in parallel and separated by other passages to form "passage groups". Characteristic of a
Wärmetauschers ist, dass in ihm zu einem Zeitpunkt Wärme zwischen zwei mobilen Medien ausgetauscht wird, nämlich wenigstens einem abzukühlenden und wenigstens einem zu erwärmenden Fluidstrom. The heat exchanger is that in it heat is exchanged between two mobile media at a time, namely at least one fluid flow to be cooled and at least one fluid flow to be heated.
Als "Kondensatorverdampfer" wird ein Wärmetauscher bezeichnet, in dem ein erster, kondensierender Fluidstrom in indirekten Wärmeaustausch mit einem zweiten, verdampfenden Fluidstrom tritt. Jeder Kondensatorverdampfer weist einen A “condenser evaporator” is a heat exchanger in which a first, condensing fluid flow enters into indirect heat exchange with a second, evaporating fluid flow. Each condenser evaporator has one
Verflüssigungsraum und einen Verdampfungsraum auf. Verflüssigungs- und Liquefaction space and an evaporation space. Liquefaction and
Verdampfungsraum weisen Verflüssigungs- bzw. Verdampfungspassagen auf. In dem Verflüssigungsraum wird die Kondensation (Verflüssigung) des ersten Fluidstroms durchgeführt, in dem Verdampfungsraum die Verdampfung des zweiten Fluidstroms. Der Verdampfungs- und der Verflüssigungsraum werden durch Gruppen von Passagen gebildet, die untereinander in Wärmeaustauschbeziehung stehen. In einem "Forced-Flow"-Kondensatorverdampfer wird ein Flüssigkeits- oder Evaporation chambers have liquefaction or evaporation passages. The condensation (liquefaction) of the first fluid flow is carried out in the liquefaction space, and the evaporation of the second fluid flow in the vaporization space. The evaporation and the liquefaction space are formed by groups of passages which are in a heat exchange relationship with one another. In a "forced flow" condenser evaporator is a liquid or
Zweiphasenstrom mittels seines eigenen Drucks durch den Verdampfungsraum gedrückt und dort partiell oder vollständig verdampft. Dieser Druck kann Two-phase flow pressed through the evaporation chamber by means of its own pressure and partially or completely evaporated there. This pressure can
beispielsweise durch eine Flüssigkeitssäule in der Zuleitung zum Verdampfungsraum erzeugt werden. Die Höhe dieser Flüssigsäule entspricht dabei dem Druckverlust im Verdampfungsraum. Das aus dem Verdampfungsraum austretende Gas- Flüssigkeitsgemisch wird in einem "Once Through' -Kondensatorverdampfer dieser Art nach Phasen getrennt direkt zum nächsten Verfahrensschritt bzw. zu einer stromabwärtigen Vorrichtung weitergeleitet und insbesondere nicht in ein be generated for example by a column of liquid in the supply line to the evaporation chamber. The height of this liquid column corresponds to the pressure loss in the evaporation space. The gas-liquid mixture emerging from the evaporation chamber is passed on in a "once through" condenser evaporator of this type, separated according to phases, directly to the next process step or to a downstream device and in particular not into a
Flüssigkeitsbad des Kondensatorverdampfers eingeleitet, von dem der flüssig verbliebene Anteil erneut angesaugt würde. Introduced liquid bath of the condenser evaporator, of which the remaining liquid portion would be sucked in again.
Die relativen räumlichen Begriffe "oben", "unten", "über", "unter", "oberhalb", The relative spatial terms "above", "below", "above", "below", "above",
"unterhalb", "neben", "nebeneinander", "vertikal", "horizontal" etc. beziehen sich hier auf die räumliche Ausrichtung der Rektifikationskolonnen einer Luftzerlegungsanlage oder anderer Komponenten im Normalbetrieb. Unter einer Anordnung zweier "Below", "next to", "next to each other", "vertical", "horizontal" etc. refer here to the spatial orientation of the rectification columns of an air separation plant or other components in normal operation. Under an arrangement of two
Komponenten "übereinander" wird hier verstanden, dass das sich obere Ende der unteren der beiden Komponenten auf niedrigerer oder gleicher geodätischer Höhe befindet wie das untere Ende der oberen der beiden Komponenten und sich die Projektionen der beiden Apparateteile in einer horizontalen Ebene überschneiden. Insbesondere sind die beiden Komponenten genau übereinander angeordnet, das heißt die Achsen der beiden Komponenten verlaufen auf derselben vertikalen Components "one above the other" is understood here to mean that the upper end of the lower of the two components is at a lower or the same geodetic height as the lower end of the upper of the two components and that the projections of the two apparatus parts intersect in a horizontal plane. In particular, the two components are arranged exactly one above the other, that is, the axes of the two components run vertically on the same
Geraden. Die Achsen der beiden Komponenten müssen jedoch nicht genau senkrecht übereinander liegen, sondern können auch gegeneinander versetzt sein, insbesondere wenn einer der beiden Komponenten, beispielsweise eine Rektifikationskolonne oder ein Kolonnenteil mit geringerem Durchmesser, denselben Abstand zum Blechmantel einer Coldbox aufweisen soll wie ein anderer mit größerem Durchmesser. Straight lines. However, the axes of the two components do not have to be exactly perpendicular, but can also be offset from one another, especially if one of the two components, for example a rectification column or a column part with a smaller diameter, is to have the same distance from the sheet metal jacket of a coldbox as another with a larger one Diameter.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Die vorliegende Erfindung schlägt vor diesem Hintergrund ein Verfahren zur Against this background, the present invention proposes a method for
Tieftemperaturzerlegung von Luft vor, bei dem eine Luftzerlegungsanlage mit einem Kolonnensystem verwendet wird, das eine erste Kolonne, eine zweite Kolonne, eine dritte Kolonne und eine vierte Kolonne aufweist. Die erste bis dritte Kolonne gehen in der erfindungsgemäßen Luftzerlegungsanlage aus der Erweiterung eines klassischen, aus dem Stand der Technik bekannten Cryogenic separation of air, in which an air separation plant is used with a column system comprising a first column, a second column, a third column and a fourth column. The first to third columns in the air separation plant according to the invention are based on the extension of a classic one known from the prior art
Doppelkolonnensystems hervor, wie nachfolgend im Detail erläutert. Double column system emerges, as explained in detail below.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen noch näher erläutert, die dritte Kolonne insbesondere baulich separat zur ersten und zweiten Kolonne bereitgestellt sein, wobei die erste und die zweite Kolonne insbesondere Teil einer Doppelkolonne sein können und mittels eines entsprechenden Kondensatorverdampfers, dem sogenannten Hauptkondensator, der hier als "erster" Kondensatorverdampfer bezeichnet wird, in wärmetauschender Verbindung miteinander stehen können. Es können jedoch auch abweichende In the context of the present invention, as also explained in more detail with reference to the accompanying drawings, the third column can be provided in particular structurally separate from the first and second column, wherein the first and second column can in particular be part of a double column and by means of a corresponding one Condenser evaporator, the so-called main condenser, which is referred to here as the "first" condenser evaporator, can be in heat-exchanging connection with one another. However, different ones can also be used
Anordnungen hiervon getroffen werden; die vorliegende Erfindung ist durch die soeben vorgenommenen Erläuterungen nicht beschränkt. Orders are made hereof; the present invention is not limited by the explanations just given.
Insbesondere können die erste und die zweite Kolonne, die als Teil einer In particular, the first and the second column, which are part of a
Doppelkolonne ausgebildet sind, in einem entsprechenden Mehrfachkolonnensystem auch um eine zusätzliche Kolonne ergänzt werden, oder die zweite und die dritte Kolonne können als separate Kolonnen bereitgestellt werden. Der erwähnte Double columns are formed, can also be supplemented by an additional column in a corresponding multiple column system, or the second and third columns can be provided as separate columns. The one mentioned
Hauptkondensator kann als innenliegender oder als außenliegender Hauptkondensator bereitgestellt werden, wie grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Bei Einsatz eines innenliegenden Hauptkondensators ist dieser zumindest teilweise in einer Sumpfflüssigkeit im Sumpf der zweiten Kolonne untergetaucht, wie in einer unten beschriebenen Ausgestaltung der Erfindung der Fall, und ein zu kondensierendes Kopfgas aus der zweiten Kolonne wird durch einen Kondensationsraum des The main capacitor can be provided as an internal or external main capacitor, as is basically known from the prior art. If an internal main condenser is used, this is at least partially submerged in a bottom liquid in the bottom of the second column, as is the case in an embodiment of the invention described below, and an overhead gas to be condensed from the second column is passed through a condensation chamber of the
Hauptkondensators geführt. Main capacitor led.
Wie ebenfalls insoweit aus dem Bereich der Luftzerlegung bekannt und üblich, werden in der ersten Kolonne eine Sumpfflüssigkeit und ein Kopfgas gebildet, ebenso in der zweiten Kolonne, in der dritten Kolonne und in der vierten Kolonne. Anders als die erste bis dritte Kolonne dient die vierte Kolonne im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere zur Argongewinnung bzw. Argonausschleusung aus einem Gasgemisch, das aus der dritten Kolonne entnommen wird. Die vierte Kolonne kann insbesondere eine Rohargonkolonne einer bekannten Anordnung mit Roh- und Reinargonkolonne sein, es kann sich jedoch auch um eine modifizierte Argonkolonne handeln, der ohne Verwendung einer zusätzlichen Reinargonkolonne Argon in reinem Zustand mehrere theoretische Böden unterhalb des Kopfs entnommen wird. Auch andere Varianten sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich. As is also known and customary in the field of air separation, a bottom liquid and an overhead gas are formed in the first column, as well as in the second column, in the third column and in the fourth column. In contrast to the first to third columns, the fourth column in the context of the present invention serves in particular to extract argon or discharge argon from a gas mixture which is withdrawn from the third column. The fourth column can in particular be a crude argon column of a known arrangement with crude and pure argon column, but it can also be a modified argon column that can contain several argon in the pure state without the use of an additional pure argon column theoretical trays below the head is taken. Other variants are also possible within the scope of the present invention.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die erste Kolonne in einem ersten Druckbereich betrieben, die zweite Kolonne wird in einem zweiten Druckbereich unterhalb des ersten Druckbereichs betrieben und die dritte Kolonne wird in einem dritten Druckbereich unterhalb des zweiten (und damit auch des ersten) Druckbereichs betrieben. Die vierte Kolonne wird ebenfalls in dem dritten Druckbereich betrieben, wobei der Betriebsdruck in der vierten Kolonne insbesondere geringfügig unter dem Betriebsdruck der dritten Kolonne liegen kann, was sich insbesondere aus In the context of the present invention, the first column is operated in a first pressure range, the second column is operated in a second pressure range below the first pressure range and the third column is operated in a third pressure range below the second (and thus also the first) pressure range. The fourth column is also operated in the third pressure range, the operating pressure in the fourth column in particular being able to be slightly below the operating pressure of the third column, which is particularly evident
Druckverlusten über Leitungen ergeben kann, die die dritte und vierte Kolonne verbinden. Pressure losses can result in lines connecting the third and fourth columns.
Der erste Druckbereich kann insbesondere bei 9 bis 12 bar, beispielsweise bei ca. 10,5 bar, liegen. Der zweite Druckbereich liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise bei 4 bis 6 bar, insbesondere bei ca. 5,5 bar und der dritte The first pressure range can in particular be 9 to 12 bar, for example approx. 10.5 bar. In the context of the present invention, the second pressure range is advantageously 4 to 6 bar, in particular approximately 5.5 bar, and the third
Druckbereich liegt vorteilhafterweise bei 1 bis 2 bar, insbesondere bei ca. 1 ,4 bar. Wie erwähnt, bezeichnen die Druckangaben hier jeweils Absolutdrücke am Kopf entsprechender Kolonnen. Die zweite und dritte Kolonne werden damit im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie bereits zuvor erwähnt, in Druckbereichen betrieben, in denen auch die herkömmlicherweise in Luftzerlegungsanlagen eingesetzten Hoch- und Niederdruckkolonnen betrieben werden. Die erste Kolonne wird hingegen in einem höheren Druckbereich betrieben. Die vorteilhafterweise zu einer Doppelkolonne zusammengefasste erste und zweite Kolonne sind daher in einer Ausgestaltung der Erfindung zwar ggf. baulich vergleichbar wie in einer Doppelkolonne einer The pressure range is advantageously 1 to 2 bar, in particular approx. 1.4 bar. As mentioned, the pressure specifications here denote absolute pressures at the head of corresponding columns. The second and third columns are thus operated in the context of the present invention, as already mentioned above, in pressure ranges in which the high and low pressure columns conventionally used in air separation plants are also operated. The first column, however, is operated in a higher pressure range. The first and second columns, which are advantageously combined to form a double column, are therefore, in one embodiment of the invention, structurally comparable, if necessary, as in a double column
herkömmlichen Luftzerlegungsanlage angeordnet, werden jedoch auf entsprechenden höheren Druckniveaus betrieben. Die erste Kolonne wird, mit anderen Worten, auf einem höheren (ersten) Druckniveau als eine herkömmliche Hochdruckkolonne und die zweite Kolonne auf einem höheren (zweiten) Druckniveau als eine herkömmliche Niederdruckkolonne betrieben. Conventional air separation plant arranged, but are operated at corresponding higher pressure levels. In other words, the first column is operated at a higher (first) pressure level than a conventional high pressure column and the second column is operated at a higher (second) pressure level than a conventional low pressure column.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die Sumpfflüssigkeit der zweiten Kolonne mit einem höheren Sauerstoffgehalt und einem höheren Argongehalt als die In the context of the present invention, the bottom liquid of the second column with a higher oxygen content and a higher argon content than the
Sumpfflüssigkeit der ersten Kolonne gebildet und die Sumpfflüssigkeit der dritten Kolonne wird mit einem höheren Sauerstoffgehalt und einem geringeren Argongehalt als die Sumpfflüssigkeit der zweiten Kolonne gebildet. Der höhere Argongehalt der Sumpfflüssigkeit der zweiten Kolonne gegenüber jenem der Sumpfflüssigkeit der ersten Kolonne ergibt sich dabei durch die unterschiedlichen Betriebsbedingungen, insbesondere die unterschiedlichen Drücke, die zum Betrieb der ersten und zweiten Kolonne verwendet werden, sowie durch unterschiedliche Zusammensetzungen von Stoffströmen, die in die erste und zweite Kolonne eingespeist werden. Hingegen ergibt sich der geringere Argongehalt in der Sumpfflüssigkeit der dritten Kolonne The bottom liquid of the first column is formed and the bottom liquid of the third column has a higher oxygen content and a lower argon content formed as the bottom liquid of the second column. The higher argon content of the bottom liquid of the second column compared to that of the bottom liquid of the first column results from the different operating conditions, in particular the different pressures that are used to operate the first and second columns, as well as from different compositions of material flows that enter the first and second column are fed. In contrast, the lower argon content results in the bottom liquid of the third column
insbesondere daraus, dass aus dieser dritten Kolonne ein an Argon angereichertes Gas als Seitenstrom entnommen wird, wie nachfolgend noch erläutert. Der in particular from the fact that an argon-enriched gas is withdrawn as a side stream from this third column, as will be explained below. Of the
Sauerstoffgehalt der Sumpfflüssigkeit der ersten Kolonne wird nachfolgend auch als "erster" Sauerstoffgehalt, der Sauerstoffgehalt der Sumpfflüssigkeit der zweiten Kolonne auch als "zweiter" Sauerstoffgehalt und der Sauerstoffgehalt der The oxygen content of the bottom liquid of the first column is hereinafter also referred to as the "first" oxygen content, the oxygen content of the bottom liquid of the second column is also referred to as the "second" oxygen content and the oxygen content of the
Sumpfflüssigkeit der dritten Kolonne auch als "dritter" Sauerstoffgehalt bezeichnet. Bottom liquid of the third column also referred to as the "third" oxygen content.
Insbesondere kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung der erste Sauerstoffgehalt bei 28 bis 40%, insbesondere bei ca. 34%, der zweite Sauerstoffgehalt bei ca. 45 bis 90%, insbesondere bei ca. 80%, und der dritte Sauerstoffgehalt bei ca. 99,0 bis 99,99%, insbesondere bei ca. 99,5%, liegen. Die jeweiligen Prozentangaben beziehen sich dabei auf den molaren Gehalt von Sauerstoff in einem entsprechenden In particular, within the scope of the present invention, the first oxygen content can be at 28 to 40%, in particular at approx. 34%, the second oxygen content at approx. 45 to 90%, in particular at approx. 80%, and the third oxygen content at approx. 0 to 99.99%, in particular around 99.5%. The respective percentages relate to the molar content of oxygen in a corresponding one
Komponentengemisch. Die dritte Kolonne wird daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Reinsauerstoffkolonne genutzt und aus dieser kann ein entsprechendes reines Sauerstoffprodukt abgezogen werden. Dagegen werden die erste und die zweite Sumpfflüssigkeit typischerweise nicht als Produkt verwendet, sondern in der Anlage weiter aufbereitet. Component mixture. The third column is therefore used in the context of the present invention as a pure oxygen column and a corresponding pure oxygen product can be withdrawn from it. In contrast, the first and the second sump liquid are typically not used as a product, but are further processed in the plant.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird allgemein Fluid aus der ersten Kolonne in die zweite Kolonne und optional auch in die dritte Kolonne eingespeist, Fluid aus der zweiten Kolonne wird in die dritte Kolonne eingespeist, Fluid aus der dritten Kolonne wird in die vierte Kolonne eingespeist, und Fluid aus der vierten Kolonne wird in die dritte Kolonne eingespeist. Ist hier davon die Rede, dass "Fluid" aus einer Kolonne in eine andere eingespeist wird, sei hierunter insbesondere eine direkt oder indirekte Überführung eines entsprechenden Fluidstroms verstanden. Insbesondere kann die Überführung entsprechenden Fluids auch zunächst die Einspeisung in einem In the context of the present invention, fluid from the first column is generally fed into the second column and optionally also into the third column, fluid from the second column is fed into the third column, fluid from the third column is fed into the fourth column, and Fluid from the fourth column is fed into the third column. If it is said here that “fluid” is fed from one column into another, this is to be understood in particular as a direct or indirect transfer of a corresponding fluid flow. In particular, the transfer of the corresponding fluids can initially also be carried out in one feed
Kondensatorverdampfer bzw. dessen Verdampfungsraum umfassen, aus welchem dann flüssige und/oder gasförmige Anteile in die andere Kolonne überführt werden. Auch diese Fluidführung fällt damit unter die Überführung eines Fluids von einer in die andere Kolonne. Entsprechendes gilt auch, wenn ein entsprechendes Fluid nur teilweise überführt wird, beispielsweise wenn es an bestimmten Komponenten an- oder abgereichert und/oder in Teilströme aufgeteilt wird. Es versteht sich, dass neben den spezifisch genannten Fluiden auch weitere Fluide zwischen den einzelnen Kolonnen überführt werden können, ohne dass diese explizit angegeben sind. Include condenser evaporator or its evaporation chamber, from which liquid and / or gaseous components are then transferred into the other column. This fluid flow also falls under the transfer of a fluid from one column to the other. The same also applies when a corresponding fluid is only partially transferred, for example when it is enriched or depleted in certain components and / or divided into partial flows. It goes without saying that, in addition to the fluids specifically mentioned, other fluids can also be transferred between the individual columns without these being explicitly stated.
Die überführten Fluide können Kopfgase, Sumpfflüssigkeiten und/oder Seitenströme entsprechender Kolonnen umfassen. Unter einem "Seitenstrom" wird dabei ein The transferred fluids can include overhead gases, bottom liquids and / or side streams of corresponding columns. Under a "side stream" is a
Stoffstrom verstanden, der einer entsprechenden Kolonne zwischen unterschiedlichen Trennböden bzw. Trennabschnitten entnommen wird, wohingegen das Kopfgas ein Gasgemisch bezeichnet, das der Kolonne oberhalb des obersten Trennbodens bzw. Trennbereichs entnommen wird und eine Sumpfflüssigkeit die Flüssigkeit bezeichnet, die aus einer entsprechenden Kolonne unterhalb des untersten Trennbodens bzw. Trennbereichs entnommen wird. Eine Sumpfflüssigkeit wird insbesondere in Form eines flüssigen Stoffstroms, ein Kopfgas insbesondere in Form eines gasförmigen Stoffstroms aus der jeweiligen Kolonne ausgeleitet. Es können jedoch auch Understood stream that is taken from a corresponding column between different dividing trays or separating sections, whereas the top gas denotes a gas mixture that is taken from the column above the uppermost dividing tray or dividing area and a bottom liquid denotes the liquid that comes from a corresponding column below the lowest Separation bottom or separation area is removed. A bottom liquid is discharged from the respective column in particular in the form of a liquid substance flow, and a top gas in particular in the form of a gaseous substance flow. However, it can also
beispielsweise direkt oberhalb des Sumpfs, jedoch noch unterhalb des untersten Trennabschnitts bzw. des untersten Trennbodens, flüssige oder gasförmige for example, directly above the sump, but still below the lowest separating section or the lowest separating tray, liquid or gaseous
Stoffströme entnommen werden. Ein Seitenstrom kann in flüssigem oder gasförmigem Zustand vorliegen. Ein flüssiger Seitenstrom kann beispielsweise aus einer Material flows are taken. A side stream can be in a liquid or gaseous state. A liquid side stream can, for example, from a
Flüssigkeitsrückhalteeinrichtung oder von einem Stauboden entnommen werden. Liquid retention device or taken from a storage floor.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst das aus der dritten Kolonne in die vierte Kolonne eingespeiste Fluid zumindest einen Teil eines Seitenstroms, der mit einem geringeren Sauerstoffgehalt und einem höheren Argongehalt als die In the context of the present invention, the fluid fed from the third column into the fourth column comprises at least part of a side stream which has a lower oxygen content and a higher argon content than that
Sumpfflüssigkeit aus der dritten Kolonne entnommen wird. Der Seitenstrom wird dabei insbesondere im Bereich des bereits zuvor erläuterten Argonübergangs aus der dritten Kolonne entnommen, er kann jedoch auch unterhalb des Argonübergangs entnommen werden. Ein entsprechender Seitenstrom stellt dabei insbesondere ein Gasgemisch dar, das einen höheren Argongehalt aufweist als die Sumpfflüssigkeit und einen geringeren Argongehalt als das Kopfgas der dritten Kolonne und ähnelt daher insoweit einem Seitenstrom, der in einem herkömmlichen Verfahren aus der Bottom liquid is withdrawn from the third column. The side stream is withdrawn from the third column in particular in the area of the argon transition already explained above, but it can also be withdrawn below the argon transition. A corresponding side stream is in particular a gas mixture which has a higher argon content than the bottom liquid and a lower argon content than the top gas of the third column and is therefore similar to a side stream that is obtained in a conventional process from FIG
Niederdruckkolonne in die Rohargonkolonne überführt wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass Kopfgas der ersten Kolonne (d.h. das gesamte Kopfgas oder nur ein Teil hiervon) einer Kondensation gegen Sumpfflüssigkeit der zweiten Kolonne unterworfen wird und flüssig auf die erste Kolonne zurückgeführt wird. Dies kann auch umfassen, dass eine Teilkondensation des Kopfgases vorgenommen wird und nur die dabei gebildete Flüssigphase oder ein Teil hiervon auf die erste Kolonne zurückgeführt wird. Sumpfflüssigkeit der dritten Kolonne wird, wie bereits erläutert, als sauerstoffreiches Produkt mit den oben bereits näher erläuterten Sauerstoffgehalten aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet. Low pressure column is transferred into the crude argon column. In the context of the present invention it is provided that the top gas of the first column (ie the entire top gas or only a part thereof) is subjected to a condensation against bottom liquid of the second column and is returned in liquid form to the first column. This can also include that a partial condensation of the top gas is carried out and only the liquid phase formed or a part thereof is returned to the first column. As already explained, bottom liquid from the third column is discharged from the air separation plant as an oxygen-rich product with the oxygen contents already explained in more detail above.
Die Erfindung zeichnet aus, dass Kopfgas der zweiten Kolonne (auch hier das gesamte Kopfgas oder ein Teil hiervon) einer Kondensation gegen weitere Sumpfflüssigkeit der zweiten Kolonne unterworfen wird und flüssig auf die zweite Kolonne zurückgeführt wird. Die jeweils bei der Kondensation verwendeten Anteile der Sumpfflüssigkeit der zweiten Kolonne werden dabei insbesondere in der nachfolgend erläuterten Weise in entsprechenden Kondensatorverdampfern eingesetzt. The invention is characterized in that the top gas of the second column (here too, the entire top gas or part thereof) is subjected to a condensation against further bottom liquid of the second column and is returned in liquid form to the second column. The respective proportions of the bottom liquid of the second column used in the condensation are used in particular in the manner explained below in corresponding condenser evaporators.
Die vorliegende Erfindung erlaubt insgesamt eine Gewinnung von über 70% des in der Prozessluft enthalten Argons als Produkt unter den eingangs genannten The present invention allows a total recovery of over 70% of the argon contained in the process air as a product among those mentioned at the beginning
Voraussetzungen. Insbesondere kann mit einem Verfahren, wie es erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, eine effiziente Bereitstellung von Druckstickstoff bei gleichzeitiger Argonproduktion erfolgen, ohne dass die eingangs erwähnten Nachteile vorliegen. Requirements. In particular, a method as proposed according to the invention can be used to efficiently provide pressurized nitrogen with simultaneous argon production without the disadvantages mentioned at the beginning.
Der Druckstickstoff kann dabei insbesondere nicht kondensiertes weiteres Kopfgas der ersten Kolonne umfassen, das bereits auf einem geeigneten Druck (in dem ersten Druckbereich) vorliegt und auf diesem aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet werden kann. Ferner kann entsprechender Druckstickstoff zusätzlich auch nicht kondensiertes weiteres Kopfgas der zweiten Kolonne umfassen, das zwar nur auf einem Druck in dem zweiten Druckbereich vorliegt, aber insbesondere warmseitig des Hauptwärmetauschers der Luftzerlegungsanlage auf einen Druck in dem ersten Druckbereich verdichtet und anschließend zu dem erwärmten Kopfgas aus der ersten Kolonne zugespeist werden kann. Für eine entsprechende Verdichtung kann insbesondere ein gemeinsamer Verdichter verwendet werden, der auch einen in der Luftzerlegungsanlage gebildeten Kreislaufstrom verdichtet, wie nachfolgend erläutert. Für den Zweck der Bereitstellung eines Stickstoffprodukts kann auch insbesondere Kopfgas der dritten Kolonne verwendet werden. Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung weiteres Kopfgas der zweiten Kolonne oder anderes Gas aus der ersten Kolonne oder der zweiten Kolonne (zu weiteren Details siehe unten) einer Kondensation gegen weitere Sumpfflüssigkeit der dritten Kolonne unterworfen und auf die zweite Kolonne zurückgeführt. The pressurized nitrogen can in particular comprise non-condensed further top gas of the first column which is already at a suitable pressure (in the first pressure range) and can be discharged from the air separation plant at this pressure. Furthermore, the corresponding pressurized nitrogen can additionally also include non-condensed further top gas of the second column, which is only present at a pressure in the second pressure range, but in particular compressed on the warm side of the main heat exchanger of the air separation plant to a pressure in the first pressure range and then to the heated top gas from the first column can be fed. For a corresponding compression, a common compressor can in particular be used, which also compresses a circulating flow formed in the air separation plant, as explained below. For the purpose of providing a nitrogen product, it is also possible, in particular, to use top gas from the third column. Furthermore, within the scope of the present invention, further top gas from the second column or other gas from the first column or the second column (for further details see below) is subjected to condensation against further bottom liquid from the third column and returned to the second column.
In sämtlichen Fällen kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung als das andere Gas aus der ersten Kolonne oder aus der zweiten Kolonne, das gegen die weitere In all cases, in the context of the present invention, as the other gas from the first column or from the second column that against the other
Sumpfflüssigkeit der dritten Kolonne kondensiert wird, ein aus der ersten Kolonne bzw. aus der zweiten Kolonne entnommener Seitenstrom verwendet werden. Bottom liquid of the third column is condensed, a side stream withdrawn from the first column or from the second column can be used.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann ein entsprechender Seitenstrom, der aus der ersten Kolonne entnommen und gegen die weitere Sumpfflüssigkeit der dritten Kolonne kondensiert wird, zuvor einer According to a particularly advantageous embodiment of the present invention, a corresponding side stream, which is withdrawn from the first column and condensed against the further bottom liquid of the third column, can be one beforehand
Turbinenentspannung von einem Druck in dem ersten Druckbereich auf einen Druck in dem zweiten Druckbereich unterworfen. Durch die Verwendung einer derartigen Turbinenentspannung kann insbesondere Kälte produziert werden. Eine derartige Turbinenentspannung kann insbesondere in einer sogenannten Druckstickstoffturbine bzw. PGAN-Turbine durchgeführt werden. Wird stattdessen aus der zweiten Kolonne ein Seitenstrom entnommen und gegen die weitere Sumpfflüssigkeit der dritten Kolonne kondensiert, kann auch dieser Seitenstrom zuvor einer entsprechenden Turbinenentspannung unterworfen werden. In beiden Fällen kann die Turbine relaxation is subjected from a pressure in the first pressure range to a pressure in the second pressure range. The use of such a turbine expansion can in particular produce cold. Turbine expansion of this type can in particular be carried out in a so-called pressurized nitrogen turbine or PGAN turbine. If instead a side stream is withdrawn from the second column and condensed against the further bottom liquid of the third column, this side stream can also be subjected beforehand to a corresponding turbine expansion. In both cases, the
Turbinenentspannung insbesondere nach einer Teilerwärmung in einem Turbine relaxation, especially after partial heating, all in one
Hauptwärmetauscher der Luftzerlegungsanlage erfolgen. Main heat exchanger of the air separation plant.
Die vorliegende Erfindung zeichnet sich insbesondere durch die spezifische Anordnung von Kondensatorverdampfern in bzw. gegenüber der ersten der zweiten und der dritten Kolonne aus. In dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren wird The present invention is distinguished in particular by the specific arrangement of condenser evaporators in or opposite the first of the second and third columns. In the method proposed according to the invention
vorteilhafterweise für die Kondensation des Kopfgases der ersten Kolonne gegen die Sumpfflüssigkeit der zweiten Kolonne ein erster Kondensatorverdampfer verwendet, der oberhalb der ersten Kolonne und/oder in einem Sumpfbereich der zweiten Kolonne angeordnet ist. Hierbei kann es sich insbesondere um den erwähnten advantageously, a first condenser-evaporator is used for the condensation of the top gas of the first column against the bottom liquid of the second column, which is arranged above the first column and / or in a bottom region of the second column. This can in particular be the one mentioned
Hauptkondensator bzw. einen vergleichbaren Apparat handeln. Für die Kondensation des Kopfgases der zweiten Kolonne gegen die weitere Sumpfflüssigkeit der zweiten Kolonne wird dagegen vorteilhafterweise ein zweiter Kondensatorverdampfer verwendet, der oberhalb der zweiten Kolonne angeordnet ist, und für die Kondensation des weiteren Kopfgases aus der zweiten Kolonne oder des anderen Gases aus der ersten Kolonne oder der zweiten Kolonne gegen die weitere Sumpfflüssigkeit der dritten Kolonne wird vorteilhafterweise ein dritter Kondensatorverdampfer verwendet, der in einem Sumpfbereich der dritten Kolonne angeordnet ist. Act as the main capacitor or a comparable apparatus. In contrast, a second condenser-evaporator is advantageously used for the condensation of the top gas of the second column against the further bottom liquid of the second column used, which is arranged above the second column, and for the condensation of the further top gas from the second column or the other gas from the first column or the second column against the further bottom liquid of the third column, a third condenser evaporator is advantageously used, which is in a The bottom area of the third column is arranged.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird bei der Kondensation des Kopfgases der zweiten Kolonne gegen die weitere Sumpfflüssigkeit der zweiten Kolonne die weitere Sumpfflüssigkeit der zweiten Kolonne teilweise oder vollständig verdampft. Die verdampfte Sumpfflüssigkeit wird dabei insbesondere nach ihrer Verdampfung erwärmt, insbesondere im Hauptwärmetauscher der Luftzerlegungsanlage, und aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet. Die verdampfte Sumpfflüssigkeit kann, da bereits aufgereinigt, insbesondere als Regeneriergas in einer bekannten In the context of the present invention, when the top gas of the second column is condensed against the further bottom liquid of the second column, the further bottom liquid of the second column is partially or completely evaporated. The evaporated sump liquid is heated in particular after its evaporation, in particular in the main heat exchanger of the air separation plant, and discharged from the air separation plant. The evaporated sump liquid can, since it has already been purified, in particular as a regeneration gas in a known
Adsorbereinheit verwendet werden. Da die verdampfte Sumpfflüssigkeit auf einem Druck in einem vergleichsweise hohen Druckbereich, beispielsweise einem Adsorber unit are used. Since the evaporated sump liquid at a pressure in a comparatively high pressure range, for example a
Druckbereich von 1 ,5 bis 3,0 bar, vorliegt, kann sie in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung insbesondere einer Turbinenentspannung zur Kältegewinnung unterworfen werden. Diese Turbinenentspannung in einer sogenannten Restgasturbine kann insbesondere und nach einer Teilerwärmung im Hauptwärmetauscher erfolgen. Das entsprechend entspannte Gas kann anschließend im Hauptwärmetauscher weiter erwärmt werden. Pressure range from 1.5 to 3.0 bar, is present, it can be subjected in a particularly preferred embodiment of the present invention in particular to turbine expansion to obtain cold. This turbine expansion in a so-called residual gas turbine can take place in particular and after partial heating in the main heat exchanger. The correspondingly expanded gas can then be further heated in the main heat exchanger.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann ein Kolonnensystem mit einer fünfte Kolonne verwendet werden, die in einem Zwischendruckbereich zwischen dem ersten Druckbereich und dem dritten Druckbereich betrieben wird, wobei die erste Kolonne und die fünfte Kolonne mit Druckluft gespeist werden und in der fünften Kolonne eine fünfte Sumpfflüssigkeit gebildet wird. Der Zwischendruckbereich liegt insbesondere bei 4 bis 6 bar. In one embodiment of the present invention, a column system with a fifth column can be used, which is operated in an intermediate pressure range between the first pressure range and the third pressure range, the first column and the fifth column being fed with compressed air and a fifth column in the fifth column Sump liquid is formed. The intermediate pressure range is in particular 4 to 6 bar.
In der soeben erläuterten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die dritte Kolonne insbesondere als oberer Teil einer Doppelkolonne bereitgestellt sein, wobei in diesem Fall die fünfte Kolonne als unterer Teil der Doppelkolonne bereitgestellt sein kann. Ferner kann in dieser Ausgestaltung die zur Speisung der fünften Kolonne verwendete Druckluft zunächst auf einen Druck in dem ersten Druckbereich verdichtet werden, wobei ein erster Anteil dieser Druckluft auf diesem Druck in die erste Kolonne eingespeist und ein zweiter Anteil dieser Druckluft auf einen Druck in dem In the embodiment of the present invention just explained, the third column can in particular be provided as the upper part of a double column, in which case the fifth column can be provided as the lower part of the double column. Furthermore, in this embodiment, the compressed air used to feed the fifth column can initially be compressed to a pressure in the first pressure range, a first portion of this compressed air at this pressure in the first column fed and a second proportion of this compressed air to a pressure in the
Zwischendruckbereich turbinenentspannt und in die fünfte Kolonne eingespeist wird. Intermediate pressure area is expanded turbine and fed into the fifth column.
Ist eine entsprechende fünfte Kolonne vorhanden, kann Sumpfflüssigkeit aus der fünften Kolonne in die dritte Kolonne eingespeist werden, wobei zumindest ein Teil der Sumpfflüssigkeit der fünften Kolonne, die in die dritte Kolonne eingespeist wird, vor ihrer Einspeisung in die dritte Kolonne zumindest gegen Kopfgas der vierten Kolonne einer Teilverdampfung unterworfen wird. Kopfgas der vierten Kolonne und, wie sogleich erläutert, falls vorhanden, auch Kopfgas einer Reinargonkolonne, kann in dieser Ausgestaltung also gegen Sumpfflüssigkeit der fünften Kolonne kondensiert und auf die vierte Kolonne und ggf. die Reinargonkolonne zurückgeführt werden. If there is a corresponding fifth column, bottom liquid from the fifth column can be fed into the third column, at least part of the bottom liquid from the fifth column, which is fed into the third column, at least against overhead gas from the fourth before being fed into the third column Column is subjected to partial evaporation. Top gas of the fourth column and, as explained immediately, also top gas of a pure argon column, if present, can in this embodiment be condensed against the bottom liquid of the fifth column and returned to the fourth column and possibly the pure argon column.
Insbesondere wenn keine fünfte Kolonne vorhanden ist, aber nicht nur in solchen Fällen, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere Sumpfflüssigkeit aus der ersten Kolonne oder andere Flüssigkeit aus der ersten Kolonne zumindest gegen Kopfgas der vierten Kolonne (und, falls vorhanden, auch gegen Kopfgas einer Reinargonkolonne) einer Teilverdampfung unterworfen werden, wobei in diesem Fall ein bei der Teilverdampfung gebildetes Gas in die zweite Kolonne eingespeist wird. In particular if there is no fifth column, but not only in such cases, in the context of the present invention, in particular, bottom liquid from the first column or other liquid from the first column can be used against at least the top gas of the fourth column (and, if present, also against the top gas of a Pure argon column) can be subjected to partial evaporation, in which case a gas formed during partial evaporation is fed into the second column.
Das bei der Teilverdampfung gebildete Gas kann in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung vor seiner Einspeisung in die zweite Kolonne erwärmt, auf einen Druck in dem zweiten Druckbereich verdichtet und wieder abgekühlt werden. Zum Erwärmen und Abkühlen können dabei insbesondere ein Hauptwärmetauscher der In a particularly advantageous embodiment, the gas formed during the partial evaporation can be heated before being fed into the second column, compressed to a pressure in the second pressure range and cooled again. A main heat exchanger in particular can be used for heating and cooling
Luftzerlegungsanlage und ggf. zum Erwärmen vorher auch ein Air separation plant and, if necessary, also for heating beforehand
Unterkühlungsgegenströmer zum Einsatz kommen. Die Verdichtung kann Subcooling countercurrents are used. The compression can
insbesondere warmseitig eines Hauptwärmetauscher und in einer gemeinsamen Maschine, die auch einen stickstoffreichen Produktstrom verdichtet, erfolgen. Bei dem stickstoffreichen Produktstrom kann es sich insbesondere um das zuvor erwähnte, nicht kondensierte und im Hauptwärmetauscher erwärmte weitere Kopfgas aus der zweiten Kolonne handeln, das dann zu ebenfalls erwärmtem, nicht kondensierten weiteren Kopfgas aus der ersten Kolonne zugespeist werden kann. in particular on the warm side of a main heat exchanger and in a common machine which also compresses a nitrogen-rich product stream. The nitrogen-rich product stream can in particular be the previously mentioned, uncondensed and heated further top gas from the second column, which is heated in the main heat exchanger and which can then be fed to likewise heated, uncondensed, further top gas from the first column.
In der soeben erläuterten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird also ein Verdichter für Einsatzgas in die zweite Kolonne verwendet (nachfolgend der In the embodiment of the present invention just explained, a compressor is used for feed gas in the second column (hereinafter the
Einfachheit halber auch als "Einsatzgasverdichter" bezeichnet), wobei das Einsatzgas aus wie zuvor erläutert verdampfter Flüssigkeit gebildet wird, die der ersten Kolonne entnommen wird. Es wird also ein Einsatzgaskreislauf geschaffen, wobei es sich deshalb um einen Kreislauf handelt, weil das Gas aus dem Kolonnensystem stammt und wieder in das Kolonnensystem zurückgeführt wird. For the sake of simplicity, also referred to as a "feed gas compressor"), the feed gas is formed from liquid evaporated as explained above, which is withdrawn from the first column. A feed gas cycle is thus created, which is a cycle because the gas originates from the column system and is fed back into the column system.
Es sei jedoch betont, dass die zweite Kolonne insbesondere auch mit Druckluft gespeist werden kann, d.h. das aus dem Einsatzgaskreislauf stammende Einsatzgas stellt nicht notwendigerweise das gesamte Einsatzgas in die zweite Kolonne dar. It should be emphasized, however, that the second column can in particular also be fed with compressed air, i.e. the feed gas originating from the feed gas circuit does not necessarily represent the entire feed gas in the second column.
Hierbei kann insbesondere eine gemeinsame Einsatzluftmenge zunächst auf einen Druck in dem ersten Druckbereich gebracht werden. Ein erster Teilstrom dieser gemeinsamen Einsatzluftmenge kann dem Hauptwärmetauscher warmseitig zugeführt und kaltseitig entnommen und, noch auf einem Druck in dem ersten Druckbereich, in die erste Kolonne eingespeist werden. In particular, a common feed air quantity can initially be brought to a pressure in the first pressure range. A first partial stream of this common amount of feed air can be fed to the main heat exchanger on the warm side and removed on the cold side and, while still at a pressure in the first pressure range, fed into the first column.
Ein zweiter Teil dieser gemeinsamen Einsatzluftmenge kann hingegen, insbesondere nach voriger weiterer Druckerhöhung, dem Hauptwärmetauscher warmseitig zugeführt, aber auf einem Zwischendruckniveau entnommen werden. Der zweite Teilstrom kann anschließend der erwähnten Turbinenentspannung unterworfen werden, und zwar auf einen Druck in dem zweiten Druckbereich. Er kann anschließend auf diesem Druck in die zweite Kolonne eingespeist werden. Die Turbinenentspannung kann beispielsweise unter Verwendung einer gebremsten Turbine, beispielsweise einer Generatorturbine oder einer Turbine mit einer Ölbremse, aber auch in einer Boosterturbine erfolgen, wobei in einem Booster der Boosterturbine die erwähnte weitere Druckerhöhung des zweiten Teilstroms vorgenommen werden kann. On the other hand, a second part of this common feed air quantity can be fed to the main heat exchanger on the warm side, in particular after a previous further pressure increase, but can be withdrawn at an intermediate pressure level. The second partial flow can then be subjected to the turbine expansion mentioned, specifically to a pressure in the second pressure range. It can then be fed into the second column at this pressure. Turbine relaxation can be done, for example, using a braked turbine, for example a generator turbine or a turbine with an oil brake, but also in a booster turbine, with the mentioned further pressure increase of the second partial flow being able to be carried out in a booster of the booster turbine.
In dem Einsatzgasverdichter des Einsatzgaskreislaufs wird nicht, wie grundsätzlich ebenfalls möglich, ein Stickstoffprodukt aus der zweiten Kolonne, sondern der im Verdampfungsräumen der erwähnten Kopfkondensatoren verdampfende Roh- Sauerstoff (mit beispielsweise ca. 30% Sauerstoff und 1 ,4% Argon) verdichtet. Dieser Strom wird nach Anwärmen im Hauptwärmetauscher verdichtet, abgekühlt und wieder im Prozess verwendet. Die Einspeisung dieses Gasstromes kann insbesondere an einer entsprechenden Stelle in die zweite Kolonne erfolgen. Der besondere Vorteil bei der Verwendung dieser Verfahrensvariante liegt darin, dass die Rektifikation in dieser zweiten Kolonne unterstützt wird. Dies führt zur Steigerung der Produktausbeuten. Insbesondere wird dadurch die Argonausbeute erhöht, da weniger Argon mit Restgas aus der Anlage verloren geht. Die Rektifikation in zweiten Kolonne verläuft wesentlich störungsfreier, da kein Überangebot an aufsteigenden Dampf vorhanden ist. In the feed gas compressor of the feed gas cycle, not a nitrogen product from the second column, as is also possible in principle, but the raw oxygen (with, for example, approx. 30% oxygen and 1.4% argon) evaporating in the evaporation chambers of the top condensers mentioned is compressed. After being heated in the main heat exchanger, this stream is compressed, cooled and reused in the process. This gas stream can in particular be fed into the second column at a corresponding point. The particular advantage of using this process variant is that the rectification is supported in this second column. This leads to an increase in product yields. In particular, this increases the argon yield, since there is less argon with residual gas is lost from the system. The rectification in the second column is much more trouble-free, since there is no excess supply of rising steam.
Das in dem Einsatzgaskreislauf geführte Gas wird in dem Einsatzgasverdichter dabei von einem Druck von beispielsweise ca. 1 ,1 bis 1 ,2 bar (die erste Sumpfflüssigkeit wird in die jeweiligen Kondensationsräume entspannt) auf einen Druck von beispielsweise ca. 5 bis 5,5 bar (bzw. einen Druck in dem zweiten Druckbereich) verdichtet. Die gemeinsame Verdichtung einem Stickstoffproduktstrom aus der zweiten Kolonne erscheint dabei besonders günstig. Letztere erfolgt insbesondere einstufig und von einem Druck in dem zweiten Druckbereich auf einen Druck in dem ersten The gas carried in the feed gas circuit is in the feed gas compressor from a pressure of, for example, approx. 1.1 to 1.2 bar (the first bottom liquid is expanded into the respective condensation chambers) to a pressure of, for example, approx. 5 to 5.5 bar (or a pressure in the second pressure range) compressed. The joint compression of a nitrogen product stream from the second column appears particularly favorable. The latter takes place in particular in one stage and from a pressure in the second pressure area to a pressure in the first
Druckbereich. Die zu verdichtenden Mengen sind dabei ausgesprochen ähnlich. Der Verdichter wird praktisch kaum "merken", dass in der letzten Stufe (die zur Verdichtung des Stickstoffproduktstroms verwendet wird) ein anderes Medium als in den ersten drei Stufen (die zur Verdichtung des Einsatzgases verwendet werden) verdichtet wird. Grundsätzlich kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch auf eine Pressure area. The quantities to be compacted are extremely similar. The compressor will hardly "notice" that a different medium is being compressed in the last stage (which is used to compress the nitrogen product stream) than in the first three stages (which are used to compress the feed gas). In principle, within the scope of the present invention, a
entsprechende Nachverdichtung eines Stickstoff produkts verzichtet werden. corresponding recompression of a nitrogen product can be dispensed with.
In einer entsprechenden Anlage können beispielsweise 30.000 Nm3/h In a corresponding system, for example, 30,000 Nm 3 / h
(Normkubikmeter pro Stunde) Druckstickstoff (PGAN) auf einem Druck von mehr als 10 bar mit einem Restgehalt von 0,1 ppm Sauerstoff, 1.000 Nm3/h innenverdichteter gasförmiger Sauerstoff (GOXIC) bei ca. 10 bar und einem Sauerstoffgehalt von 99,98%, 350 bis 360 Nm3/h innenverdichtetes gasförmiges Argon (GARIC) bei ca. 10 bar und einem Restgehalt von 1 ppm Sauerstoff, 8.700 Nm3/h Niederdruckstickstoff (LPGAN) mit einem Restgehalt von 1 ppm Sauerstoff erzeugt werden. Bestimmte Verfahrensanpassungen können dabei vorgesehen sein. (Standard cubic meters per hour) Compressed nitrogen (PGAN) at a pressure of more than 10 bar with a residual content of 0.1 ppm oxygen, 1,000 Nm 3 / h internally compressed gaseous oxygen (GOXIC) at approx. 10 bar and an oxygen content of 99.98 %, 350 to 360 Nm 3 / h internally compressed gaseous argon (GARIC) at approx. 10 bar and a residual content of 1 ppm oxygen, 8,700 Nm 3 / h low pressure nitrogen (LPGAN) with a residual content of 1 ppm oxygen. Certain process adjustments can be provided.
Diese Produkte können beispielsweise mit einer gesamtem Einsatzluftmenge von 50.940 Nm3/h auf ca. 11 bar erzielt werden, wobei die erwähnte einstufige Verdichtung des Stickstoffprodukts aus der zweiten Kolonne in einer Menge von 13.610 Nm3/h und von ca. 4,8 auf ca. 10 bar (oder höher) erfolgt. Die erwähnte Einsatzgasverdichtung in die zweite Kolonne erfolgt in einer Menge von 15.630 Nm3/h und von einem Druck von ca. 1 ,2 bar auf ca. 5.2 bar. Ein vierstufiger Kombiverdichter hat sich dabei für die zuletzt genannten beiden Verdichtungsaufgaben als besonders These products can be achieved, for example, with a total feed air volume of 50,940 Nm 3 / h to approx. 11 bar, the aforementioned single-stage compression of the nitrogen product from the second column in an amount of 13,610 Nm 3 / h and approx. 4.8 approx. 10 bar (or higher). The mentioned feed gas compression in the second column takes place in an amount of 15,630 Nm 3 / h and from a pressure of about 1.2 bar to about 5.2 bar. A four-stage combination compressor has proven to be special for the last two compression tasks mentioned
vorteilhaft erwiesen. Unter den in den letzten beiden Absätzen genannten Voraussetzungen ergibt sich ein Luftfaktor (Verhältnis der gesamten Einsatzluftmenge zu dem gewonnenen proved beneficial. Under the conditions mentioned in the last two paragraphs, there is an air factor (ratio of the total input air volume to that obtained
Stickstoffprodukt) von ca. 1 ,70 und eine Argonausbeute von 73,8%. Der Nitrogen product) of about 1.70 and an argon yield of 73.8%. Of the
Niederdruckstickstoff fällt als Bonusprodukt an. Weitere Anpassungen (z.B. höhere Argonproduktion bei höherem Energieverbrauch und umgekehrt) sind möglich. Low pressure nitrogen is a bonus product. Further adjustments (e.g. higher argon production with higher energy consumption and vice versa) are possible.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung konnte ein Verfahren aufgezeigt werden, bei dem das bekannte bzw. bestehende Konzept zur Stickstofferzeugung im Wesentlichen beibehalten und gleichzeitig um einen weiteren Teil (Sauerstoff- bzw. Argonproduktion) erweitert werden kann. Energetisch schneidet dieses Verfahren ausgesprochen gut ab und die gewünschte Argon-Ausbeute wird erreicht. In the context of the present invention, it was possible to demonstrate a method in which the known or existing concept for nitrogen generation can essentially be retained and at the same time expanded by a further part (oxygen or argon production). In terms of energy, this process performs extremely well and the desired argon yield is achieved.
Grundsätzlich kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung an unterschiedlichen Positionen eine Unterkühlung zum Einsatz kommen. In dem vorgeschlagenen In principle, subcooling can be used at different positions within the scope of the present invention. In the proposed
Verfahren können insbesondere ein oder mehrere Fluide, die in die erste Kolonne, in die zweite Kolonne und/oder in die dritte Kolonne eingespeist werden, gegen ein oder mehrere Fluide, die aus der ersten Kolonne, aus der zweiten Kolonne und/oder aus der dritten Kolonne entnommen werden, unterkühlt werden. Hierbei können getrennte Wärmetauscher oder ein gemeinsamer Wärmetauscher zum Einsatz kommen, insbesondere der bereits erwähnte Unterkühlungsgegenströmer. Process can in particular one or more fluids that are fed into the first column, into the second column and / or into the third column, against one or more fluids that are fed from the first column, from the second column and / or from the third Removed from the column, be subcooled. Separate heat exchangers or a common heat exchanger can be used here, in particular the already mentioned subcooling counterflow.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird, wie bereits zuvor mit anderen Worten erläutert, Kopfgas der vierten Kolonne mittels eines ersten Kondensatorverdampfers kondensiert, in dem ein Anteil der ersten In a particularly preferred embodiment of the present invention, as already explained above in other words, top gas of the fourth column is condensed by means of a first condenser evaporator, in which a portion of the first
Sumpfflüssigkeit oder eine andere Flüssigkeit aus der ersten Kolonne einer Bottom liquid or another liquid from the first column of a
Teilverdampfung unterworfen wird. Diese andere Flüssigkeit kann insbesondere oberhalb des Sumpfs aus der ersten Kolonne entnommen werden. Mit anderen Worten wird also ein Kopfkondensator einer Rohargonkolonne bzw. der einzigen vorhandenen Argonkolonne unter Verwendung von Sumpfflüssigkeit der ersten Kolonne oder einer anderen Flüssigkeit gekühlt. Dieses Kopfgas kann insbesondere anschließend in die dritte Kolonne eingespeist werden. Ist eine Reinargonkolonne als fünfte Kolonne vorhanden, kann auch deren Kopfkondensator, wie nachfolgend erläutert, unter Verwendung von entsprechender Sumpfflüssigkeit gekühlt werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des soeben erläuterten Verfahrens werden verdampfte Anteile der Sumpfflüssigkeit aus der ersten Kolonne, die in dem oder den Kopfkondensatoren der vierten Kolonne bzw. der vierten Kolonne und der Partial evaporation is subjected. This other liquid can be withdrawn from the first column in particular above the bottom. In other words, a top condenser of a crude argon column or the only existing argon column is cooled using bottom liquid from the first column or another liquid. This top gas can in particular then be fed into the third column. If a pure argon column is available as the fifth column, its top condenser can also be cooled using a corresponding bottom liquid, as explained below. According to an advantageous development of the method just explained, vaporized portions of the bottom liquid from the first column, in the top condenser or condensers of the fourth column or the fourth column and the
Reinargonkolonne verwendet wurden, anschließend in die zweite Kolonne überführt, und zwar an einer Position, die dem Sauerstoffgehalt und Argongehalt dieser Fluide entspricht. Die Einspeisung der verdampften Anteile kann daher im Wesentlichen an gleicher Stelle in die zweite Kolonne erfolgen. Die genannten Stoffströme können vereinigt oder getrennt voneinander in die zweite Kolonne überführt werden, und insbesondere nachdem diese zuvor erwärmt und verdichtet wurden. Damit umfasst das aus der ersten Kolonne in die zweite Kolonne überführte Fluid entsprechende Pure argon column were used, then transferred to the second column, at a position that corresponds to the oxygen content and argon content of these fluids. The vaporized fractions can therefore be fed into the second column at essentially the same point. The streams mentioned can be combined or transferred separately from one another into the second column, and in particular after they have been previously heated and compressed. The fluid transferred from the first column into the second column thus includes corresponding
Flüssigkeit, d.h. zumindest einen Teil der ersten Sumpfflüssigkeit oder andere Liquid, i.e. at least part of the first sump liquid or others
Flüssigkeit, die zur Kühlung des oder der erwähnten Kopfkondensatoren verwendet wurde. Mit der unverdampften Flüssigkeit kann insbesondere die dritte Kolonne gespeist werden. Liquid that was used to cool the top condenser (s) mentioned. The third column in particular can be fed with the non-evaporated liquid.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann eine In a further advantageous embodiment of the invention, a
Adsorptionseinheit zur Entfernung von Wasser und/oder Kohlendioxid aus dem Adsorption unit for removing water and / or carbon dioxide from the
Verfahren zugeführten, verdichteter Einsatzluft mit einem Regeneriergas betrieben werden, bei dem es sich zumindest um einen Teil des Kopfgases der dritten Kolonne handelt. Auf diese Weise kann der Austrittsdruck der T urbine, die in einer Process fed, compressed feed air are operated with a regeneration gas, which is at least a part of the top gas of the third column. In this way, the outlet pressure of the turbine, which is in a
Ausgestaltung der Erfindung, wie zuvor erläutert, das Gas aus dem Embodiment of the invention, as previously explained, the gas from the
Verdampfungsraum des zweiten Kondensatorverdampfers entspannt, abgesenkt und zusätzliche Kälte generiert werden. The evaporation chamber of the second condenser evaporator is relaxed, lowered and additional cold is generated.
In allen Fällen kann in einer Ausgestaltung der Erfindung immer dann, wenn überschüssige Kälte vorliegt, beispielsweise wenn zwei oder mehr In all cases, in one embodiment of the invention, when there is excess cold, for example when two or more
Entspannungsturbinen eingesetzt werden, diese durch einen Kaltverdichter für ein Stickstoffprodukt unter entsprechender Einsparung von Verdichtungsleistung verbraucht werden. Die Verdichtung in einem Kaltverdichter ist energetisch vorteilhaft. Expansion turbines are used, these are consumed by a cold compressor for a nitrogen product with a corresponding saving in compression power. Compression in a cold compressor is energetically advantageous.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird Flüssigkeit aus der zweiten Kolonne, die der zweiten Kolonne in Form eines Seitenstroms entnommen wird, in die dritte Kolonne überführt wird. Die Einspeisung in die dritte Kolonne erfolgt dabei insbesondere direkt, d.h. insbesondere ohne die Zusammensetzung In an advantageous embodiment of the present invention, liquid from the second column, which is withdrawn from the second column in the form of a side stream, is transferred into the third column. The feeding into the third column takes place in particular directly, i.e. especially without the composition
beeinflussende Maßnahmen. Die Entnahme aus der zweiten Kolonne erfolgt vorteilhafterweise an einer Position, die zwischen der 3. und der 14. theoretischen Trennstufe, besondere vorteilhaft zwischen der 5. und 12. theoretischen Trennstufe oberhalb des Sumpfs der zweiten Kolonne. Die Flüssigkeit ist daher stark an Sauerstoff angereichert, der Sauerstoffgehalt ist jedoch geringer als die Sumpfflüssigkeit der zweiten Kolonne. influencing measures. The withdrawal from the second column takes place advantageously at a position between the 3rd and the 14th theoretical plate, particularly advantageously between the 5th and 12th theoretical plate above the bottom of the second column. The liquid is therefore highly enriched in oxygen, but the oxygen content is lower than the bottom liquid of the second column.
Die vorliegende Erfindung erstreckt sich schließlich auch auf eine Finally, the present invention also extends to a
Luftzerlegungsanlage, zu deren Merkmalen ausdrücklich auf den entsprechenden unabhängigen Patentanspruch verwiesen wird. Insbesondere ist eine derartige Air separation plant, for the features of which reference is expressly made to the corresponding independent patent claim. In particular, such is
Luftzerlegungsanlage zur Durchführung eines Verfahrens eingerichtet, wie es zuvor in unterschiedlichen Ausgestaltungen erläutert wurde, und diese weist hierzu jeweils eingerichtete Mittel auf. Zu Merkmalen und Vorteilen einer entsprechenden Air separation plant set up to carry out a method, as previously explained in different configurations, and this has means set up in each case for this purpose. On features and advantages of a corresponding
Luftzerlegungsanlage sei auf die Erläuterungen betreffend das erfindungsgemäße Verfahren ausdrücklich verwiesen. Air separation plant is expressly referred to the explanations relating to the method according to the invention.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, die Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung und nicht The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings, and not the embodiments of the present invention
erfindungsgemäße Ausführungsformen veranschaulichen. illustrate embodiments of the invention.
Figurenbeschreibung Figure description
In den Figuren 1 bis 11 sind Luftzerlegungsanlagen gezeigt, die jeweils In Figures 1 to 11 air separation plants are shown, each
Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung entsprechen, soweit sie unter den Schutzbereich der Patentansprüche fallen, und ansonsten den technischen Refinements of the present invention correspond, insofar as they fall under the scope of protection of the patent claims, and otherwise the technical ones
Hintergrund und/oder nicht erfindungsgemäße Ausgestaltungen betreffen. Die Background and / or not relate to embodiments according to the invention. The
Luftzerlegungsanlagen gemäß den Figuren 1 bis 11 sind jeweils insgesamt mit den Bezugszeichen 1001 bis 1011 bezeichnet. Wenngleich die nachfolgenden Air separation plants according to FIGS. 1 to 11 are each designated as a whole by the reference numerals 1001 to 1011. Although the following
Erläuterungen sich auf entsprechende Luftzerlegungsanlagen 1001 bis 1011 beziehen, betreffen diese entsprechende Verfahren in gleicher Weise. Explanations refer to corresponding air separation plants 1001 to 1011, these relate to corresponding processes in the same way.
Sämtliche in den Figuren 1 bis 11 dargestellten Luftzerlegungsanlagen 1001 bis 1011 sind mit einem Kolonnensystem ausgestattet, das ungeachtet der unterschiedlichen Ausgestaltung und ggf. unterschiedlichen Anzahl an Kolonnen jeweils insgesamt mit 10 bezeichnet ist. In den Kolonnen der unterschiedlichen Kolonnensysteme sind jeweils keine Trenneinrichtungen wie Trennabschnitte, Trennböden und dergleichen veranschaulicht. Es versteht sich aber, dass die Kolonnen jeweils entsprechende Trenneinrichtungen aufweisen und diese jeweils in geeigneter Ausbildung und Anzahl zur Erfüllung der jeweiligen Trennaufgaben vorhanden sind. Insbesondere können Trennabschnitte derart angeordnet sein, dass eine Zuspeisung und Entnahme von Fluiden jeweils zwischen entsprechenden Trennabschnitten (bzw. oberhalb oder unterhalb hiervon im Fall von Kopf und Sumpf der Kolonnen) erfolgen kann. Bei einem Trennabschnitt handelt es sich jeweils um einen im Wesentlichen kontinuierlichen Bereich geordneter oder nicht geordneter Packungen. All of the air separation plants 1001 to 1011 shown in FIGS. 1 to 11 are equipped with a column system which, regardless of the different configuration and possibly different number of columns, is each designated as a whole by 10. In the columns of the different column systems there are no separating devices such as separating sections, separating trays and the like illustrated. It goes without saying, however, that the columns each have corresponding separation devices and that these are each available in a suitable design and number to fulfill the respective separation tasks. In particular, separating sections can be arranged in such a way that fluids can be fed in and removed in each case between corresponding separating sections (or above or below them in the case of the top and bottom of the columns). A separating section is in each case an essentially continuous area of ordered or unordered packs.
Die Kolonnensysteme 10 weisen dabei jeweils eine erste Kolonne 11 (beispielsweise mit einer Vielzahl an horizontalen Trennböden), eine zweite Kolonne 12 The column systems 10 each have a first column 11 (for example with a plurality of horizontal dividing trays) and a second column 12
(beispielsweise mit zwei bis vier Trennabschnitten), eine dritte Kolonne 13 (for example with two to four separation sections), a third column 13
(beispielsweise mit zwei bis vier Trennabschnitten) und eine vierte Kolonne 14 (beispielsweise mit 6 bis 8 Trennabschnitten) auf. Die erste Kolonne 11 und die zweite Kolonne 12 sind jeweils als Teile einer Doppelkolonne grundsätzlich bekannter Art ausgebildet. Auf die eingangs zitierte Fachliteratur zu Luftzerlegungsanlagen, insbesondere auf die Erläuterungen zu Figur 2.3A bei Häring (s.o.), in der eine entsprechende Doppelkolonne gezeigt ist, sei in diesem Zusammenhang ausdrücklich verwiesen. Wie erwähnt, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung die (for example with two to four separation sections) and a fourth column 14 (for example with 6 to 8 separation sections). The first column 11 and the second column 12 are each designed as parts of a double column of a basically known type. In this context, express reference is made to the technical literature on air separation plants cited at the beginning, in particular to the explanations on Figure 2.3A in Häring (see above), in which a corresponding double column is shown. As mentioned, in the context of the present invention
Doppelkolonne aber in anderen Druckbereichen betrieben als dies Double column operated in other pressure ranges than this
herkömmlicherweise der Fall ist. is conventionally the case.
Die erste Kolonne 11 und die zweite Kolonne 12 sind über einen The first column 11 and the second column 12 are via one
Kondensatorverdampfer 111 , den sogenannten Hauptkondensator, wärmetauschend miteinander verbunden, der zur Kondensation von Kopfgas der ersten Kolonne 11 verwendet wird und in einem Sumpfbereich der zweiten Kolonne 12 angeordnet ist. Dieser Kondensatorverdampfer 111 wird hier auch als "erster" Kondensatorverdampfer bezeichnet. Zu anderen Arten von Hauptkondensatoren und der grundsätzlich ebenfalls möglichen getrennten Anordnung der ersten Kolonne 11 und der zweiten Kolonne 12 sei auf die obigen Erläuterungen verwiesen. Die dritte Kolonne 13 ist separat zur ersten Kolonne 11 und zur zweiten Kolonne 12 ausgebildet. Condenser-evaporator 111, the so-called main condenser, connected to one another in a heat-exchanging manner, which is used for the condensation of top gas of the first column 11 and is arranged in a sump area of the second column 12. This condenser evaporator 111 is also referred to here as the “first” condenser evaporator. For other types of main condensers and the separate arrangement of the first column 11 and the second column 12, which is also possible in principle, reference is made to the explanations above. The third column 13 is formed separately from the first column 11 and the second column 12.
Die erste Kolonne 11 wird in einem zuvor erläuterten ersten Druckbereich, die zweite Kolonne 12 in einem zuvor erläuterten zweiten Druckbereich unterhalb des ersten Druckbereichs und die dritte Kolonne 13 in einem dritten Druckbereich unterhalb des zweiten Druckbereichs betrieben. Die vierte Kolonne 14 wird insbesondere ebenfalls in dem dritten Druckbereich betrieben. In der ersten Kolonne 11 , der zweiten Kolonne 12 und der dritten Kolonne 13 werden Sumpfflüssigkeiten und Kopfgase gebildet. The first column 11 is in a previously explained first pressure range, the second column 12 in a previously explained second pressure range below the first pressure range and the third column 13 in a third pressure range below the second pressure range operated. The fourth column 14 is in particular also operated in the third pressure range. Bottom liquids and top gases are formed in the first column 11, the second column 12 and the third column 13.
Die vierte Kolonne 14 dient in allen Luftzerlegungsanlagen 1001 bis 1011 gemäß den Figuren 1 bis 11 zur Argongewinnung. Die vierte Kolonne 14 ist dabei jeweils als Rohargonkolonne ausgebildet und es ist in den Luftzerlegungsanlagen 1001 bis 1008 gemäß den Figuren 1 bis 8 jeweils eine separate Reinargonkolonne 16 vorhanden. Ist eine Reinarkonkolonne 16 vorhanden, wird die vierte Kolonne also als The fourth column 14 is used in all air separation plants 1001 to 1011 according to FIGS. 1 to 11 for the extraction of argon. The fourth column 14 is designed as a crude argon column and there is a separate pure argon column 16 in each of the air separation plants 1001 to 1008 according to FIGS. 1 to 8. If a Reinarkon column 16 is present, the fourth column is therefore called
Rohargonkolonne betrieben. Grundsätzlich kann aber auch auf eine solche Operated crude argon column. In principle, however, you can also rely on such
Reinargonkolonne 16 verzichtet und Reinargon stattdessen aus der vierten Kolonne 14 abgezogen werden, wenn die oben erläuterten Voraussetzungen erfüllt sind. Pure argon column 16 is dispensed with and pure argon can instead be withdrawn from the fourth column 14 if the above-explained requirements are met.
Entsprechendes ist in den Luftzerlegungsanlagen 1009 bis 1011 gemäß den Figuren 9 bis 11 veranschaulicht, wobei aber auch hier Anordnungen mit Roh- und The same is illustrated in the air separation plants 1009 to 1011 according to FIGS. 9 to 11, but here too arrangements with raw and
Reinargonkolonnen möglich sind und umgekehrt. Zur Funktion von Roh- und Pure argon columns are possible and vice versa. For the function of raw and
Reinargonkolonnen sei auf die obigen Zitate aus der Fachliteratur verwiesen. Pure argon columns are referred to the above citations from the specialist literature.
Wie in den Figuren 1 bis 8 veranschaulicht (die Bezugszeichen sind in den Figuren 2 bis 8 teilweise weggelassen), wird den dort dargestellten Luftzerlegungsanlagen 1001 bis 1008 jeweils ein Einsatzluftstrom a mittels eines Hauptluftverdichters 1 über einen nicht gesondert bezeichneten, schraffiert veranschaulichtes Filter angesaugt, in einem Direktkontaktkühler 2 vorgekühlt, der mit Kühlwasser W betrieben wird, und in einer Adsorptionseinheit 3 aufgereinigt. Zu Details sei auf Fachliteratur verwiesen. In den Figuren 9 bis 11 ist lediglich der entsprechend bereitgestellte, verdichtete und aufgereinigte Einsatzluftstrom a dargestellt. As illustrated in FIGS. 1 to 8 (the reference numerals are partially omitted in FIGS. 2 to 8), the air separation plants 1001 to 1008 shown there are each sucked in a feed air flow a by means of a main air compressor 1 via a filter, shown in hatched lines, which is not specifically designated a direct contact cooler 2, which is operated with cooling water W, and purified in an adsorption unit 3. Reference is made to specialist literature for details. In FIGS. 9 to 11, only the correspondingly provided, compressed and purified feed air flow a is shown.
In den in Figuren 1 bis 8 dargestellten Luftzerlegungsanlagen 1001 bis 1008 werden unter Verwendung von Luft des Einsatzluftstroms a Teilströme b und c gebildet. In den in den Figuren 9 bis 11 dargestellten Luftzerlegungsanlagen 1009 bis 1011 erfolgt ferner die Bildung eines weiteren Teilstroms d. In den in den Figuren 1 bis 8 dargestellten Luftzerlegungsanlagen 1001 bis 1008 werden die Teilströme b und c jeweils warmseitig einem Hauptwärmetauscher 4 zugeführt, wobei der Teilstrom c zuvor in einem Booster einer Boosterturbinenanordnung 5 weiter verdichtet wird. In den in den Figuren 1 bis 8 dargestellten Luftzerlegungsanlagen 1001 bis 1008 wird der Teilstrom b dem Hauptwärmetauscher 4 kaltseitig entnommen und in die erste Kolonne 11 eingespeist. Der Teilstrom c wird dem Hauptwärmetauscher 4 auf einem In the air separation plants 1001 to 1008 shown in FIGS. 1 to 8, partial flows b and c are formed using air from the feed air flow a. In the air separation plants 1009 to 1011 shown in FIGS. 9 to 11, a further partial flow d is also formed. In the air separation plants 1001 to 1008 shown in FIGS. 1 to 8, the partial flows b and c are each supplied on the warm side to a main heat exchanger 4, the partial flow c previously being further compressed in a booster of a booster turbine arrangement 5. In the air separation plants 1001 to 1008 shown in FIGS. 1 to 8, the substream b is withdrawn from the main heat exchanger 4 on the cold side and into the first column 11 fed. The substream c is the main heat exchanger 4 on a
Zwischentemperaturniveau entnommen, in einer Turbine der Intermediate temperature level taken in a turbine of the
Boosterturbinenanordnung 5 entspannt und in die zweite Kolonne 12 eingespeist. Booster turbine arrangement 5 expanded and fed into second column 12.
In den in den Figuren 9 bis 11 dargestellten Luftzerlegungsanlagen 1009 bis 1011 wird der Teilstrom b wie zu den in den Figuren 1 bis 8 dargestellten Luftzerlegungsanlagen 1001 bis 1008 erläutert behandelt, es ist jedoch ein weiterer Teilstrom b' vorhanden, der ebenfalls entsprechend behandelt und insbesondere in die erste Kolonne 11 drosselentspannt wird. Der Teilstrom c wird hier nicht verdichtet, bevor er dem In the air separation plants 1009 to 1011 shown in FIGS. 9 to 11, the partial flow b is treated as explained for the air separation plants 1001 to 1008 shown in FIGS. 1 to 8, but there is a further partial flow b 'which is also treated accordingly and in particular the throttle is expanded in the first column 11. The partial flow c is not compressed here before it
Hauptwärmetauscher 4 warmseitig zugeführt wird. Eine entsprechende Verdichtung kann bei Bedarf jedoch ebenfalls vorgesehen sein. Auch hier wird der Teilstrom c dem Hauptwärmetauscher 4 auf einem Zwischentemperaturniveau entnommen und in einer Turbine entspannt, die im dargestellten Beispiel jedoch Teil einer Main heat exchanger 4 is supplied on the warm side. However, if necessary, a corresponding compression can also be provided. Here, too, the partial flow c is taken from the main heat exchanger 4 at an intermediate temperature level and expanded in a turbine, which in the example shown is part of a
Generatorturbinenanordnung 5' ist. Der entsprechend entspannte Teilstrom c wird in der Luftzerlegungsanlage 1009 gemäß Figur 9 und in der Luftzerlegungsanlage 1011 gemäß Figur 11 in dem Hauptwärmetauscher 4 erwärmt und danach an die Generator turbine assembly 5 'is. The correspondingly expanded partial flow c is heated in the air separation plant 1009 according to FIG. 9 and in the air separation plant 1011 according to FIG. 11 in the main heat exchanger 4 and then transferred to the
Atmosphäre A abgegeben. In der Luftzerlegungsanlage 1010 gemäß Figur 10 wird der entspannte Teilstrom dagegen in eine fünfte Kolonne 15 (beispielsweise mit einem bis drei Trennabschnitten) eingespeist, die in einem Druckbereich betrieben wird, der hier als "Zwischendruckbereich" bezeichnet wird. Atmosphere A released. In the air separation plant 1010 according to FIG. 10, however, the expanded substream is fed into a fifth column 15 (for example with one to three separating sections) which is operated in a pressure range which is referred to here as the "intermediate pressure range".
In sämtlichen Ausgestaltungen der Luftzerlegungsanlagen 1001 bis 1011 gemäß den Figuren 1 bis 11 wird jeweils Fluid aus der ersten Kolonne 11 in die zweite Kolonne 12 oder in die zweite Kolonne 12 und die dritte Kolonne 13, aus der zweiten Kolonne 12 in die dritte Kolonne 13, aus der dritten Kolonne 13 in die vierte Kolonne 12 und aus der vierten Kolonne 14 in die dritte Kolonne 13 eingespeist. Das aus der dritten Kolonne 13 in die vierte Kolonne 14 eingespeiste Fluid umfasst jeweils zumindest einen Teil eines Seitenstroms, der mit einem geringeren Sauerstoffgehalt und einem höheren In all configurations of the air separation plants 1001 to 1011 according to FIGS. 1 to 11, fluid is transferred from the first column 11 into the second column 12 or into the second column 12 and third column 13, from the second column 12 into the third column 13, fed from the third column 13 into the fourth column 12 and from the fourth column 14 into the third column 13. The fluid fed into the fourth column 14 from the third column 13 in each case comprises at least a part of a side stream that has a lower oxygen content and a higher one
Argongehalt als die dritte Sumpfflüssigkeit aus der dritten Kolonne 13 entnommen wird. Ferner wird in allen Ausgestaltungen der Luftzerlegungsanlagen 1001 bis 1011 gemäß den Figuren 1 bis 11 Kopfgas aus der ersten Kolonne 11 einer Kondensation in einem ("ersten") Kondensatorverdampfer 111 unterworfen und danach flüssig auf die erste Kolonne 11 zurückgeführt und Kopfgas aus der zweiten Kolonne 12 wird einer Argon content is withdrawn from the third column 13 as the third bottom liquid. Furthermore, in all configurations of the air separation plants 1001 to 1011 according to FIGS. 1 to 11, overhead gas from the first column 11 is subjected to condensation in a ("first") condenser evaporator 111 and then returned in liquid form to the first column 11 and overhead gas from the second column 12 becomes one
Kondensation in einem ("zweiten") Kondensatorverdampfer 121 unterworfen und danach flüssig auf die zweite Kolonne 12 zurückgeführt. Ein ("dritter") Kondensatorverdampfer 131 dient in den Ausgestaltungen der Subjected to condensation in a (“second”) condenser evaporator 121 and then returned in liquid form to the second column 12. A (“third”) condenser evaporator 131 is used in the embodiments of
Luftzerlegungsanlagen 1001 bis 1008 gemäß den Figuren 1 bis 8 zur Kondensation von weiterem Kopfgas aus der zweiten Kolonne. Dagegen wird in den Ausgestaltungen der Luftzerlegungsanlagen 1009 bis 1011 gemäß den Figuren 9 bis 11 in diesem dritten Kondensatorverdampfer ein Seitenstrom der ersten bzw. zweiten Kolonne, der insbesondere zuvor turbinenentspannt werden kann, kondensiert. Air separation plants 1001 to 1008 according to FIGS. 1 to 8 for the condensation of further overhead gas from the second column. In contrast, in the configurations of the air separation plants 1009 to 1011 according to FIGS. 9 to 11, a side stream of the first or second column, which in particular can be turbine expanded beforehand, is condensed in this third condenser evaporator.
Der Betrieb der in den Figuren 1 bis 11 veranschaulichten Luftzerlegungsanlagen 1001 bis 1011 wird nachfolgend anhand Figur 1 und der Luftzerlegungsanlage 1001 erläutert. Bezüglich der in den Figuren 2 bis 11 veranschaulichten The operation of the air separation plants 1001 to 1011 illustrated in FIGS. 1 to 11 is explained below with reference to FIG. 1 and the air separation plant 1001. With regard to the illustrated in Figures 2-11
Luftzerlegungsanlage 1002 bis 1011 werden nur die sich jeweils unterscheidenden Merkmale erläutert. Air separation plant 1002 to 1011, only the features that differ in each case are explained.
In der ersten Kolonne 11 der Luftzerlegungsanlage 1001 gemäß Figur 1 bildet sich die erste Sumpfflüssigkeit, von der aber nur eine Spülmenge P abgezogen wird. Weitere Flüssigkeit wird in Form eines Stoffstroms d oberhalb des Sumpfs flüssig aus der ersten Kolonne 1 abgezogen und zu einem Teil zunächst durch einen In the first column 11 of the air separation plant 1001 according to FIG. 1, the first bottom liquid is formed, from which, however, only a flush quantity P is drawn off. Further liquid is withdrawn from the first column 1 in the form of a stream d above the sump in liquid form and initially through a
Unterkühlungsgegenströmer 18 und danach durch einen Verdampfer 162 geführt, der zum Aufkochen von Sumpfflüssigkeit der Reinargonkolonne 16 (beispielsweise mit 2 bis 4 Trennabschnitten) verwendet wird. Anschließend erfolgt eine Einspeisung in Form zweier Teilströme in die Kopfkondensatoren 141 und 161 der vierten Kolonne 14, also der Rohargonkolonne, und der Reinargonkolonne 16, bzw. in die jeweiligen Verdampfungsräume. Subcooling countercurrent 18 and then passed through an evaporator 162, which is used to boil bottom liquid of the pure argon column 16 (for example with 2 to 4 separating sections). This is followed by feeding in the form of two substreams into the top condensers 141 and 161 of the fourth column 14, that is to say the crude argon column, and the pure argon column 16, or into the respective evaporation spaces.
In den Verdampfungsräumen der Kopfkondensatoren 141 und 161 flüssig verbleibende Anteile werden in Form der Stoffströme e und f in die dritte Kolonne 13 bzw. in die zweite Kolonne 12 eingespeist. Der Stoffstrom f wird dabei mittels einer Pumpe 16 auf die zweite Kolonne 12 zurückbefördert. Components remaining liquid in the evaporation chambers of the top condensers 141 and 161 are fed into the third column 13 and the second column 12 in the form of the streams e and f. The stream f is conveyed back to the second column 12 by means of a pump 16.
In den Verdampfungsräumen der Kopfkondensatoren 141 und 151 gebildetes Gas wird hingegen in Form eines Sammelstroms g in dem Unterkühlungsgegenströmer 18 und anschließend im Hauptwärmetauscher 4 erwärmt. Der Stoffstrom g wird sodann in einem Verdichter 6 bzw. einer Verdichterstufe, der bzw. die insbesondere mit einem weiteren Verdichter 7 oder einer weiteren Verdichterstufe eine bauliche Einheit bilden kann, insbesondere einem Kombiverdichter, verdichtet. Nach einer Nachkühlung in einem nicht gesondert bezeichneten Nachkühler stromab des Verdichters 6 bzw. der Verdichterstufe wird der Stoffstrom g in dem Hauptwärmetauscher 4 erneut abgekühlt und in die zweite Kolonne 12 eingespeist. On the other hand, gas formed in the evaporation chambers of the top condensers 141 and 151 is heated in the form of a collective flow g in the subcooling countercurrent 18 and then in the main heat exchanger 4. The material flow g is then in a compressor 6 or a compressor stage, which or which in particular form a structural unit with a further compressor 7 or a further compressor stage can, in particular a combination compressor, compressed. After after-cooling in an after-cooler (not specifically designated) downstream of the compressor 6 or the compressor stage, the material flow g is cooled again in the main heat exchanger 4 and fed into the second column 12.
In dem ersten Kondensatorverdampfer 111 wird, wie erwähnt, Kopfgas der ersten Kolonne 11 abgekühlt und in kondensierter Form auf die erste Kolonne zurückgeführt. Nicht entsprechend abgekühltes Kopfgas wird in Form eines Stoffstroms h zunächst im Unterkühlungsgegenströmer 18 und anschließend im Hauptwärmetauscher 4 erwärmt und als Teil eines Druckstickstoffprodukts ausgeführt. In the first condenser-evaporator 111, as mentioned, top gas of the first column 11 is cooled and returned in condensed form to the first column. Overhead gas that has not been appropriately cooled is first heated in the form of a stream h in the subcooling countercurrent 18 and then in the main heat exchanger 4 and is carried out as part of a pressurized nitrogen product.
Die Sumpfflüssigkeit der zweiten Kolonne 12 wird aus dieser in Form eines Stoffstroms i abgezogen, durch den Unterkühlungsgegenströmer 18 geführt, in dem zweiten Kondensatorverdampfer 121 gegen Kopfgas der zweiten Kolonne 12 erwärmt, wieder durch den Unterkühlungsgegenströmer 18 geführt, im Hauptwärmetauscher 4 erwärmt und nach einer weiteren Erwärmung als Regeneriergas in der Adsorbereinheit 3 verwendet und/oder an die Atmosphäre A abgegeben. The bottom liquid of the second column 12 is withdrawn from this in the form of a stream i, passed through the subcooling countercurrent 18, heated in the second condenser evaporator 121 against top gas of the second column 12, again passed through the subcooling countercurrent 18, heated in the main heat exchanger 4 and after another Heating used as a regeneration gas in the adsorber unit 3 and / or released to the atmosphere A.
Kopfgas der zweiten Kolonne 12, das nicht in dem zweiten Kondensatorverdampfer 121 abgekühlt wurde, wird in Form eines Stoffstroms k in dem dritten Top gas of the second column 12, which has not been cooled in the second condenser-evaporator 121, is in the form of a material flow k in the third
Kondensatorverdampfer 131 in der dritten Kolonne 13 abgekühlt und kondensiert und mittels einer Pumpe 17 auf die zweite Kolonne 12 zurückgeführt. Weiteres Kopfgas wird in Form eines Stoffstroms I im Unterkühlungsgegenströmer 18 und im Condenser evaporator 131 is cooled and condensed in the third column 13 and returned to the second column 12 by means of a pump 17. More overhead gas is in the form of a stream I in the subcooling countercurrent 18 and in
Hauptwärmetauscher 4 erwärmt, mittels des Verdichters 7 verdichtet, und zusammen mit dem Stoffstrom h zur Bereitstellung des Druckstickstoffprodukts verwendet. Main heat exchanger 4 heated, compressed by means of the compressor 7, and used together with the material flow h to provide the pressurized nitrogen product.
Ein flüssiger Seitenstrom m wird aus der zweiten Kolonne 12 in die dritte Kolonne 13 überführt. Sumpfflüssigkeit der dritten Kolonne 13 wird in Form eines Stoffstroms n abgezogen und nach optionaler Zwischenspeicherung in einem Tanksystem T und nach einer optionalen, nicht veranschaulichten Innenverdichtung in dem A liquid side stream m is transferred from the second column 12 into the third column 13. Bottom liquid of the third column 13 is withdrawn in the form of a stream n and after optional intermediate storage in a tank system T and after an optional, not shown internal compression in the
Hauptwärmetauscher 4 erwärmt und als Sauerstoffdruckprodukt bereitgestellt. Main heat exchanger 4 heated and provided as an oxygen pressure product.
Sauerstoffreiches Gas wird oberhalb des Sumpfs in Form eines Stoffstroms o aus der dritten Kolonne 13 abgezogen. Dieser weiter nicht veranschaulichte Stoffstrom o kann beispielsweise in Unterkühler 18 und Hauptwärmetauscher 4 erwärmt und Oxygen-rich gas is drawn off from the third column 13 above the bottom in the form of a stream o. This material flow o, which is not illustrated further, can be heated and, for example, in subcooler 18 and main heat exchanger 4
beispielsweise an die Atmosphäre A abgegeben oder als Restgas verwendet werden. Vom Kopf der dritten Kolonne 13 abgezogenes Kopfgas wird in Form eines Stoffstroms p im Unterkühlungsgegenströmer 18 und anschließend im Hauptwärmetauscher 4 erwärmt und als Niederdruckstickstoffprodukt ausgeleitet. for example released to atmosphere A or used as residual gas. Overhead gas withdrawn from the top of the third column 13 is heated in the form of a stream p in the subcooling countercurrent 18 and then in the main heat exchanger 4 and discharged as a low-pressure nitrogen product.
Aus der dritten Kolonne 13 wird ein gasförmiger, argonangereicherter Seitenstrom q entnommen und in die vierte Kolonne 14, also die Rohargonkolonne, eingespeist. Sumpfflüssigkeit aus der vierten Kolonne 14 wird in Form eines Stoffstroms r mittels der Pumpe 19 in die dritte Kolonne 13 zurückbefördert. Ein nicht kondensiertes, argonreiches Kopfgas der vierten Kolonne 14 wird in Form eines Stoffstroms s in die Reinargonkolonne 16 überführt. Aus der Reinargonkolonne 16 wird argonreiche Flüssigkeit als Argonprodukt in Form eines Stoffstrom t ausgeführt. Dieser Stoffstrom t kann auch einer Innenverdichtung an sich bekannter Art unterworfen werden. Vom Kopf der Reinargonkolonne 16 abgezogenes Gas kann beispielsweise in Form eines Stoffstroms u an die Atmosphäre A abgegeben werden. A gaseous, argon-enriched side stream q is withdrawn from the third column 13 and fed into the fourth column 14, that is to say the crude argon column. Bottom liquid from the fourth column 14 is conveyed back into the third column 13 in the form of a stream r by means of the pump 19. A non-condensed, argon-rich top gas from the fourth column 14 is transferred into the pure argon column 16 in the form of a stream s. From the pure argon column 16, argon-rich liquid is carried out as an argon product in the form of a stream t. This material flow t can also be subjected to an internal compression of a type known per se. Gas withdrawn from the top of the pure argon column 16 can be released into atmosphere A, for example, in the form of a stream u.
Die in Figur 2 veranschaulichte Luftzerlegungsanlage 1002 unterscheidet sich von der in Figur 1 dargestellten Luftzerlegungsanlage 1001 dadurch, dass der The air separation plant 1002 illustrated in FIG. 2 differs from the air separation plant 1001 illustrated in FIG. 1 in that the
Kondensatorverdampfer 121 oberhalb der zweiten Kolonne 12 als Badkondensator ausgebildet ist, in dem ein Wärmetauscherblock 121a in einem Flüssigkeitsbad, das durch den Stoffstrom i gebildet ist, untergetaucht ist. Auch aus diesem wird eine Spülmenge P abgezogen. Condenser-evaporator 121 is designed as a bath condenser above the second column 12, in which a heat exchanger block 121a is submerged in a liquid bath which is formed by the material flow i. A flushing amount P is also deducted from this.
Die in Figur 3 veranschaulichte Luftzerlegungsanlage 1003 unterscheidet sich von der in Figur 1 dargestellten Luftzerlegungsanlage 1001 dadurch, dass der hier explizit dargestellte oberste Trennabschnitt 12a der zweiten Kolonne 12 verkleinert und ein entsprechender zusätzlicher und hier explizit dargestellter, Trennabschnitt 13a in der dritten Kolonne 13 bereitgestellt ist. Entsprechend erfolgt eine Einspeisung des Stoffstroms f in Form zweier Teilströme f und f" in die zweite Kolonne 12 und in die dritte Kolonne 13. The air separation plant 1003 illustrated in FIG. 3 differs from the air separation plant 1001 illustrated in FIG. 1 in that the uppermost separating section 12a of the second column 12, which is shown here, is reduced in size and a corresponding additional separating section 13a, which is explicitly shown here, is provided in the third column 13 . The stream f is correspondingly fed into the second column 12 and into the third column 13 in the form of two substreams f and f ″.
Die in Figur 4 veranschaulichte Luftzerlegungsanlage 1004 unterscheidet sich von der in Figur 3 dargestellten Luftzerlegungsanlage 1003 dadurch, dass neben dem The air separation plant 1004 illustrated in FIG. 4 differs from the air separation plant 1003 illustrated in FIG. 3 in that, in addition to the
Stoffstrom g, der wie zuvor erläutert erwärmt, verdichtet und abgekühlt wird, bevor er in die zweite Kolonne 12 eingespeist wird, ein weiterer Stoffstrom g' direkt in die zweite Kolonne 12 eingespeist wird. Wie in Form von eines Stoffstroms f" veranschaulicht, wird Flüssigkeit aus dem Kondensatorverdampfer 161 nur in die dritte Kolonne 13 eingespeist, nicht jedoch in die zweite Kolonne 12. Stream g, which is heated, compressed and cooled as explained above, before it is fed into the second column 12, and a further stream g ′ is fed directly into the second column 12. As illustrated in the form of a material flow f ", liquid from the condenser-evaporator 161 is only fed into the third column 13, but not into the second column 12.
Die in Figur 5 veranschaulichte Luftzerlegungsanlage 1005 unterscheidet sich von der in Figur 1 dargestellten Luftzerlegungsanlage 1001 dadurch, dass neben nicht der Stoffstrom g wie zuvor erläutert erwärmt, verdichtet und abgekühlt wird, bevor er in die zweite Kolonne 12 eingespeist wird, sondern dass dieser Behandlung ein aus der dritten Kolonne 13 entnommener Stoffstrom g" unterworfen wird. Der Stoffstrom g wird dagegen direkt in die zweite Kolonne 12 eingespeist Auf diese Weise lässt sich der Volumenstrom im Kreislauf geführten Gases vergrößern oder verkleinern. The air separation plant 1005 illustrated in FIG. 5 differs from the air separation plant 1001 illustrated in FIG. 1 in that, in addition to the stream g not being heated, compressed and cooled as previously explained, before it is fed into the second column 12, but that this treatment is performed Substance flow g ″ withdrawn from the third column 13 is subjected. The substance flow g, on the other hand, is fed directly into the second column 12. In this way, the volume flow of circulated gas can be increased or decreased.
Die in Figur 6 veranschaulichte Luftzerlegungsanlage 1006 unterscheidet sich von der in Figur 1 dargestellten Luftzerlegungsanlage 1001 dadurch, dass der Stoffstrom I nicht wie zuvor erläutert verdichtet wird. Entsprechend fehlt auch der Verdichter bzw. die Verdichterstufe 7, und es ist nur der Verdichter 6 vorhanden. Das The air separation plant 1006 illustrated in FIG. 6 differs from the air separation plant 1001 illustrated in FIG. 1 in that the material flow I is not compressed as explained above. Correspondingly, the compressor or the compressor stage 7 is also missing, and only the compressor 6 is present. The
Druckstickstoffprodukt wird hier im Wesentlichen durch das entsprechend verwendete Kopfgas der ersten Kolonne 11 gebildet. Der Niederdruckstickstoff des Stoffstroms I kann hingegen beispielsweise als Dichtgas verwendet werden. Compressed nitrogen product is here essentially formed by the correspondingly used top gas of the first column 11. The low-pressure nitrogen of the stream I, however, can be used, for example, as a sealing gas.
Die in Figur 7 veranschaulichte Luftzerlegungsanlage 1007 unterscheidet sich von der in Figur 1 dargestellten Luftzerlegungsanlage 1001 dadurch, dass eine als The air separation plant 1007 illustrated in FIG. 7 differs from the air separation plant 1001 illustrated in FIG. 1 in that a
Hochreinsauerstoffkolonne ausgebildete weitere Kolonne 20 vorhanden ist. Diese weist einen oberen Kolonnenteil 21 und einen unteren Kolonnenteil 21 auf. High purity oxygen column formed further column 20 is present. This has an upper column part 21 and a lower column part 21.
Der obere Kolonnenteil 21 der weiteren Kolonne 20 stellt verfahrenstechnisch betrachtet einen Teil der vierten Kolonne 14 dar. Dieser Kolonnenteil wird mit einem dem zuvor erläuterten Stoffstrom q entsprechenden Stoffstrom q' gespeist. Flüssigkeit aus dem oberen Kolonnenteil 21 wird in Form eines Stoffstroms r' in die dritte Kolonne 13 zurückgeführt. Kopfgas des oberen und unteren Kolonnenteils 21 , 22 wird zusammengefasst und in Form eines Stoffstroms q" in die vierte Kolonne 14 eingespeist. Sumpfflüssigkeit aus der vierten Kolonne 14 wird in Form eines From a procedural point of view, the upper column part 21 of the further column 20 represents a part of the fourth column 14. This column part is fed with a material flow q ′ corresponding to the material flow q explained above. Liquid from the upper column part 21 is returned to the third column 13 in the form of a stream r '. Top gas of the upper and lower column parts 21, 22 is combined and fed into the fourth column 14 in the form of a stream q ″. Bottom liquid from the fourth column 14 is in the form of a
Stoffstroms r" auf die beiden Kolonnenteile 21 , 22 aufgegeben. Material flow r ″ given up on the two column parts 21, 22.
Aus dem Sumpf des zweiten Kolonnenteils 22 wird ein sauerstoffreicher Stoffstrom n' abgezogen, der wie der Stoffstrom n in einem Tanksystem T' gespeichert, ggf. einer Innenverdichtung unterworfen, und aus der Luftzerlegungsanlage 1007 ausgeführt werden kann. Ein Sumpfverdampfer 23 der weiteren Kolonne 20 wird mit einem Teilstrom b' des Einsatzluftstroms b beheizt, der danach an den mit b' bezeichneten Stellen in die zweite Kolonne 12 und die dritte Kolonne 13 eingespeist werden kann. An oxygen-rich stream n 'is withdrawn from the bottom of the second column part 22 and, like the stream n, is stored in a tank system T', possibly one Subject to internal compression, and can be run from the air separation unit 1007. A bottom evaporator 23 of the further column 20 is heated with a substream b ′ of the feed air flow b, which can then be fed into the second column 12 and the third column 13 at the points marked b ′.
Die in Figur 8 veranschaulichte Luftzerlegungsanlage 1008 unterscheidet sich von der in Figur 7 dargestellten Luftzerlegungsanlage 1007 dadurch, dass ein anderes The air separation plant 1008 illustrated in FIG. 8 differs from the air separation plant 1007 illustrated in FIG. 7 in that a different one
Heizmedium in dem Sumpfverdampfer 23 der weiteren Kolonne 20 verwendet wird.Heating medium in the bottom evaporator 23 of the further column 20 is used.
Der Stoffstrom k wird hier in Teilströme k' und k" aufgeteilt, wobei der Teilstrom k' durch den dritten Kondensatorverdampfer 131 geführt und der Teilstrom k" durch den Sumpfverdampfer 23 geführt wird. Die Teilströme k' und k" werden danach wieder vereinigt und wie zuvor der Stoffstrom k behandelt. The material flow k is divided here into partial flows k ′ and k ″, the partial flow k ′ being passed through the third condenser evaporator 131 and the partial flow k ″ being passed through the bottom evaporator 23. The substreams k 'and k "are then combined again and treated as before the stream k.
Die in Figur 9 veranschaulichte Luftzerlegungsanlage 1009 ist zeichnerisch The air separation plant 1009 illustrated in FIG. 9 is shown in the drawing
abweichend zu den in den Figuren 1 bis 8 dargestellten Luftzerlegungsanlagen 1001 bis 1008 dargestellt, weist jedoch die zuvor erläuterten gemeinsamen Elemente auf. In contrast to the air separation plants 1001 to 1008 shown in FIGS. 1 to 8, however, it has the common elements explained above.
Im Gegensatz zu den zuvor erläuterten Ausgestaltungen wird hier kein Kopfgas der zweiten Kolonne 12 in Form des Stoffstroms k durch den dritten In contrast to the configurations explained above, there is no top gas of the second column 12 in the form of the stream k through the third
Kondensatorverdampfer 131 geführt, an dessen Stelle tritt ein Seitenstrom v aus der ersten Kolonne 11. Dieser Stoffstrom v wird nach einer Teilerwärmung im Condenser evaporator 131 out, in its place a side stream v occurs from the first column 11. This stream v is after partial heating in
Hauptwärmetauscher 4 in einer Turbinenanordnung 30, beispielsweise mit einer ölgebremsten Turbine, entspannt, bevor er in den dritten Kondensatorverdampfer 131 und danach in die zweite Kolonne 12 eingespeist wird. Ein weiterer Seitenstrom w aus der ersten Kolonne 11 wird direkt in die dritte Kolonne 13 eingespeist. The main heat exchanger 4 in a turbine arrangement 30, for example with an oil-braked turbine, is expanded before it is fed into the third condenser evaporator 131 and then into the second column 12. Another side stream w from the first column 11 is fed directly into the third column 13.
Ferner wird in der in Figur 9 veranschaulichte Luftzerlegungsanlage 1009 ein Furthermore, in the air separation plant 1009 illustrated in FIG
Stoffstrom h' aus verflüssigtem Kopfgas der ersten Kolonne 11 als Stream h 'from liquefied top gas of the first column 11 as
Flüssigstickstoffprodukt ausgeführt. An die Stelle des flüssigen Stoffstroms d aus der ersten Kolonne 11 treten zwei aus Sumpfflüssigkeit gebildete Stoffströme d' und d", von denen der Stoffstrom d' teilweise, wie zuvor der Stoffstrom d, in dem Liquid nitrogen product running. In place of the liquid stream d from the first column 11, there are two streams d 'and d "formed from bottom liquid, of which the stream d' partially, like the stream d before, in the
Kopfkondensator 141 der vierten Kolonne 15 als Kühlmittel verwendet werden kann. Gas aus dem Kopfkondensator 141 kann einerseits in die dritte Kolonne 13 eingespeist werden und andererseits mit weiteren Stoffströmen aus der dritten Kolonne 13 bzw. Flüssigkeit aus dem zweiten Kondensatorverdampfer 121 , der hier als Badverdampfer ausgebildet ist, vereinigt werden. Ein auf diese Weise gebildeter Stoffstrom x wird im Hauptwärmetauscher 4 erwärmt und kann beispielsweise an die Atmosphäre abgegeben werden. Flüssigkeit aus dem Kopfkondensator 141 wird hier in die dritte Kolonne 13 eingespeist. Weitere Anteile des Stoffstroms d' können direkt in die dritte Kolonne 13 eingespeist, als Kühlmittel in den zweiten Kondensatorverdampfer 121 überführt und mit dem Stoffstrom i vereinigt werden. Top condenser 141 of the fourth column 15 can be used as a coolant. Gas from the top condenser 141 can on the one hand be fed into the third column 13 and on the other hand with further material flows from the third column 13 or liquid from the second condenser-evaporator 121, which is used here as a bath evaporator is trained to be united. A material flow x formed in this way is heated in the main heat exchanger 4 and can, for example, be released into the atmosphere. Liquid from the top condenser 141 is fed into the third column 13 here. Further portions of the stream d 'can be fed directly into the third column 13, transferred as a coolant to the second condenser evaporator 121 and combined with the stream i.
Wie hier veranschaulicht, wird ferner Flüssigkeit, die durch Kondensieren des As illustrated here, liquid formed by condensing the
Kopfgases der zweiten Kolonne 12 in dem zweiten Kondensatorverdampfer 121 gebildet wird, in Form eines Stoffstroms y auf die erste Kolonne 11 zurückgeführt, und Stoffströme z werden aus der zweiten Kolonne 12 in die dritte Kolonne 13 überführt.Top gas of the second column 12 is formed in the second condenser-evaporator 121, returned to the first column 11 in the form of a stream y, and streams z are transferred from the second column 12 to the third column 13.
Der Stoffstrom i wird nach seiner Verdampfung in dem Kopfkondensator i, hier mit i' bezeichnet, erwärmt und in einer Turbinenanordnung 40, beispielsweise mit einer ölgebremsten Turbine, entspannt. Dieser entspannte Strom oder ein Anteil hiervon, hier mit i" bezeichnet, kann als Restgas zur Regeneration der Adsorbereinheit 3 verwendet werden, ein optionaler weiterer Anteil, hier mit i'" bezeichnet, wird in die dritte Kolonne 13 eingespeist. Ein Stoffstrom t' aus der vierten Kolonne kann als Argonprodukt verwendet oder in eine Reinargonkolonne 16 überführt werden. Der Stoffstrom p kann nach seiner Erwärmung im Hauptwärmetauscher 4 optional verdichtet und entsprechend verwendet werden. In Figur 9 sind mehrere Unterkühler 50 veranschaulicht, die jedoch auch zu mehreren, insbesondere in einem After its evaporation in the top condenser i, denoted here by i ', the material flow i is heated and expanded in a turbine arrangement 40, for example with an oil-braked turbine. This relaxed stream or a portion thereof, denoted here by i ″, can be used as residual gas to regenerate the adsorber unit 3; an optional further proportion, denoted here by i ′ ″, is fed into the third column 13. A stream t ′ from the fourth column can be used as an argon product or transferred to a pure argon column 16. After it has been heated in the main heat exchanger 4, the material flow p can optionally be compressed and used accordingly. In Figure 9, several subcoolers 50 are illustrated, but also to several, in particular in one
Unterkühlungsgegenströmer 18 wie zuvor, vereinigt sein können. Auch an anderen Stellen kann eine Unterkühlung vorgenommen werden. Subcooling countercurrent 18 as before, can be combined. Hypothermia can also occur in other places.
Die in Figur 10 veranschaulichte Luftzerlegungsanlage 1010 unterscheidet sich von der in Figur 10 dargestellten Luftzerlegungsanlagen 1009 dadurch, dass eine weitere Kolonne 15, hier als "fünfte" Kolonne bezeichnet, vorhanden ist. Diese wird mit dem entspannten Einsatzluftstrom c gespeist, und sie ist mit der dritten Kolonne 13 als Doppelkolonne ausgebildet. Kopfgas der fünften Kolonne 15 wird in dem dritten Kondensatorverdampfer 131 verflüssigt und auf die fünfte Kolonne 15 zurückgeführt. Der Stoffstrom v kann, muss aber nicht vorhanden sein. In letzterem Fall wird eine nicht erfindungsgemäße Ausgestaltung der Luftzerlegungsanlage 1010 realisiert. Gas kann in Form eines Stoffstroms z' aus der fünften Kolonne 15 in die erste Kolonne 11 überführt werden. Der Stoffstrom d' wird nicht gebildet, stattdessen wird ein The air separation plant 1010 illustrated in FIG. 10 differs from the air separation plant 1009 illustrated in FIG. 10 in that a further column 15, here referred to as the “fifth” column, is present. This is fed with the expanded feed air stream c, and it is designed with the third column 13 as a double column. Overhead gas of the fifth column 15 is liquefied in the third condenser-evaporator 131 and returned to the fifth column 15. The material flow v can, but does not have to be present. In the latter case, an embodiment of the air separation plant 1010 that is not according to the invention is implemented. Gas can be transferred from the fifth column 15 to the first column 11 in the form of a stream z ′. The material flow d 'is not formed, instead a
Sumpfstrom d'" der fünften Kolonne 15 entsprechend verwendet. Die in Figur 11 veranschaulichte Luftzerlegungsanlage 1011 unterscheidet sich von der in Figur 10 dargestellten Luftzerlegungsanlagen 1009 dadurch, dass anstelle des Stoffstroms i' der Stoffstrom x als Regeneriergas in der Adsorbereinheit 3 genutzt und der Stoffstrom i' stattdessen an die Atmosphäre abgegeben wird. Bottom stream d '"of the fifth column 15 used accordingly. The air separation plant 1011 shown in FIG. 11 differs from the air separation plant 1009 shown in FIG. 10 in that, instead of the material flow i ', the material flow x is used as regeneration gas in the adsorber unit 3 and the material flow i' is released into the atmosphere instead.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei dem eine 1. Process for the cryogenic separation of air, in which a
Luftzerlegungsanlage (1001-1011) mit einem Kolonnensystem (10) verwendet wird, das eine erste Kolonne (11), eine zweite Kolonne (12), eine dritte Air separation plant (1001-1011) with a column system (10) is used, which has a first column (11), a second column (12), a third
Kolonne (13) und eine vierte Kolonne (14) umfasst, wobei a) die erste Kolonne (11) in einem ersten Druckbereich, die zweite Kolonne (12) in einem zweiten Druckbereich unterhalb des ersten Druckbereichs und die dritte Kolonne (13) und die vierte Kolonne (14) in einem dritten Druckbereich unterhalb des zweiten Druckbereichs betrieben werden, b) in die zweite Kolonne (12) Fluid aus der ersten Kolonne (11), in die dritte Kolonne (13) Fluid aus der zweiten Kolonne (12) und in die vierte Column (13) and a fourth column (14), wherein a) the first column (11) in a first pressure range, the second column (12) in a second pressure range below the first pressure range and the third column (13) and the fourth column (14) are operated in a third pressure range below the second pressure range, b) in the second column (12) fluid from the first column (11), in the third column (13) fluid from the second column (12) and in the fourth
Kolonne (14) Fluid aus der dritten Kolonne (13) eingespeist wird, c) das Fluid das in die vierte Kolonne (14) aus der dritten Kolonne (13) Column (14) fluid from the third column (13) is fed, c) the fluid that is fed into the fourth column (14) from the third column (13)
eingespeist wird, zumindest einen Teil eines Seitenstroms umfasst, der aus der dritten Kolonne (13) entnommen wird, d) Kopfgas der ersten Kolonne (11) einer Kondensation gegen Sumpfflüssigkeit der zweiten Kolonne (12) unterworfen wird und flüssig auf die erste is fed, comprises at least part of a side stream which is taken from the third column (13), d) top gas of the first column (11) is subjected to a condensation against bottom liquid of the second column (12) and liquid to the first
Kolonne (11) zurückgeführt wird, und e) Sumpfflüssigkeit der dritten Kolonne (13) als sauerstoffreiches Produkt aus der Luftzerlegungsanlage (1001-1011) ausgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass Column (11) is returned, and e) bottom liquid of the third column (13) is discharged as an oxygen-rich product from the air separation plant (1001-1011), characterized in that
f) Kopfgas der zweiten Kolonne (12) einer Kondensation gegen weitere f) top gas of the second column (12) of a condensation against others
Sumpfflüssigkeit der zweiten Kolonne (12) unterworfen wird und flüssig auf die zweite Kolonne (12) zurückgeführt wird, g) weiteres Kopfgas der zweiten Kolonne (12) oder anderes Gas aus der ersten Kolonne (11) oder der zweiten Kolonne (12) einer Kondensation gegen weitere Sumpfflüssigkeit der dritten Kolonne (13) unterworfen und auf die zweite Kolonne (12) zurückgeführt wird. Sump liquid is subjected to the second column (12) and is returned in liquid form to the second column (12), g) further top gas from the second column (12) or other gas from the first column (11) or the second column (12) is subjected to condensation against further bottom liquid from the third column (13) and is returned to the second column (12).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem für die Kondensation des Kopfgases der ersten Kolonne (11) gegen die Sumpfflüssigkeit der zweiten Kolonne (12) ein erster Kondensatorverdampfer (111) verwendet wird, der oberhalb der ersten Kolonne (11) und/oder in einem Sumpfbereich der zweiten Kolonne (12) angeordnet ist, bei dem für die Kondensation des Kopfgases der zweiten 2. The method according to claim 1, wherein a first condenser evaporator (111) is used for the condensation of the top gas of the first column (11) against the bottom liquid of the second column (12), the above the first column (11) and / or in a bottom area of the second column (12) is arranged, in which for the condensation of the top gas of the second
Kolonne (12) gegen die weitere Sumpfflüssigkeit der zweiten Kolonne (12) ein zweiter Kondensatorverdampfer (121) verwendet wird, der oberhalb der zweiten Kolonne (12) angeordnet ist, und bei dem für die Kondensation des weiteren Kopfgases aus der zweiten Kolonne (12) oder des anderen Gases aus der ersten Kolonne (11) oder der zweiten Kolonne (12) gegen die weitere Sumpfflüssigkeit der dritten Kolonne ein dritter Kondensatorverdampfer (131) verwendet wird, der in einem Sumpfbereich der dritten Kolonne (13) angeordnet ist. Column (12) a second condenser-evaporator (121) is used against the further bottom liquid of the second column (12), which is arranged above the second column (12), and in which for the condensation of the further overhead gas from the second column (12) or the other gas from the first column (11) or the second column (12) is used against the further bottom liquid of the third column, a third condenser-evaporator (131) which is arranged in a bottom region of the third column (13).
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem bei der 3. The method according to any one of the preceding claims, wherein the
Kondensation des Kopfgases der zweiten Kolonne (12) gegen die weitere Condensation of the top gas of the second column (12) against the other
Sumpfflüssigkeit der zweiten Kolonne (12) die weitere Sumpfflüssigkeit der zweiten Kolonne (12) teilweise oder vollständig verdampft, anschließend erwärmt und aus der Luftzerlegungsanlage (1001-1011) ausgeleitet wird. Bottom liquid of the second column (12) the further bottom liquid of the second column (12) is partially or completely evaporated, then heated and discharged from the air separation plant (1001-1011).
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche bei dem eine fünfte 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein a fifth
Kolonne (15) verwendet wird, die in einem Zwischendruckbereich zwischen dem ersten Druckbereich und dem dritten Druckbereich betrieben wird, wobei die erste Kolonne (11) und die fünfte Kolonne (15) mit Druckluft gespeist werden und in der fünften Kolonne (14) eine fünfte Sumpfflüssigkeit gebildet wird. Column (15) is used, which is operated in an intermediate pressure range between the first pressure range and the third pressure range, the first column (11) and the fifth column (15) being fed with compressed air and a fifth column (14) in the fifth column Sump liquid is formed.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die dritte Kolonne (13) als oberer Teil einer Doppelkolonne bereitgestellt wird, und bei dem die fünfte Kolonne (15) als unterer Teil der Doppelkolonne bereitgestellt wird. 5. The method of claim 4, wherein the third column (13) is provided as the upper part of a double column, and in which the fifth column (15) is provided as the lower part of the double column.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die zur Speisung der ersten 6. The method of claim 4 or 5, wherein the to feed the first
Kolonne (11) und der fünften Kolonne (15) verwendete Druckluft zunächst auf einen Druck in dem ersten Druckbereich verdichtet wird, wobei ein erster Anteil dieser Druckluft auf diesem Druck in die erste Kolonne (11) eingespeist und ein zweiter Anteil dieser Druckluft auf einen Druck in dem Zwischendruckbereich turbinenentspannt und in die fünfte Kolonne (15) eingespeist wird. The compressed air used in the column (11) and the fifth column (15) is initially compressed to a pressure in the first pressure range, a first portion of this compressed air being fed into the first column (11) at this pressure and a second portion of this compressed air being fed to a pressure the turbine is expanded in the intermediate pressure area and fed into the fifth column (15).
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem Sumpfflüssigkeit aus der fünften Kolonne (15) in die dritte Kolonne (13) eingespeist wird, wobei zumindest ein Teil der Sumpfflüssigkeit der fünften Kolonne (15), die in die dritte Kolonne (13) eingespeist wird, vor ihrer Einspeisung in die dritte Kolonne (13) zumindest gegen Kopfgas der vierten Kolonne (14) einer Teilverdampfung unterworfen wird. 7. The method according to any one of claims 4 to 6, wherein the bottom liquid from the fifth column (15) is fed into the third column (13), at least part of the bottom liquid of the fifth column (15) flowing into the third column ( 13) is fed, before being fed into the third column (13) is subjected to partial evaporation at least against the top gas of the fourth column (14).
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem Sumpfflüssigkeit aus der ersten Kolonne (11) oder eine andere Flüssigkeit aus der ersten Kolonne (11) zumindest gegen Kopfgas der vierten Kolonne (14) einer Teilverdampfung unterworfen wird, wobei bei der Teilverdampfung gebildetes Gas in die zweite Kolonne (12) eingespeist wird. 8. The method according to any one of claims 1 to 3, in which the bottom liquid from the first column (11) or another liquid from the first column (11) is subjected to a partial evaporation at least against the top gas of the fourth column (14), wherein the partial evaporation formed gas is fed into the second column (12).
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das bei der Teilverdampfung gebildete Gas vor seiner Einspeisung in die zweite Kolonne (12) erwärmt, auf einen Druck in dem zweiten Druckbereich verdichtet und wieder abgekühlt wird. 9. The method according to claim 8, wherein the gas formed in the partial evaporation is heated before it is fed into the second column (12), compressed to a pressure in the second pressure range and cooled again.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem eine Reinargonkolonne (16) verwendet wird, in die Fluid aus der vierten Kolonne (14) überführt wird, wobei die vierte Kolonne (14) als Rohargonkolonne betrieben wird und die Teilverdampfung ferner gegen Kopfgas der Reinargonkolonne (16) durchgeführt wird. 10. The method according to any one of claims 7 to 9, in which a pure argon column (16) is used, is transferred into the fluid from the fourth column (14), the fourth column (14) is operated as a crude argon column and the partial evaporation also counteracts Top gas of the pure argon column (16) is carried out.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein oder mehrere Fluide, die in die erste Kolonne (11), in die zweite Kolonne (12) und/oder in die dritte Kolonne (13) eingespeist werden, gegen ein oder mehrere Fluide, die aus der ersten Kolonne (11), aus der zweiten Kolonne (12) und/oder aus der dritten Kolonne (13) entnommen werden, unterkühlt werden. 11. The method according to any one of the preceding claims, in which one or more fluids which are fed into the first column (11), into the second column (12) and / or into the third column (13), against one or more fluids which are taken from the first column (11), from the second column (12) and / or from the third column (13) are subcooled.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem Flüssigkeit aus der zweiten Kolonne (12), die der zweiten Kolonne (12) in Form eines Seitenstroms entnommen wird, in die dritte Kolonne überführt wird. 12. The method according to any one of the preceding claims, wherein the liquid from the second column (12), which is removed from the second column (12) in the form of a side stream, is transferred into the third column.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Flüssigkeit aus der zweiten 13. The method of claim 12, wherein the liquid from the second
Kolonne (12), die der zweiten Kolonne (12) in Form eines Seitenstroms entnommen wird, in die dritte Kolonne überführt wird, der zweiten Kolonne (12) in einem Bereich zwischen der 3. und 14. theoretischen Trennstufe oberhalb des Sumpfs aus der zweiten Kolonne (12) entnommen wird. Column (12), which is removed from the second column (12) in the form of a side stream, is transferred to the third column, the second column (12) in a region between the 3rd and 14th theoretical separation stage above the bottom from the second Column (12) is removed.
14. Luftzerlegungsanlage (1001-1011) mit einem Kolonnensystem (10), das eine erste Kolonne (11), eine zweite Kolonne (12), eine dritte Kolonne (13) und eine vierte Kolonne (14) umfasst, wobei die Luftzerlegungsanlage (1001-1011) dafür eingerichtet ist, a) die erste Kolonne (11) in einem ersten Druckbereich, die zweite Kolonne (12) in einem zweiten Druckbereich unterhalb des ersten Druckbereichs und die dritte Kolonne (13) und die vierte Kolonne (14) in einem dritten Druckbereich unterhalb des zweiten Druckbereichs zu betreiben, b) in die zweite Kolonne (12) Fluid aus der ersten Kolonne (11), in die dritte 14. Air separation plant (1001-1011) with a column system (10) which comprises a first column (11), a second column (12), a third column (13) and a fourth column (14), the air separation plant (1001 -1011) is set up for a) the first column (11) in a first pressure range, the second column (12) in a second pressure range below the first pressure range and the third column (13) and the fourth column (14) in one to operate the third pressure range below the second pressure range, b) in the second column (12) fluid from the first column (11), in the third
Kolonne (13) Fluid aus der zweiten Kolonne (12) und in die vierte Column (13) fluid from the second column (12) and into the fourth
Kolonne (14) Fluid aus der dritten Kolonne (13) einzuspeisen, c) als das Fluid das in die vierte Kolonne (14) aus der dritten Kolonne (13) Column (14) to feed fluid from the third column (13), c) as the fluid that is in the fourth column (14) from the third column (13)
eingespeist wird, zumindest einen Teil eines Seitenstroms zu verwenden, der aus der dritten Kolonne (13) entnommen wird, d) Kopfgas der ersten Kolonne (11) einer Kondensation gegen Sumpfflüssigkeit der zweiten Kolonne (12) zu unterwerfen und flüssig auf die erste is fed, to use at least part of a side stream which is taken from the third column (13), d) subjecting top gas of the first column (11) to a condensation against bottom liquid of the second column (12) and liquid to the first
Kolonne (11) zurückzuführen, und e) Sumpfflüssigkeit der dritten Kolonne (13) als sauerstoffreiches Produkt aus der Luftzerlegungsanlage (1001-1011) auszuleiten, gekennzeichnet durch Mittel, die dafür eingerichtet sind, Recirculating column (11), and e) discharging bottom liquid from the third column (13) as an oxygen-rich product from the air separation plant (1001-1011), characterized by means that are designed to
f) Kopfgas der zweiten Kolonne (12) einer Kondensation gegen weitere f) top gas of the second column (12) of a condensation against others
Sumpfflüssigkeit der zweiten Kolonne (12) zu unterwerfen und flüssig auf die zweite Kolonne (12) zurückzuführen, g) weiteres Kopfgas der zweiten Kolonne (12) oder anderes Gas aus der ersten Kolonne (11) oder der zweiten Kolonne (12) einer Kondensation gegen weitere Sumpfflüssigkeit der dritten Kolonne (13) zu unterwerfen und auf die zweite Kolonne (12) zurückzuführen. To subject bottom liquid of the second column (12) and return liquid to the second column (12), g) further overhead gas from the second column (12) or other gas from the first column (11) or the second column (12) to condense against to subject further bottom liquid to the third column (13) and return it to the second column (12).
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