[go: up one dir, main page]

DE3738559A1 - Verfahren zur luftzerlegung durch tieftemperaturrektifikation - Google Patents

Verfahren zur luftzerlegung durch tieftemperaturrektifikation

Info

Publication number
DE3738559A1
DE3738559A1 DE19873738559 DE3738559A DE3738559A1 DE 3738559 A1 DE3738559 A1 DE 3738559A1 DE 19873738559 DE19873738559 DE 19873738559 DE 3738559 A DE3738559 A DE 3738559A DE 3738559 A1 DE3738559 A1 DE 3738559A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
partial
stream
compression
stage
expansion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19873738559
Other languages
English (en)
Inventor
Werner Dipl Ing Skolaude
Gunnar Dr Eggendorfer
Horst Corduan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=6340422&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=DE3738559(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Priority to DE19873738559 priority Critical patent/DE3738559A1/de
Priority to DE8888118753T priority patent/DE3863345D1/de
Priority to EP88118753A priority patent/EP0316768B1/de
Priority to JP63285585A priority patent/JPH01239376A/ja
Priority to US07/270,606 priority patent/US4883518A/en
Publication of DE3738559A1 publication Critical patent/DE3738559A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/04193—Division of the main heat exchange line in consecutive sections having different functions
    • F25J3/042—Division of the main heat exchange line in consecutive sections having different functions having an intermediate feed connection
    • 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
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/04218—Parallel arrangement of the main heat exchange line in cores having different functions, e.g. in low pressure and high pressure cores
    • F25J3/04224—Cores associated with a liquefaction or refrigeration cycle
    • 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
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04278—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using external refrigeration units, e.g. closed mechanical or regenerative refrigeration units
    • 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
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/0429—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
    • F25J3/04296—Claude expansion, i.e. expanded into the main or high pressure column
    • 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
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04333—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04339—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of air
    • F25J3/04345—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of air and comprising a gas work expansion loop
    • 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
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04333—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04351—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
    • F25J3/04357—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen and comprising a gas work expansion loop
    • 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
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F25J3/04393—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using multiple or multistage gas work expansion
    • 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
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • 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
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S62/00—Refrigeration
    • Y10S62/939—Partial feed stream expansion, air
    • Y10S62/94—High pressure column

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Luftzerlegung durch Tieftemperaturrektifikation, bei dem ein Strom von an der Luftzerlegung beteiligten Gasen durch eine Kühlstufe geführt wird, in der durch Verdichtung und Entspannung zumindest eines Teils dieses Gasstroms Verfahrenskälte erzeugt wird, wobei in der Kühlstufe der Gasstrom verdichtet und in zwei Teilströme aufgeteilt wird, die mindestens teilweise abgekühlt und arbeitsleistend entspannt werden, wobei die Entspannung des ersten Teilstroms bei höherer, die des zweiten Teilstroms bei niedrigerer Temperatur durchgeführt wird, bei dem ferner mindestens ein Teilstrom vor der Entspannung unter Verwendung der bei der Entspannung gewonnenen Arbeit nachverdichtet wird, und bei dem mindestens einer der beiden Teilströme mindestens teilweise der Rektifikation zugeführt wird.
Ein solches Verfahren ist in der US-Patentschrift 41 52 130 beschrieben. Dort wird die zu zerlegende Luft nach Vorverdichtung und Vorreinigung, bei der im wesentlichen Wasserdampf und Kohlendioxid abgetrennt werden, in die Kühlstufe eingeführt und dort als Arbeitsgas verwendet. In der Kühlstufe wird durch Verdichtung und Entspannung dieses Arbeitsgases Kälte erzeugt und dem Verfahren zugeführt. Innerhalb der Kühlstufe werden der zweite Teilstrom und ein Seitenstrom des ersten Teilstroms arbeitsleistend entspannt. Die beiden Entspannungsvorgänge und die damit verbundene Abkühlung werden parallel zum Wärmetausch mit Zerlegungsprodukten in zwei verschiedenen Temperaturbereichen durchgeführt. Die Temperatur am Ausgang der bei höherer Temperatur arbeitenden Entspannungseinrichtung ist etwa gleich der Temperatur am Eingang der bei niedrigerer Temperatur arbeitenden Entspannungseinrichtung. Mit der in den beiden Entspannungseinrichtungen gewonnenen Energie werden beide Teilströme parallel durch je eine Nachverdichtungsstufe komprimiert.
Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß der Anteil der während der Entspannungsvorgänge zurückgewonnenen mechanischen Energie bei Verwendung der üblicherweise eingesetzten Entspannungsturbinen nicht zufriedenstellend ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren mit einer eingangs genannten Kühlstufe zu entwickeln, das energetisch besonders günstig arbeitet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Nachverdichtung des zweiten Teilstroms in zwei Stufen durchgeführt wird.
Die erfindungsgemäße Verfahrensführung bewirkt eine hohe Druckdifferenz zwischen der Stelle der Verzweigung in die beiden Teilströme und dem Eintritt des zweiten Teilstroms in den Entspannungsvorgang. Dadurch ist einerseits an der bei niedrigerer Temperatur arbeitenden Entspannungseinrichtung die Druck- und damit auch die Enthalpiedifferenz hoch, und es kann bei der Entspannung ein hoher Anteil der mechanischen Energie des hochverdichteten Teilstroms als Arbeit gewonnen und dem Verfahren wieder zugeführt werden. Andererseits kann der Druck am Verzweigungspunkt niedrig gewählt und damit von außen zur Verdichtung eingesetzte Energie eingespart werden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die bei der Entspannung der beiden Teilströme gewonnene Arbeit in den beiden Stufen zur Nachverdichtung des zweiten Teilstroms verwendet. Dabei wird die gewonnene Arbeit dem Verfahren in Form von mechanischer Energie wieder zugeführt.
Es erweist sich als besonders vorteilhaft, gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung die Arbeit, die bei der Entspannung des zweiten Teilstroms gewonnen wird, in der ersten Teilstufe der Nachverdichtung des zweiten Teilstroms zu verwenden.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Arbeit, die bei der Entspannung des ersten Teilstroms gewonnen wird, in der zweiten Stufe der Nachverdichtung des zweiten Teilstroms verwendet wird.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der erste Teilstrom ohne Nachverdichtung arbeitsleistend entspannt. Die Druckdifferenz zwischen Ein- und Ausgang der bei höherer Temperatur arbeitenden Entspannungseinrichtung ist damit relativ gering, weshalb der Entspannungsvorgang mit hohem Wirkungsgrad durchgeführt werden kann. Somit kann ein hoher Anteil der Energie, die bei der Entspannung frei wird, als Arbeit gewonnen und dem Verfahren wieder zugeführt werden.
Es erweist sich als zweckmäßig, wenn gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Teil der Teilströme nach der Entspannung in den zu verdichtenden Gasstrom zurückgeführt wird. Die Menge des zurückgeführten Gases relativ zur Menge der zugeführten Luft bestimmt die Kälteleistung der Kühlstufe. Damit kann bei ansonsten gleichbleibendem Verfahren über den Fluß im zurückgeführten Strom reguliert werden, welcher Anteil der Endprodukte in flüssigem und welcher in gasförmigen Zustand erzeugt wird.
Bei einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden beide Teilströme vollständig der Rektifikation zugeführt. Der apparative Aufwand kann damit geringer gehalten werden als bei der Ausführung mit Kreislauf.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens ein Teil der Teilströme durch Wärmetausch mit einem externen Kühlmittel abgekühlt. Dadurch kann auf besonders wirtschaftliche Weise zusätzlich von außen Kälte in das Verfahren eingebracht werden.
Es erweist sich als zweckmäßig, wenn in Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Wärmetausch mit dem externen Kühlmittel bis auf eine Temperatur durchgeführt wird, die größer oder gleich der Temperatur ist, bei der die Entspannung des ersten Teilstroms beginnt. Dadurch werden Mischungseffekte beim Wärmetausch weitgehend vermieden. Besonders günstig kann diese Kälte zugeführt werden, wenn beim Wärmetausch mit dem externen Kühlmittel die Temperaturdifferenz zwischen Ein- und Austritt besonders hoch ist. Das Maximum dieser Differenz ist im wesentlichen die Differenz zwischen Umgebungstemperatur und Eintrittstemperatur in die bei höherer Temperatur arbeitende Entspannungseinrichtung. Diese Temperatur ist besonders niedrig, wenn gemäß eines obengenannten Erfindungsmerkmals die Druckdifferenz bei der Entspannung des ersten Teilstroms niedrig gewählt wird.
In einer vorteilhaften speziellen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorverdichtete und vorgereinigte Luft als Arbeitsgas für die Kühlstufe verwendet. Diese Ausführung erweist sich als besonders günstig, wenn ein kleiner Teil der Produkte, bezogen auf die zerlegte Luftmenge, in flüssigem Zustand gewonnen werden soll.
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird stickstoffreiches Gas, das der Rektifikation entnommen wird, als Arbeitsgas für die Kühlstufe verwendet. Wird ein größerer Anteil der Produkte in flüssigem Zustand entnommen, ist diese Version des Verfahrens besonders zweckmäßig.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigt
Fig. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Luft als Arbeitsgas für die Kühlstufe,
Fig. 2 eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit stickstoffreichem Gas aus der Rektifikation als Arbeitsgas für die Kühlstufe.
In beiden Figuren sind für analoge Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet.
Im Verfahren von Fig. 1 wird zu zerlegende Luft über eine Leitung 1 einem Verdichter 2 zugeführt, in dem sie auf einen Druck von 6 bis 7 bar, vorzugsweise 6,4 bar verdichtet wird. Die komprimierte Luft wird über einen Nachkühler 3 zu einem Molsiebadsorber 4 geleitet, um Wasserdampf und Kohlendioxid daraus abzutrennen.
Anschließend wird der Luftstrom in die Kühlstufe geleitet und dort in einem Verdichter 5 auf einen Druck von 28 bis 32 bar komprimiert und in einem Nachkühler 6 abgekühlt. Danach trennt sich der Luftstrom in einen ersten Teilstrom 7 und einem zweiten Teilstrom 8 auf.
Der zweite Teilstrom wird in zwei Nachverdichtungsstufen 9, 11 auf 45 bis 60 bar komprimiert. In den dazugehörigen Nachkühlern 10, 12 wird jeweils die Verdichtungswärme abgeführt.
Der erste Teilstrom wird direkt zu einem Wärmetauscher 13 geführt und dort im Gegenstrom mit Zerlegungsprodukten auf 230 bis 280 K abgekühlt und in einer Entspannungseinrichtung 14 auf 5,4 bis 6,5 bar entspannt. Die dabei gewonnene Arbeit wird an die Nachverdichtungsstufe 11 abgegeben. Nach der Entspannung besitzt der erste Teilstrom eine Temperatur von 150 bis 170 K und wird über den Wärmetauscher 13 wieder zum Verdichter 5 zurückgeführt.
Vom zweiten Teilstrom wird hinter dem Nachkühler 12 ein Seitenstrom 16 abgezweigt, der mittels Wärmetausch mit einem externen Kühlmittel, vorzugsweise Halogenkohlenwasserstoffen, auf die Temperatur des ersten Teilstroms vor der Entspannungseinrichtung 14 abgekühlt und im Wärmetauscher 13 wieder mit dem übrigen zweiten Teilstrom vereinigt wird. Der Wärmetausch mit dem externen Kühlmittel wird hier speziell in zwei Stufen 17 durchgeführt. Genausogut könnte diese Abkühlung in einer Stufe durchgeführt werden. Ebenso könnte ein Seitenstrom des Teilstroms 7 oder je ein Seitenstrom jedes der beiden Teilströme 7, 8 mittels Wärmetausch mit dem externen Kühlmittel abgekühlt werden.
Nach weiterer Abkühlung des gesamten zweiten Teilstroms im Wärmetauscher 13 auf 150 bis 170 K wird vom zweiten Teilstrom ein weiterer Teilstrom 18 abgezweigt und in der Entspannungseinrichtung 19 auf 5,6 bis 6,6 bar entspannt. Die dabei gewonnene Arbeit wird an die Nachverdichtungsstufe 9 abgegeben. Anschließend wird der entspannte Seitenstrom 18 teilweise der ersten Stufe 21 einer zweistufigen Rektifizierkolonne 20 zugeführt, teilweise über die Wärmetauscher 15 und 13 zum Verdichter 5 zurückgeführt. Der restliche zweite Teilstrom wird nach weiterer Abkühlung im Wärmetauscher 15 abgedrosselt und der ersten Stufe 21 der Rektifizierkolonne zugeführt.
Die erste Stufe 21 der Rektifikation wird bei einem Druck von 5,6 bis 6,6 bar betrieben. Sie steht mit einer zweiten Stufe 22, die bei einem Druck von 1,5 bis 1,7 bar arbeitet, über einen Kondensator-Verdampfer 23 in wärmetauschender Verbindung.
Vom Boden der ersten Stufe wird sauerstoffreiche Flüssigkeit 24, vom Kopf der ersten Stufe stickstoffreiche Flüssigkeit 25 entnommen. Die beiden Ströme 24, 25 werden in Wärmetausch mit gasförmigem Stickstoff 27 vom Kopf der zweiten Stufe und mit Restgas 33 in einem Wärmetauscher 26 unterkühlt, anschließend drosselentspannt und entsprechend ihrer Zusammensetzung in die zweite Stufe 22 eingeführt. Der Stickstoffstrom 27 und der Restgasstrom 33 werden im Wärmetauscher 26 erwärmt. Oberhalb des Sumpfes der zweiten Stufe 22 wird Sauerstoff in gasförmigem Zustand über eine Leitung 28 entnommen. Die beiden Produktströme 27 und 28 werden anschließend zusammen mit dem Restgasstrom 33 durch die Wärmetauscher 15 und 13 geleitet und auf nahezu Umgebungstemperatur angewärmt.
Das in Fig. 1 dargestellte Verfahren bietet im Vergleich zu bekannten Verfahren, z. B. dem in der US-Patentschrift 41 52 130 beschriebenen, einen energetischen Vorteil von etwa 2%, insbesondere bei kleineren Mengen von im Verdichter 5 komprimiertem Gas.
In Fig. 2 ist als weiteres Beispiel ein Verfahren dargestellt, bei dem die Kühlstufe mit stickstoffreichem Gas aus der Rektifizierkolonne als Arbeitsgas betrieben wird. Dieses Verfahren ist dem in Fig. 1 abgebildeten sehr ähnlich. Im folgenden werden hauptsächlich die unterschiedlichen Verfahrensteile beschrieben.
Nach dem Molsiebabsorber 4 wird die vorverdichtete und vorgereinigte Luft nicht der Kühlstufe zugeführt, sondern im Wärmetausch 29 mit gasförmigen Zerlegungsprodukten und einem Ausgleichsstrom 34 auf etwa Sättigungstemperatur abgekühlt und der ersten Stufe 21 der Rektifizierkolonne 20 zugeführt. Am Kopf der ersten Stufe wird über die Leitung 30 Stickstoff entnommen und als Arbeitsgas der Kühlstufe zugeleitet, die im wesentlichen wie die Kühlstufe in Fig. 1 aufgebaut ist.
Vor dem Eintritt in den Verdichter 5 wird das Arbeitsgas erwärmt. Ein Teil wird durch die Wärmetauscher 15, 13, ein anderer Teil über den Ausgleichsstrom 34 durch den Wärmetauscher 29 geführt. Ein Teil des Ausgleichsstroms 34 wird im Wärmetauscher 29 abgezweigt und über die Leitung 35 zum Wärmetauscher 13 geführt. Nach der Erwärmung werden alle Zweigströme des Arbeitsgases wieder vereinigt und der Kompression im Verdichter 5 zugeführt.
In einer von Fig. 1 abweichenden Variante wird hier der gesamte zweite Teilstrom 8 nach der Nachverdichtung in den Wärmetauscher 13 eingeleitet, ohne daß ein externes Kühlmittel zur zusätzlichen Kältezufuhr benutzt wird. Sämtliche Versionen mit oder ohne externes Kühlmittel können wahlweie für beide Arbeitsgase verwendet werden.
Weiterhin wird im Unterschied zum Verfahren der Fig. 1 der Seitenstrom 18 des zweiten Teilstroms nach der Entspannung größtenteils zum Verdichter 5 zurückgeführt.
Als Produkt werden flüssiger Sauerstoff 31 und flüssiger Stickstoff 32 aus der ersten bzw. zweiten Stufe der Rektifizierkolonne entnommen.

Claims (11)

1. Verfahren zur Luftzerlegung durch Tieftemperaturrektifikation, bei dem ein Strom von an der Luftzerlegung beteiligten Gasen durch eine Kühlstufe geführt wird, in der durch Verdichtung und Entspannung zumindest eines Teils dieses Gasstroms Verfahrenskälte erzeugt wird, wobei in der Kühlstufe der Gasstrom verdichtet und danach in zwei Teilströme aufgeteilt wird, die mindestens teilweise abgekühlt und arbeitsleistend entspannt werden, wobei die Entspannung des ersten Teilstroms bei höherer, die des zweiten Teilstroms bei niedrigerer Temperatur durchgeführt wird, bei dem ferner mindestens ein Teilstrom vor der Entspannung unter Verwendung der bei der Entspannung gewonnenen Arbeit nachverdichtet wird und bei dem mindestens einer der beiden Teilströme mindestens teilweise der Rektifikation zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachverdichtung des zweiten Teilstroms (8) in zwei Stufen (9, 11) durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Entspannung (14, 19) der beiden Teilströme (7, 8) gewonnene Arbeit in den beiden Stufen (9, 11) zur Nachverdichtung des zweiten Teilstroms (8) verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeit, die bei der Entspannung (19) des zweiten Teilstroms gewonnen wird, in der ersten Stufe (9) der Nachverdichtung des zweiten Teilstroms verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeit, die bei der Entspannung (14) des ersten Teilstroms gewonnen wird, in der zweiten Stufe (11) der Nachverdichtung des zweiten Teilstroms verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teilstrom (7) ohne Nachverdichtung arbeitsleistend entspannt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Teilströme nach der Entspannung in den zu verdichtenden Gasstrom zurückgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Teilströme vollständig der Rektifikation zugeführt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Teilströme durch Wärmetausch mit einem externen Kühlmittel (17) abgekühlt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetausch mit dem externen Kühlmittel (17) bis auf eine Temperatur durchgeführt wird, je größer oder gleich der Temperatur ist, bei der die Entspannung (14) des ersten Teilstroms beginnt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß vorverdichtete und vorgereinigte Luft als Arbeitsgas für die Kühlstufe verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß stickstoffreiches Gas, das der Rektifikationskolonne entnommen wird, als Arbeitsgas für die Kühlstufe verwendet wird.
DE19873738559 1987-11-13 1987-11-13 Verfahren zur luftzerlegung durch tieftemperaturrektifikation Withdrawn DE3738559A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19873738559 DE3738559A1 (de) 1987-11-13 1987-11-13 Verfahren zur luftzerlegung durch tieftemperaturrektifikation
DE8888118753T DE3863345D1 (de) 1987-11-13 1988-11-10 Verfahren zur luftzerlegung durch tieftemperaturrektifikation.
EP88118753A EP0316768B1 (de) 1987-11-13 1988-11-10 Verfahren zur Luftzerlegung durch Tieftemperaturrektifikation
JP63285585A JPH01239376A (ja) 1987-11-13 1988-11-11 低温精溜による空気の分離方法
US07/270,606 US4883518A (en) 1987-11-13 1988-11-14 Process for air fractionation by low-temperature rectification

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19873738559 DE3738559A1 (de) 1987-11-13 1987-11-13 Verfahren zur luftzerlegung durch tieftemperaturrektifikation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE3738559A1 true DE3738559A1 (de) 1989-05-24

Family

ID=6340422

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19873738559 Withdrawn DE3738559A1 (de) 1987-11-13 1987-11-13 Verfahren zur luftzerlegung durch tieftemperaturrektifikation
DE8888118753T Revoked DE3863345D1 (de) 1987-11-13 1988-11-10 Verfahren zur luftzerlegung durch tieftemperaturrektifikation.

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE8888118753T Revoked DE3863345D1 (de) 1987-11-13 1988-11-10 Verfahren zur luftzerlegung durch tieftemperaturrektifikation.

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4883518A (de)
EP (1) EP0316768B1 (de)
JP (1) JPH01239376A (de)
DE (2) DE3738559A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4301100A1 (de) * 1993-01-18 1994-07-21 Abb Management Ag Verfahren zum Betrieb eines Kombikraftwerkes mit Kohle- oder Oelvergasung

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0383994A3 (de) * 1989-02-23 1990-11-07 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung durch Rektifikation
FR2652409A1 (fr) * 1989-09-25 1991-03-29 Air Liquide Procede de production frigorifique, cycle frigorifique correspondant et leur application a la distillation d'air.
GB9008752D0 (en) * 1990-04-18 1990-06-13 Boc Group Plc Air separation
FR2685460B1 (fr) * 1991-12-20 1997-01-31 Maurice Grenier Procede et installation de production d'oxygene gazeux sous pression par distillation d'air
DE4109945A1 (de) * 1991-03-26 1992-10-01 Linde Ag Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft
GB9124242D0 (en) * 1991-11-14 1992-01-08 Boc Group Plc Air separation
CN1071444C (zh) * 1992-02-21 2001-09-19 普拉塞尔技术有限公司 生产气体氧的低温空气分离系统
FR2692664A1 (fr) * 1992-06-23 1993-12-24 Lair Liquide Procédé et installation de production d'oxygène gazeux sous pression.
FR2697325B1 (fr) * 1992-10-27 1994-12-23 Air Liquide Procédé et installation de production d'azote et d'oxygène.
FR2703140B1 (fr) * 1993-03-23 1995-05-19 Air Liquide Procédé et installation de production d'oxygène gazeux et/ou d'azote gazeux sous pression par distillation de l'air.
US5379598A (en) * 1993-08-23 1995-01-10 The Boc Group, Inc. Cryogenic rectification process and apparatus for vaporizing a pumped liquid product
FR2711778B1 (fr) * 1993-10-26 1995-12-08 Air Liquide Procédé et installation de production d'oxygène et/ou d'azote sous pression.
CA2142317A1 (en) * 1994-02-24 1995-08-25 Anton Moll Process and apparatus for the recovery of pure argon
US6006545A (en) * 1998-08-14 1999-12-28 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Liquefier process
US7533540B2 (en) * 2006-03-10 2009-05-19 Praxair Technology, Inc. Cryogenic air separation system for enhanced liquid production
FR2913759B1 (fr) * 2007-03-13 2013-08-16 Air Liquide Procede et appareil de production de gaz de l'air sous forme gazeuse et liquide a haute flexibilite par distillation cryogenique.
US20090320520A1 (en) * 2008-06-30 2009-12-31 David Ross Parsnick Nitrogen liquefier retrofit for an air separation plant
DE102009048456A1 (de) * 2009-09-21 2011-03-31 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP2312247A1 (de) * 2009-10-09 2011-04-20 Linde AG Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von flüssigem Stickstoff durch Tieftemperatur-Luftzerlegung
CN103322770B (zh) * 2013-07-01 2015-05-13 首钢京唐钢铁联合有限责任公司 一种能耗分摊的计算方法
DE102013019504A1 (de) 2013-11-21 2015-05-21 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Gewinnung eines flüssigen Stickstoffprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft und Luftzerlegungsanlage
EP2963367A1 (de) * 2014-07-05 2016-01-06 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft mit variablem Energieverbrauch
US20160245585A1 (en) 2015-02-24 2016-08-25 Henry E. Howard System and method for integrated air separation and liquefaction
CN106621684B (zh) * 2016-12-13 2019-09-27 大连欧科膜技术工程有限公司 一种聚烯烃尾气回收方法
EP3339277A1 (de) * 2016-12-22 2018-06-27 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und anlage zur herstellung eines olefins
EP3385248A1 (de) 2017-04-07 2018-10-10 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und anlage zur gewinnung eines oder mehrerer olefine

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1520103A (en) 1977-03-19 1978-08-02 Air Prod & Chem Production of liquid oxygen and/or liquid nitrogen
US4555256A (en) * 1982-05-03 1985-11-26 Linde Aktiengesellschaft Process and device for the production of gaseous oxygen at elevated pressure
US4595405A (en) * 1984-12-21 1986-06-17 Air Products And Chemicals, Inc. Process for the generation of gaseous and/or liquid nitrogen
US4705548A (en) * 1986-04-25 1987-11-10 Air Products And Chemicals, Inc. Liquid products using an air and a nitrogen recycle liquefier

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4301100A1 (de) * 1993-01-18 1994-07-21 Abb Management Ag Verfahren zum Betrieb eines Kombikraftwerkes mit Kohle- oder Oelvergasung
US5410869A (en) * 1993-01-18 1995-05-02 Abb Management Ag Method of operating a combination power plant by coal or oil gasification
DE4301100C2 (de) * 1993-01-18 2002-06-20 Alstom Schweiz Ag Baden Verfahren zum Betrieb eines Kombikraftwerkes mit Kohle- oder Oelvergasung

Also Published As

Publication number Publication date
EP0316768A2 (de) 1989-05-24
EP0316768A3 (en) 1989-08-09
EP0316768B1 (de) 1991-06-19
US4883518A (en) 1989-11-28
DE3863345D1 (de) 1991-07-25
JPH01239376A (ja) 1989-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0316768B1 (de) Verfahren zur Luftzerlegung durch Tieftemperaturrektifikation
EP0505812B1 (de) Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP0384483B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung durch Rektifikation
DE2044363C2 (de) Verfahren zur Erzeugung von Sauerstoff und Stickstoff
EP0130284B1 (de) Verfahren zur Gewinnung von reinem Kohlenmonoxid
EP0093448A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von gasförmigem Sauerstoff unter erhöhtem Druck
DE69030327T2 (de) Stickstoffherstellungsverfahren
EP1031804B1 (de) Tieftemperaturzerlegung von Luft mit Stickstoff Rückführung
DE69814519T2 (de) Kryogenisches Verfahren mit Doppelsäure und externem Verdämpfer-Kondensator für eine Sauerstoff- und Stickstoffmischung
DE3817244A1 (de) Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft
DE69420882T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von gasförmigem Sauerstoff und/oder gasförmigem Stickstoff unter Druck durch Zerlegung von Luft
EP0989375A1 (de) Verfahren und Verflüssiger zur Erzeugung von flüssiger Luft
DE3528374A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von stickstoff mit ueberatmosphaerischem druck
EP0363861B1 (de) Verfahren zur Gewinnung von Rohargon
DE19951521A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung eines Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE69410584T2 (de) Verfahren und Einrichtung zur Gasverflüssigung
DE2854508A1 (de) Verfahren zur tieftemperaturzerlegung eines gasgemisches
EP0795727A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Verflüssigung eines tiefsiedenden Gases
DE69414282T2 (de) Verfahren und Anlage zur Herstellung von Drucksauerstoff
DE3643359C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung durch zweistufige Rektifikation
EP4127583B1 (de) Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft
DE10045128A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung hoch reinen Stickstoffs durch Tieftemperatur-Luftzerlegung
DE3035844A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von sauerstoff mittlerer reinheit
EP1134524A2 (de) Verfahren zur Gewinnung von gasförmigem Stickstoff
DE4030750A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft

Legal Events

Date Code Title Description
8139 Disposal/non-payment of the annual fee