EP3899389B1 - Vorrichtung und verfahren zur lufttrennung durch kryogene destillation - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur lufttrennung durch kryogene destillation

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EP3899389B1
EP3899389B1 EP19868211.4A EP19868211A EP3899389B1 EP 3899389 B1 EP3899389 B1 EP 3899389B1 EP 19868211 A EP19868211 A EP 19868211A EP 3899389 B1 EP3899389 B1 EP 3899389B1
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Claims (12)

  1. Luftzerlegungsvorrichtung, umfassend eine Doppelsäule mit einer ersten Säule (K3), die dafür ausgelegt ist, bei einem ersten Druck betrieben zu werden, und einer zweiten Säule (K4), die dafür ausgelegt ist, bei einem zweiten Druck betrieben zu werden, der niedriger als der erste Druck ist, wobei die zweite Säule einen Sumpfverdampfer (M) aufweist, Mittel zum Leiten eines stickstoffangereicherten Gases vom Kopf der ersten Säule zum Sumpfverdampfer und Mittel zum Leiten mindestens eines Teils des im Sumpfverdampfer kondensierten stickstoffangereicherten Gases zum Kopf der ersten Säule, einen Wärmetauscher (G), eine Reinigungseinheit (D), Mittel (B) zum Leiten von Luft zur Reinigungseinheit bei einem dritten Druck, der um höchstens 1 bar über dem atmosphärischen Druck liegt, eine Leitung zum Leiten eines ersten Luftstroms (8), der in der Reinigungseinheit gereinigt wurde, zum Wärmetauscher bei einem vierten Druck, der um höchstens 1 bar über dem zweiten Druck liegt, eine Leitung zum Einleiten des im Wärmetauscher gekühlten ersten gereinigten Luftstroms in die zweite Säule, um darin getrennt zu werden, einen Ladekompressor (E), eine Leitung zum Leiten eines zweiten Luftstroms (6), der in der Reinigungseinheit gereinigt wurde, zum Ladekompressor, eine Leitung zum Leiten des gesamten vom Ladekompressor verdichteten zweiten Stroms bis zu einem fünften Druck zwischen dem ersten Druck und 1 bar über dem ersten Druck zum Wärmetauscher, Mittel zur Kälteerzeugung (28), umfassend mindestens eine Entspannungsturbine (28) zum Entspannen eines Teils (30) des zweiten Stroms (6) vom fünften Druck auf den zweiten Druck, wobei die Turbine mit der zweiten Säule (K4) verbunden ist, um die entspannte Luft dorthin zu leiten, eine Leitung zum Abziehen mindestens eines sauerstoff- oder stickstoffangereicherten Fluids (29) aus einer Säule der Doppelsäule, die mit dem Wärmetauscher verbunden ist, und eine Leitung zum Austritt mindestens eines sauerstoff- oder stickstoffangereicherten Fluids aus dem Wärmetauscher als Produkt, wobei die Vorrichtung keine Entspannungsmittel für den ersten Strom und nur eine einzige Reinigungseinheit umfasst, Mittel zum Austritt des für die Turbine bestimmten Teils des zweiten Stroms (6) aus dem Wärmetauscher (G) bei einer Zwischentemperatur des Wärmetauschers, wobei der Einlass der Turbine (28) bei der Zwischentemperatur des Wärmetauschers liegt und Mittel zum Leiten eines anderen Teils (32) des zweiten Stroms, der im Wärmetauscher bis zu dessen kaltem Ende gekühlt wird, zur ersten Säule, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Säule keinen Zwischenkondensator umfasst, wobei die Leitung zum Einleiten des ersten gereinigten Luftstroms mit dem Inneren der zweiten Säule verbunden ist, um dem ersten Strom die Teilnahme an der Destillation zu ermöglichen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Mittel zur Kälteerzeugung eine Entspannungsturbine für ein stickstoffreiches Gas aus der ersten Säule (K3) und/oder Mittel zum Leiten einer kryogenen Flüssigkeit aus einer externen Quelle zur Doppelsäule (K3, K4) umfassen.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Mittel zum Leiten von Luft zur Reinigungseinheit bei dem dritten Druck keine anderen Verdichtungsmittel als einen einstufigen Kompressor (B) umfassen.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, die keine Mittel zur Verdichtung des ersten Stroms (8) umfasst.
  5. Verfahren zur Luftzerlegung durch kryogene Destillation unter Verwendung einer Doppelsäule mit einer ersten Säule (K3), die bei einem ersten Druck betrieben wird, und einer zweiten Säule (K4), die bei einem zweiten Druck betrieben wird, der niedriger als der erste Druck ist, wobei die zweite Säule einen Sumpfverdampfer (M) aufweist, bei dem:
    i) Luft, die Wasser und Kohlendioxid enthält, zu einer einzigen Reinigungseinheit (D) bei einem dritten Druck geleitet wird, der um höchstens 1 bar über dem atmosphärischen Druck liegt,
    ii) die gereinigte Luft in zwei Teile geteilt wird,
    iii) ein erster Luftstrom (8), der in der Reinigungseinheit gereinigt wurde, zu einem Wärmetauscher (G) bei einem vierten Druck geleitet wird, der um höchstens 1 bar über dem zweiten Druck liegt,
    iv) der im Wärmetauscher gekühlte erste gereinigte Luftstrom zur zweiten Säule (K4) geleitet wird, ohne entspannt worden zu sein,
    v) ein zweiter Luftstrom (6) auf einen fünften Druck zwischen dem ersten Druck und 1 bar über dem ersten Druck nachverdichtet wird, der zweite Strom bei dem fünften Druck zum Wärmetauscher geleitet wird und ein Teil des zweiten Stroms in gasförmiger Form zur ersten Säule geleitet wird,
    vi) Kälte zur Aufrechterhaltung des kalten Verfahrens zugeführt wird,
    vii) ein stickstoffreiches Gas aus der ersten Säule im Verdampfer mindestens teilweise kondensiert wird und mindestens ein Teil des kondensierten Stickstoffs zur ersten Säule zurückgeführt wird,
    viii) eine stickstoffangereicherte Flüssigkeit (35) und eine sauerstoffangereicherte Flüssigkeit (34) von der ersten Säule zur zweiten Säule geleitet werden,
    ix) ein sauerstoffangereichertes Gas (29) oder ein stickstoffangereichertes Gas aus der Doppelsäule abgezogen und im Wärmetauscher erwärmt wird, um ein Produkt des Verfahrens zu bilden,
    x) das Verfahren durch Entspannung eines Teils (30) des zweiten Stroms (6) in einer Turbine (28) vom fünften Druck auf den zweiten Druck kalt gehalten wird, wobei der gesamte zweite Strom (6) im Wärmetauscher (G) auf eine Zwischentemperatur des Wärmetauschers gekühlt wird, der Einlass der Turbine (28) bei der Zwischentemperatur des Wärmetauschers liegt und der zur ersten Säule geleitete Teil (32) des zweiten Stroms im Wärmetauscher bis zu dessen kaltem Ende gekühlt wird.
    xi) der erste Luftstrom und/oder der für die erste Säule bestimmte Teil des zweiten Stroms im Wärmetauscher auf eine Temperatur von mindestens 5°C über seinem Taupunkt gekühlt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste Luftstrom direkt in die zweite Säule geleitet wird, um darin getrennt zu werden, ohne in einem Kondensator kondensiert worden zu sein.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der erste Strom (8) zur zweiten Säule (K4) auf einer Höhe geleitet wird, die niedriger oder gleich der Ankunftshöhe der sauerstoffangereicherten Flüssigkeit (34) ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem der in der Turbine entspannte Luftanteil zwischen 6 und 15 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 6 und 8 % der gereinigten Luft ausmacht.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die gesamte Luft (4) bei einem Druck gereinigt wird, der 1,5 bara nicht überschreitet, oder sogar 1,3 bara nicht überschreitet.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem das sauerstoffangereicherte Gas (29) mindestens 80 Mol-% Sauerstoff, oder sogar mindestens 90 Mol-% Sauerstoff, aber vorzugsweise weniger als 98 Mol-% Sauerstoff enthält.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem der erste Strom (8) zwischen 20 und 30 Vol.-% des gereinigten Luftstroms ausmacht.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, bei dem der zweite Strom (6) zwischen 70 und 80 Vol.-% des gereinigten Luftstroms ausmacht.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, bei dem ein sauerstoffangereichertes Gas (29) und/oder ein stickstoffangereichertes Gas aus der Doppelsäule abgezogen und im Wärmetauscher (G) erwärmt wird/werden, um ein Produkt des Verfahrens zu bilden, indem es oder sie am kalten Ende des Wärmetauschers eingeführt wird/werden.
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