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Title:
PROCESS FOR THE LOW-TEMPERATURE AIR SEPARATION AND AIR SEPARATION PLANT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1993/019336
Kind Code:
A1
Abstract:
In the process for low-temperature air separation, cleaned and cooled air is taken into a distilling system having at least one rectifier column and rectified there by counterflow material exchange between a vapour and a liquid phase. The substance exchange in at least one partial region of at least one rectifier column (3, 5, 15) is effected by a packing with a specific area of at least 1000 m?2¿/m?3¿.

Inventors:
ROHDE WILHELM (DE)
MOLL ANTON (DE)
Application Number:
PCT/EP1993/000623
Publication Date:
September 30, 1993
Filing Date:
March 17, 1993
Export Citation:
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Assignee:
LINDE AG (DE)
International Classes:
F25J3/02; F25J3/04; (IPC1-7): F25J3/04
Foreign References:
EP0467395A11992-01-22
Attorney, Agent or Firm:
Kasseckert, Rainer (Zentrale Patentabteilung, Höllriegelskreuth, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei dem gereinigte un abgekühlte Luft in ein mindestens eine Rektifiziersäule aufweisende Destilliersystem geleitet und dort durch GegenstromStoffaustausc zwischen einer Dampf und einer Flüssigkeitsphase rektifiziert wird, wobei bei der Stoffaustausch in mindestens einem Teilbereich mindesten einer Rektifiziersäule durch eine Packung bewirkt wird, dadurc gekennzeichnet, daß der Stoffaustausch in mindestens einem Teilbereic mindestens einer Rektifiziersäule durch eine Packung bewirkt wird, di.
2. 3 eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m /m aufweist.
3. 2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß de Stoffaustausch im obersten Abschnitt der Rektifiziersäule mindesten teilweise durch eine Packung bewirkt wird, die eine spezifisch 2 3 Oberfläche von mindestens 1000 m /m aufweist. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß de Stoffaustausch im untersten Abschnitt der Rektifiziersäule mindesten teilweise durch eine Packung bewirkt, wird, die eine spezifisch 2 3 Oberfläche von mindestens 1000 / aufweist.
4. 4 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß das Destilliersystem eine Niederdrucksäule und eine Rohargonsäul aufweist und daß ein argonhaltiger Sauerstoffström aus de Niederdrucksäule entnommen und in der Rohargonsäule 1n Rohargon und i eine Restfraktion zerlegt wird.
5. 5 Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoffaustausch mindestens in einem Teilbereich der Rohargonsäule durch eine Packung bewirkt wird, die eine spezifische Oberfläche von 2 3 mindestens 1000 m /mJ aufweist.
6. 6 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Destilliersystem eine Drucksäule und eine Niederdrucksäule aufweist, wobei mindestens ein Teil der gereinigten und abgekühlten Luft in die Drucksäule eingeleitet wird und eine Sauerstoffangereicherte und eine stickstoffreiche Fraktion aus der Drucksäule in die Niederdrucksäule eingeleitet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoffaustausch in mindestens einem Teilbereich der Niederdrucksäule durch eine Packung bewirkt wird, die eine spezifische Oberfläche von 2 3 mindestens 1000 m Im aufweist.
8. 8 Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoffaustausch in dem Abschnitt der Niederdrucksäule, der unterhalb der Einspeisestelle der sauerstoffangereicherten Fraktion aus der Drucksäule liegt, mindestens teilweise durch eine Packung bewirkt wird, die eine 2 3 spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m Im aufweist.
9. 9 Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Kopf der Niederdrucksäule eine ReinStickstofffraktion und unterhalb des Kopfes eine UnrelnStickstofffraktion entnommen werden und und daß der Stoffaustausch in dem Abschnitt der Niederdrucksäule, der zwischen den Entnahmestellen von Rein und UnrelnStickstoff liegt, mindestens teilweise durch eine Packung bewirkt wird, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m 2 I 3 aufweist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß ein argonhaltiger Sauerstoffstrom unterhalb der Einspeisestelle de Sauerstoffangereicherten Fraktion aus der Niederdrucksäule entnommen un in einer Rohargonsäule in Rohargon und in eine Restfraktion zerleg wird, daß Gas vom Kopf der Rohargonsäule in indirekten Wärmeaustausc mit einer verdampfenden Fraktion aus der Drucksäule gebracht wird, wobe die bei dem Indirekten Wärmeaustausch verdampfte Fraktion in di Niederdrucksäule eingeleitet wird, und daß der Stoffaustausch 1n de Abschnitt der Niederdrucksäule, der zwischen der Einspeisestelle de verdampften Fraktion und der Entnahmestelle des argonhaltige Sauerstoffstroms Hegt, mindestens teilweise durch eine Packung bewirk 2 wird, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 Im aufweist.
11. 11 Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet daß der Stoffaustausch in der Drucksäule mindestens teilweise durch ein Packung bewirkt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet daß der Stoffaustausch in mindestens einem Teilbereich der Drucksäul durch eine Packung bewirkt wird, die eine spezifische Oberfläche vo 2 3 mindestens 1000 m I aufweist.
13. Luftzerlegungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem de Ansprüche 1 bis 12 mit einem Destllliersystem, das mindestens mindesten eine Rektifiziersäule (3, 4, 15) aufweist, die Stoffaustauschelement enthält, wobei die Stoffaustausche!e ente in mindestens eine Teilbereich mindestens einer Rektifiziersäule durch eine Packun gebildet werden, die eine spezifische Oberfläche von mindesten 2 3 Im aufweist.
14. Luftzerlegungsanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß di Stoffaustausche!emente im obersten Abschnitt der Rektifiziersäul mindestens teilweise durch eine Packung gebildet werden, die ein 2 3 spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m /m aufweist.
15. 15 Luftzerlegungsanlage nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffaustauschelemente 1m untersten Abschnitt der Rektifiziersäule mindestens teilweise durch eine Packung gebildet werden, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m 2 Im3 aufweist.
16. Luftzerlegungsanlage nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Destilliersystem eine Niederdrucksäule und eine Rohargonsäule aufweist und daß Niederdrucksäule und Rohargonsäule über eine Argonübergangsleitung miteinander verbunden sind.
17. Luftzerlegungsanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoff ustauschelemente mindestens in einem Teilbereich der Rohargonsäule durch eine Packung gebildet werden, die eine spezifische Oberfläche von 2 3 mindestens 1000 m Im aufweist.
18. 18 Luftzerlegungsanlage nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Destilliersystem eine Drucksäule und eine Niederdrucksäule aufweist, wobei eine Speiseleitung für zu zerlegende Luft in die Drucksäule mündet und eine Sumpfflussigkeitsleitung und eine Druckstickstoffleitung von der Drucksäule in die Niederdrucksäule führen.
19. Luftzerlegungsanlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoff ustauschelemente in mindestens einem Teilbereich der Niederdrucksäule durch eine Packung gebildet werden, die eine 2 3 spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m I aufweist.
20. 20 Luftzerlegungsanlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffaustausehe1emente in dem Abschnitt der Niederdrucksäule, der unterhalb der Mündung der Sumpfflussigkeitsleitung liegt, mindestens teilweise durch eine Packung gebildet werden, die eine spezifische 2 3 Oberfläche von mindestens 1000 m Im aufweist.
21. 21 Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, gekennzeichnet durch eine ReinSt1ckstoffle1tung, die mit dem oberen Bereich de Niederdrucksäule verbunden ist, und durch eine UnreinSt1ckstoffle1tung die unterhalb der Re1nSt1ckstoffle1tung mit der Niederdrucksäul verbunden Ist, wobei die Stoffaustausche!emente in dem Abschnitt de Niederdrucksäule, der zwischen ReinStickstoffle1tung un UnrelnStickstoffleitung angeordnet ist, mindestens teilweise durch ein Packung gebildet werden, die eine spezifische Oberfläche von mindesten 2 3 1000 m Im aufweist.
22. 22 Luftzerlegungsanlage nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurc gekennzeichnet, daß eine Argonübergangsleitung unterhalb der Mündun der Sumpfflussigkeitsleitung mit der Niederdrucksäule verbunden ist un in eine Rohargonsäule führt, die einen Kopfkondensator aufweist, desse Verdampfungsraum über eine Flüssigkeltsleitung mit der Drucksäule un über eine Gasleitung mit der Niederdrucksäule verbunden Ist, und daß di Stoffaustauschelemente in dem Abschnitt der Niederdrucksäule, de zwischen der Mündung der Gasleitung und der Argonübergangsle1tung liegt mindestens teilweise durch eine Packung gebildet werden, die ein 2 3 spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m Im aufweist.
23. 23 Luftzerlegungsanlage nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurc gekennzeichnet, daß die Stoffaustauschelemente in der Drucksäul mindestens teilweise durch eine Packung gebildet werden.
24. Luftzerlegungsanlage nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurc gekennzeichnet, daß der Stoffaustausch in mindestens einem Teilbereic der Drucksäule durch eine Packung bewirkt wird, die eine spezifisch Oberfläche von mindestens 1000 m 2 Im3 aufweist.
Description:
Beschreibung

Verfahren zur Tieftemperaturzerleαuno von Luft und Luftzerleαunαsanlaσe

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tleftemperaturzerlegung von Luft bei dem gereinigte und abgekühlte Luft in ein mindestens ein Rektifiziersäule aufweisendes Destilllersystem geleitet und dort durc Gegenstrom-Stoffaustausch zwischen einer Dampf- und einer Flüssigkeitsphas rektifiziert wird, wobei der Stoffaustausch in mindestens einem Teilbereic mindestens einer Rektifiziersäule durch eine Packung bewirkt wird, sowi eine Luftzerlegungsanlage zur Durchführung des Verfahrens.

Seit einiger Zeit hat man begonnen, in der Tieftemperaturtechnik insbesondere bei der Luftzerlegung Packungen einzusetzen, die bishe hauptsächlich für andere Trennaufgaben verwendet wurden. Der Begriff Packun schließt hier sowohl geordnete Packungen als auch ungeordnete Packunge (Füllkörperschüttungen) ein.

Beispielswelse aus der EP-A-0321 163 ist bekannt, mindestens in eine Teilbereich der Niederdrucksäule eines zweistufigen Luftzerlegers ein Packung einzusetzen. Dabei wird vorgeschlagen, aus anderen Gebieten de Destillation bekannte Packungen zu verwenden, da es angeblich nicht auf di speziellen Eigenschaften der Packung ankommt, üblicherweise besitze derartige, beispielsweise geordneten, Packungen eine spezifische Oberfläch (d.h. für den Stoffaustausch zur Verfügung stehende Oberfläche relativ zu Gesamtvolumen der Packung) von 125 bis 700 m 2 /m 3 . Der Einsatz vo Packungen höherer Dichte in industriellen Luftzerlegern ist bisher nich bekannt. Auch die EP-A-0467395, in der pauschal ein Bereich zwischen 25 und 1000 2 Im3 genannt Ist, beschränkt sich in der konkreten Ausführun auf spezifi sche Oberflächen bi s höchstens 700 m 2/m 3.

Durch den gegenüber ausschließlich mit konventionellen Rektifizierböden ausgestatteten Kolonnen verringerten Druckabfall kann das Verfahren bei gleichen Produktspezifikationen mit geringerem Einsatzdruck gefahren werden. Dem dadurch bewirkten Rückgang an Energiekosten stehen jedoch erhöhte Kosten für die Herstellung der Rektifiziersäule gegenüber.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die wirtschaftlich besonders günstig sind, insbesondere durch relativ geringe Anlagekosten.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Stoffaustausch in mindestens einem Teilbereich mindestens einer Rektifiziersäule durch eine Packung bbeewwiirrkkt wird, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m 2/ 3 t aufweist.

Durch Einspel ungen und Abführungen von verschiedenen Fraktionen weisen verschiedene Abschnitte einer Luftzerlegersäule in der Regel verschiedene Belastungen, das heißt unterschiedliche Durchsätze an Dampf und Flüssigkeit auf. Wenn insbesondere in relativ gering belasteten Teilbereichen einer Rektifiziersäule eines Luftzerlegungsverfahrens eine Packung eingesetzt wird, hat es sich im Rahmen der Erfindung gezeigt, daß durch den Einsatz einer Packung mit sehr hoher spezifischer Oberfläche die Höhe der entsprechenden mit Packungen gefüllten Säulenbereiche erheblich geringer ist. Im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ergeben sich bei gleicher Stoffaustauschwirkung eine geringere Gesamthöhe der Säule und die damit verbunden entsprechend niedrige Anlagekosten. Dies gilt selbstverständlich in verstärktem Maße bei einer Rektifiziersäule, bei der in allen gepackten Abschnitten Packungen von mindestens 1000 m 2/m3 eingesetzt werden.

Aus früheren Messungen im Bereich von spezifischen Oberflächen bis etw

2 3

500 m /m war jedoch zu erwarten, daß sich die hydraulische Eigenschaften einer sehr dichten Packung deutlich verschlechtern, da Insbesondere der Druckverlust pro theoretischem Boden mit steigende Packungsdichte merklich anwächst und auch der für eine bestimmt Gasbelastung benötigte Kolonnendurchmesser ansteigt. In der begründeten Erwartung, daß sich dieser Zusammenhang bei höheren absoluten spezifischen Oberflächen fortsetzen würde, kamen solche dichteren Packungen wegen der vorauszusehenden wirtschaftlichen Nachteile beim Einsatz in industriellen Luftzerlegern nicht in Frage. Darüber hinaus war außerdem mit größeren Problemen bei der Verteilung von Gas und insbesondere von Flüssigkeit au die Packung sowie bei der Querverteilung von Gas und Flüssigkeit innerhalb der Packung zu rechnen.

Im Rahmen umfangreicher Messungen, die in einer aufwendigen Versuchsanlage unter den Bedingungen eines industriellen Luftzerlegers durchgeführt wurden, hat sich herausgestellt, daß im Falle der Rektifikation von Luftgasen die hydraulischen Verschlechterungen bei Packungen mit spezifischer Oberfläche

2 3 oberhalb etwa 1000 /m sehr viel geringer ausfallen, als nach bisherigen Erkenntnissen zu erwarten war. Dieser Effekt Ist so bedeutend, daß beim Einsatz derart dichter Packungen bei der Luftrektifikation die

Vorteile hinsichtlich der Anlagekosten die Nachteile in der Hydraulik deutlich überwiegen. Dies gilt insbesondere beim Einsatz dieser Art von

Packungen in relativ gering belasteten Abschnitten einer Säule oder in einer

Säule mit konstanter Gasbelastung.

Die dichte Packung weist ansonsten vorzugsweise geordnete Struktur auf, ähnlich wie beispielsweise aus DE-C-27 22 424 oder DE-B-27 22 556 bekannte Packungen. Bevorzugt wird jedoch eine glatte Packung eingesetzt, deren Struktur in der prioritätsgleichen deutschen Patentanmeldung P 4209 132.2 beziehungsweise in der dazu korrespondierenden internationalen

Patentanmeldung PCT/EP (internes Aktenzeichen H 92/31-W0) beschrieben ist, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.

In vorteilhafter Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird der Stoffaustausch im obersten und/oder im untersten Abschnitt der

Rektifiziersäule mindestens teilweise durch eine Packung bewirkt wird, die

2 3 eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 /m aufweist. Bei dem obersten Säulenabschnitt kann es sich beispielsweise um den

Rein-Stickstoff-Abschnitt einer Luftzerlegersäule handelt, durch den nur ein

Teil des StickstoffProdukts geführt wird, bei dem untersten Abschnitt um den

Sauerstoff-Abschnitt, der in der Regel ebenfalls einen relativ geringen

Durchsatz an Gas und Flüssigkeit aufweist. An diesen Stellen kann die von der Stoffaustauschfläche her besonders dichte Packung Ihre Vorteile voll entfalten.

Noch stärker gilt dies im Falle des Anschlusses einer Rohargonsäule an eine Niederdrucksäule. In der Regel handelt es sich dabei um die Niederdrucksäule einer zweistufigen Säule, grundsätzlich ist jedoch auch der Anschluß einer Rohargonsäule an eine Einzelsäule zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung möglich. Gemäß der Erfindung kann sowohl in der Rohargonsäule als auch in der Niederdrucksäule oder lediglich in einer der beiden Säulen, beispielsweise in der Niederdrucksäule, eine Packung mit mindestens

2 3 1000 /m eingesetzt werden.

Besonders günstig ist es, wenn der Stoffaustausch mindestens in einem Teilbereich der Rohargonsäule durch eine Packung bewirkt wird, die eine

2 3 spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m /m aufweist. In vielen

Fällen kann ein großer Teil, im wesentlichen der gesamte oder auch der gesamte Stoffaustausch in der Rohargonsäule durch eine derartige Packung bewirkt werden.

Als Beispiel sei hier auf ein Verfahren zur rein rektifikatorisehe Abtrennung von Sauerstoff und Argon in einer Rohargonsäule hingewiesen, di Packungen enthält und eine sehr hohe Trennstufenzahl aufweis (EP-A-0377117). Es ergibt sich damit eine sehr große Bauhöhe de Rohargonsäule. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz einer Packung mit seh

2 3 hoher spezifischer Oberfläche, beispielsweise 1200 oder 1500 m /m können die Bauhδhe einer derartigen Rohargonsäule und damit di Investitionskosten für die Anlage entscheidend reduziert werden.

Vorteilhaft Ist außerdem die Anwendung der Erfindung auf ei Doppelsäulenverfahren, bei dem das Destilliersystem eine Drucksäule und ein Niederdrucksäule aufweist, wobei mindestens ein Teil der gereinigten un abgekühlten Luft in die Drucksäule eingeleitet wird und ein Sauerstoffangereicherte und eine Stickstoffreiche Fraktion aus de Drucksäule in die Niederdrucksäule eingeleitet werden. Diese Doppelsäul kann beispielsweise ausschließlich zur Gewinnung von Sauerstoff und/ode Stickstoff dienen, oder es können zusätzliche Trennsäulen zur Gewinnung vo Edelgasen angeschlossen sein.

Bei einem Doppelsäulenverfahren wird bevorzugt der Stoffaustausch i mindestens einem Teilbereich der Niederdrucksäule durch eine Packun bewirkt, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m 2 /m aufweist. Insbesondere können weite Teilbereiche oder auch der gesamte fü den Stoffaustausch wirksame Bereich der Niederdrucksäule mit einer dichte Packung ausgestattet sein.

Durch die Verbindung mit der in aller Regel unterhalb der Niederdrucksäul angeordneten Drucksäule bewirkt die durch die Erfindung verringerte Bauhöh einen besonders großen Vorteil. Es kann unter Umständen auf ansonste benötigte Pumpen zur Förderung der flüssigen Fraktionen aus der Drucksäul zur Niederdrucksäule verzichtet werden. Dies gilt insbesondere dann, wen der Kopf der Niederdrucksäule durch indirekten Wärmeaustausch mit eine Fraktion aus dem unteren Bereich der Drucksäule gekühlt wird. Bei erfindungsgemäßen Einsatz der dichten Packung kann sogar die Höhendifferen zwischen Sumpf der Drucksäule und Kopf der Niederdrucksäule allein durch di vorhandene Druckdifferenz überwunden werden.

Falls nur Teile der Niederdrucksäule mit der Packung hoher spezifischer Oberfläche ausgestattet werden, ist es günstig, wenn der Stoffaustauseh in dem Abschnitt der Niederdrucksäule, der unterhalb der Elnspeisestelle der Sauerstoffangereicherten Fraktion aus der Drucksäule liegt, mindestens teilweise durch eine Packung bewirkt wird, die eine spezifische Oberfläche

2 3 von mindestens 1000 m /m aufweist. Dieser Abschnitt wird allgemein als

Sauerstoffabschnitt bezeichnet. Da die Einspeisungen der beiden Fraktionen aus der Drucksäule oberhalb dieses Abschnittes liegen, weist dieser eine relativ geringe Belastung auf.

Ähnliches gilt für den Rein-Stickstoff-Abschnitt, der zwischen dem Kopf der Niederdrucksäule, an dem eine Rein-Stickstofffraktion entnommen wird und der Entnahmestelle einer Unrein-Stickstofffraktion unterhalb des Kopfes liegt, und für den Argon-Zwischenabschnitt. Letzterer befindet sich zwischen der Entnahmestelle eines argonhaltigen SauerstoffStroms, der zur Rohargonsäule geführt wird und der Einspeisestelle einer in indirektem Wärmeaustausch mit Gas vom Kopf der Rohargonsäule verdampften Fraktion. Bevorzugt wird in einem dieser Abschnitte oder in beiden der Stoffaustausch mindestens teilweise durch eine Packung bewirkt, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m 2 /m 3 aufweist.

Zusätzlich kann auch der Stoffaustauseh in der Drucksäule mindestens teilweise durch eine Packung bewirkt werden. Es kann sich dabei um eine Packung hoher spezifischer Oberfläche handeln, aber auch der Einsatz einer weniger dichten Packung ist möglich. Seltener kommt der Einsatz einer sehr dichten Packung ausschließlich in der Drucksäule in Frage.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Luftzerlegungsanlage gemäß den Patentansprüchen 13 bis 24.

Im folgenden werden die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindu anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnunge schematisch dargestellt sind. Die in den Figuren gezeigten Verfahren weise jeweils mindestens zwei Rektifizierstufen auf; die Erfindung ist jedoch auc auf einstufige Luftzerlegungsverfahren anwendbar.

Es zeigen im einzelnen:

Figur 1 ein Luftzerlegungsverfahren gemäß der Erfindung mit dre Abschnitten in der Niederdrucksäule,

Figur 2 ein Verfahren mit vier Abschnitten in der Niederdrucksäule bei dem zusätzlich ein Teil der Luft direkt in di Niederdrucksäule eingeblasen wird,

Figur 3 eine andere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens mi einer der Niederdrucksäule angeschlossenen Rohargonsäule un fünf Abschnitten in der Niederdrucksäule und

Figur 4 eine weitere Variante mit Rohargonsäule und direkte Lufteinblasung mit sechs Abschnitten in der Niederdrucksäule.

Die einander entsprechenden Verfahrensschritte und Vorrichtungsmerkmale sin 1n den Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen versehen.

Bei dem 1n dem Schema von Figur 1 dargestellten Verfahren wird gereinigt Luft 1 unter einem Druck von 4 bis 20 bar, vorzugsweise 5 bis 12 bar i einem Wärmetauscher 2 gegen Produktströme auf etwa Taupunkt abgekühlt und i die Drucksäule 3 einer zweistufigen Rektifiziereinrichtung eingespeist. Di Drucksäule 3 steht über einen gemeinsamen Kondensator-Verdampfer 4 i Wärmeaustauschbeziehung zu einer Niederdrucksäule 5.

Sumpfflüssigkeit 6 und Stickstoff 7 werden aus der Drucksäule 3 abgezogen In einem Gegenströmer 8 unterkühlt und in die Niederdrucksäule eingedrosselt. Aus der Niederdrucksäule werden Sauerstoff 9, Stickstoff 1 und unreiner Stickstoff 11 entnommen. Die Produkte können auch mindesten teilweise flüssig entnommen werden. Dies Ist der Übersichtlichkeit halber 1 den Verfahrensschemen nicht dargestellt.

Die Niederdrucksäule 5 weist in Verfahren und Vorrichtung von Figur 1 folgende Abschnitte auf:

A Rein-Stickstoff-Abschnitt (oberhalb der Unreinstickstoffleitung 11)

B Unrein-Stickstoff-Abschnitt (begrenzt durch Unrelnstickstoffleitung 11 und Sumpfflüssigkeitsleitung 6) E Sauerstoff-Abschnitt (unterhalb der Mündung der Sumpfflüssigkeitsleitung

6)

Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsform von erfindungsgemäßem Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung wird ein Teil der zu zerlegenden Luft in einer Turbine 12 arbeitsleistend entspannt und über Leitung 13 unter Umgehung der Vorzerlegung in Drucksäule 3 direkt in die Niederdrucksäule 5 eingeblasen. Die Turbinenluft 13 kann dabei beispielsweise in Höhe der Sumpfflüssigkeitsleitung 6 in die Niederdrucksäule eingespeist werden; günstiger ist jedoch eine Zuführung im Bereich unterhalb der Sumpfflüssigkeitseinführung, wie sie in Figur 2 dargestellt Ist. Dadurch werden in der Niederdrucksäule insgesamt vier Abschnitte definiert:

A und B wie in Figur 1

C Unrein-Sauerstoff-Abschnitt (begrenzt durch Sumpfflüssigkeitsleitung 6 und Einblaseleitung 13 für Turbinenluft) E Sauerstoff-Abschnitt (unterhalb der Mündung der Einblaseleitung 13)

Figur 3 zeigt eine der Luftrektifikation angeschlossene Rohargonsäule 15. über Argonübergangs1eitung 14 wird ein argonhaltiger Sauerstoffstrom aus dem unteren Bereich der Niederdrucksäule 5 (unterhalb der Sumpfflüssigkeitsleitung 6) entnommen, in den unteren Bereich der Rohargonsäule 15 geleitet und dort in ein Rohargonprodukt 16 und eine Restfraktion 17 zerlegt. Die Restfraktion wird in die Niederdrucksäule zurückgeleitet. Sie kann entweder über die Leitung 14 zurückfließen (falls ein entsprechendes Gefälle vorhanden ist) oder, wie in Figur 3 gezeigt, mittels einer Pumpe 18 über eine eigene Leitung 17 gefördert werden.

Der Kopf ύer Rohargonsäule wird durch einen Rohargonkondensator 19 gekühl auf dessen Verdampfungsseite über Leitung 20 herangeführte Sumpfflüssigke aus der Drucksäule 3 verdampft. Die verdampfte Fraktion wird über Leitung zur Niederdrucksäule geführt. Sie kann beispielweise auf Höhe d Sumpfflussigkeitsleitung 6 eingeleitet werden. Besonders vorteilhaft i jedoch eine Elnspeisung zwischen Mündung der Sumpfflussigkeitsleitung 6 u Anschluß der Argonübergangsleitung.

Durch die beschriebene Verfahrensweise ergeben sich in der Niederdrucksäul von Figur 3 folgende Unterteilungen:

A und B wie in Figur 1

C Unrein-Sauerstoff-Abschnitt (begrenzt durch SumpffTüssigkeitsleitung und Leitung 21 zur Einführung der verdampften Fraktion aus de

Rohargonkondensator 19) D Argon-Zwischenabschnitt (begrenzt durch Leitung 21 zur Einführung de verdampften Fraktion aus dem Rohargonkondensator 19 und Entnahmeleitun

14 für die 1n der Rohargonsäule zu zerlegende argonhaltig

Sauerstofffraktion) E Sauerstoff-Abschnitt (unterhalb der Entnahmeleitung 14 für die in de

Rohargonsäule zu zerlegende argonhaltige Sauerstofffraktion)

In Figur 4 Ist eine Kombination der Varianten der Figuren 2 und dargestellt. Ausgehend von Figur 3 wird als zusätzliches Merkmal in eine Turbine 12 arbeitslelstend entspannte Luft direkt in die Niederdrucksäule eingeblasen. Ähnlich wie beim Verfahren der Figur 2 ist es möglich, di Turbinenluft beispielsweise in Höhe der Sumpfflussigkeitsleitung einzuführen. Bevorzugt wird sie, wie in Figur 4 gezeigt, 1m Bereich zwische Sumpfflüssigkeltseinführung 6 und Einleitung der verdampften Fraktion 21 au dem Rohargonkondensator 19 eingespeist. So wird de Unrein-Sauerstoff-Abschnitt weiter in zwei Unterabschnitte C 1 und C unterteilt.

Erfindungsgemäß wird der Stoffaustausch in einigen Abschnitten de Niederdrucksäule 5 und/oder der Rohargonsäule 15 mindestens teilweise durc eine Packung bewirkt, die eine spezifische Oberfläche von mindesten 1000 m 2 /m 3 aufweist.

10

Zur Verwirklichung der Erfindung müssen nicht in jedem Abschnitt der Niederdrucksäule Packungen eingesetzt werden; 1n einem oder mehreren Abschnitten kann der Stoffaustausch auch teilweise oder ausschließlich durch andere Stoffaustauschelemente bewirkt werden, beispielsweise durch konventionelle Rektifizierböden wie Glocken- oder Siebböden. In einem Abschnitt, in dem in einem oder in mehreren Teilbereichen eine Packung angeordnet Ist, kann der Stoffaustausch in anderen Teilbereichen durch andere Stoffaustauschelemente bewerkstelligt werden. Bevorzugt werden in allen Abschnitten der Niederdrucksäule 5 hauptsächlich Packungen eingesetzt, um den Stoffaustausch zu bewirken.

Eine einfache Form der Realisierung der Erfindung ist ein Verfahren gemäß

Figur 1, bei dem in einem Stickstoffabschnitt, beispielsweise dem im

SauerStoff-Abschnitt E und/oder im Rein-Stickstoff-Abschnitt eine Packung

2 3 mit einer spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m /m eingesetzt wird.

Die folgende Tabelle zeigt ein Zahlenbeispiel für eine Niederdrucksäule mit fünf Abschnitten gemäß Figur 3. Die Bezeichnung der Abschnitte in den Ausführungsbeispielen der übrigen Figuren ist so gewählt, daß die Werte der Tabelle unmittelbar auf diese Varianten übertragen werden können. Die Tabelle enthält für jeden der Abschnitte A bis E einen Zahlenbereich für die Belastung (Durchsatz an aufsteigendem Gas) relativ zum Unrein-Stickstoff-Abschnitt B, einen bevorzugten Zahlenbereich für eine 1n dem Abschnitt einzusetzende Packung sowie zwei besonders bevorzugte Zahlenwerte von konkreten Ausführungsbeispielen.

TABELLE

Abschnitt relative spezifische Oberfläche

Belastung m 2 /m 3

%

A Rein-Stickstoff-Abschnitt 60-75

B Unrein-Stickstoff-Abschnltt 100

C Unrein-Sauerstoff-Abschnitt ca.90

D Argon-Zwischenabschnitt 40-50

E Sauerstoff-Abschnitt 75-85

11

Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß im Abschnitt B, der am höchste belastet ist, eine relativ grobe Packung zum Einsatz kommt. Niedrige belastete Abschnitte, beispielsweise Abschnitt E, werden vorzugsweise mi feineren Packungen ausgestattet. Der Argon-Zwischenabschnitt D enthäl bevorzugt eine Packung mit besonders hoher spezifischer Oberfläche. Der Wer

2 3 1 1550000 m 2 //mm 3 iisstt ddaabbeeii kkeeiinnee ( Obergrenze, grundsätzlich sind auch höher spezifische Oberflächen denkbar.

Die in verschiedenen Abschnitten eingesetzten Packungen können ansonste gleiche oder verschiedene Struktur aufweisen. Bevorzugt werden jedoch i einem, mehreren oder allen Abschnitten geordnete Packungen eingesetzt, wi sie deutschen Patentanmeldung P 4209 132.2 beziehungsweise in der daz korrespondierenden internationalen Patentanmeldung PCT/EP mi gleichem Zeltrang beschrieben sind. Verschiedene spezifische Oberfläche werden durch verschiedene Amplituden bei der Faltung der Lamellen erzeugt aus denen die Packung hergestellt ist.

Durch den erfindungsgemäßen Einsatz von Packungen sehr hoher spezifische Oberfläche fällt die Bauhöhe der Niederdrucksäule 5 der Ausführungsbeispiel wesentlich geringer aus als beispielsweise beim ausschließlichen Einsatz vo

2 "3

Packungen einer spezifischen Oberfläche von weniger als 1000 m /m .

In den Ausführungsbe1sp1elen der Figuren 1 bis 4 beziehungsweise 3 und kann auch in der Drucksäule 3 und/oder insbesondere In der Rohargonsäule 1 der Stoffaustausch in einem oder mehreren Teilbereichen oder in der gesamte Kolonne durch Packungen bewirkt werden. Diese weisen vorzugsweise ebenfall die deutschen Patentanmeldung P 4209 132.2 beziehungsweise in de internationalen Patentanmeldung PCT/EP beschriebene Struktur auf.

Es können auch in der Rohargonsäule Packungen unterschiedlicher spezifische Oberfläche eingesetzt werden, vorzugsweise wird jedoch eine Packung mi konstanter spezifischer Oberfläche verwendet. Die besonders bevorzugte Werte der spezifischen Oberfläche dieser Packung Hegen bei 1000 bi

2 3 2 -\

1500 m /m , vorzugsweise bei 1100 bis 1250 m /m . Bevorzugt finde

1m wesentlichen der gesamte Stoffaustausch in der Rohargonsäule 15 an eine derart dichten Packung statt.

Falls bereits in der Niederdrucksäule oder in der Drucksäule eine Packung

2 3 mit einer spezifischen Oberfläche von mindestens 1000 m /m eingesetzt wird, können die Packungsdichte in der Rohargonsäule auch unterhalb dieser Grenze liegen, vorzugsweise bei 700 bis 900 m 2/ 3, insbesondere bei ca.

750 m 2 /m 3 .

Besonders günstig ist der erfindungsgemäße Einsatz einer besonders dichten

Packung außerdem bei Luftzerlegungsanlagen und -verfahren, bei denen eine

Rektifiziersäule in einen Vakuumbehälter, beispielsweise einen Flüssigkeits- tank eingebaut ist. (Einzelheiten zu derartigen Verfahren und Vorrichtungen sind der DE-A-41 35302 zu entnehmen.) Durch den Einbau einer Packung mit

2 3 einer spezifischen Oberfläche von mindestens 1000 m /m in einen oder mehrere Teilbereiche oder in den gesamten für den Stoffaustauseh wirksamen Bereich einer derartigen Säule kann deren Bauhöhe verringert werden. Es vermindern sich damit nicht nur die Herstellungskosten der Säule selbst, sondern auch diejenigen des sie umschließenden Vakuumbehälters.

Daneben ist auch die Anwendung der Erfindung auf Verfahren und Vorrichtungen vorteilhaft, bei denen flüssig gewonnener Sauerstoff gegen eine kondensie¬ rende Fraktion (beispielsweise Hochdruckluft) verdampft wird. Bei solchen Verfahren wird das Sauerstoffprodukt oftmals flüssig auf Druck gebracht (sogenannte Innenverdichtung), beispielsweise durch Ausnutzung eines hydrostatischen Potentials oder durch eine Pumpe. Im Falle der Einspeisung von gegen verdampfenden Sauerstoff kondensierter Luft an einer mittleren Stelle der Drucksäule kann es günstig sein, oberhalb und unterhalb dieser Einspeisestelle verschieden dichte Packungen In der Drucksäule zu verwenden.