[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Es dient
zur Gewinnung von gasförmigem und flüssigem Stickstoff mit variablem Anteil des Flüssigprodukts
durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Destilliersäulensystem, das eine Einzelsäule
aufweist.
[0002] Einzelsäulenverfahren sind eine übliche Methode zur Erzeugung von Stickstoff. Sie
weisen im Gegensatz zu Doppelsäulenverfahren nur eine Drucksäule (die Einzelsäule)
auf und keine weitere Säule (Niederdrucksäule), die zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung
eingesetzt und unter niedrigerem Druck als die Drucksäule betrieben wird. Dies schließt
nicht aus, daß das Destilliersäulensystem über die Einzelsäule hinaus weitere Säulen
aufweist, beispielsweise zur Gewinnung von besonders reinem Stickstoff oder Sauerstoff.
[0003] Das "Destilliersäulensystem" umfaßt die miteinander verbundenen Destilliersäulen,
nicht jedoch die Wärmetauscher oder die Maschinen wie Verdichter oder Entspannungsmaschinen.
Im einfachsten Fall wird das Destilliersäulensystem ausschließlich durch die Einzelsäule
gebildet.
[0004] Unter "sauerstoffangereichert" wird hier ein Gemisch aus Luftgasen verstanden, das
eine höhere Sauerstoffkonzentration als Luft hat, bis hin zu praktisch reinem Sauerstoff.
In der Praxis handelt es sich beispielsweise um Fraktionen mit einem Sauerstoffgehalt
von 25 bis 90 %, vorzugsweise 30 bis 80 %. (Alle Prozentangaben beziehen sich hier
und im folgenden auf die molare Menge, soweit nichts anderes angegeben ist.)
[0005] Das Verfahren dient zur gleichzeitigen Gewinnung von gasförmigem und flüssigem Produktstickstoff,
wobei der Flüssiganteil (molares Verhältnis zwischen flüssigem und gasförmigem Produktstickstoff)
variabel sein kann. Zu unterschiedlichen Zeitpunkten können also verschiedene stationäre
Betriebszustände herrschen, zu denen ein unterschiedlich großer Anteil des Stickstoffprodukts
in flüssiger Form gewonnen wird, im Extremfall kann dieser Anteil auch Null sein.
Der Prozeß kann dann zwischen zwei Grenzfällen hin- und hergefahren werden, der maximalen
Gasproduktion (MaxGAN-Fall) mit minimalem Flüssiganteil und der maximalen Flüssigproduktion
(MaxLIN-Fall) mit maximalem Flüssiganteil und minimalem Gasanteil (gegebenenfalls
ausschließlich flüssige Produktion von Stickstoff). Dabei kann auch jeder beliebige
Wert des Flüssiganteils eingestellt werden, der zwischen den beiden Grenzwerten für
minimalen und maximalen Flüssiganteil liegt.
[0006] Ein Verfahren mit einem Stickstoffkreislauf gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1
ist aus US 4400188 bekannt. Mit Stickstoff, der in einem Kreislaufverdichter auf über
Säulendruck gebracht wurde, wird ein Kondensator-Verdampfer beheizt, der die Sumpfheizung
der Einzelsäule darstellt. Verfahrenskälte wird durch eine übliche Restgasturbine
erzeugt, die mit Gas aus einem weiteren Kondensator-Verdampfer, einem Kopfkondensator,
betrieben wird. Solche Verfahren mit Stickstoffkreislauf sind energetisch günstiger
als Einzelsäulenprozesse ohne Sumpfausheizung. Wegen des Kreislaufs kann auch bei
diesem Prozeß grundsätzlich ein Flüssigstickstoffprodukt in variabler Menge erzeugt
werden, auch wenn dies in der Druckschrift selbst nicht beschrieben ist. Allerdings
stieße man bei einem derartigen Verfahren auf Schwierigkeiten, wollte man den Flüssigproduktanteil
variieren. Erhöhte man zum Beispiel den Flüssiganteil, würde sich bei gleichbleibender
Luftmenge die Sauerstoffkonzentration verringern und damit die Verdampfungstemperatur
im Sumpf. Entsprechend niedriger müßte der Druck im Stickstoffkreislauf sein, der
Kreislaufverdichter müßte also entsprechend nachgeregelt werden. Ohne die Veränderung
des Kreislaufdrucks würde der Druck in der Säule steigen; in diesem Fall müßte der
Austrittsdruck des Luftverdichters entsprechend angepaßt werden.
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art
und eine entsprechende Vorrichtung anzugeben, bei der neben dem gasförmigen Stickstoffprodukt
eine variable Menge an Flüssigprodukt mit relativ geringem Aufwand gewonnen werden
kann.
[0008] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Teil der stickstoffreichen Flüssigkeit
aus dem Kondensator-Verdampfer zumindest zeitweise als Flüssigprodukt abgezogen wird,
der Verdampfungsraum des Kondensator-Verdampfers unter einem Druck betrieben wird,
der höher als der Betriebsdruck der Einzelsäule ist und ein zweites sauerstoffangereichertes
Gas aus einer der Säulen des Destilliersäulensystems und/oder aus dem Verdampfungsraum
des Kondensator-Verdampfers entnommen, arbeitsleistend entspannt und im Hauptwärmetauscher
angewärmt wird.
[0009] Das Flüssigprodukt kann direkt dem Verflüssigungsraum des Kondensator-Verdampfers
entnommen werden. Vorzugsweise wird es allerdings zunächst entspannt und dabei entstehendes
Flashgas abgetrennt. Die Phasentrennung kann beispielsweise in der Einzelsäule oder
in einem separaten Abscheider durchgeführt werden.
[0010] Durch den erhöhten Druck auf der Verdampfungsseite des Kondensator-Verdampfers sind
die Betriebsdrücke des Kondensator-Verdampfers und der Einzelsäule entkoppelt. Bei
steigender Flüssigproduktion braucht dadurch der Druck auf der Verflüssigungsseite
des Kondensator-Verdampfers (Stickstoffkreislauf) nicht verändert zu werden. Der Druck
auf der Verdampfungsseite kann sich vielmehr - unabhängig vom Betriebsdruck der Einzelsäule
- bei gleichbleibender Verdampfungstemperatur auf die geringere Sauerstoffkonzentration
einstellen, ohne daß irgendwelche Verdichtungsmaschinen nachgeregelt werden müssen.
[0011] Das zweite sauerstoffangereicherte Gas, das zur arbeitsleistenden Entspannung vorgesehen
ist, wird vorzugsweise wie das erste sauerstoffangereicherte Gas aus dem im Kondensator-Verdampfer
gebildeten Dampf erzeugt. Die beiden sauerstoffangereicherten Gase weisen zum Beispiel
dieselbe Zusammensetzung auf. Der Eintrittsdruck der arbeitsleistenden Entspannung
ist nicht - wie sonst bei Restgasturbinen üblich - an den Einzelsäulen- beziehungsweise
Kopfkondensatordruck gebunden, sondern vorzugsweise an den Verdampfungsdruck im Kondensator-Verdampfer.
Daher kann der Eintrittsdruck der Turbine im Rahmen einer Erhöhung des Flüssigproduktanteils
analog zum Verdampfungsdruck ansteigen. Durch die entsprechend erhöhte Enthalpiedifferenz
bei der arbeitsleistenden Entspannung des zweiten sauerstoffangereicherten Gases wird
die zusätzliche Kälte erzeugt, die für die erhöhte Produktverflüssigung notwendig
ist. Auch die Steigerung der Restgasmenge erhöht die Kälteproduktion.
[0012] Insgesamt ergibt sich ein Prozeß zur Gewinnung von gasförmigem und flüssigem Stickstoff,
bei dem der Flüssigproduktanteil auf sehr einfache Weise variiert werden kann. Der
Flüssigproduktanteil kann beispielsweise 0 bis 20 %, vorzugsweise 0 bis 16 % des gesamten
Stickstoffprodukts betragen, bei einer Gesamtproduktmenge an Stickstoff von beispielsweise
75 bis 0 %, vorzugsweise 75 bis 25 % der Luftmenge. Der Betriebsdruck im Sumpf der
Einzelsäule beträgt beispielsweise 3 bis 8 bar, vorzugsweise 3 bis 5 bar. Die Druckdifferenz
zwischen Verdampfungsseite des Kondensator-Verdampfers und unterem Abschnitt der Säule
liegt bei beispielsweise 0 bis 5 bar, vorzugsweise 0 bis 3 bar.
[0013] Da das zweite sauerstoffangereicherte Gas im Endeffekt aus der Einzelsäule stammen
muß, braucht es einen entsprechenden Druckerhöhungsschritt, der bei der Erfindung
vorzugsweise im flüssigen Zustand vorgenommen wird, beispielsweise mittels einer Flüssigpumpe.
Dazu wird eine sauerstoffangereicherte Flüssigkeit aus der Einzelsäule abgezogen und
in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck gebracht, wobei das zweite sauerstoffangereicherte
Gas aus der resultierenden unter erhöhtem Druck befindlichen sauerstoffangereicherten
Flüssigkeit erzeugt wird.
[0014] Insbesondere für den Fall, daß das Destilliersäulensystem lediglich eine Einzelsäule
aufweist, bildet die sauerstoffangereicherte Flüssigkeit stromabwärts der Druckerhöhung
die sauerstoffangereicherte flüssige Fraktion, die in den Verdampfungsraum des Kondensator-Verdampfers
eingeleitet wird. Die sauerstoffangereicherte Flüssigkeit wird beispielsweise durch
die Sumpfflüssigkeit der Einzelsäule gebildet und mittels einer Pumpe auf mindestens
den erhöhten Druck gebracht, unter dem der Verdampfungsraum des Kondensator-Verdampfers
steht. Das erste und das zweite sauerstoffangereicherte Gas, also der aufsteigende
Dampf für die Einzelsäule und die arbeitsleistend zu entspannende Fraktion, werden
hier unmittelbar durch Verdampfung der flüssigen Fraktion aus der Einzelsäule erzeugt.
[0015] Will man ein Sauerstoffprodukt erzeugen, dessen Reinheit höher als diejenige der
Sumpffraktion der Einzelsäule ist, geht man im Rahmen der Erfindung folgendermaßen
vor: Das Destilliersäulensystem weist zusätzlich zur Einzelsäule eine Reinsauerstoffsäule
auf. Die sauerstoffangereicherte Flüssigkeit aus der Einzelsäule wird stromabwärts
der Druckerhöhung auf die Reinsauerstoffsäule aufgegeben. Aus dem unteren Bereich
der Reinsauerstoffsäule wird eine sauerstoffreiche Fraktion als gasförmiges und/oder
flüssiges Produkt und/oder Zwischenprodukt abgezogen. Die flüssige sauerstoffangereicherte
Fraktion, die dem Verdampfungsraum des Kondensator-Verdampfers zugeleitet wird, stammt
ebenfalls aus dem unteren Bereich der Reinsauerstoffsäule. Der im Kondensator-Verdampfer
erzeugte Dampf wird in den unteren Bereich der Reinsauerstoffsäule eingeleitet und
dort als aufsteigender Dampf verwendet. Das Kopfgas der Reinsauerstoffsäule dient
dabei zu einem ersten Teil als Arbeitsgas der arbeitsleistenden Entspannung ("zweites
sauerstoffangereichertes Gas") und zu einem zweiten Teil - nach entsprechender Druckverminderung
- als aufsteigender Dampf in der Einzelsäule ("erstes sauerstoffangereichertes Gas").
Wegen der höheren Sauerstoffkonzentration auf der Verdampfungsseite des Kondensator-Verdampfers
herrscht bei dieser Variante ein höherer Kreislaufdruck als bei Ausführungsformen,
bei denen die Verdampfungsseite des Kondensator-Verdampfers mit Sumpfflüssigkeit der
Einzelsäule beaufschlagt wird.
[0016] Vereinfacht gesagt wird oberhalb des Kondensator-Verdampfers ein zusätzlicher Stoffaustauschabschnitt
- hier Reinsauerstoffsäule genannt - angeordnet, der unter dem erhöhten Druck betrieben
wird. In diesem Stoffaustauschabschnitt wird die auf den erhöhten Druck gebrachte
Flüssigkeit aus der Einzelsäule weiter an Sauerstoff angereichert und an leichterflüchtigen
Komponenten abgereichert. Flüssigkeit und/oder Dampf vom Sumpf der Reinsauerstoffsäule
können direkt als Sauerstoffprodukt abgezogen und/oder einem weiteren Arbeitsschritt
zugeführt werden.
[0017] Der Kondensator-Verdampfer ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung vorzugsweise
unmittelbar im Sumpf der Reinsauerstoffsäule angeordnet, er kann aber auch in einem
separaten Behälter untergebracht sein. Die Reinsauerstoffsäule ist vorzugsweise als
reine Abtriebssäule ausgeführt und enthält beispielsweise 30 bis 50 vorzugsweise 35
bis 45 theoretische Böden.
[0018] Die sauerstoffreiche Fraktion kann in dem Destilliersäulensystem weiter gereinigt
werden, indem sie einer Zusatzsäule zur Entfernung schwererflüchtiger Verunreinigungen
zugeführt wird, aus deren oberem Bereich ein Reinsauerstoffprodukt abgezogen wird.
Die sauerstoffreiche Fraktion wird dazu vorzugsweise vom Sumpf der Reinsauerstoffsäule
oder vom Verdampfungsraum des Kondensator-Verdampfers abgezogen. Der aufsteigende
Dampf wird in der Zusatzsäule von schwererflüchtigen Komponenten befreit, die im Reinsauerstoffprodukt
entsprechend abgereichert sind (beispielsweise weniger als 100 ppm, vorzugsweise weniger
als 10 ppm an Verunreinigungen mit höherem Siedepunkt als Sauerstoff; es können Restgehalte
bis etwa 1 ppb erreicht werden). Restflüssigkeit aus der Zusatzsäule kann in die Reinsauerstoffsäule
oder den Kondensator-Verdampfer zurückgeleitet werden. Die Zusatzsäule ist vorzugsweise
als reine Verstärkungssäule ausgeführt und enthält beispielsweise 10 bis 40 vorzugsweise
10 bis 30 theoretische Böden.
[0019] Rücklaufflüssigkeit für die Zusatzsäule wird vorzugsweise in einem Kopfkondensator
erzeugt, in dem eine zweite sauerstoffangereicherte Flüssigfraktion aus dem unteren
Bereich der Einzelsäule mindestens teilweise verdampft wird. Die zweite sauerstoffangereicherte
Flüssigfraktion kann beispielsweise gemeinsam mit der auf die Reinsauerstoffsäule
aufgegebenen sauerstoffangereicherten Flüssigkeit aus der Einzelsäule abgezogen und
auf erhöhten Druck gebracht werden.
[0020] Vorzugsweise wird bei allen bisher genannten Ausführungsformen der Erfindung die
gesamte Rücklaufflüssigkeit für die Einzelsäule und gegebenenfalls die Reinsauerstoffsäule
in dem Kondensator-Verdampfer erzeugt. Es ist daher im allgemeinen nur ein einziger
Kondensator-Verdampfer erforderlich, im Falle einer Zusatzsäule zwei.
[0021] Luftverdichter und Kreislaufverdichter können durch eine einzige Maschine gebildet
werden, nämlich durch eine Kombi-Maschine, bei der mehrere Ritzel auf eine Welle sitzen,
von denen einige den Luftverdichter und eines oder mehrere den Kreislaufverdichter
realisieren.
[0022] Der Kreislaufverdichter kann mindestens teilweise durch einen an die Restgasturbine
gekoppelten Verdichter gebildet werden, wobei mindestens ein Teil der bei der arbeitsleistenden
Entspannung des zweiten sauerstoffangereicherten Gases erzeugten mechanischen Energie
zur Verdichtung des ersten Teils und/oder des zweiten Teils der stickstoffreichen
Fraktion eingesetzt wird.
[0023] Falls ein Stickstoffprodukt besonders hoher Reinheit erzeugt werden soll, ist es
günstig, wenn das Destilliersäulensystem eine Reinstickstoffsäule aufweist, wobei
eine Stickstofffraktion aus dem oberen Bereich der Einzelsäule in flüssigem Zustand
auf die Reinstickstoffsäule aufgegeben wird und aus dem unteren Bereich der Reinstickstoffsäule
ein Reinstickstoffprodukt abgezogen wird. Die Reinstickstoffsäule dient zur Abreicherung
leichtflüchtiger Verunreinigungen aus dem Stickstoff, insbesondere von Helium, Neon
und Wasserstoff. Das Sumpfprodukt der Reinstickstoffsäule ist praktisch frei von Helium,
Neon und Wasserstoff (beispielsweise weniger als 10 ppb, vorzugsweise weniger als
5 ppb an leichter als Stickstoff flüchtigen Verunreinigungen) und kann in Gas- oder
Flüssigform abgezogen werden. Die Reinstickstoffsäule wird vorzugsweise als reine
Abtriebssäule (Strippsäule) betrieben und enthält beispielsweise 10 bis 20 vorzugsweise
10 bis 15 theoretische Böden.
[0024] Der Stickstoffkreislauf (erster Teil der stickstoffreichen Fraktion aus dem Destilliersäulensystem)
kann entweder mit sehr reinem Gas aus dem unteren Bereich der Reinstickstoffsäule
oder mit Kopfgas der Einzelsäule betrieben werden. Ebenso ist es möglich gasförmiges
Druckprodukt (zweiter Teil der stickstoffreichen Fraktion aus dem Destilliersystem)
helium- und neon-frei aus der Reinstickstoffsäule und/oder etwas weniger rein vom
Kopf der Einzelsäule abzuziehen.
[0025] Die Reinstickstoffsäule weist vorzugsweise einen Sumpfverdampfer auf, wobei die Stickstofffraktion
gasförmig aus der Einzelsäule entnommen und vor ihrer Aufgabe auf die Reinstickstoffsäule
in dem Sumpfverdampfer verflüssigt wird. Durch diese Verfahrensweise ist kein weiteres
Heizmittel für den Betrieb der Reinstickstoffsäule erforderlich. Der Betriebsdruck
der Reinstickstoffsäule ist etwas geringer (beispielsweise um 0,5 bis 1,0 bar) als
der Druck am Kopf der Einzelsäule. Die in dem Sumpfverdampfer verflüssigte Fraktion
wird vor der Aufgabe auf die Reinstickstoffsäule auf deren Betriebsdruck entspannt.
[0026] Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 12.
[0027] Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand
von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Hierbei zeigen:
- Figur 1
- ein Verfahren und eine Vorrichtung mit innerhalb der Einzelsäule angeordnetem Kondensator-Verdampfer,
- Figur 2
- ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer einzigen Säule und einem einzigen
Kondensator-Verdampfer,
- Figur 3
- ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Gewinnung von hochreinem Stickstoff,
- Figur 4
- eine Variante mit zwei Stickstoffprodukten unterschiedlicher Reinheit,
- Figur 5
- ein Verfahren, bei dem auch reiner Sauerstoff als Produkt gewonnen wird,
- Figur 6
- ein weiteres Ausführungsbeispiel mit Erzeugung von hochreinem Sauerstoff,
- Figur 7
- eine Abwandlung des Verfahrens der Figur 6 mit Innenverdichtung von hochreinem Sauerstoff,
- Figur 8
- ein Prozeß, bei dem gleichzeitig hochreiner Stickstoff und hochreiner Sauerstoff gewonnen
werden,
- Figur 9
- eine Variante des Verfahrens von Figur 2 mit einer zweiten Turbine,
- Figur 10
- eine andere Abwandlung des in Figur 2 dargestellten Prozesses mit Turbinen-Booster
und
- Figur 11
- ein Diagramm, das sich auf den Betrieb des Ausführungsbeispiels von Figur 2 bezieht.
[0028] Bei dem Verfahren von
Figur 1 wird über eine Leitung 1 verdichtete und gereinigte Einsatzluft herangeführt, die
unter einem Druck von etwa 3,5 bar steht. (Luftverdichter und Luftreinigung - beispielsweise
mittels eines Molekularsiebs - sind in der Zeichnung nicht dargestellt.) Die Luft
wird in einem Hauptwärmetauscher 2 auf etwa Taupunkt abgekühlt und über Leitung 3
einer Einzelsäule 4 an einer Zwischenstelle zugeführt. Die Zwischenstelle liegt beispielsweise
5 bis 20 theoretische beziehungsweise praktisch Böden oberhalb des Sumpfs der Säule
4. Der Betriebsdruck am Sumpf der Einzelsäule beträgt in dem Beispiel 3,0 bar.
[0029] Der Kopfstickstoff 5 (die "stickstoffreiche Fraktion") aus der Einzelsäule 4 enthält
noch 1 ppm bis 1 ppb Sauerstoff und wird in einem Unterkühler 6 und (Leitung 7) weiter
im Hauptwärmetauscher 2 auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt. Der warme Kopfstickstoff
8 wird einem Kreislaufverdichter 9 zugeführt, der beispielsweise zwei bis drei Stufen
aufweist. Hinter jeder Stufe des Kreislaufverdichters befindet sich eine Nach- beziehungsweise
Zwischenkühlung zur Entfemung der Kompressionswärme, von denen jedoch in der schematischen
Zeichnung nur die Nachkühlung 10 hinter der Endstufe dargestellt ist. Ein erster Teil
12 des auf einen Druck von 9,5 bar verdichteten Kopfstickstoffs 11 wird zum Hauptwärmetauscher
2 zurückgeführt, dort auf mehrere Kelvin oberhalb der Säulentemperatur abgekühlt und
über Leitung 13 dem Verflüssigungsraum eines Kondensator-Verdampfers 14 zugeführt.
Dort wird er unter etwa dem Austrittsdruck des Kreislaufverdichters 9 vollständig
oder nahezu vollständig verflüssigt. Die dabei gebildete stickstoffreiche Flüssigkeit
15 wird im Unterkühler 6 unterkühlt und über Leitung 16 und Drosselventil 17 auf den
Kopf der Einzelsäule aufgegeben. Ein Teil 18 der stickstoffreichen Flüssigkeit 16
kann als Flüssigstickstoffprodukt LIN abgezogen werden. Die Flüssigproduktion beträgt
in dem Beispiel etwa 0 % der Luftmenge. In der Zeichnung wird der Flüssigstickstoff
aus der Einzelsäule abgezogen, deren Kopf hier als Flashgasabscheider zwischen dem
Drosselventil 17 und der Flüssigproduktentnahme 18 dient.
[0030] Ein zweiter Teil 19 des im Kreislaufverdichter 9 verdichteten Kopfstickstoffs 11
wird als gasförmiges Stickstoffprodukt unter Druck (DGAN) abgeführt. Altemativ oder
zusätzlich kann ein Teil 20 des Druckstickstoffs aus einer Zwischenstufe des Kreislaufverdichters
herausgeführt und bei einem Druck zwischen dem Betriebsdruck der Einzelsäule 4 und
dem Enddruck des Kreislaufverdichters 9 als gasförmiges Druckstickstoffprodukt (DGAN')
gewonnen werden. In beiden Fällen dient der Kreislaufverdichter 9 gleichzeitig als
Produktverdichter.
[0031] Der Kondensator-Verdampfer 14 ist in dem Beispiel von Figur 1 unmittelbar im Sumpf
der Einzelsäule angeordnet. Auf seiner Verdampfungsseite verdampft die sauerstoffangereicherte
Sumpfflüssigkeit der Einzelsäule 4 unter deren Betriebsdruck unter Bildung eines Dampfs
mit einem Sauerstoffgehalt von etwa 80 %. Während ein erster Teil des im Kondensator-Verdampfer
14 erzeugten Dampfs in der Einzelsäule 4 aufsteigt ("erstes sauerstoffangereichertes
Gas"), wird ein zweiter Teil 21 ("zweites sauerstoffangereichertes Gas") zum kalten
Ende des Hauptwärmetauschers 2 geführt. Nach Anwärmung auf eine Zwischentemperatur
strömt diese Fraktion über Leitung 22 zu einer Restgasturbine 23 und wird dort arbeitsleistend
von etwa 3 bar auf etwa 1,5 bar entspannt. Das arbeitsleistend entspannte sauerstoffangereicherte
Gas 24 wird im Hauptwärmetauscher 2 vollständig angewärmt und über Leitung 25 als
unreines Sauerstoffprodukt UGOX abgegeben. Es kann als Regeneriergas in der nicht
dargestellten Luftreinigung und/oder als gasförmiges Nebenprodukt verwendet und/oder
in die Atmosphäre abgegeben werden. Die Turbine 23 kann über einen Bypass 26 geregelt
werden. Eine kleine Flüssigkeitsmenge 27 wird kontinuierlich oder intermittierend
als Spülflüssigkeit aus dem Verdampfungsraum des Kondensator-Verdampfers 14 abgeführt.
[0032] Das Verfahren gemäß Figur 1 unterscheidet sich vom Stand der Technik gemäß US 4400188
durch die Art der Kälteerzeugung. Diese wird hier durch arbeitsleistende Entspannung
eines sauerstoffangereicherten Gases 21 aus dem Verdampfungsraum des Kondensator-Verdampfers
14 bewerkstelligt. Diese Maßnahme bewirkt zwar eine Vereinfachung der Apparatur, da
nur noch ein einziger Kondensator-Verdampfer zum Betrieb der Einzelsäule 4 erforderlich
ist, allerdings läßt sich damit allein noch nicht die angestrebte einfache Variation
des Flüssigproduktanteils durchführen, wie es bei den Ausführungsbeispielen der Figuren
2 bis 10 der Fall ist.
[0033] Bei dem Verfahren und der Anlage von
Figur 2 ist der Kondensator-Verdampfer 214 in einem eigenen Behälter außerhalb der Einzelsäule
4 angeordnet. Dies stellt im vorliegenden Fall nicht nur ein apparatives Detail dar,
sondern ermöglicht verfahrenstechnisch die Abkopplung des Drucks im Verdampfungsraum
des Kondensator-Verdampfers 214 vom Betriebsdruck der Einzelsäule 4. Die Sumpfflüssigkeit
(die "flüssige sauerstoffangereicherte Fraktion") 228 wird hier mittels einer Pumpe
229 auf einen Druck von 4 bis 8 bar gebracht und unter diesem erhöhten Druck oder
gegebenenfalls nach leichter Drosselung 230 über Leitung 231 in den Verdampfungsraum
des Kondensator-Verdampfers 214 eingeleitet. Der Dampf 232, der aus dem Kondensator-Verdampfer
214 unter diesem Druck abgezogen wird, strömt zu einem ersten Teil ("erstes sauerstoffangereichertes
Gas") 233 unter Drosselung 234 zur Einzelsäule 4 zurück. Ein zweiter Teil ("zweites
sauerstoffangereichertes Gas") 221 wird in Figur 2 analog zum Strom 21 von Figur 1
einer Restgasturbine 23 zugeführt, deren Eintrittsdruck jedoch etwas höher als beim
Prozeß der Figur 1 ist.
[0034] Um die Verdampfung unter dem erhöhten Druck zu gewährleisten muß auch auf der Verflüssigungsseite
des Kondensator-Verdampfers 214 ein entsprechend erhöhter Druck von etwa 9 bar herrschen,
das heißt der Kreislaufverdichter 9 muß einen entsprechend höheren Enddruck aufweisen.
[0035] Der Vorteil der Abkoppelung des Kondensator-Verdampfers vom Betriebsdruck der Säule
erschöpft sich nicht in einer etwas größeren Kälteleistung der Turbine 23, die eine
Folge des höheren Eintrittsdrucks ist. Vielmehr kann durch diese Maßnahme die Flüssigproduktion
(hier: ausschließlich flüssiger Stickstoff 18) mit relativ einfachen Mitteln in einem
Bereich von etwa 0 bis 4,3 % der Einsatzluftmenge variiert werden. Das Umschalten
zwischen den Betriebsfällen funktioniert folgendermaßen: Um beispielsweise maximale
Flüssigproduktion zu erreichen, wird zunächst die Abgabe an gasförmigem Stickstoff
(über Leitung 19 und/oder Leitung 20) reduziert, wobei der Kreislaufverdichter unverändert
mit konstantem Durchsatz und konstantem Enddruck weiterläuft, ebenso wie der in den
Zeichnungen nicht dargestellte Luftverdichter. Es wird also mehr Stickstoff zum Kondensator-Verdampfer
214 geführt und damit über Leitung 15/16 mehr Flüssigkeit auf die Einzelsäule 4 aufgegeben.
Durch das erhöhte Rücklaufverhältnis in der Säule fällt die Sauerstoffkonzentration
im Sumpf ab. Als Folge hiervon erhöht sich der Verdampfungsdruck der sauerstoffangereicherten
Fraktion im Verdampfungsraum des Kondensator-Verdampfers von beispielsweise 3 bar
im MaxGAN-Fall auf bis zu beispielsweise 6 bar im MaxLIN-Fall. Dies führt wiederum
zur Erhöhung von Eintrittsdruck und Durchsatz an der Turbine 23. Hierdurch steht eine
entsprechend erhöhte Kälteleistung für die angestrebte zusätzliche Produktverflüssigung
zur Verfügung. Der in die Säule 4 zurückströmende Dampf 233 wird so abgedrosselt (234),
daß der Betriebsdruck der Einzelsäule 4 konstant bleibt. Die Flüssigkeitsproduktion
kann soweit erhöht werden, daß über die Leitungen 19 beziehungsweise 20 keinerlei
gasförmiges Druckstickstoffprodukt mehr abgegeben wird, sondern der gesamte erzeugte
Stickstoff über Leitung 18 als Flüssigprodukt gewonnen wird.
[0036] Um den umgekehrten Fall, die maximale Druckgasproduktion mit einer Flüssigproduktion
von beispielsweise 0 % der Einsatzluftmenge, zu erreichen wird genau umgekehrt verfahren.
Der Kondensator-Verdampfer 214 wird dann verdampfungsseitig mit einem Druck gefahren,
der etwa 0,2 bar höher als der Druck am Sumpf der Einzelsäule ist; die beiden Drücke
können im Extremfall auch gleich sein. In dieser Verfahrensweise ergibt sich dennoch
eine Energieeinsparung von etwa 30 % gegen über einem Standard-Stickstoffgenerator.
Der (nicht dargestellte) Luftverdichter und der Kreislaufverdichter 9 werden bei der
Erfindung vorzugsweise in einer Kombi-Maschine zusammengefaßt und mit einem gemeinsamen
Antrieb versehen. Die Kennlinie des Apparats kann vollautomatisch zwischen den oben
erwähnten extremen Betriebsfällen und jedem dazwischenliegenden Fall hin- und hergefahren
werden, ohne daß die Verdichtungsmaschinen (Luftverdichter und Kreislaufverdichter)
nachgeregelt werden müssen. Angepaßt werden müssen lediglich die Restgasturbine und
die Menge des gasförmigen Produktstickstoffs.
[0037] Die Figuren 3 bis 8 zeigen, wie sich das erfindungsgemäße Verfahren auf eine Gewinnung
von reinem Sauerstoff, hochreinem Sauerstoff und/oder hochreinem Stickstoff erweitern
läßt.
[0038] Figur 3 entspricht weitgehend Figur 2. Das Verfahren und die Vorrichtung von Figur 3 weisen
jedoch zusätzlich eine Reinstickstoffsäule 335 mit Sumpfverdampfer 336 auf. Kopfstickstoff
337 aus der Einzelsäule 4 (Betriebsdruck hier: etwa 3 bar am Kopf) wird in dem Sumpfverdampfer
336 mindestens teilweise kondensiert und über Leitung 338 nach Drosselung 339 auf
etwa 2,5 bar auf den Kopf der Reinstickstoffsäule 335 aufgegeben. Aus der Flüssigkeit,
die in der Säule 335 herabfließt, werden leichterflüchtige Komponenten, insbesondere
Helium, Neon und Wasserstoff abgestrippt, die mit einem Spülgas 340 abgezogen werden.
Im Sumpf fällt hochreiner Stickstoff an, der noch etwa 0,1 ppm an Verunreinigungen
enthält. Er bildet zu einem ersten Teil das Flüssigstickstoffprodukt 318. Der Rest
wird über Leitung 342 abgezogen, bildet die "stickstoffreiche Fraktion" und wird dem
Kreislaufverdichter 9 zugeführt. Die in dem Kondensator-Verdampfer 214 erzeugte stickstoffreiche
Flüssigkeit 316 wird teilweise über Leitung 343 auf den Kopf der Reinstickstoffsäule
335 aufgegeben. Diese Flüssigstickstoffmenge am Kopf der Reinstickstoffsäule 335 entspricht
exakt der LIN-Produktmenge 318. Die Menge 388 wird im Sumpfverdampfer 336 gegen sich
selbst verdampft.
[0039] In
Figur 4 wird der Kreislaufverdichter 9 abweichend von Figur 3 nicht direkt mit Gas aus der
Reinstickstoffsäule 335 gespeist, sondern vom Kopfgas 442 der Einzelsäule 4, welches
hier die "stickstoffreiche Fraktion" bildet. In diesem Fall enthält also das Druckstickstoffprodukt
19, 20 noch leichtflüchtige Verunreinigungen wie Helium und Neon. Der Kopfstickstoff,
der als Einsatz für die Reinstickstoffsäule 335 und als Heizmittel für deren Sumpfverdampfer
435 dient, wird mit im Kreislauf geführt und stromaufwärts des Kondensator-Verdampfers
214 über Leitung 437 abgezweigt. Die Reinstickstoffsäule 335 kann daher unter einem
höheren Druck als die Einzelsäule betrieben werden, beispielsweise bei 8 bar. Zusätzlich
zu dem oder den Druckstickstoffprodukten 19, 20 und dem hochreinen Flüssigstickstoffprodukt
318 kann am Sumpf der Reinstickstoffsäule 335 ein weiteres gasförmiges Druckstickstoffprodukt
444, 445 (UPDGAN) mit besonders hoher Reinheit gewonnen werden. Vom Kopf der Reinstickstoffsäule
335 wird eine Restfraktion 446 abgezogen und beispielsweise gemeinsam mit dem Abgas
der Turbine 23 im Hauptwärmetauscher 2 angewärmt.
[0040] Das Verfahren und die Anlage von
Figur 5 dienen der Gewinnung von zusätzlichem Sauerstoff einer Reinheit von 99,5 bis 99,9999
%, vorzugsweise 99,5 bis 99,9 %, der argonfrei ist (1 ppm Argon oder weniger). Dazu
ist oberhalb des aus den Figuren 2 bis 4 bekannten Kondensator-Verdampfers 514 ein
Stoffaustauschabschnitt um Umfang von 30 bis 60 theoretischen beziehungsweise praktischen
Böden angeordnet, der eine Reinsauerstoffsäule 546 bildet. Die Sumpfflüssigkeit der
Einzelsäule 4 wird nicht unmittelbar zum Kondensator-Verdampfer 514 geführt, sondern
auf den Kopf der Reinsauerstoffsäule 546 aufgegeben. Beim Durchströmen dieser Säule
reichert sie sich weiter an Sauerstoff an. Die "flüssige sauerstoffangereicherte Fraktion"
wird hier durch die Sumpfflüssigkeit der Reinsauerstoffsäule 546 gebildet.
[0041] Das Kopfgas 532 der Reinsauerstoffsäule 546 von Figur 5 bildet zu einem ersten Teil
das "erste sauerstoffangereicherte Gas" 533 und zu einem zweiten Teil das "zweite
sauerstoffangereicherte Gas" 521. Die beiden Fraktionen werden wie bei den oben beschriebenen
Ausführungsbeispielen der Einzelsäule beziehungsweise der arbeitsleistenden Entspannung
23 zugeführt. Vom Verdampfungsraum des Kondensator-Verdampfers 514, der in dem Beispiel
im Sumpf der Reinsauerstoffsäule untergebracht ist, wird über die Leitungen 547 und
548 ein gasförmiges Sauerstoffprodukt GOX abgezogen, das reiner als die erste sauerstoffangereicherte
Gasfraktion 532 ist.
[0042] In
Figur 6 ist darüber hinaus eine Zusatzsäule 649 vorgesehen, die zur Abtrennung von schwererflüchtigen
Komponenten wie Kohlenwasserstoffen, Krypton und/oder Xenon aus dem gasförmigen Sumpfprodukt
650 der Reinsauerstoffsäule 546 dient. Sie wird unter demselben Druck wie die Reinsauerstoffsäule
546 betrieben und weist einen Kopfkondensator 651 auf, der mit einem Teil 652 der
in der Pumpe 629 auf Druck gebrachten Sumpfflüssigkeit 628 der Einzelsäule 4 gekühlt
wird. Dabei entstehender Dampf 653 wird dem Abgas der Turbine 23 beigemischt. Über
Leitung 654 kann hier ebenfalls eine Spülung vorgenommen werden. Die Sumpfflüssigkeit
655 der Zusatzsäule 649 wird zum Sumpf der Reinsauerstoffsäule 546 zurückgeleitet.
Am Kopf der Zusatzsäule 649 fällt hochreiner Sauerstoff mit einem Gesamtgehalt von
1 ppm an Restverunreinigungen an. Er wird zu eine ersten Teil 647, 648 als gasförmiges
und zu einem zweiten Teil 656 als flüssiges Hochreinprodukt abgegeben.
[0043] Figur 7 zeigt, wie der gasförmige hochreine Sauerstoff mittels Innenverdichtung unter einem
Druck abgegeben werden kann, der höher als der Betriebsdruck der Zusatzsäule 649 ist
und beispielsweise etwa 8 bar beträgt. Hier wird das gesamte Hochreinprodukt über
Leitung 756 flüssig abgezogen, in einer Pumpe 757 auf den erhöhten Druck gebracht.
Mindestens ein Teil 758 wird unter diesem Druck im Hauptwärmetauscher 2 verdampft
und bei 759 als hochreines Drucksauerstoffprodukt abgeführt.
[0044] In
Figur 8 sind die Reinstickstoffsäule 335 aus Figur 3 und die beiden Säulen 546 und 649 der
Figur 6 gemeinsam verwirklicht, so daß Stickstoff und Sauerstoff gleichzeitig als
hochreine Produkte UPDGAN, UPGOX gewonnen werden können.
[0045] Für die Produktion weiter erhöhter Flüssigkeitsmengen können alle bisher beschriebenen
Ausführungsformen durch eine zweite Turbine 961 ergänzt werden, in der ein Teil 960
des im Kreislaufverdichter komprimierten Kreislaufstickstoffs arbeitsleistend entspannt
wird. Dies ist in
Figur 9 beispielhaft dargestellt, die ansonsten Figur 2 entspricht. Dieser Teil wird bei
einer Zwischentemperatur aus dem Hauptwärmetauscher abgeführt, die gleich der Eintrittstemperatur
der ersten Turbine 23 oder höher oder niedriger ist. Der entspannte Stickstoff 962
wird in den Kreislauf zurückgespeist.
[0046] Während bei den bisherigen Ausführungsbeispielen die Restgasturbine 23 an einen Generator
oder an eine andere Bremsvorrichtung zur Abführung mechanischer Energie gekoppelt
ist, treibt sie in
Figur 10 direkt einen Booster 1063 an, der dem extern angetriebenen Kreislaufverdichter vorgeschaltet
ist und diesem einen Teil der Verdichtungsarbeit abnimmt, ohne von außen eingebrachte
Energie zu verbrauchen. Figur 10 ist ansonsten mit Figur 2 identisch. Je nach Größe
der Anlage kann es bei jedem der geschilderten Ausführungsvarianten sinnvoll sein,
einen derartiger Turbinen-Booster einzusetzen. In Figur 10 ist außerdem die optionale
Entnahme eines Stickstoffprodukts 1064 unter dem Austrittsdruck des Boosters 1063
gezeigt.
[0047] Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht in einer flexiblen Betriebsweise der
Anlage hinsichtlich des Flüssigproduktanteils. Das Diagramm von
Figur 11 dient zur Verdeutlichung dieser Möglichkeiten, den Prozeß von Figur 2 mit unterschiedlichen
oder variierenden Produktspezifikationen zu fahren, und zwar - in dem hier dargestellten
Beispiel - bei konstantem Betrieb des Luftverdichters (9.400 Nm
3/h bei 3.4 bar Austrittsdruck) und des Kreislaufverdichters 9 (15.200 Nm
3/h bei 9,5 bar Austrittsdruck).
[0048] Nach links ist dabei die Menge gasförmigen Stickstoffprodukts in Nm
3/h aufgetragen, die über die Leitung 19 abgezogen wird (die in Figur 2 gestrichelt
gezeichnete Leitung 20 wird bei dem Beispiel nicht benutzt). Nach oben sind folgende
Parameter aufgetragen:
- +
- Sauerstoffkonzentration im Verdampfungsraum des Kondensator-Verdampfers 214 in [mol%
· 10]
- Δ
- Druck im Verdampfungsraum des Kondensators in [bar · 100]
- ■
- Mengenstrom durch Turbine 23 in [Nm3/h /10]
- □
- LIN-Produktmenge über Leitung 18 in [Nm3/h]
[0049] Das Diagramm zeigt die Erhöhung der Flüssigproduktmenge (unter Kurve) von knapp über
Null (links) auf 400 Nm
3/h. Dabei steigen der Druck im Kondensator-Verdampfer und der Turbinenstrom an, während
die Sauerstoffkonzentration im Kondensator und die Menge an gasförmigem Produktstickstoff
sinken. Der Betriebsdruck der Säule innerhalb der Säule bleibt dabei konstant.
1. Verfahren zur Gewinnung von gasförmigem und flüssigem Stickstoff mit variablem Anteil
des Flüssigprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Destilliersäulensystem,
das eine Einzelsäule (4) aufweist, wobei bei dem Verfahren
• Einsatzluft (1) in einem Luftverdichter verdichtet, in einem Hauptwärmetauscher
(2) abgekühlt und der Einzelsäule (4) zugeführt (3) wird,
• eine stickstoffreiche Fraktion (5, 7, 8) aus dem Destilliersäulensystem abgezogen
und mindestens zu einem erstem Teil in einem Kreislaufverdichter (9, 1063) verdichtet
wird,
• der erste Teil (12, 13) der stickstoffreichen Fraktion (5, 7, 8) stromabwärts des
Kreislaufverdichters (1063, 9) dem Verflüssigungsraum eines Kondensator-Verdampfers
(14) zugeführt und dort unter einem Druck kondensiert wird, der höher als der Betriebsdruck
der Einzelsäule (4) ist, wobei stickstoffreiche Flüssigkeit (15, 16) gebildet wird,
• eine flüssige sauerstoffangereicherte Fraktion (228, 231) aus dem Destilliersäulensystem
im Verdampfungsraum des Kondensator-Verdampfers (14) mindestens teilweise verdampft
wird,
• aus dem im Verdampfungsraum des Kondensator-Verdampfers (14) gebildeten Dampf (232)
ein erstes sauerstoffangereichertes Gas (234, 533) erzeugt, in die Einzelsäule (4)
eingeleitet und dort als aufsteigender Dampf verwendet wird und
• ein zweiter Teil (19, 20, 1064) der stickstoffreichen Fraktion (5, 7, 8) zumindest
zeitweise als gasförmiges Stickstoffprodukt abgezogen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
• ein Teil (18) der stickstoffreichen Flüssigkeit (15,16) aus dem Kondensator-Verdampfer
(14) zumindest zeitweise als Flüssigprodukt abgezogen wird,
• der Verdampfungsraum des Kondensator-Verdampfers (14) zumindest zeitweise unter
einem Druck betrieben wird, der höher als der Betriebsdruck der Einzelsäule (4) ist
und
• ein zweites sauerstoffangereichertes Gas (221, 521) aus einer der Säulen (546) des
Destilliersystems und/oder aus dem Verdampfungsraum des Kondensator-Verdampfers (14)
entnommen, arbeitsleistend entspannt (23) und im Hauptwärmetauscher (2) angewärmt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine sauerstoffangereicherte Flüssigkeit (228, 528) aus der Einzelsäule (4) abgezogen
und in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck gebracht (229) wird, wobei das zweite
sauerstoffangereicherte Gas (232, 221, 521) aus der resultierenden unter erhöhtem
Druck befindlichen sauerstoffangereicherten Flüssigkeit (231) erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sauerstoffangereicherte Flüssigkeit (231) stromabwärts der Druckerhöhung (229)
die sauerstoffangereicherte flüssige Fraktion bildet, die in den Verdampfungsraum
des Kondensator-Verdampfers (14) eingeleitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Destilliersäulensystem eine Reinsauerstoffsäule (546) aufweist, wobei die sauerstoffangereicherte
Flüssigkeit (231) stromabwärts der Druckerhöhung (229) auf die Reinsauerstoffsäule
(546) aufgegeben wird und aus dem unteren Bereich der Reinsauerstoffsäule (546) eine
sauerstoffreiche Fraktion (547) abgezogen wird, wobei die flüssige sauerstoffangereicherte
Fraktion, die dem Verdampfungsraum des Kondensator-Verdampfers (514) zugeleitet wird,
aus dem unteren Bereich der Reinsauerstoffsäule (546) stammt und wobei im Kondensator-Verdampfer
(514) erzeugter Dampf in den unteren Bereich der Reinsauerstoffsäule (546) eingeleitet
und dort als aufsteigender Dampf verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Destilliersäulensystem eine Zusatzsäule (649) zur Entfernung schwererflüchtiger
Verunreinigungen aufweist, wobei die sauerstoffreiche Fraktion (650) aus der Reinsauerstoffsäule
(546) in die Zusatzsäule (649) eingeleitet wird und ein Reinsauerstoffprodukt (647,
656, 756, 758, 759) aus dem oberen Bereich der Zusatzsäule (649) abgezogen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzsäule (649) einen Kopfkondensator (651) aufweist, der mit einer zweiten
sauerstoffangereicherten Flüssigfraktion (652) aus dem unteren Bereich der Einzelsäule
(4) mindestens teilweise verdampft wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Rücklaufflüssigkeit für die Einzelsäule (4) und gegebenenfalls die Reinsauerstoffsäule
(546) in dem Kondensator-Verdampfer (14, 514) erzeugt wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Luftverdichter und Kreislaufverdichter (9) durch eine einzige Maschine gebildet werden.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der bei der arbeitsleistenden Entspannung (23) des zweiten sauerstoffangereicherten
Gases (221, 521) erzeugten mechanischen Energie zur Verdichtung (1063) des ersten
Teils und/oder des zweiten Teils der stickstoffreichen Fraktion (5, 7, 8) eingesetzt
wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Destilliersäulensystem eine Reinstickstoffsäule (335) aufweist, wobei eine Stickstofffraktion
(338, 437) aus dem oberen Bereich der Einzelsäule (4) in flüssigem Zustand auf die
Reinstickstoffsäule (335) aufgegeben wird und aus dem unteren Bereich der Reinstickstoffsäule
(335) ein Reinstickstoffprodukt (318, 444, 445) abgezogen wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinstickstoffsäule (335) einen Sumpfverdampfer (336, 435) aufweist, wobei die
Stickstofffraktion (437) gasförmig aus der Einzelsäule (4) entnommen und vor ihrer
Aufgabe (338, 339) auf die Reinstickstoffsäule (335) in dem Sumpfverdampfer (336,
435) verflüssigt wird.
12. Vorrichtung zur Gewinnung von gasförmigem und flüssigem Stickstoff mit variablem Anteil
des Flüssigprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft mit einem Destilliersäulensystem,
das eine Einzelsäule (4) aufweist, und mit
• einem Luftverdichter,
• einer Einsatzluftleitung (1, 3), die von dem Luftverdichter durch einen Hauptwärmetauscher
(2) in die Einzelsäule (4) führt,
• einem Kreislaufverdichter (9, 1063) zur Verdichtung des ersten Teils einer stickstoffreichen
Fraktion (5, 7, 8) aus dem Destilliersäulensystem,
• einer Kreislaufleitung (12, 13), die vom Austritt des Kreislaufverdichters (1063,
9) zu dem Verflüssigungsraum eines Kondensator-Verdampfers (14) führt wird,
• Mitteln (228, 231) zur Zuführung einer flüssigen sauerstoffangereicherten Fraktion
aus dem Destilliersäulensystem zum Verdampfungsraum des Kondensator-Verdampfers (14),
• Mitteln zur Erzeugung eines ersten sauerstoffangereicherten Gases (234, 533) aus
dem im Verdampfungsraum des Kondensator-Verdampfers (14) gebildeten Dampf (232) und
zu dessen Einleitung in die Einzelsäule (4) und mit
• einer Gasproduktleitung zum Abziehen eines zweiten Teils (19, 20,1064) der stickstoffreichen
Fraktion (5, 7, 8) als gasförmiges Stickstoffprodukt,
gekennzeichnet durch
• eine Flüssigproduktleitung (15, 16), die mit dem Verflüssigungsraum des Kondensator-Verdampfers
(14) verbunden ist, durch
• die Anordnung des Kondensator-Verdampfers (14) innerhalb eines von der Einzelsäule
(4) getrennten Behälters und durch
• eine Entspannungsmaschine (23) zur arbeitsleistenden Entspannung eines zweiten sauerstoffangereicherten
Gases (221, 521) aus einer der Säulen (546) des Destilliersystems und/oder aus dem
Verdampfungsraum des Kondensator-Verdampfers (14).