[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Argon,
bei dem verdichtete, vorgereinigte und abgekühlte Luft in einem Rektifikationssystem
mit mindestens einer Rektifiziersäule und einer Rohargonsäule zerlegt wird, nach den
Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 und 6.
[0002] Ein derartiges Verfahren mit Vorrichtung zur Gewinnung von Argon mit bis zu 10 ppm
Verunreinigungsanteil ist durch EP 0 377 117 B2 bekannt, bei welchen eine aus dem
sogenannten Argonbauch-Bereich einer Niederdrucksäule einer zweistufigen Rektifikation
abgezogene argonreiche Sauerstofffraktion einer mit einem Rohargonkondensator ausgerüsteten
Rohargonsäule zugeführt und in dieser bei gleichen Druckverhältnissen wie in der Niederdrucksäule
mittels von mindestens 150 theoretischen Böden (Stufen) sowie strukturierten Packungen
oder Füllkörpern in gasförmiges Rohargon und in eine schwerersiedende erste flüssige
Restfraktion zerlegt, wobei das Rohargon einer weiteren Feinreinigung in einer auf
konventionelle Weise mit Böden und mit einem Kopfkondensator sowie mit einem Sumpfverdampfer
ausgerüsteten Reinargonsäule zur Gewinnung von Reinargon unterzogen wird.
[0003] Des Weiteren ist durch die EP 0 628 777 B1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Gewinnung von Argon mit bis zu 10 ppm Sauerstoffrestanteil bekannt, bei welchen die
aus der Zerlegung von Luft in einem Rektifiziersystem mit mindestens einer Rektifiziersäule
gewonnene argonhaltige Sauerstofffraktion in einer Rohargonsäule und einer mit einem
Rohargonkondensator ausgerüsteten Halbreinsäule zu einem Argonprodukt zerlegt wird,
wobei die Restfraktion der Halbreinsäule als Rücklaufflüssigkeit für die Rohargonsäule
Verwendung findet, wobei die Anzahl der zur Argonrektifikation verwendeten theoretische
Böden in Form von konventionellen Böden und/oder geordneten Packungen und/oder Füllkörpern
in der Rohargon-/Halbreinsäule mindestens 30 bzw. 60 beträgt, sodass kein Rohargonkondensator
in der Rohargonsäule erforderlich ist, wodurch der apparative Aufwand verringert und
die Betriebskosten gesenkt werden.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art mit einem geringen apparativen Aufwand und niedrigen Betriebskosten
zur besonders wirtschaftlichen Gewinnung von Rohargon zur Verfügung zu stellen.
[0005] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und 6
gelöst.
[0006] Erfindungsgemäß wird der aus der Niederdrucksäule der zweistufigen Rektifiziersäule
im Bereich eines sogenannten Argonbauchs unter einem Druck von 1,2 - 1,6 bar abgezogene
argonhaltige Sauerstoffstrom durch eine, in der die Niederducksäule mit der Rohargonsäule
verbindenden Leitung angeordnete Drossel auf einen Druck von etwa 0,9 - 1,1 bar reduziert
und unter diesem Druck in der Rohargonsäule unter Verwendung einer variablen Anzahl
von in unterschiedlichen Bereichen angeordneten konventionellen Böden und/oder geordneten
Packungen und/oder Füllkörpern zu gasförmiges Rohargon und einer ersten schwerersiedenden
flüssigen Restfraktion (Sumpfprodukt) zerlegt.
[0007] Das am Kopf der Rohargonsäule vorliegende Rohargon wird durch indirekten Wärmetausch
mit einer aus dem Prozess entnommenen Flüssigkeit kondensiert und zumindest teilweise
als Rücklaufflüssigkeit wieder in die Kolonnen eingespeist. Ein Teil der kondensierten
Rohargonfraktion wird als Produkt abgezogen und zur weiteren Behandlung der Reinargonsäule
zugeführt.
[0008] Wie vorab bereits beschrieben, ist die Verwendung der aus der Hochdrucksäule entnommenen
sauerstoffreichen Flüssigkeit als Kühlmedium für den Rohargonkondensator von Vorteil.
[0009] Im Zusammenhang mit der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, wenn die gesamte
zur Verfügung stehende Sumpfflüssigkeit der Drucksäule zum Rohargonkondensator (Kopfkondensator
Rohargonsäule)) gefahren wird, da in diesem Fall die Sauerstoffkonzentration des Flüssigbades,
in dem der Rohargonkondensator aufgehangen ist, sinkt und somit die Kondensation des
Rohargons bei tieferen Temperaturen und damit bei einem niedrigeren Druck in der Rohargonsäule
ermöglicht.
[0010] Zudem ist es besonders vorteilhaft, wenn eventuell vorhandene Flüssigluftfraktion
zumindest teilweise in die Drucksäule eingespeist wird, da auch diese Maßnahme die
Sauerstoffkonzentration im Bad des Kopfkondensators der Rohargonsäule absenkt.
[0011] In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird zur Verbesserung der Rücklaufverhältnisse
in der Rohargonsäule die im unteren Säulenbereich vorliegende flüssige Restfraktion
(Sumpfprodukt) mindestens teilweise verdampft.
[0012] Zum erfindungsgemäßen Verdampfen des Sumpfprodukts der Rohargonsäule findet bevorzugt
die aus dem Sumpf der Hochdrucksäule abgezogene, eventuell noch durch indirekten Wärmeaustausch
vorgekühlte sauerstoffreiche Flüssigkeit Verwendung, die nach dem Passieren der Sumpfheizung
entspannt und als Kühlmedium dem Rohargonkondensator zugeführt wird.
[0013] Als zusätzliches oder alternatives Heizmedium für die vorab beschriebene Sumpfheizung
kann besonders vorteilhaft auch ein in der Luftzerlegungsanlage vorhandener Hochdruckluftstrom
von 10 bis 100 bar vor seiner Entspannung und Aufteilung auf weitere Rektifiziersäulen
verwendet werden.
[0014] Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen zusätzlichen Sumpfverdampfung in der Rohargonsäule
unter Verwendung von aus der Drucksäule eingespeisten Sauerstoff besteht insbesondere
darin, dass die Rektifikationsverhältnisse in der Rohargonsäule ohne negative Beeinflussung
des Rektifikationsprozesses in der Niederdrucksäule wesentlich verbessert werden.
[0015] Dabei wird die Auftriebsgasmenge und damit das Rücklaufverhältnis in der Rohargonsäule
erhöht, ohne dass der aus der Niederdrucksäule abgezogene argonhaltige Sauerstoffstrom
zur Beschickung der Rohargonsäule vergrößert werden muss.
[0016] Folglich wird auch der aus der Niederdrucksäule im abgezogenen Seitengas enthaltene
Stickstoffanteil nicht zusätzlich erhöht, wodurch die bisher am Kopf der Rohargonsäule
zu verzeichnende Stickstoffanreicherung (Faktor 28-36) und damit eine den störungsfreien
Betrieb des Rohargonkondensators beeinträchtigende sowie eine die Weiterbearbeitung
erschwerende Stickstoffanreicherung im Rohargon-produkt vermieden wird.
[0017] Zur Gewinnung von gasförmigen und flüssigen Argon mit 0,1 bis 10 ppm Restsauerstoff
wird das am Kopf der Rohargonsäule verflüssigte Rohargon einer Feinreinigung in einer
mit einer variablen Anzahl von in unterschiedlichen Bereichen angeordneten konventionellen
Böden und/oder geordneten Packungen und/oder Füllkörpern, einem Reinargonkondensator
und einem Sumpfverdampfer ausgerüsteten Reinargonsäule unterzogen, bei der das Rohargon
in Reinargon und in eine zweite leichtersiedende Restfraktion zerlegt wird.
[0018] Das am Kopf der Reinargonsäule vorliegende gasförmige Stickstoff-Argon-Gemisch wird
durch indirekten Wärmeaustausch im Reinargonkondensator (Kopfkondensator Reinargonsäule)
verflüssigt, wobei die verflüssigte Fraktion als Rücklauf wieder in die Reinargonsäule
eingespeist und der nicht verflüssigte Anteil als gasförmiger Spülstrom in die Anlagenumgebung
abgeblasen wird.
[0019] Zum Kühlen des Reinargonkondensators findet ein aus der Hochdrucksäule entnommener
gasförmiger Strom Verwendung, der zunächst im Verdampfer der Reinargonsäule kondensiert
und anschließend in den Reinargonkondensator hinein entspannt wird.
[0020] Zur Erzeugung des für den Betrieb der Reinargonsäule benötigten Auftriebgases wird
das im Säulensumpf anfallende Flüssigprodukt durch indirekten Wärmetausch im Verdampfer
der Reinargonsäule teilweise verdampft. Der nicht verdampfte Anteil an Sumpfflüssigkeit
kann als flüssiges Reinargonprodukt abgezogen werden.
[0021] Zur Erzeugung des für die Feinreinigung des Rohargons in der Reinargonsäule benötigten
Druckes wird das aufgrund der zwischen der Roh- und Reinargonsäule bestehenden Höhendifferenz
aufgebaute hydrostatische Potential genutzt.
[0022] Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Gewinnung von Argon nach den
Merkmalen der Patentansprüche 6 bis 9.
[0023] Die erfindungsgemäß druckreduzierte Argon-Gewinnung kann mit einer wesentlich verringerten
Anzahl von theoretischen Böden in Form von in einer variablen Anzahl in unterschiedlichen
Bereichen der Rohargonsäule angeordneten konventionellen Böden und/oder geordneten
Packungen und/oder Füllkörper erfolgen, wodurch die Bauhöhe der Rohargonsäule wesentlich
verringert und damit der apparative und verfahrenstechnische Aufwand gesenkt wird,
sodass eine kostengünstige Gewinnung von Argon mit 0,1 bis 10 ppm Restsauerstoffanteil
gewährleistet wird.
[0024] Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert.
[0025] Die Figur der Zeichnung zeigt ein Verfahrensschema einer erfindungsgemäßen Argon-Gewinnung.
[0026] Ein aus einer, in einem Rektifiziersystem mit einer Drucksäule 1 durch einen Kondensator
thermisch gekoppelten Niederdrucksäule 2 im Bereich des sogenannten Argonbauches unter
einen Druck von etwa 1,2 bis 1,6 bar und einem Argongehalt von 8-14 % über eine Leitung
3 abgezogener Sauerstoffstrom wird durch eine in der Leitung 3 angeordnete, beispielsweise
als Ventil oder Klappe ausgebildete Drossel 4 auf einen Druck von etwa 0,9 bis 1,1
bar reduziert und unter diesem Druck in eine Rohargonsäule 5 eingespeist und in dieser
unter Verwendung einer variablen Anzahl von unterschiedlich angeordneten konventionellen
Böden und/oder geordneten Packungen und/oder Füllkörpern in gasförmiges Rohargon 6
(Kopffraktion) und in eine erste flüssige Restfraktion 7 (Sumpfprodukt) rektifiziert.
[0027] Das am Kopf der Rohargonsäule 5 vorliegende Rohargon 6 mit 0,1 bis 10 ppm Restsauerstoffgehalt
wird durch indirekten Wärmetausch mit einer aus dem Prozess entnommenen Flüssigkeit
kondensiert und zumindest teilweise als Rücklaufflüssig-keit wieder in die Rohargonsäule
5 eingespeist.
[0028] In der Regel wird zur Kondensation des Rohargons 6 aus dem Sumpf der Drucksäule 1
über Leitung 9 zugeführte Flüssigkeit verwendet, die dazu über ein Ventil in den Raum
eines Rohargonkondensators 10 hinein entspannt wird. Ein Teil der kondensierten Rohargonfraktion
wird über Leitung 15 als sauerstoffarmes Rohargonvorprodukt abgezogen und zur weiteren
Behandlung einer Reinargonsäule 16 zugeführt.
[0029] Zur Optimierung der Rücklaufverhältnisse in der Rohargonsäule 5 wird die im unteren
Bereich der Rohargonsäule 5 vorliegende flüssige Restfraktion 7 zumindest teilweise
in einem Verdampfer durch einen Prozeßstrom verdampft. Vorteilhaft findet als Verdampfungsmittel
aus dem Sumpf der Drucksäule 1 abgezogene sauerstoffreiche Flüssigkeit Verwendung,
welche erst nach dem Passieren des Verdampfers und vor dem Eintritt in den Rohargonkondensator
10 entspannt wird.
[0030] Besonders vorteilhaft kann auch ein in der Luftzerlegungsanlage vorhandener, unter
einem Druck von 10 bis 100 bar stehender Luftstrom zum Betrieb des Sumpfverdampfers
11 in der Rohargonsäule 5 Verwendung finden. Dieser Hochdruckluftstrom wird erst nach
dem Passieren des Verdampfers entspannt und auf die Druck- und Niederdrucksäule 1,
2 aufgeteilt. Der in der Rohargonsäule 5 nicht verdampfte Anteil an flüssiger Restfraktion
7 wird als Rücklauf mittels einer Fördereinrichtung 14 über eine Leitung 13 wieder
in die Niederdrucksäule 2 eingespeist.
[0031] Ein Teil des im Rohargonkondensator 10 verflüssigten Rohargons 6 wird als sauerstoffarmes
Argonvorprodukt mit einem Restsauerstoffgehalt von 0,1 bis 10 ppm über die Leitung
15 in die Reinargonsäule 16 eingespeist. Die Reinargonsäule 16 ist dabei so weit unterhalb
des Rohargonkondensators 10 angeordnet, dass die geodätische Höhe der Flüssigkeitssäule
von Reinargon den Druckunterschied zwischen der Rohargon- und Reinargonsäule 5, 16
sowie die beim Transport der Flüssigkeit entstehenden Druckverluste ausgleicht. Die
Reinargonsäule 16 ist mit einer variablen Anzahl von unterschiedlich angeordneten
konventionellen Böden und/oder geordneten Packungen und/oder Füllkörpern ausgerüstet
und trennt das eintretende sauerstoffarme Rohargonprodukt in ein Argon-Stickstoff-Gemisch
17 und in ein sauerstoff- und stickstoffarmes Reinargonprodukt, das als flüssiges
Reinargonprodukt 27 aus dem Sumpf der Reinargonsäule 16 abgezogen wird.
[0032] Das am Kopf der Reinargonsäule 16 vorliegende gasförmige Argon-Stickstoff-Gemisch
17 wird durch indirekten Wärmetausch in einem Reinargonkondensator 21 teilweise verflüssigt,
wobei die verflüssigte Fraktion als Rücklauf wieder in die Reinargonsäule 16 eingespeist
wird und der nicht verflüssigte Anteil als gasförmiger Stickstoff-Spülstrom über eine
Leitung 22 in die Anlagenumgebung abgeblasen wird. Zum Kühlen des Reinargonkondensators
21 findet eine aus der Drucksäule 1 über eine Leitung 23 zugeführte gasförmige Fraktion
Verwendung, welche zunächst in einem Reinargonverdampfer 24 kondensiert, bevor diese
über eine mit ein an einem Entspannungsventil 25 versehene Leitung 26 in den Reinargonkondensator
21 hinein entspannt wird.
[0033] Eine im Sumpf der Reinargonsäule 16 anfallende flüssige Restfraktion 18 wird teilweise
im Reinargonverdampfer 24 verdampft und der nicht verdampfte Flüssigkeitsanteil als
flüssiges Reinargonprodukt 27 abgezogen.
[0034] Die erfindungsgemäße Argon-Gewinnung ist mit oder ohne zusätzlicher Rohargonsäulen-Sumpfverdampfung
in allen gebräuchlichen Luftzerlegungsanlagen mit einem Rektifiziersystem mit mindestens
einer Rektifiziersäule und einer Rohargonsäule mit den aufgezeigten Vorteilen einsetzbar.
1. Verfahren zur Gewinnung von Argon, bei dem verdichtete, vorgereinigte und abgekühlte
Luft in einem Rektifiziersystem mit mindestens einer Rektifizier-säule und einer Rohargonsäule
zerlegt wird, wobei
a) ein aus einer Niederdrucksäule der Rektifiziersäule abgezogener argonhaltiger Sauerstoffstrom
in der mit Rektifizierelementen in Form von konventionellen Böden und/oder geordneten
Packungen und/oder Füllkörpern ausgestatteten Rohargonsäule in Rohargon und in eine
erste schwerersiedende flüssige Restfraktion zerlegt und
b) eine Kopfkühlung der Rohargonsäule durch indirekten Wärmetausch mit verdampfender,
auf etwa den Druck der Niederdrucksäule entspannter Sumpfflüssigkeit einer mit der
Niederdrucksäule thermisch gekoppelten Drucksäule erfolgt und
c) das vom Kopf der Rohargonsäule in eine Reinargonsäule eingeleitete Rohargon in
Reinargon und in eine zweite leichtersiedende Restfraktion zerlegt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Druck in der Rohargonsäule (5) geringer ist als der Druck in der Niederdrucksäule
(2).
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der argonhaltige Sauerstoffstrom in der Rohargonsäule (5) unter einem Druck von etwa
0,9 bis 1,1 bar rektifiziert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Druckreduzierung des aus der Niederdrucksäule (2) abgezogenen argonhaltigen Sauerstoffstroms
vor dessen Einspeisung in die Rohargonsäule (5) erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die im unteren Bereich der Rohargonsäule (5) vorliegende flüssige Restfraktion (7)
zumindestens teilweise durch einen-aus der Drucksäule (1) zugeführten Prozeßstrom
verdampft wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Prozeßstrom zum Verdampfen der flüssigen Restfraktion (7) in der Rohargonsäule
(5) aus dem Sumpf der Drucksäule (1) abgezogener und gekühlter sauerstoffreicher Flüssigstrom
Verwendung findet.
6. Vorrichtung zur Gewinnung von Argon nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem Rektifiziersystem
mit mindestens einer Rektifiziersäule und einer Rohargonsäule, wobei eine Niederdrucksäule
des Rektifiziersystems mit einer Leitung zur Einspeisung eines argonhaltigen Sauerstoffstroms
in die mit einer variablen Anzahl von unterschiedlich angeordneten konventionellen
Böden und/oder geordneten Packungen und/oder Füllkörpern und einen Kondensator ausgestatteten
Rohargonsäule, welche durch eine Leitung zur Einspeisung von Rohargon in eine mit
einer variablen Anzahl von unterschiedlich angeordneten konventionellen Böden und/oder
geordneten Packungen und/oder Füllkörpern, einem Kondensator und einem Sumpfverdampfer
ausgerüsteten Reinargonsäule sowie die Roh- und Reinargonsäule mittels eines Leitungssystems
über mindestens einem Wärmetauscher mit der Rektifiziersäule verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die die Niederdrucksäule (2) mit der Rohargonsäule (5) verbindende Leitung (3) ein
Mittel zur Druckreduzierung des argonhaltigen Sauerstoffstroms aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das in der Leitung (3) angeordnete Mittel zur Druckreduzierung eine, vorzugsweise
als Ventil oder Klappe ausgebildete Drossel (4) ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
gekennzeichnet dadurch, dass
die Rohargonsäule (5) einen im Bereich einer flüssigen Restfraktion (7) angeordneten
Sumpfverdampfer (11) aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
gekennzeichnet dadurch, dass
der durch eine Leitung (26) mit dem Reinargonkondensator (21) der Reinargonsäule (16)
verbundene Reinargonverdampfer (24) über eine Leitung (23) mit einer Drucksäule (1)
verbunden ist.