Verfahren zur Gewinnung eines gasförmigen Druckprodukts durch Tiefemperaturzerlegung von Luft

Abstract

 Das Verfahren dient zur Erzeugung eines gasförmigen Sauerstoff-Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Destilliersäulen-System, das mindestens eine Niederdrucksäule und eine Hochdrucksäule (80) aufweist. Einsatzluft (1) wird in einem Luftverdichter (2) verdichtet. Die verdichtete Einsatzluft (3) wird mindestens zum Teil in einer Reinigungseinrichtung (5) gereinigt. Mindestens ein Teil (7) der gereinigten Einsatzluft (6) wird in einem warmen Nachverdichter (8) nachverdichtet. Ein erster Teilstrom (11,15) der gereinigten Einsatzluft (6) wird in einer ersten Entspannungsmaschine (16) arbeitsleistend entspannt und mindestens zum Teil in die Hochdrucksäule (80) eingeleitet (17). Ein zweiter Teilstrom (12) der gereinigten Einsatzluft (6) wird in einem Hauptwärmetauscher (14) auf eine Zwischentemperatur abgekühlt, in einem Kaltverdichter (19) nachverdichtet, im Hauptwärmetauscher (14) weiter abgekühlt und verflüssigt oder pseudo-verflüssigt und anschließend in das Destilliersäulen-System eingeleitet (21,23). Ein dritter Teilstrom (13) der verdichteten Einsatzluft (3) wird in einer zweiten Entspannungsmaschine (25) arbeitsleistend entspannt. Ein flüssiger Sauerstoff-Produktstrom (30,32) wird aus dem Destilliersäulen-System entnommen, in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck gebracht (34), unter diesem erhöhten Druck im Hauptwärmetauscher (14) verdampft oder pseudo-verdampft, auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und schließlich als gasförmiger Sauerstoff-Druckproduktstrom (33) abgezogen. Die beiden Entspannungsmaschinen (16,25) sind mit je einem der beiden Maschinen, dem warmen Nachverdichter (8) und dem Kaltverdichter (18,19) gekoppelt. Mindestens ein Teil des arbeitsleistend entspannten dritten Teilstroms (26) wird zum Luftverdichter (28) zurückgeleitet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines gasförmigen Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Verfahren und Vorrichtungen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft sind zum Beispiel aus Hausen/Linde, Tieftemperaturtechnik, 2. Auflage 1985, Kapitel 4 (Seiten 281 bis 337) bekannt.

[0003] Das Destilliersäulen-System der Erfindung kann als Zwei-Säulen-System (zum Beispiel als klassisches Linde-Doppelsäulensystem) ausgebildet sein, oder auch als Drei- oder Mehr-Säulen-System. Es kann zusätzlich zu den Kolonnen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung weitere Vorrichtungen zur Gewinnung hochreiner Produkte und/oder anderer Luftkomponenten, insbesondere von Edelgasen aufweisen, beispielsweise eine Argongewinnung und/oder eine Krypton-Xenon-Gewinnung.

[0004] Bei dem Prozess wird ein flüssig auf Druck gebrachter Sauerstoff-Produktstrom gegen einen Wärmeträger verdampft und schließlich als gasförmiges Druckprodukt gewonnen. Diese Methode wird auch als Innenverdichtung bezeichnet. Sie dient zur Gewinnung von Drucksauerstoff. Für den Fall eines überkritischen Drucks findet kein Phasenübergang im eigentlichen Sinne statt, der Produktstrom wird dann "pseudo-verdampft".

[0005] Gegen den (pseudo-)verdampfenden Produktstrom wird ein unter hohem Druck stehender Wärmeträger verflüssigt (beziehungsweise pseudo-verflüssigt, wenn er unter überkritischem Druck steht). Der Wärmeträger wird häufig durch einen Teil der Luft gebildet, im vorliegenden Fall von dem "zweiten Teilstrom" der verdichteten Einsatzluft.

[0006] Innenverdichtungsverfahren sind zum Beispiel bekannt aus DE 830805, DE 901542 (= US 2712738/US 2784572), DE 952908, DE 1103363 (= US 3083544), DE 1112997 (= US 3214925), DE 1124529, DE 1117616 (= US 3280574), DE 1226616 (= US 3216206), DE 1229561 (= US 3222878), DE 1199293, DE 1187248 (= US 3371496), DE 1235347, DE 1258882 (= US 3426543), DE 1263037 (= US 3401531), DE 1501722 (= US 3416323), DE 1501723 (= US 3500651), DE 253132 (= US 4279631), DE 2646690, EP 93448 B1 (= US 4555256), EP 384483 B1 (= US 5036672), EP 505812 B1 (= US 5263328), EP 716280 B1 (= US 5644934), EP 842385 B1 (= US 5953937), EP 758733 B1 (= US 5845517), EP 895045 B1 (= US 6038885), DE 19803437 A1, EP 949471 B1 (= US 6185960 B1), EP 955509 A1 (= US 6196022 B1), EP 1031804 A1 (= US 6314755), DE 19909744 A1, EP 1067345 A1 (= US 6336345), EP 1074805 A1 (= US 6332337), DE 19954593 A1, EP 1134525 A1 (= US 6477860), DE 10013073 A1, EP 1139046 A1, EP 1146301 A1, EP 1150082 A1, EP 1213552 A1, DE 10115258 A1, EP 1284404 A1 (= US 2003051504 A1), EP 1308680 A1 (= US 6612129 B2), DE 10213212 A1, DE 10213211 A1, EP 1357342 A1 oder DE 10238282 A1 DE 10302389 A1, DE 10334559 A1, DE 10334560 A1, DE 10332863 A1, EP 1544559 A1, EP 1585926 A1, DE 102005029274 A1 EP 1666824 A1, EP 1672301 A1, DE 102005028012 A1, WO 2007033838 A1, WO 2007104449 A1, EP 1845324 A1, DE 102006032731 A1, EP 1892490 A1, DE 102007014643 A1, A1, EP 2015012 A2, EP 2015013 A2, EP 2026024 A1 , WO 2009095188 A2 oder DE 102008016355 A1.

[0007] Der Begriff "Entspannungsmaschine" umfasst jede Maschine zur arbeitsleistenden Entspannung eines Prozessstroms. Bevorzugt werden die Entspannungsmaschinen bei der Erfindung durch Expansionsturbinen gebildet.

[0008] Der "Hauptwärmetauscher" kann aus einem oder mehreren parallel und/oder seriell verbundenen Wärmetauscherabschnitten gebildet sein, zum Beispiel aus einem oder mehreren Plattenwärmetauscher-Blöcken. Er dient zur Abkühlung der Einsatzluftströme in indirektem Wärmeaustausch mit Rückströmen aus dem Destilliersäulen-System.

[0009] Diese Anmeldung umfasst auch die Offenbarung der gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung (internes Aktenzeichen P10C124-DE = IC0362a), die im Folgenden als "Parallelanmeldung" bezeichnet wird, sowie die Offenbarung der zu dieser Parallelanmeldung korrespondierenden Anmeldungen.

[0010] Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus WO 2008110734 A2 bekannt. Bei diesem Prozess ist entscheidend, dass die zweite Entspannungsmaschine abschaltbar ist und der gesamte dritte Teilstrom stromabwärts der zweiten Entspannungsmaschine in die Atmosphäre abgeblasen wird, damit er die Rektifikation nicht stört.

[0011] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine entsprechende Vorrichtung anzugeben, die wirtschaftlich besonders günstig zu betreiben sind.

[0012] Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

[0013] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mindestens ein Teil der Luft aus der zweiten Entspannungsmaschine (dritter Teilstrom) nicht verworfen, sondern in den Luftverdichter zurückgeführt. Damit wird einerseits die Ausbeute der Anlage erhöht; andererseits kann die zweite Entspannungsmaschine nach wie vor mit einem besonders niedrigen Austrittsdruck, also mit relativ hoher Leistung, betrieben werden.

[0014] Vorzugsweise ist der Austrittsdruck der zweiten Entspannungsmaschine etwa gleich dem Betriebsdruck der Niederdrucksäule (plus Leitungsverlusten).

[0015] Im Rahmen der Erfindung kann der gesamte dritte Teilstrom in den Luftverdichter eingeführt werden. Vorzugsweise werden mindestens 30 %, insbesondere mindestens 50 % des arbeitsleistend entspannten dritten Teilstroms in die Niederdrucksäule eingeleitet. (Als "dritter Teilstrom" wird an dieser Stelle der gesamte durch die zweite Entspannungsmaschine geführte Luftstrom bezeichnet.)

[0016] Der Rest des arbeitsleistend entspannten dritten Teilstroms oder ein Teil davon kann in die Niederdrucksäule eingespeist werden.

[0017] Die Zuführung des arbeitsleistenden dritten Teilstroms (oder eines Teils davon) in den Luftverdichter kann beispielsweise am Eintritt vorgenommen werden. Alternativ findet diese Zuführung an einer Zwischenstufe des Luftverdichters statt, wobei der Luftverdichter mehrstufig ausgebildet ist und mindestens eine erste und eine letzte Stufe aufweist, wobei mindestens ein Teil des arbeitsleistend entspannten dritten

[0018] Teilstroms dem Luftverdichter stromabwärts der ersten Stufe und stromaufwärts der letzten Stufe zurückgeführt wird.

[0019] Die Abzweigung des dritten Teilstroms aus der Einsatzluft kann zum Beispiel stromabwärts der Reinigungsvorrichtung durchgeführt werden, etwa unmittelbar stromaufwärts des Nachverdichters, stromabwärts des Nachverdichters oder auch stromabwärts der ersten Entspannungsmaschine erfolgen. Insbesondere wird der dritte Teilstrom jedoch stromaufwärts der Reinigungseinrichtung aus der verdichteten Einsatzluft abgezweigt.

[0020] Luftzerlegungsanlagen der eingangs genannten Art weisen regelmäßig eine Vorkühlvorrichtung auf, in der die verdichtete Einsatzluft stromaufwärts der Reinigungsvorrichtung durch direkten oder indirekten Wärmeaustausch mit Kühlwasser. abgekühlt wird, um die Verdichtungswärme zu entfernen. In diesem Fall kann der dritte Teilstrom stromaufwärts der Vorkühlvorrichtung aus der gereinigten Einsatzluft abgezweigt werden. Dieses Merkmal der Erfindung, nämlich die Abzweigung eines Teilluftstroms stromaufwärts der Vorkühleinrichtung mit anschließender arbeitsleistender Entspannung und Rückführung in den Luftverdichter und/oder Ablassen in die Atmosphäre kann grundsätzlich bei jedem Tieftemperatur-Luftzerlegungsverfahren angewendet werden, auch ohne die weiter oben angeführten Merkmale; dies gilt insbesondere dann, wenn Kälte in einer weiteren Entspannungsmaschine (hier: der ersten Entspannungsmaschine) erzeugt wird und beide Entspannungsmaschinen mechanisch mit Nachverdichter gekoppelt sind, insbesondere eine mit einem Kaltverdichter und die andere mit einem warmen Nachverdichter.

[0021] Alternativ oder zusätzlich ein Teil des arbeitsleistend entspannten dritten Teilstroms in die Atmosphäre abgelassen wird. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn der Austrittsdruck der zweiten Entspannungsmaschine auf dem Niveau des Niederdrucksäulendrucks liegt.

[0022] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die gesamte Einsatzluft gemeinsam in dem warmen Nachverdichter nachverdichtet werden, also insbesondere der erste, der zweite und der dritte Teilstrom. (Eventuell für andere Zwecke abgezweigte Luftteile, so genannte Instrumentenluft, werden hier nicht zur "gesamten Einsatzluft" gezählt.) Die,

[0023] Abzweigung des dritten Teilstroms von anderen Luftteilen findet dann stromabwärts des warmen Nachverdichters statt. Diese Verfahrensweise ist insbesondere bei serieller Verbindung der Turbinen sinnvoll, kann aber auch bei Parallelschaltung eingesetzt werden.

[0024] Luftzerlegungsanlagen der eingangs genannten Art weisen regelmäßig eine Vorkühlungseinrichtung aus, in der die Luft stromaufwärts der Reinigungsvorrichtung in direktem oder indirektem Wärmeaustausch mit Alternativ werden der erste und der zweite Teilstrom in dem warmen Nachverdichter nachverdichtet, und der dritte Teilstrom wird an dem warmen Nachverdichter vorbeigeführt. Die Abzweigung des dritten Teilstroms von anderen Luftteilen findet hier stromaufwärts des warmen Nachverdichters statt.

[0025] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der zweite Teilstrom in dem warmen Nachverdichter nachverdichtet wird, und der erste und der dritte Teilstrom werden an dem warmen Nachverdichter vorbeigeführt. Die Abzweigung des dritten Teilstroms von anderen Luftteilen findet hier ebenfalls stromaufwärts des warmen Nachverdichters beziehungsweise stromabwärts der gemeinsamen Abzweigung von erstem und drittem Teilstrom aus dem gereinigten, aber nicht nachverdichteten Einsatzluftstrom statt.

[0026] Zum Beispiel wird der dritte Teilstrom unter etwa dem Austrittsdruck des Luftverdichters beziehungsweise unter etwa dem Austrittsdruck des warmen Nachverdichters in die zweite Entspannungsmaschine eingeführt. In diesem Fall findet die Aufspaltung in den ersten und dritten Teilstrom stromaufwärts der arbeitsleistenden Entspannungen statt. Die beiden Entspannungsmaschinen sind parallel geschaltet.

[0027] Alternativ wird der dritte Teilstrom gemeinsam mit dem ersten Teilstrom in der ersten Entspannungsmaschine entspannt und stromabwärts der ersten Entspannungsmaschine getrennt von dem ersten Teilstrom der zweiten Entspannungsmaschine zugeleitet. Die Aufspaltung in den ersten und dritten Teilstrom wird also erst stromaufwärts der ersten Entspannungsmaschine durchgeführt. Die beiden Entspannungsmaschinen sind seriell geschaltet.

[0028] Vorzugsweise stellt bei dem Verfahren der Luftverdichter die einzige mit externer Energie angetriebene Maschine zur Verdichtung von Luft dar. Unter einer "einzigen Maschine" wird hier ein einstufiger oder mehrstufiger Verdichter verstanden, dessen Stufen alle mit dem gleichen Antrieb verbunden sind, wobei alle Stufen in demselben Gehäuse untergebracht oder mit demselben Getriebe verbunden sind. In diesem Luftverdichter wird vorzugsweise die gesamte Einsatzluft auf einen Druck verdichtet, der deutlich über dem höchsten Druck des Destilliersäulen-Systems, insbesondere deutlich über dem Betriebsdruck der Hochdrucksäule liegt. Dieser Druckunterschied zwischen dem Austrittsdruck des Luftverdichters und dem Betriebsdruck der Hochdrucksäule beträgt beispielsweise mindestens 4 bar und liegt vorzugsweise zwischen 6 und 16 bar. In dieser Variante wird die im Luftverdichter verdichtete Gesamtluft (bis auf mögliche kleinere Anteile wie zum Beispiel Instrumentenluft) vorzugsweise vollständig auf die drei Teilströme aufgeteilt.

[0029] Außerdem kann bei dem Verfahren eine Stickstoff-Innenverdichtung ergänzt werden, indem ein flüssiger Stickstoff-Produktstrom aus dem Destilliersäulen-System entnommen, in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck gebracht, unter diesem erhöhten Druck im Hauptwärmetauscher verdampft oder pseudo-verdampft, auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und schließlich als gasförmiger Stickstoff-Druckproduktstrom abgezogen wird.

[0030] Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen sowie anhand der Ausführungsbeispiele in der Parallelanmeldung näher erläutert. Hierbei zeigen:

Figur 1

ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Abzweigung des dritten Teilstroms stromaufwärts der Vorkühlung und

Figuren 2 bis 4

drei weitere Ausführungsbeispiele mit Abzweigung des dritten Teilstroms stromaufwärts der Vorkühlung.

[0031] In Figur 1 wird atmosphärische Luft als Einsatzluft über Leitung 1 von einem Luftverdichter 2 angesaugt und dort auf einen Druck verdichtet, der deutlich höher als der Betriebsdruck der Hochdrucksäule 80 ist. Der Luftverdichter ist hier mehrstufig, insbesondere vier-, fünf- oder sechsstufig ausgebildet, wobei sich zwischen den Stufen je ein Zwischenkühler befindet. Die verdichtete Einsatzluft 3 wird zum größeren Teil 42 einer Vorkühlungsvorrichtung 4 ("Precooling") zugeführt, in dem die Verdichtungswärme der letzten Stufe des Luftverdichters in direktem oder indirektem Wärmeaustausch mit Kühlwasser entfernt wird. Die vorgekühlte Einsatzluft wird in einer Reinigungseinrichtung 5, die vorzugsweise als Molekularsieb-Adsorber ausgebildet ist, gereinigt. Die verdichtete Einsatzluft 3 wird in dem Ausführungsbeispiel drei Teilströme aufgeteilt:

• Ein erster Teilstrom 11 wird nach Abkühlung in einem Hauptwärmetauscher 14 auf eine erste Zwischentemperatur über Leitung 15 der arbeitsleistenden Entspannung in einer ersten Entspannungsmaschine 16 zugeführt und anschließend über Leitung 17 in die Hochdrucksäule 80 des Destilliersäulen-Systems eingeleitet.
• Ein zweiter Teilstrom 12 wird im Hauptwärmetauscher 14 auf eine zweite Zwischentemperatur abgekühlt, die niedriger oder höher als die erste Zwischentemperatur oder gleich der ersten Zwischentemperatur ist, über Leitung 18 aus dem Hauptwärmetauscher 14 entnommen, in einem Kaltverdichter 19 weiter verdichtet, bei einer dritten Zwischentemperatur, die höher als die zweite Zwischentemperatur über Leitung 20 wieder in den Hauptwärmetauscher 14 eingeführt und dort weiter abgekühlt und schließlich verflüssigt beziehungsweise - falls der Druck des zweiten Teilstroms überkritisch ist - pseudo-verflüssigt. Der (pseudo-)verflüssigte zweite Teilstrom 21 wird in einem Drosselventil 22 auf etwa den Druck der Hochdrucksäule 80 entspannt und schließlich in die Hochdrucksäule 80 eingeleitet. Ein Teil des entspannten dritten Teilstroms 23 kann auch direkt in die Niederdrucksäule 90 eingespeist werden.
• Ein dritter Teilstrom 13 der verdichteten Einsatzluft 3 wird unmittelbar stromaufwärts der Vorkühlvorrichtung 4 abgezweigt und ohne Abkühlung im Hauptwärmetauscher 14 der arbeitsleistenden Entspannung in einer zweiten Entspannungsmaschine 25 zugeführt. Der arbeitsleistend auf einen Druck von beispielsweise 1,2 bis 6 bar, vorzugsweise etwa 1,3 bar entspannte dritte Teilstrom 26 wird in dem Beispiel vollständig über Leitung 28 zum Luftverdichter 2 zurückgeführt und dort in den Gesamtluftstrom eingeleitet, zum Beispiel stromaufwärts der letzten Stufe, insbesondere stromaufwärts eines Zwischenkühlers, der unter passendem Druck betrieben wird.

[0032] Der erste und der zweite Teilstrom 11, 13 werden hier gemeinsam über die Leitungen 7 und 10 vom Austritt der Reinigungseinrichtung 5 durch einem warmen Nachverdichter 8 mit Nachkühler 9 zum warmen Ende des Hauptwärmetauschers 14 geführt.

[0033] Ein flüssiger Sauerstoff-Produktstrom 30 wird aus der Niederdrucksäule 90 entnommen, in einer Pumpe 31 in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck gebracht (52), unter diesem erhöhten Druck im Hauptwärmetauscher verdampft oder, falls der Druck höher als der kritische Druck ist, pseudo-verdampft, auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und schließlich als gasförmiger Sauerstoff-Druckproduktstrom 33 abgezogen.

[0034] Auch ein Stickstoff-Druckprodukt kann mittels Innenverdichtung gewonnen werden. Hierzu wird ein flüssiger Stickstoff-Produktstrom aus der Hochdrucksäule oder deren Kopfkondensator, dem Hauptkondensator entnommen, in einer Pumpe in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck gebracht, unter diesem erhöhten Druck (Leitung 41) im Hauptwärmetauscher verdampft oder, falls der Druck höher als der kritische Druck ist, pseudo-verdampft, auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und schließlich als gasförmiger Stickstoff-Druckproduktstrom (42) abgezogen werden.

[0035] Weitere Rückströme aus dem Destilliersäulen-System sind gasförmiger Sauerstoff 36, unreiner Stickstoff 35 und reiner Stickstoff 36. Außerdem können Flüssigsauerstoff und Flüssigstickstoff sowohl aus der Hochdrucksäule als auch aus der Niederdrucksäule entnommen werden. Die gasförmige Produkte werden im Hauptwärmetauscher 14 auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und schließlich über die Leitungen 37, 38 und 39 abgezogen.

[0036] In der fakultativen Passagengruppe 40 des Hauptwärmetauschers 14 kann der zweite Teilstrom 7 stromaufwärts des warmen Nachverdichters 8 vorgekühlt werden. Der Nachkühler kann dann unter Umständen entfallen.

[0037] Figur 2 unterscheidet sich in folgenden Details von Figur 1:

• Der erste Teilstrom 11 wird über Leitung 210 am warmen Nachverdichters 8 vorbeigeführt.
• Der dritte Teilstrom 13 wird stromabwärts von Vorkühlung 4 und Reinigungseinrichtung 5 vom zweiten Teilstrom 7, 12 abgezweigt und dann über Leitung 210 gemeinsam mit dem ersten Teilstrom zum warmen Ende des Hauptwärmetauschers 14 geführt. Anschließend wird der dritte Teilstrom 13 im Hauptwärmetauscher 14 auf eine Zwischentemperatur abgekühlt und über Leitung 24 unter dieser Zwischentemperatur zur arbeitsleistenden Entspannung 25 geführt. - Der arbeitsleistend entspannte dritte Teilstrom 28 wird im Hauptwärmetauscher 14 auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und strömt über Leitung 29 zurück zum Luftverdichter 2.
• Durch den Hauptwärmetauscher 14 wird ein Rückstrom weniger geführt (41/42 in Figur 1).

[0038] Figur 3 unterscheidet sich in folgenden Details von Figur 2:

• Der dritte Teilstrom 13 wird vor der arbeitsleistenden Entspannung 25 nicht im Hauptwärmetauscher 14 abgekühlt, sondern direkt zur Entspannungsmaschine geführt.
• Der arbeitsleistend entspannte dritte Teilstrom 28 wird nur zu einem ersten Teil über die Leitungen 28 und 29 wie in Figur 2 geführt: ein zweiter Teil wird über die Leitungen 27, 227 durch den kalten Teil des Hauptwärmetauschers 14 zur Niederdrucksäule (LPC) des Destilliersäulensystems geleitet.

[0039] Figur 4 unterscheidet sich in folgendem Detail von Figur 2:

• Der arbeitsleistend entspannte dritte Teilstrom 28 wird über Leitung 329 zum Eintritt des Luftverdichters 2 zurückgeführt.

[0040] Alle Ausführungsbeispiele der Parallelanmeldung welche die Rückführung mindestens eines Teils des arbeitsleistend entspannten dritten Teilstroms zum Luftverdichter zeigen, sind auch Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Immer wenn der dritte Teilstrom stromaufwärts der zweiten Entspannungsmaschine nicht nachverdichtet wird, kann er analog zu der hier anhängenden Zeichnung stromaufwärts der Reinigungsvorrichtung und entweder stromaufwärts oder stromabwärts der Vorkühlvorrichtung aus der verdichteten Einsatzluft abgezweigt werden.

[0041] In Abwandlung sämtlicher Ausführungsbeispiele können ein oder mehrere Teile des arbeitsleistend entspannten dritten Teilstroms 26 an andere Stellen des Luftverdichters, in die Niederdrucksäule und/oder in die Atmosphäre geleitet werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Erzeugung eines gasförmigen Sauerstoff-Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Destilliersäulen-System, das mindestens eine Niederdrucksäule (90) und eine Hochdrucksäule (80) aufweist, wobei bei dem Verfahren

- Einsatzluft (1) in einem Luftverdichter (2) verdichtet wird,

- die verdichtete Einsatzluft (3) mindestens zum Teil in einer Reinigungseinrichtung (5) gereinigt wird,

- mindestens ein Teil (7) der gereinigten Einsatzluft (6) in einem warmen Nachverdichter (8) nachverdichtet wird,

- ein erster Teilstrom (11, 15) der gereinigten Einsatzluft (6) in einer ersten Entspannungsmaschine (16) arbeitsleistend entspannt wird, und mindestens zum Teil in die Hochdrucksäule (80) eingeleitet (17) wird,

- ein zweiter Teilstrom (12) der gereinigten Einsatzluft (6) in einem Hauptwärmetauscher (14) auf eine Zwischentemperatur abgekühlt, in einem Kaltverdichter (19) nachverdichtet, im Hauptwärmetauscher (14) weiter abgekühlt und verflüssigt oder pseudo-verflüssigt und anschließend in das Destilliersäulen-System eingeleitet (21, 23) wird,

- ein dritter Teilstrom (13) der verdichteten Einsatzluft (3) in einer zweiten Entspannungsmaschine (25) arbeitsleistend entspannt wird,

- ein flüssiger Sauerstoff-Produktstrom (30, 32) aus dem Destilliersäulen-System entnommen, in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck gebracht (34), unter diesem erhöhten Druck im Hauptwärmetauscher (14) verdampft oder pseudo-verdampft, auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und schließlich als gasförmiger Sauerstoff-Druckproduktstrom (33) abgezogen wird,

- die beiden Entspannungsmaschinen (16, 25) mit je einem der beiden Maschinen, dem warmen Nachverdichter (8) und dem Kaltverdichter (18, 19) gekoppelt sind,

dadurch gekennzeichnet, dass

- mindestens ein Teil des arbeitsleistend entspannten dritten Teilstroms (26) zum Luftverdichter (28) zurückgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftverdichter (2) mehrstufig ausgebildet ist und mindestens eine erste und eine letzte Stufe aufweist, wobei mindestens ein Teil des arbeitsleistend entspannten dritten Teilstroms (26) dem Luftverdichter (2) stromabwärts der ersten Stufe und stromaufwärts der letzten Stufe zurückgeführt (28) wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der der dritte Teilstrom (13) stromaufwärts der Reinigungseinrichtung (5) aus der verdichteten Einsatzluft (3) abgezweigt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil (6) der verdichteten Einsatzluft (3), der den ersten und den zweiten Teilstrom umfasst, stromaufwärts der Reinigungseinrichtung (5) in einer Vorkühlvorrichtung (4) abgekühlt wird und der dritte Teilstrom (13) stromaufwärts der Vorkühlvorrichtung (4) aus der verdichteten Einsatzluft (3) abgezweigt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des arbeitsleistend entspannten dritten Teilstroms (26) in die Atmosphäre abgelassen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Teilstrom in dem warmen Nachverdichter (8) nachverdichtet werden und der dritte Teilstrom (13) an dem warmen Nachverdichter (8) vorbeigeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilstrom in dem warmen Nachverdichter nachverdichtet wird und der erste Teilstrom an dem warmen Nachverdichter vorbeigeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Teilstrom (13) unter etwa dem Austrittsdruck des Luftverdichters in die zweite Entspannungsmaschine (25) eingeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftverdichter (2) die einzige mit externer Energie angetriebene Maschine zur Verdichtung von Luft darstellt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein flüssiger Stickstoff-Produktstrom aus dem Destilliersäulen-System entnommen, in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck gebracht, unter diesem erhöhten Druck im Hauptwärmetauscher verdampft oder pseudo-verdampft, auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und schließlich als gasförmiger Stickstoff-Druckproduktstrom abgezogen wird.

Zeichnung