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EP2914913A2 - Process for the low-temperature separation of air in an air separation plant and air separation plant - Google Patents

Process for the low-temperature separation of air in an air separation plant and air separation plant

Info

Publication number
EP2914913A2
EP2914913A2 EP13786170.4A EP13786170A EP2914913A2 EP 2914913 A2 EP2914913 A2 EP 2914913A2 EP 13786170 A EP13786170 A EP 13786170A EP 2914913 A2 EP2914913 A2 EP 2914913A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
separation
pressure
column
air
fraction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP13786170.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP2914913B1 (en
Inventor
Tobias Lautenschlager
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Priority to EP13786170.4A priority Critical patent/EP2914913B1/en
Publication of EP2914913A2 publication Critical patent/EP2914913A2/en
Application granted granted Critical
Publication of EP2914913B1 publication Critical patent/EP2914913B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F25J3/04393Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using multiple or multistage gas work expansion
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    • F25J3/04872Vertical layout of cold equipments within in the cold box, e.g. columns, heat exchangers etc.
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    • F25J2215/00Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/40Air or oxygen enriched air, i.e. generally less than 30mol% of O2
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    • F25J2235/00Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/50Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being oxygen

Definitions

  • the invention relates to a process for the cryogenic separation of air using a mixing column and to an air separation plant set up to carry out a corresponding process.
  • oxygen products are usually carried out by cryogenic separation of air in air separation plants with distillation column systems known per se. These can be designed as two-column systems, in particular as classical double-column systems, but also as three-column or multi-column systems. Furthermore, devices for obtaining further air components, in particular the noble gases krypton, xenon and / or argon, may be provided.
  • EP 1 139 046 B1 (US 2001/052244 A1), EP 1 284 404 A1 (US Pat. No. 6,662,595 B2), DE 102 09 421 A1, DE 102 17 093 A1, EP 1 376 037 B1 (US Pat. No. 6,776,004 B2) .
  • Further air separation plants which can be designed as three-column systems and have mixing columns, are described, for example, in US Pat. No. 4,818,262 A, US Pat. No. 5,715,706 A, EP 1 139 046 B1 and US Pat US 4,783,208 A discloses.
  • An air separation plant with a three-pillar system is also disclosed in DE 10 2009 023 900 A1.
  • a liquid, oxygen-rich stream in a top region and a gaseous air stream are fed in a lower region and sent towards each other.
  • a certain proportion of the more volatile nitrogen from the air stream passes into the oxygen-rich stream.
  • the oxygen-rich stream is vaporized in the mixing column and withdrawn at the upper end as gaseous, so-called impure oxygen.
  • the impure oxygen can be taken from the air separation plant as a gaseous oxygen product.
  • the air stream in turn is liquified, enriched to some extent with oxygen, and can be withdrawn at the bottom of the mixing column.
  • the liquefied stream can then be fed into the distillation column system used at an energetically and / or separation-appropriate location.
  • the invention proposes a method for the cryogenic separation of air using a mixing column and an air separation plant adapted for carrying out a corresponding method with the features of the independent claims.
  • Preferred embodiments are subject of the dependent claims and the following description.
  • the present invention is based on a method for the decomposition of air, wherein the cooled air at a first separation pressure in a first separation column of a Distillationsklalensystems at least in a nitrogen-enriched overhead fraction and an oxygen-enriched bottom fraction is separated.
  • air separation may, for example, be done using double column systems.
  • double column systems include a so-called high pressure separation column and a low pressure separation column.
  • the high-pressure separation column is compressed and cooled to a temperature near its condensation temperature cooled air is fed.
  • this air is separated into a nitrogen-enriched top fraction and into an oxygen-enriched bottoms fraction.
  • the oxygen enriched bottoms fraction is at least partially withdrawn from the high pressure separation column and transferred to the low pressure separation column.
  • an oxygen-rich liquid fraction which separates out in the bottom of the low-pressure separation column is obtained at least from the oxygen-enriched bottom fraction from the high-pressure separation column.
  • other streams can be fed, for example, a sump fraction from the mixing column.
  • substances and mixtures are also referred to as streams and fractions.
  • a stream is usually routed as fluid in a conduit designed for this purpose.
  • a fraction usually denotes a portion of a starting mixture separated from a starting mixture.
  • a political group can generate a corresponding current at any time if it is managed accordingly.
  • a stream may serve to provide a starting mixture from which a fraction can be separated.
  • a stream or fraction may be rich or poor in one or more of its constituents, with "rich” accounting for greater than 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 99%, 99.5%. or 99.9% and “poor” for less than 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, 1%, 0.5% or 0.1%, respectively, in molar, weight and% / or volume basis, can stand.
  • a stream or fraction may also be enriched or depleted of a component over a starting mixture, "enriched” for at least 1.5, 2x, 3, 5, 10, or 100 times Content and “depleted” for not more than 0.75 times, 0.5 times, 0.25 times, 0.1 times or 0.01 times the content, in each case based on the appropriate content in each Aüsgangsgemisch, may be.
  • the terms also include ranges of values, for example, with the stated values as upper and lower limits.
  • Conventional high-pressure separation columns operate at a separation pressure of for example 5 to 7.5 bar, in particular from 5.5 to 6 bar.
  • Conventional low-pressure separation columns operate at a separation pressure of for example 1, 3 to 1, 8 bar, in particular from 1, 3 to 1, 6 bar.
  • the high-pressure separation column and the low-pressure separation column can also be at least structurally separated from one another. In this case, it is the aforementioned two-pillar systems.
  • the high pressure separation column is sometimes referred to as medium pressure separation column.
  • Ehrchulensysteme and / or distillation column systems which are adapted to obtain further components from air, can be used in the context of the present invention.
  • all such systems have at least one column in which cooled air at a defined operating pressure, referred to herein as separation pressure, is separated at least into a nitrogen-enriched overhead fraction and an oxygen-enriched bottom fraction.
  • separation pressure a separation column in which cooled air at a defined operating pressure, referred to herein as separation pressure, is separated at least into a nitrogen-enriched overhead fraction and an oxygen-enriched bottom fraction.
  • separation column Such a separation column is referred to in this application as the first separation column, the corresponding pressure as the first separation pressure.
  • a mixing column is furthermore used, in which cooled air, which is fed in gaseous form into the mixing column, is liquefied by direct heat exchange against a liquid, oxygen-rich stream.
  • the cooled air is fed into a lower area of the mixing column, the liquid oxygen-rich stream in an upper area. Both streams are sent to each other.
  • enriched by the intense exchange between the two streams of oxygen from the liquid, oxygen-rich stream in the air conversely, the liquid oxygen-rich stream is contaminated with particular nitrogen from the air. This is also done at a defined pressure, which is referred to herein as mixing column pressure.
  • the liquefied and oxygen-enriched air separates as Mischklad and oxygen-enriched air separates as Mischklad and oxygen-enriched air separates as Mischklad and oxygen-enriched air separates as Mischklad and oxygen-enriched air separates as Mischklad and oxygen-enriched air separates as Mischklad and oxygen-enriched air separates as Mischklad and oxygen-enriched air separates as Mischklad and oxygen-enriched air separates as Mischklad and oxygen-enriched air separates as Mischklad and oxygen-enriched air separates as Mischklad and oxygen-enriched air separates as Mischklad and oxygen-enriched air separates as Mischklad and oxygen-enriched air separates as Mischklad and oxygen-enriched air separates as Mischklad and oxygen-enriched air separates as Mischklad and oxygen-enriched air separates as Mischklad and oxygen-enriched air separates as Mischklad and oxygen-enriched air separates as Mischklad and oxygen-enriched air separates as Mischklad and oxygen-enriched air separates as M
  • the distillation columns of distillation column systems in air separation plants are at least partially equipped with a so-called top condenser.
  • the top condenser of the high-pressure separation column which is typically designed as a condenser evaporator, is also commonly referred to as a main condenser.
  • gaseous fluid is withdrawn from the top of the corresponding column and passed through the top condenser. The gaseous fluid liquefies thereby at least partially.
  • a gaseous top product (so-called head nitrogen) of the high-pressure separation column is at least partially liquefied in the main condenser (ie the top condenser of the high-pressure separation column) and a bottom product of the low-pressure separation column, which is arranged above the high-pressure column, evaporates.
  • the main condenser is often placed inside the low pressure separation column (internal main condenser) alternatively it can be placed in a separate container outside the low pressure column and connected via lines to the low pressure separation column (external main condenser).
  • a liquid to be evaporated (also referred to as cooling medium) in an evaporation space is at least partially vaporized against a gaseous fluid in a liquefaction space.
  • the gaseous fluid which is passed through the liquefaction space, liquefies thereby at least partially.
  • a condenser evaporator thus has a liquefaction space and an evaporation space. Evaporation and liquefaction space are each formed by groups of passages (liquefaction or evaporation passages) which are in fluid communication with each other.
  • the condensation of a first fluid flow is performed, in the evaporation space, the evaporation of a second fluid flow.
  • the two fluid streams are in indirect heat exchange.
  • Condenser evaporators are also referred to as bath evaporators.
  • the air is also separated at least into a nitrogen-enriched overhead fraction and an oxygen-enriched bottom fraction.
  • the second separation pressure may be less than the first separation pressure.
  • the second separation column can therefore also be referred to, for example, as a second high-pressure separation column or as a medium-pressure separation column.
  • the separation column in which the liquid, oxygen-rich stream is obtained, which is fed into the mixing column referred to as the third separation column.
  • the pressure used in the third separation column is referred to as the third separation pressure. As mentioned, this is typically a low pressure separation column.
  • the second separation column is equipped for this purpose with the mentioned top condenser, which is designed in the form of a condenser evaporator whose evaporation space is operated at a pressure which lies between the mixing column pressure and the third separation pressure, at which the liquid oxygen-rich stream in the third separation column is recovered.
  • the pressure at which this evaporation space is operated is referred to herein as evaporation space pressure.
  • evaporation space pressure At least part of the mixed column sump fraction at the evaporation space pressure in liquid form is fed into the evaporation space.
  • the mixing column sump fraction forms a liquid bath in the evaporation space of the top condenser of the second separation column.
  • the top fraction of the second separation column is guided at least in part through the liquefaction space of the overhead condenser and warms the liquid bath with it. The latter is thereby continuously evaporated, the top fraction of the second separation column is at least partially liquefied.
  • the present invention by using the mixing column scum fraction to cool the top fraction of the second separation column, allows separation of feed air with the natural contents of its individual air components at a comparatively low or even very low second separation pressure.
  • Correspondingly low separation pressures are conventionally used only in medium-pressure separation columns, which, however, are fed at least in part with air fractions already pre-separated in a high-pressure separation column.
  • the mixed column scum fraction is particularly suitable for cooling the top fraction of the second separation column due to its composition and low boiling point as discussed below.
  • the correspondingly vaporized mixed column sump fraction can be fed in gaseous form into the third separation column, for example the mentioned low-pressure separation column.
  • a small proportion of the Mischklasumpffr can also be withdrawn in liquid form as a flushing.
  • a pressure which is at least 0.5 bar higher than the pressure used as the second separation pressure is used as the first separation pressure.
  • the second separation pressure it is preferable to use a pressure which differs by at most 0.5 bar from the pressure used as the mixing column pressure.
  • the third separation pressure it is advantageous to use a pressure which is at least 2 bar below the pressure used as the first and / or the second separation pressure.
  • the first separation pressure is a pressure of 4 to 6 bar, in particular from 5.0 to 5.5 bar, and / or as the second separation pressure, a pressure of 3 to 5 bar, in particular from 4.0 to 4.5 bar , and / or as the third separation pressure, a pressure of 1 to 2 bar, in particular from 1, 2 to 1, 6 bar, and / or as the mixing column pressure, a pressure of 2 to 5 bar, in particular from 4.0 to 4.5 bar, particularly advantageous, as explained below.
  • the advantages of a method using said pressures and providing each of the cooled air at the first separation pressure, the second separation pressure and the mixing column pressure and fed to the first separation column, the second separation column and the mixing column are explained below ,
  • the method proposed according to the invention or in a corresponding air separation plant, energy can be saved in particular by not having to compress all the air to the pressure level of the first separation pressure, that is, the pressure used in the first separation column.
  • the first separation pressure is usually higher than the second separation pressure.
  • an oxygen-enriched bottom fraction can be obtained.
  • This can be transferred together with the oxygen-enriched bottoms fraction from the first separation column in a third separation column, for example, the so-called low-pressure separation column.
  • a third separation column for example, the so-called low-pressure separation column.
  • an oxygen-rich liquid fraction can be obtained from the two bottom fractions, ie from the bottom fraction of the first separation column and from the bottom fraction of the second separation column.
  • the energy required for this purpose is much lower.
  • a pressure which is at most 0.5 bar higher than the pressure which is used as the third separation pressure is used as the evaporation space pressure.
  • the Mischkladensumpffr quasi is relaxed via a valve in the evaporation chamber of the top condenser of the second separation column.
  • the vaporization space pressure is adjusted as far as possible so that on the one hand a maximum amount of cold can be provided by the evaporating mixed column sump fraction and on the other hand the vaporized portion of the mixed column sump fraction can flow into the third separation column without further measures.
  • the evaporation space pressure is thus advantageously at least slightly above the third separation pressure at which the third separation column is operated.
  • the invention thus provides an energy-optimized mixed column method with a second separation column.
  • the proposed mixed column method is particularly suitable for producing an oxygen product which is obtained in gaseous form and which has between 80 and 98% purity.
  • Appropriate products can can be obtained with conventional mixing column methods, but the proposed method is optimized in terms of its power consumption due to the lower pressure requirement.
  • the inventive method is particularly suitable for a discharge pressure of the oxygen product of about 4 bar.
  • a main air compressor compresses the total amount of air required, here also referred to as total air, to a pressure of, for example, 4.6 bar.
  • the compressed air is dried and purified, for example, in a molecular sieve adsorber.
  • a portion of the air, for example, about half, is in this example in a booster to a higher pressure, for example, to 5.6 bar, recompressed.
  • the rest will not be re-compressed.
  • the recompressed air and the non-compressed air are cooled in a main heat exchanger. Different parts or partial flows of the after-compressed and / or the non-compressed air can also be cooled to different temperatures. By cooling and by line losses results in each case a slight pressure drop of, for example, 0, 1 to 0.2 bar.
  • the post-compressed, cooled air is present at the first separation pressure, for example at 5.4 bar
  • the non-compressed, cooled air at the second separation pressure for example at 4.3 bar.
  • the recompressed, cooled air can now be partially fed into the first separation column and separated there.
  • Another fraction which has not necessarily been cooled to the same temperature as the fraction fed into the first separation column can be expanded for cooling by means of a so-called injection turbine.
  • the correspondingly relaxed air can be fed, for example, at a defined height into a third separation column, for example the low-pressure separation column.
  • the post-compressed, cooled air can be completely fed into and separated from the first separation column, especially when a mixed-column turbine explained below is used.
  • the non-densified, cooled air can be fed to one part in the second separation column and to another part in the mixing column.
  • a mixed column scum fraction is recovered in the mixing column.
  • the feed air is separated at the second separation pressure.
  • the top fraction from the second separation column is cooled, as mentioned, in a top condenser designed as a condenser evaporator with a part of the mixing column sump fraction.
  • the Mischklasumpffr quasi is suitable for this purpose in a special way. It evaporates, for example, at about 1.4 bar (ie at the third separation pressure or slightly above it) and has about 65% oxygen.
  • the air fed into the mixing column need not be provided, or not exclusively, in the form of non-compressed and cooled air.
  • a mixing column turbine is fed into the air at a pressure higher than the mixing column pressure, and can be obtained in accordance with the cold.
  • the air which is fed into the mixing column turbine can be made available as a further proportion of the recompressed and cooled air, but it is also possible for example to carry out a separate recompression, for example in a booster coupled to the mixing column turbine.
  • the expanded in the mixing column turbine air can then be fed at the mixing column pressure in the mixing column. This is particularly advantageous if no injection turbine, as explained above, is provided. In certain cases, however, both an injection turbine and a mixing column turbine may be provided. If a mixing column turbine is provided, the non-compressed and cooled air can also be fed completely into the second separation column. In other words, it is possible to provide process variants in which alternative to one another or in a respectively suitable combination
  • the cooled air at the second separation pressure and / or with the mixing column pressure is provided by compression in a main compressor and subsequent cooling in a heat exchanger,
  • the cooled air is provided with the mixing column pressure by compression in a main compressor, subsequent recompression in a secondary compressor, subsequent cooling in a heat exchanger and subsequent expansion in a relaxation machine, or -
  • the cooled air is provided with the first separation pressure by compression in a main compressor, subsequent recompression in a secondary compressor and subsequent cooling in a heat exchanger.
  • a nitrogen-containing top product can be withdrawn in gaseous form from the first separation column, heated in the main heat exchanger to 130 to 200 K, and then in a so-called PGAN turbine, for example. be relaxed from about 5.3 to about 1, 1 bar work.
  • the measures according to the invention result in energy savings of up to 5%, compared to conventional methods in which injection turbines are used, energy savings of up to 10%.
  • these advantages result inter alia from the use of the low second separation pressure which, in turn, can be used with the bottom product of the mixing column owing to the inventively proposed cooling of the top fraction of the second separation column.
  • it can thus advantageously be provided to provide the cooled air with the second separation pressure and / or the mixing column pressure by compression in a main compressor and cooling in a heat exchanger.
  • the second separation pressure corresponds to the mixing column pressure
  • the advantages of this embodiment lie in a more flexible refrigeration production.
  • the mixing column can also be operated at a mixing column pressure which deviates to a certain extent from the second separation pressure. Since the mixing column pressure essentially corresponds to the discharge pressure of the oxygen product produced in the mixing column, there is also the possibility of a more flexible adaptation.
  • the mixing column can thereby be operated at a lower mixing column pressure.
  • the cooled air with the first separation pressure becomes finally advantageously provided by compression in a main compressor and a secondary compressor and subsequent cooling.
  • the oxygen-rich, liquid stream fed into the mixing column is obtained by separating an oxygen-rich bottoms fraction from the separation column enriched in an oxygen-enriched bottoms fraction in a further separation column, for example the low-pressure separation column, and removing them from the separation column becomes.
  • the oxygen-enriched bottom fraction of the first and / or second separation column in particular both, is advantageously used.
  • the oxygen-rich bottoms fraction is deposited in the third separation column already mentioned. This results in the explained savings.
  • the third separation pressure is advantageously at least 2 bar below the first and / or the second separation pressure.
  • Cooled air which has been compressed to a pressure above the third separation pressure, can advantageously also be blown into the third separation column.
  • the already explained injection turbine is used.
  • An air separation plant according to the invention is set up for carrying out a method as explained above and has corresponding means.
  • the mixing column is advantageously arranged above the second separation column. This allows a particularly compact design of corresponding air separation plants.
  • an arrangement “above” is meant that overlap the projections of the mixing column and the second separation column to a horizontal plane at least partially.
  • the horizontal plane It speaks a plane perpendicular to the longitudinal axis of corresponding columns. In operation, the longitudinal axis is aligned perpendicular to the earth's surface.
  • the mixing column and the second separation column are advantageously designed together in the form of a one-part column.
  • a one-piece column is surrounded by a common metal shell, which encloses the respective column parts, and within which the column parts can be provided as compartments.
  • An example of a one-piece column with two column sections is the classic Linde double column with the high and low pressure separation column.
  • the mixing column and the second separation column can thus form a double column in the context of the present invention.
  • the top condenser of the second separation column is advantageously arranged inside or below the mixing column in a corresponding one-part column (corresponding to an internal main condenser of a Linde double column).
  • Figure 1 shows an air separation plant according to a particularly preferred embodiment of the invention in a schematic representation.
  • FIG. 1 shows an air separation plant according to a particularly preferred embodiment of the invention is shown and designated 10 in total.
  • pressures used in particular lines are indicated in dashed lines. These pressures merely represent non-limiting example values. The pressure values and value ranges which can be used in a corresponding air separation plant 10 have been explained above.
  • the air separation plant 10 is fed, inter alia, via a line a and b via a line compressed and purified air AIR.
  • the compaction and Cleaning is carried out in a known manner, for example in a main compressor, the filter plants upstream and air scrubber or adsorption devices are followed.
  • a corresponding air separation plant 10 can be operated using main and secondary compressors, so that the supplied air AIR with different pressures, here for example 5.6 bar in the line a and 4.4 bar in the line b, can be provided ,
  • the fed via the line a in the system 10 air is fed to a heat exchanger E1 and cooled in this. Via a line c, this air can be taken from the heat exchanger E1 to a part at the cold end and via a line d to another part at an intermediate temperature.
  • the air is present in the lines c and d due to the cooling and due to pressure losses each at a pressure which is slightly lower than the pressure in the line a.
  • the pressure in line c corresponds to the separation pressure of a first separation column S1 and in the example shown is 5.4 bar.
  • the corresponding air is fed via the line c into a lower region of the first separation column S1. In this, the feed air can be separated in a known manner into a nitrogen-enriched overhead fraction and an oxygen-enriched bottom fraction.
  • the air removed at the intermediate temperature from the heat exchanger E1 can be fed to an expansion machine X1, which is coupled to an energy converter B, for example an oil brake.
  • the correspondingly relaxed air leaves the expansion machine X1 via a line e.
  • the fed via the line b in the system 10 air is also fed to the heat exchanger E1 and cooled in this. It can via a line f at a relation to the pressure in line b also slightly reduced pressure, for example 4.3 bar, via a line f to a part in a lower region of a second separation column S2 and via a line g to another part be fed into a lower region of a mixing column M.
  • the second separation column S2 and the mixing column M can also be designed as a structural unit (one-part column).
  • the second separation column S2 and the mixing column are operated in the example shown at the pressure of 4.3 bar.
  • Into the mixing column M is fed via a line h an oxygen-rich liquid stream in an upper region and fed against the fed via the line g air at the mixing column pressure. Due to the intensive contact of the air from the line g and the oxygen-rich liquid stream from the line h, part of the nitrogen in the air passes into the oxygen-rich stream.
  • the oxygen-rich stream is vaporized, the air liquefies, is at the same time enriched to some extent with oxygen, and separates out as Mischklaklasumpffr forcing in a lower region of the mixing column M. From the lower region of the mixing column M, the mixing column scum fraction can be removed via lines i and k.
  • the mixing column sump fraction can be fed via an unillustrated valve into an underlying evaporation space of a top condenser E2 of the second separation column S2, which is designed as a condenser evaporator.
  • the liquefaction space of the top condenser E2 can be flowed through via a line system I with the nitrogen-enriched overhead fraction from the second separation column S2.
  • the condensate obtained in the liquefaction space of the top condenser E2 can be partly supplied as reflux to the second separation column S2 and fed to another part via a line m to a heat exchanger E3 designed as a subcooler and subsequently via a line n to an upper region of a third separation column S3 are fed.
  • the third separation column S3 is designed as a low-pressure separation column.
  • the proportion of Mischkladensumpffr neglect in the line k passes through the heat exchanger E3 and can then be fed via a line o, in a defined height in the third separation column S3.
  • a vaporized portion of the mixing column scum fraction used to cool the top condenser E2 can also be supplied to the third separation column S3 via a line p. Since the evaporation space of the top condenser E2 is operated at an evaporation space pressure between the mixing column pressure at which the mixing column M is operated and the third separation pressure at which the third separation column S3 is operated, fluid can escape from the evaporation space of the top condenser E2 discharge further measures in the third separation column S3.
  • a gaseous oxygen-rich stream obtained by evaporating the liquid oxygen-rich stream from the line h and exchanging it with the air from the line g can be withdrawn via a line q and a valve V1.
  • the gaseous oxygen-rich stream is heated in the heat exchanger E1 and discharged via a valve V2 at a pressure of, for example, 4.0 bar as gaseous oxygen product GOX.
  • Another portion of the liquid oxygen-rich stream can be discharged via a valve V3 as the purge fraction LOX. This discharge takes place in small quantities, the liquid oxygen is therefore not a product of a corresponding air separation plant 10. Its removal is used primarily the removal of components contained therein such as methane.
  • the oxygen-enriched bottom fraction from the second separation column S2 can be removed via a line r, cooled in the heat exchanger E3 and fed via a line s and a valve V4 in the third separation column S3.
  • the nitrogen-enriched overhead fraction can be removed and condensed via a line system t to a part in a heat exchanger E4 and be charged in liquid form back to the first separation column S1.
  • the heat exchanger E4 is designed as a top condenser and is cooled with a liquid, oxygen-rich sump fraction of the third separation column S3.
  • another part of the nitrogen-enriched top fraction can be taken from the first separation column S1, passed through the heat exchanger E1, and discharged via a valve V5 as purge gas SG.
  • the oxygen-enriched bottoms fraction may be withdrawn via a line v from the first separation column S1, passed through the heat exchanger E3 and fed together with the oxygen-rich bottom fraction from the second separation column S2 via the line s in the third separation column S3.
  • Another fraction can be removed from the first separation column via a line w and after passing through the heat exchanger E3 via the explained line n also be fed into the third separation column S3.
  • the third separation column S3 is from the oxygen-enriched bottom fraction of the first and second separation column S1, S2 and using the other fed streams deposited an oxygen-rich sump fraction.
  • the air released from the line e via the expansion machine X1 is also fed into the third separation column (blown in).
  • the oxygen-rich bottom fraction can be removed via a line x and fed by means of a pump P1 to the heat exchanger E3. After a first heating there, the oxygen-rich bottom fraction can be fed via a line y to the heat exchanger E1, where it is further heated and finally fed via the illustrated line h into the upper region of the mixing column M.
  • a gaseous fraction can be withdrawn from the top of the third separation column, heated by the heat exchangers E3 and E1 and discharged from the air separation plant 10. This fraction can be used in the upstream air purification and / or delivered to the atmosphere ATM.
  • air can also be fed into the mixing column M via a flash-down machine, then called a mixing column turbine.
  • a flash-down machine then called a mixing column turbine.
  • This can be provided additionally or alternatively to the expansion machine X1, which is also referred to as injection turbine.

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Abstract

The invention relates to a process for the separation of air (AIR), in which cooled air (AIR) at a first separation pressure is separated in a first separation column (S1) at least into a nitrogen-enriched top fraction and an oxygen-enriched bottom fraction, and in which further cooled air (AIR) in a mixing column (M) is liquefied at a mixing column pressure by means of direct heat exchange against a liquid oxygen-enriched stream, which is at least partly obtained from the oxygen-enriched bottom fraction from the first separation column (S1), to form a mixing column bottom fraction. According to the invention further cooled air (AIR) at a second separation pressure is likewise separated in a second separation column (S2) into a nitrogen-enriched top fraction and an oxygen-enriched bottom fraction, wherein the nitrogen-enriched top fraction from the second separation column (S2) is at least partly cooled by using the mixing column bottom fraction from the mixing column (M). To this end, the nitrogen-enriched top fraction from the second separation column (S2) is at least partly guided through the liquefaction chamber of a top condenser (E2) of the second separation column (S2), which is constructed as a condenser evaporator and the evaporation chamber of which is operated at an evaporation chamber pressure which lies between the mixing column pressure and a third separation pressure, at which the liquid oxygen-rich stream is obtained in a third separation column (S3), and in which at least part of the mixing column bottom fraction from the mixing column (M) is fed in in liquid form at the evaporation chamber pressure. The invention further relates to a corresponding air separation plant.

Description

Beschreibung  description

Verfahren zur Tieftemperaturzerlequng von Luft in einer Luftzerlegungsanlaqe und Process for the cryogenic decomposition of air in an air separation plant and

Luftzerlegungsanlage Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft unter Verwendung einer Mischsäule und eine zur Durchführung eines entsprechenden Verfahrens eingerichtete Luftzerlegungsanlage.  The invention relates to a process for the cryogenic separation of air using a mixing column and to an air separation plant set up to carry out a corresponding process.

Stand der Technik State of the art

Die Herstellung von Sauerstoff oder von sauerstoffreichen Gemischen, nachfolgend als Sauerstoffprodukte bezeichnet, erfolgt üblicherweise durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in Luftzerlegungsanlagen mit an sich bekannten Destillationssäulensystemen. Diese können als Zweisäulensysteme, insbesondere als klassische Doppelsäulensys- teme, aber auch als Drei- oder Mehrsäulensysteme ausgebildet sein. Ferner können Vorrichtungen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere der Edelgase Krypton, Xenon und/oder Argon, vorgesehen sein. The production of oxygen or of oxygen-rich mixtures, hereinafter referred to as oxygen products, is usually carried out by cryogenic separation of air in air separation plants with distillation column systems known per se. These can be designed as two-column systems, in particular as classical double-column systems, but also as three-column or multi-column systems. Furthermore, devices for obtaining further air components, in particular the noble gases krypton, xenon and / or argon, may be provided.

Für eine Reihe von industriellen Anwendungen wird zumindest nicht ausschließlich reiner Sauerstoff benötigt. Dies eröffnet die Möglichkeit, Luftzerlegungsanlagen hinsichtlich ihrer Erstellungs- und Betriebskosten, insbesondere ihres Energieverbrauchs, zu optimieren (siehe beispielsweise Kapitel 3.8 in Kerry, F.G.: Industrial Gas Handbook: Gas Separation and Purification. Boca Raton: CRC Press, 2006). Hierzu können unter anderem Luftzerlegungsanlagen mit sogenannten Mischsäulen eingesetzt werden, wie sie seit längerem bekannt sind. Entsprechende Anlagen und Verfahren sind beispielsweise in DE 2 204 376 A1 (entspricht US 4 022 030 A) US 5 454 227 A, US 5 490 391 A, DE 198 03 437 A1 , DE 199 51 521 A1 , At least not exclusively pure oxygen is needed for a number of industrial applications. This opens up the possibility of optimizing air separation plants with regard to their production and operating costs, in particular their energy consumption (see, for example, Chapter 3.8 in Kerry, F.G.: Industrial Gas Handbook: Gas Separation and Purification, Boca Raton: CRC Press, 2006). For this purpose, inter alia, air separation plants can be used with so-called mixing columns, as they have been known for some time. Corresponding systems and methods are described, for example, in DE 2 204 376 A1 (corresponding to US Pat. No. 4,022,030 A) US Pat. No. 5,454,227 A, US Pat. No. 5,490,391 A, DE 198 03 437 A1, DE 199 51 521 A1, US Pat.

EP 1 139 046 B1 (US 2001/052244 A1 ), EP 1 284 404 A1 (US 6 662 595 B2), DE 102 09 421 A1 , DE 102 17 093 A1 , EP 1 376 037 B1 (US 6 776 004 B2), EP 1 139 046 B1 (US 2001/052244 A1), EP 1 284 404 A1 (US Pat. No. 6,662,595 B2), DE 102 09 421 A1, DE 102 17 093 A1, EP 1 376 037 B1 (US Pat. No. 6,776,004 B2) .

EP 1 387 136 A1 und EP 1 666 824 A1 offenbart. Weitere Luftzerlegungsanlagen, die als Dreisäulensysteme ausgebildet sein können und Mischsäulen aufweisen, sind beispielsweise in US 4 818 262 A, US 5 715 706 A, EP 1 139 046 B1 und US 4 783 208 A offenbart. Eine Luftzerlegungsanlage mit einem Dreisäulensystem ist auch in DE 10 2009 023 900 A1 offenbart. EP 1 387 136 A1 and EP 1 666 824 A1. Further air separation plants, which can be designed as three-column systems and have mixing columns, are described, for example, in US Pat. No. 4,818,262 A, US Pat. No. 5,715,706 A, EP 1 139 046 B1 and US Pat US 4,783,208 A discloses. An air separation plant with a three-pillar system is also disclosed in DE 10 2009 023 900 A1.

In eine Mischsäule werden in einem oberen Bereich ein flüssiger, sauerstoffreicher Strom und in einem unteren Bereich ein gasförmiger Luftstrom eingespeist und einander entgegengeschickt. Durch intensiven Kontakt geht ein gewisser Anteil des leichter flüchtigen Stickstoffs aus dem Luftstrom in den sauerstoffreichen Strom über. Der sauerstoffreiche Strom wird in der Mischsäule verdampft und an deren oberem Ende als gasförmiger, sogenannter unreiner Sauerstoff abgezogen. Der unreine Sauerstoff kann der Luftzerlegungsanlage als gasförmiges Sauerstoffprodukt entnommen werden. In a mixing column, a liquid, oxygen-rich stream in a top region and a gaseous air stream are fed in a lower region and sent towards each other. Through intensive contact, a certain proportion of the more volatile nitrogen from the air stream passes into the oxygen-rich stream. The oxygen-rich stream is vaporized in the mixing column and withdrawn at the upper end as gaseous, so-called impure oxygen. The impure oxygen can be taken from the air separation plant as a gaseous oxygen product.

Der Luftstrom seinerseits wird verflüssigt, in gewissem Umfang mit Sauerstoff angereichert, und kann am unteren Ende der Mischsäule abgezogen werden. Der verflüssigte Strom kann anschließend an energetisch und/oder trenntechnisch geeigneter Stelle in das verwendete Destillationssäulensystem eingespeist werden. Durch die Verwendung einer Mischsäule kann die für die Stofftrennung erforderliche Energie auf Kosten der Reinheit des gasförmigen Sauerstoffprodukts beträchtlich reduziert werden. The air stream in turn is liquified, enriched to some extent with oxygen, and can be withdrawn at the bottom of the mixing column. The liquefied stream can then be fed into the distillation column system used at an energetically and / or separation-appropriate location. By using a mixing column, the energy required for material separation can be significantly reduced at the expense of the purity of the gaseous oxygen product.

Bei Luftzerlegungsanlagen, insbesondere bei Luftzerlegungsanlagen mit Mischsäulen, besteht der Bedarf nach Verbesserungen, die den Gesamtwirkungsgrad erhöhen und die Leistungsaufnahme reduzieren. In air separation plants, especially in air separation plants with mixing columns, there is a need for improvements that increase overall efficiency and reduce power consumption.

Offenbarung der Erfindung Vor diesem Hintergrund schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft unter Verwendung einer Mischsäule und eine zur Durchführung eines entsprechenden Verfahrens eingerichtete Luftzerlegungsanlage mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. DISCLOSURE OF THE INVENTION Against this background, the invention proposes a method for the cryogenic separation of air using a mixing column and an air separation plant adapted for carrying out a corresponding method with the features of the independent claims. Preferred embodiments are subject of the dependent claims and the following description.

Vorteile der Erfindung Advantages of the invention

Die vorliegende Erfindung geht von einem Verfahren zur Zerlegung von Luft aus, bei dem abgekühlte Luft bei einem ersten Trenndruck in einer ersten Trennsäule eines Destillationssäulensystems zumindest in eine stickstoffangereicherte Kopffraktion und eine sauerstoffangereicherte Sumpffraktion getrennt wird. The present invention is based on a method for the decomposition of air, wherein the cooled air at a first separation pressure in a first separation column of a Distillationssäulensystems at least in a nitrogen-enriched overhead fraction and an oxygen-enriched bottom fraction is separated.

Wie erwähnt, kann eine Luftzerlegung beispielsweise unter Verwendung von Doppel- Säulensystemen erfolgen. Derartige Doppelsäulensysteme umfassen eine sogenannte Hochdrucktrennsäule und eine Niederdrucktrennsäule. In die Hochdrucktrennsäule wird verdichtete und auf eine Temperatur nahe ihrer Kondensationstemperatur abgekühlte Luft eingespeist. In der Hochdrucktrennsäule erfolgt eine Trennung dieser Luft in eine stickstoffangereicherte Kopffraktion und in eine sauerstoffangereicherte Sumpf- fraktion. Die sauerstoffangereicherte Sumpffraktion wird zumindest zum Teil aus der Hochdrucktrennsäule entnommen und in die Niederdrucktrennsäule überführt. As mentioned, air separation may, for example, be done using double column systems. Such double column systems include a so-called high pressure separation column and a low pressure separation column. In the high-pressure separation column is compressed and cooled to a temperature near its condensation temperature cooled air is fed. In the high-pressure separation column, this air is separated into a nitrogen-enriched top fraction and into an oxygen-enriched bottoms fraction. The oxygen enriched bottoms fraction is at least partially withdrawn from the high pressure separation column and transferred to the low pressure separation column.

In der Niederdrucktrennsäule wird zumindest aus der sauerstoffangereicherten Sumpffraktion aus der Hochdrucktrennsäule eine sauerstoffreiche Flüssigfraktion, die sich im Sumpf der Niederdrucktrennsäule abscheidet, gewonnen. In die Niederdrucktrennsäule können aber auch weitere Ströme eingespeist werden, beispielsweise eine Sumpffraktion aus der Mischsäule. In the low-pressure separation column, an oxygen-rich liquid fraction which separates out in the bottom of the low-pressure separation column is obtained at least from the oxygen-enriched bottom fraction from the high-pressure separation column. In the low-pressure separation column but also other streams can be fed, for example, a sump fraction from the mixing column.

In der vorliegenden Anmeldung werden Stoffe und Stoffgemische auch als Ströme und Fraktionen bezeichnet. Ein Strom wird üblicherweise als Fluid in einer hierfür eingerichteten Leitung geführt. Eine Fraktion bezeichnet üblicherweise einen aus einem Ausgangsgemisch abgetrennten Anteil eines Ausgangsgemischs. Eine Fraktion kann jederzeit einen entsprechenden Strom bilden, wenn sie entsprechend geführt wird. Ein Strom kann umgekehrt beispielsweise zur Bereitstellung eines Ausgangsgemischs die- nen, aus welchem eine Fraktion abgetrennt werden kann. In the present application substances and mixtures are also referred to as streams and fractions. A stream is usually routed as fluid in a conduit designed for this purpose. A fraction usually denotes a portion of a starting mixture separated from a starting mixture. A political group can generate a corresponding current at any time if it is managed accordingly. Conversely, for example, a stream may serve to provide a starting mixture from which a fraction can be separated.

Ein Strom oder eine Fraktion kann reich oder arm an einer oder an mehreren enthaltenen Komponenten sein, wobei "reich" für einen Anteil von mehr als 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 99%, 99,5% oder 99,9% und "arm" für einen Anteil von weniger als 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, 1 %, 0,5% oder 0,1 %, jeweils auf molarer, Gewichts- und/oder Volumenbasis, stehen kann. Ein Strom oder eine Fraktion kann ferner bezüglich einer Komponente gegenüber einem Ausgangsgemisch angereichert oder abgereichert sein, wobei "angereichert" für wenigstens den 1 ,5-fachen, 2-fachen, 3-fachen, 5-fachen, 10- fachen oder 100-fachen Gehalt und "abgereichert" für höchstens den 0,75-fachen, 0,5- fachen, 0,25-fachen, 0,1 -fachen oder 0,01 -fachen Gehalt, jeweils bezogen auf den entsprechenden Gehalt im jeweiligen Aüsgangsgemisch, stehen kann. Die Begriffe umfassen jeweils auch Wertebereiche, beispielsweise mit den genannten Werten als Ober- und Untergrenzen. Übliche Hochdrucktrennsäulen arbeiten bei einem Trenndruck von beispielsweise 5 bis 7,5 bar, insbesondere von 5,5 bis 6 bar. Übliche Niederdrucktrennsäulen arbeiten bei einem Trenndruck von beispielsweise 1 ,3 bis 1 ,8 bar, insbesondere von 1 ,3 bis 1 ,6 bar. Bei diesen und den folgenden Angaben handelt es sich um Absolutdrücke. Die Hochdrucktrennsäule und die Niederdrucktrennsäule können auch zumindest baulich voneinander getrennt sein. In diesem Fall handelt es sich um die eingangs erwähnten Zweisäulensysteme. Die Hochdrucktrennsäule wird auch bisweilen als Mitteldruck- trennsäule bezeichnet. Auch ehrsäulensysteme und/oder Destillationssäulensysteme, die zur Gewinnung weiterer Komponenten aus Luft eingerichtet sind, können im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen. A stream or fraction may be rich or poor in one or more of its constituents, with "rich" accounting for greater than 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 99%, 99.5%. or 99.9% and "poor" for less than 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, 1%, 0.5% or 0.1%, respectively, in molar, weight and% / or volume basis, can stand. A stream or fraction may also be enriched or depleted of a component over a starting mixture, "enriched" for at least 1.5, 2x, 3, 5, 10, or 100 times Content and "depleted" for not more than 0.75 times, 0.5 times, 0.25 times, 0.1 times or 0.01 times the content, in each case based on the appropriate content in each Aüsgangsgemisch, may be. The terms also include ranges of values, for example, with the stated values as upper and lower limits. Conventional high-pressure separation columns operate at a separation pressure of for example 5 to 7.5 bar, in particular from 5.5 to 6 bar. Conventional low-pressure separation columns operate at a separation pressure of for example 1, 3 to 1, 8 bar, in particular from 1, 3 to 1, 6 bar. These and the following are absolute pressures. The high-pressure separation column and the low-pressure separation column can also be at least structurally separated from one another. In this case, it is the aforementioned two-pillar systems. The high pressure separation column is sometimes referred to as medium pressure separation column. Also Ehrsäulensysteme and / or distillation column systems, which are adapted to obtain further components from air, can be used in the context of the present invention.

Alle derartigen Systeme weisen jedoch zumindest eine Säule auf, in der abgekühlte Luft bei einem definierten Betriebsdruck, der hier als Trenndruck bezeichnet wird, zumindest in eine stickstoffangereicherte Kopffraktion und eine sauerstoffangereicherte Sumpffraktion getrennt wird. Eine derartige Trennsäule wird im Rahmen dieser Anmeldung als erste Trennsäule, der entsprechende Druck als erster Trenndruck bezeichnet. However, all such systems have at least one column in which cooled air at a defined operating pressure, referred to herein as separation pressure, is separated at least into a nitrogen-enriched overhead fraction and an oxygen-enriched bottom fraction. Such a separation column is referred to in this application as the first separation column, the corresponding pressure as the first separation pressure.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ferner eine Mischsäule verwendet, in der abgekühlte Luft, die gasförmig in die Mischsäule eingespeist wird, durch direkten Wär- metausch gegen einen flüssigen, sauerstoffreichen Strom verflüssigt wird. Die abgekühlte Luft wird in einem unteren Bereich der Mischsäule eingespeist, der flüssige sauerstoffreiche Strom in einem oberen Bereich. Beide Ströme werden einander entgegengeschickt. Wie erwähnt, reichert sich durch den intensiven Austausch zwischen den beiden Strömen Sauerstoff aus dem flüssigen, sauerstoffreichen Strom in der Luft an, umgekehrt wird der flüssige sauerstoffreiche Strom mit insbesondere Stickstoff aus der Luft verunreinigt. Auch dies erfolgt bei einem definierten Druck, der hier als Mischsäulendruck bezeichnet wird. Im Sumpf der Mischsäule scheidet sich die verflüssigte und mit Sauerstoff angereicherte Luft als Mischsäulensumpffraktion ab. Der flüssige, sauerstoffreiche Strom, der in die Mischsäule eingespeist wird, wird üblicherweise unter Verwendung der sauerstoffangereicherten Sumpffraktion zumindest der ersten Trennsäule gewonnen. Hierzu wird diese, wie erwähnt, zumindest zum Teil in die Niederdrucktrennsäule überführt und hieraus eine entsprechende flüssige, sau- erstoffreiche Fraktion abgeschieden. In the context of the present invention, a mixing column is furthermore used, in which cooled air, which is fed in gaseous form into the mixing column, is liquefied by direct heat exchange against a liquid, oxygen-rich stream. The cooled air is fed into a lower area of the mixing column, the liquid oxygen-rich stream in an upper area. Both streams are sent to each other. As mentioned, enriched by the intense exchange between the two streams of oxygen from the liquid, oxygen-rich stream in the air, conversely, the liquid oxygen-rich stream is contaminated with particular nitrogen from the air. This is also done at a defined pressure, which is referred to herein as mixing column pressure. In the bottom of the mixing column, the liquefied and oxygen-enriched air separates as Mischsäulensumpfffraktion. The liquid, oxygen-rich stream fed to the mixing column is usually recovered using the oxygen-enriched bottom fraction of at least the first separation column. For this purpose, as mentioned, at least partially transferred into the low-pressure separation column and from this a corresponding liquid, oxygen-rich fraction deposited.

Die Destillationssäulen von Destillationssäulensystemen bei Luftzerlegungsanlagen sind zumindest teilweise mit einem sogenannten Kopfkondensator ausgestattet. Dies gilt zumindest für die Hochdrucktrennsäule klassischer Doppelsäulensysteme. Der Kopfkondensator der Hochdrucktrennsäule, der typischerweise als Kondensatorverdampfer ausgebildet ist, wird üblicherweise auch als Hauptkondensator bezeichnet. In einem Kopfkondensator wird gasförmiges Fluid vom Kopf der entsprechenden Säule abgezogen und durch den Kopfkondensator geführt. Das gasförmige Fluid verflüssigt sich hierdurch zumindest teilweise. Bei herkömmlichen Luftzerlegungsanlagen wird im Hauptkondensator (also dem Kopfkondensator der Hochdrucktrennsäule) ein gasförmiges Kopfprodukt (sogenannter Kopfstickstoff) der Hochdrucktrennsäule zumindest teilweise verflüssigt und ein Sumpfprodukt der Niederdrucktrennsäule, die oberhalb der Hochdrucksäule angeordnet ist, verdampft. Der Hauptkondensator wird häufig innerhalb der Niederdrucktrennsäule angeordnet (innenliegender Hauptkondensator) alter- nativ kann er in einem separaten Behälter außerhalb der Niederdrucksäule untergebracht und über Leitungen mit der Niederdrucktrennsäule verbunden werden (außenliegender Hauptkondensator). The distillation columns of distillation column systems in air separation plants are at least partially equipped with a so-called top condenser. This applies at least to the high-pressure separation column of classic double-column systems. The top condenser of the high-pressure separation column, which is typically designed as a condenser evaporator, is also commonly referred to as a main condenser. In a top condenser, gaseous fluid is withdrawn from the top of the corresponding column and passed through the top condenser. The gaseous fluid liquefies thereby at least partially. In conventional air separation plants, a gaseous top product (so-called head nitrogen) of the high-pressure separation column is at least partially liquefied in the main condenser (ie the top condenser of the high-pressure separation column) and a bottom product of the low-pressure separation column, which is arranged above the high-pressure column, evaporates. The main condenser is often placed inside the low pressure separation column (internal main condenser) alternatively it can be placed in a separate container outside the low pressure column and connected via lines to the low pressure separation column (external main condenser).

In einem Kondensatorverdampfer, wie er typischerweise als Kopfkondensator einge- setzt wird, wird eine zu verdampfende Flüssigkeit (auch als Kühlmedium bezeichnet) in einem Verdampfungsraum zumindest teilweise gegen ein gasförmiges Fluid in einem Verflüssigungsraum verdampft. Das gasförmige Fluid, das durch den Verflüssigungsraum geführt wird, verflüssigt sich hierdurch zumindest teilweise. Ein Kondensatorverdampfer weist also einen Verflüssigungsraum und einen Verdampfungsraum auf. Ver- dampfungs- und Verflüssigungsraum werden dabei jeweils durch Gruppen von Passagen (Verflüssigungs- bzw. Verdampfungspassagen) gebildet, die untereinander in fluidischer Verbindung stehen. In dem Verflüssigungsraum wird die Kondensation eines ersten Fluidstroms durchgeführt, in dem Verdampfungsraum die Verdampfung eines zweiten Fluidstroms. Die beiden Fluidströme stehen dabei in indirektem Wärmetausch. Kondensatorverdampfer werden auch als Badverdampfer bezeichnet. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, eine zweite Trennsäule mit einem entsprechenden, als Kondensatorverdampfer ausgebildeten Kopfkondensator zu verwenden, in die ebenfalls abgekühlte Luft eingespeist wird. Diese wird bei einem zweiten Trenndruck betrieben. In der zweiten Trennsäule wird die Luft ebenfalls zumindest in eine stickstoffangereicherte Kopffraktion und eine sauerstoffangereicherte Sumpffraktion getrennt. Es handelt sich also um eine zweite Trennsäule, die gegenüber der ersten Trennsäule bei einem abweichenden zweiten Trenndruck betrieben werden kann. Der zweite Trenndruck kann geringer sein als der erste Trenndruck. Die zweite Trennsäule kann daher beispielsweise auch als zweite Hochdrucktrennsäule oder als Mitteldruck- trennsäule bezeichnet werden. In a condenser evaporator, as is typically used as a top condenser, a liquid to be evaporated (also referred to as cooling medium) in an evaporation space is at least partially vaporized against a gaseous fluid in a liquefaction space. The gaseous fluid, which is passed through the liquefaction space, liquefies thereby at least partially. A condenser evaporator thus has a liquefaction space and an evaporation space. Evaporation and liquefaction space are each formed by groups of passages (liquefaction or evaporation passages) which are in fluid communication with each other. In the liquefaction space, the condensation of a first fluid flow is performed, in the evaporation space, the evaporation of a second fluid flow. The two fluid streams are in indirect heat exchange. Condenser evaporators are also referred to as bath evaporators. According to the invention, it is now provided to use a second separation column with a corresponding overhead condenser designed as a condenser evaporator, into which cooled air is also fed. This is operated at a second separation pressure. In the second separation column, the air is also separated at least into a nitrogen-enriched overhead fraction and an oxygen-enriched bottom fraction. It is therefore a second separation column, which can be operated with respect to the first separation column at a different second separation pressure. The second separation pressure may be less than the first separation pressure. The second separation column can therefore also be referred to, for example, as a second high-pressure separation column or as a medium-pressure separation column.

Zur Unterscheidung hiervon wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung die Trennsäule, in der der flüssige, sauerstoffreiche Strom gewonnen wird, der in die Mischsäule eingespeist wird, als dritte Trennsäule bezeichnet. Der in der dritten Trennsäule verwendete Druck wird als dritter Trenndruck bezeichnet. Wie erwähnt, handelt es sich hierbei typischerweise um eine Niederdrucktrennsäule. In order to distinguish this from the present application, the separation column in which the liquid, oxygen-rich stream is obtained, which is fed into the mixing column, referred to as the third separation column. The pressure used in the third separation column is referred to as the third separation pressure. As mentioned, this is typically a low pressure separation column.

Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, die stickstoffangereicherte Kopffraktion der zweiten Trennsäule mit der Mischsäulensumpffraktion, also der in der Mischsäule verflüssigten und mit Sauerstoff angereicherten Luft, zu kühlen. Durch die Kühlung der stickstoffreichen Kopffraktion der zweiten Trennsäule kann diese verflüssigt werden, so dass sie erneut auf die zweite Trennsäule aufgegeben werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die zweite Trennsäule hierzu mit dem erwähnten Kopfkondensator, der in Form eines Kondensatorverdampfers ausgebildet ist, ausgestattet, dessen Verdampfungsraum bei einem Druck betrieben wird, der zwischen dem Mischsäulendruck und dem dritten Trenndruck liegt, bei welchem der flüssige sauerstoffreiche Strom in der dritten Trennsäule gewonnen wird. Der Druck, bei dem dieser Verdampfungsraum betrieben wird, wird hier als Verdampfungsraumdruck bezeichnet. In den Verdampfungsraum wird zumindest ein Teil der Mischsäulensumpffraktion bei dem Verdampfungsraumdruck in flüssiger Form eingespeist. Die Mischsäulensumpffraktion bildet in dem Verdampfungsraum des Kopfkondensators der zweiten Trennsäule ein Flüssigkeitsbad. Die Kopffraktion der zweiten Trennsäule wird zumin- dest zum Teil durch den Verflüssigungsraum des Kopfkondensators geführt und er- wärmt damit das Flüssigkeitsbad. Letzteres wird hierdurch kontinuierlich verdampft, die Kopffraktion der zweiten Trennsäule wird zumindest zum Teil verflüssigt. According to the invention, it is further provided to cool the nitrogen-enriched top fraction of the second separation column with the mixed column sump fraction, that is to say the air liquefied in the mixing column and enriched with oxygen. By cooling the nitrogen-rich overhead fraction of the second separation column, it can be liquefied, so that it can be applied again to the second separation column. In the context of the present invention, the second separation column is equipped for this purpose with the mentioned top condenser, which is designed in the form of a condenser evaporator whose evaporation space is operated at a pressure which lies between the mixing column pressure and the third separation pressure, at which the liquid oxygen-rich stream in the third separation column is recovered. The pressure at which this evaporation space is operated is referred to herein as evaporation space pressure. At least part of the mixed column sump fraction at the evaporation space pressure in liquid form is fed into the evaporation space. The mixing column sump fraction forms a liquid bath in the evaporation space of the top condenser of the second separation column. The top fraction of the second separation column is guided at least in part through the liquefaction space of the overhead condenser and warms the liquid bath with it. The latter is thereby continuously evaporated, the top fraction of the second separation column is at least partially liquefied.

Wie auch nachfolgend noch erläutert, ermöglicht die vorliegende Erfindung durch die Verwendung der Mischsäulensumpffraktion zur Kühlung der Kopffraktion der zweiten Trennsäule eine Trennung von Einsatzluft mit den natürlichen Gehalten ihrer einzelnen Luftkomponenten bei einem vergleichsweise niedrigen oder sogar sehr niedrigen zweiten Trenndruck. Entsprechend niedrige Trenndrücke werden herkömmlicherweise nur in Mitteldrucktrennsäulen verwendet, die jedoch zumindest zum Teil mit bereits in einer Hochdrucktrennsäule vorgetrennten Luftfraktionen gespeist werden. Die Mischsäulensumpffraktion eignet sich zur Kühlung der Kopffraktion der zweiten Trennsäule in besonderer Weise aufgrund ihrer unten erläuterten Zusammensetzung und ihres niedrigen Siedepunkts. Die entsprechend verdampfte Mischsäulensumpffraktion kann gasförmig in die dritte Trennsäule, beispielsweise die erwähnte Niederdrucktrennsäule, eingespeist werden. Ein geringer Anteil der Mischsäulensumpffraktion kann auch in flüssiger Form als Spülmenge abgezogen werden. As also explained below, the present invention, by using the mixing column scum fraction to cool the top fraction of the second separation column, allows separation of feed air with the natural contents of its individual air components at a comparatively low or even very low second separation pressure. Correspondingly low separation pressures are conventionally used only in medium-pressure separation columns, which, however, are fed at least in part with air fractions already pre-separated in a high-pressure separation column. The mixed column scum fraction is particularly suitable for cooling the top fraction of the second separation column due to its composition and low boiling point as discussed below. The correspondingly vaporized mixed column sump fraction can be fed in gaseous form into the third separation column, for example the mentioned low-pressure separation column. A small proportion of the Mischsäulensumpffraktion can also be withdrawn in liquid form as a flushing.

Durch den in der zweiten Trennsäule verwendbaren geringen Trenndruck braucht nur ein vergleichsweise geringer Teil der in einer erfindungsgemäßen Luftzerlegungsanla- ge eingesetzten Luft auf höhere Drücke verdichtet werden, was Verdichterleistung einspart und damit eine verbesserte Effizienz bewirkt. Due to the low separation pressure that can be used in the second separation column, only a comparatively small part of the air used in an air separation plant according to the invention needs to be compressed to higher pressures, which saves compressor performance and thus results in improved efficiency.

Vorteilhafterweise wird als der erste Trenndruck ein Druck verwendet, der um zumindest 0,5 bar höher liegt als der Druck, der als der zweite Trenndruck verwendet wird. Ferner wird als der zweite Trenndruck vorteilhafterweise ein Druck verwendet, der sich um höchstens 0,5 bar von dem Druck unterscheidet, der als der Mischsäulendruck verwendet wird. Als der dritte Trenndruck wird vorteilhafterweise ein Druck verwendet, der zumindest 2 bar unterhalb des Drucks liegt, der als der erste und/oder als der zweite Trenndruck verwendet wird. Hierbei ist als der erste Trenndruck ein Druck von 4 bis 6 bar, insbesondere von 5,0 bis 5,5 bar, und/oder als der zweite Trenndruck ein Druck von 3 bis 5 bar, insbesondere von 4,0 bis 4,5 bar, und/oder als der dritte Trenndruck ein Druck von 1 bis 2 bar, insbesondere von 1 ,2 bis 1 ,6 bar, und/oder als der Mischsäulendruck ein Druck von 2 bis 5 bar, insbesondere von 4,0 bis 4,5 bar, besonders vorteilhaft, wie nachfolgend erläutert. Die Vorteile eines Verfahrens, bei dem die genannten Druckwerte verwendet werden, und bei dem jeweils die abgekühlte Luft mit dem ersten Trenndruck, dem zweiten Trenndruck und dem Mischsäulendruck bereitgestellt und in die erste Trennsäule, die zweite Trennsäule und die Mischsäule eingespeist wird, werden nachfolgend erläutert. Advantageously, a pressure which is at least 0.5 bar higher than the pressure used as the second separation pressure is used as the first separation pressure. Further, as the second separation pressure, it is preferable to use a pressure which differs by at most 0.5 bar from the pressure used as the mixing column pressure. As the third separation pressure, it is advantageous to use a pressure which is at least 2 bar below the pressure used as the first and / or the second separation pressure. Here, as the first separation pressure is a pressure of 4 to 6 bar, in particular from 5.0 to 5.5 bar, and / or as the second separation pressure, a pressure of 3 to 5 bar, in particular from 4.0 to 4.5 bar , and / or as the third separation pressure, a pressure of 1 to 2 bar, in particular from 1, 2 to 1, 6 bar, and / or as the mixing column pressure, a pressure of 2 to 5 bar, in particular from 4.0 to 4.5 bar, particularly advantageous, as explained below. The advantages of a method using said pressures and providing each of the cooled air at the first separation pressure, the second separation pressure and the mixing column pressure and fed to the first separation column, the second separation column and the mixing column are explained below ,

Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren, bzw. in einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage, lässt sich insbesondere dadurch Energie einsparen, dass nicht sämtliche Luft auf das Druckniveau des ersten Trenndrucks, also des Drucks, der in der ersten Trennsäule verwendet wird, verdichtet werden muss. Wie erwähnt, ist der erste Trenndruck üblicherweise höher als der zweite Trenndruck. By the method proposed according to the invention, or in a corresponding air separation plant, energy can be saved in particular by not having to compress all the air to the pressure level of the first separation pressure, that is, the pressure used in the first separation column. As mentioned, the first separation pressure is usually higher than the second separation pressure.

Gleichwohl kann auch bei dem niedrigen Druck in der zweiten Trennsäule, ähnlich wie in der ersten Trennsäule, eine sauerstoffangereicherte Sumpffraktion erhalten werden. Diese kann zusammen mit der sauerstoffangereicherten Sumpffraktion aus der ersten Trennsäule in eine dritte Trennsäule, beispielsweise die sogenannte Niederdrucktrennsäule, überführt werden. In der dritten Trennsäule kann aus den beiden Sumpffraktionen, also aus der Sumpffraktion der ersten Trennsäule und aus der Sumpffraktion der zweiten Trennsäule, eine sauerstoffreiche Flüssigfraktion erhalten werden. Der hierzu erforderliche Energieaufwand ist jedoch deutlich geringer. However, even at the low pressure in the second separation column, similar to the first separation column, an oxygen-enriched bottom fraction can be obtained. This can be transferred together with the oxygen-enriched bottoms fraction from the first separation column in a third separation column, for example, the so-called low-pressure separation column. In the third separation column, an oxygen-rich liquid fraction can be obtained from the two bottom fractions, ie from the bottom fraction of the first separation column and from the bottom fraction of the second separation column. However, the energy required for this purpose is much lower.

Vorteilhafterweise wird dabei als der Verdampfungsraumdruck ein Druck verwendet, der um höchstens 0,5 bar höher liegt als der Druck, der als der dritte Trenndruck verwendet wird. Hierbei wird die Mischsäulensumpffraktion über ein Ventil in den Verdampfungsraum des Kopfkondensators der zweiten Trennsäule entspannt. Der Ver- dampfungsraumdruck wird dabei möglichst so eingestellt, dass durch die verdampfende Mischsäulensumpffraktion einerseits eine maximale Kältemenge bereitgestellt werden kann und der verdampfte Anteil der Mischsäulensumpffraktion andererseits ohne weitere Maßnahmen in die dritte Trennsäule abströmen kann. Der Verdampfungsraumdruck liegt also vorteilhafterweise zumindest geringfügig über dem dritten Trenn- druck, bei dem die dritte Trennsäule betrieben wird. Advantageously, a pressure which is at most 0.5 bar higher than the pressure which is used as the third separation pressure is used as the evaporation space pressure. Here, the Mischsäulensumpffraktion is relaxed via a valve in the evaporation chamber of the top condenser of the second separation column. The vaporization space pressure is adjusted as far as possible so that on the one hand a maximum amount of cold can be provided by the evaporating mixed column sump fraction and on the other hand the vaporized portion of the mixed column sump fraction can flow into the third separation column without further measures. The evaporation space pressure is thus advantageously at least slightly above the third separation pressure at which the third separation column is operated.

Die Erfindung schafft damit ein energieoptimiertes Mischsäulenverfahren mit einer zweiten Trennsäule. Das vorgeschlagene Mischsäulenverfahren eignet sich insbesondere zur Produktion eines Sauerstoffprodukts, das in gasförmiger Form erhalten wird, und das zwischen 80 und 98 % Reinheit aufweist. Entsprechende Produkte können auch mit herkömmlichen Mischsäulenverfahren erhalten werden, das vorgeschlagene Verfahren ist jedoch aufgrund des geringeren Druckbedarfs hinsichtlich seiner Leistungsaufnahme optimiert. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für einen Abgabedruck des Sauerstoffprodukts von ca. 4 bar. The invention thus provides an energy-optimized mixed column method with a second separation column. The proposed mixed column method is particularly suitable for producing an oxygen product which is obtained in gaseous form and which has between 80 and 98% purity. Appropriate products can can be obtained with conventional mixing column methods, but the proposed method is optimized in terms of its power consumption due to the lower pressure requirement. The inventive method is particularly suitable for a discharge pressure of the oxygen product of about 4 bar.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren verdichtet beispielsweise ein Hauptluftverdichter die insgesamt benötigte Luftmenge, hier auch als Gesamtluft bezeichnet, auf einen Druck von beispielsweise 4,6 bar. Die verdichtete Luft wird getrocknet und beispielsweise in einem Molekularsiebadsorber aufgereinigt. In the method according to the invention, for example, a main air compressor compresses the total amount of air required, here also referred to as total air, to a pressure of, for example, 4.6 bar. The compressed air is dried and purified, for example, in a molecular sieve adsorber.

Ein Teil der Luft, beispielsweise etwa die Hälfte, wird in diesem Beispiel in einem Nachverdichter auf einen höheren Druck, beispielsweise auf 5,6 bar, nachverdichtet. Der Rest wird nicht nachverdichtet. Die nachverdichtete Luft und die nicht nachverdichtete Luft werden in einem Hauptwärmetauscher abgekühlt. Dabei können Unterschiedliehe Anteile oder Teilströme der nachverdichteten und/oder der nicht nachverdichteten Luft auch auf unterschiedliche Temperaturen abgekühlt werden. Durch die Abkühlung und durch Leitungsverluste ergibt sich jeweils ein geringfügiger Druckverlust von beispielsweise 0, 1 bis 0,2 bar. Die nachverdichtete, abgekühlte Luft liegt hierdurch bei dem ersten Trenndruck, beispielsweise bei 5,4 bar, die nicht nachverdichtete, abge- kühlte Luft bei dem zweiten Trenndruck, beispielsweise bei 4,3 bar, vor. A portion of the air, for example, about half, is in this example in a booster to a higher pressure, for example, to 5.6 bar, recompressed. The rest will not be re-compressed. The recompressed air and the non-compressed air are cooled in a main heat exchanger. Different parts or partial flows of the after-compressed and / or the non-compressed air can also be cooled to different temperatures. By cooling and by line losses results in each case a slight pressure drop of, for example, 0, 1 to 0.2 bar. As a result, the post-compressed, cooled air is present at the first separation pressure, for example at 5.4 bar, the non-compressed, cooled air at the second separation pressure, for example at 4.3 bar.

Die nachverdichtete, abgekühlte Luft kann nun zum Teil in die erste Trennsäule eingespeist und dort getrennt werden. Ein weiterer Anteil, der nicht notwendigerweise auf dieselbe Temperatur abgekühlt wurde wie der in die erste Trennsäule eingespeiste Anteil, kann zur Kältegewinnung über eine sogenannte Einblaseturbine entspannt werden. Die entsprechend entspannte Luft kann beispielsweise in einer definierten Höhe in eine dritte Trennsäule, beispielsweise die Niederdrucktrennsäule, eingespeist werden. The recompressed, cooled air can now be partially fed into the first separation column and separated there. Another fraction which has not necessarily been cooled to the same temperature as the fraction fed into the first separation column can be expanded for cooling by means of a so-called injection turbine. The correspondingly relaxed air can be fed, for example, at a defined height into a third separation column, for example the low-pressure separation column.

Die nachverdichtete, abgekühlte Luft kann alternativ dazu, insbesondere dann, wenn eine unten erläuterte Mischsäulenturbine verwendet wird, jedoch auch vollständig in die erste Trennsäule eingespeist und dort getrennt werden. Alternatively, however, the post-compressed, cooled air can be completely fed into and separated from the first separation column, especially when a mixed-column turbine explained below is used.

Die nicht nachverdichtete, abgekühlte Luft kann zu einem Teil in die zweite Trennsäule eingespeist werden und zu einem anderen Teil in die Mischsäule. In der Mischsäule wird, wie erläutert, eine Mischsäulensumpffraktion gewonnen. In der zweiten Trennsäu- le wird die eingespeiste Luft bei dem zweiten Trenndruck getrennt. Um eine Trennung bei dem niedrigen zweiten Trenndruck, beispielsweise bei 4,3 bar, zu ermöglichen, wird, wie erwähnt, die Kopffraktion aus der zweiten Trennsäule in einem als Kondensatorverdampfer ausgebildeten Kopfkondensator mit einem Teil der Mischsäulensumpf- fraktion gekühlt. Die Mischsäulensumpffraktion eignet sich hierfür in besonderer Weise. Sie verdampft beispielsweise bei ca. 1 ,4 bar (also bei dem dritten Trenndruck oder geringfügig darüber) und weist ca. 65% Sauerstoff auf. The non-densified, cooled air can be fed to one part in the second separation column and to another part in the mixing column. As explained, a mixed column scum fraction is recovered in the mixing column. In the second separation le, the feed air is separated at the second separation pressure. In order to enable separation at the low second separation pressure, for example at 4.3 bar, the top fraction from the second separation column is cooled, as mentioned, in a top condenser designed as a condenser evaporator with a part of the mixing column sump fraction. The Mischsäulensumpffraktion is suitable for this purpose in a special way. It evaporates, for example, at about 1.4 bar (ie at the third separation pressure or slightly above it) and has about 65% oxygen.

Die in die Mischsäule eingespeiste Luft muss jedoch nicht oder nicht ausschließlich in Form der nicht nachverdichteten und abgekühlten Luft bereitgestellt werden. Beispielsweise ist es auch möglich, eine Mischsäulenturbine zu verwenden, in die Luft bei einem höheren Druck als dem Mischsäulendruck eingespeist wird, und in der entsprechend Kälte gewonnen werden kann. Die Luft, die in die Mischsäulenturbine eingespeist wird, kann als weiterer Anteil der nachverdichteten und abgekühlten Luft bereit- gestellt werden, es kann jedoch auch beispielsweise eine separate Nachverdichtung, beispielsweise in einem mit der Mischsäulenturbine gekoppelten Booster, erfolgen. However, the air fed into the mixing column need not be provided, or not exclusively, in the form of non-compressed and cooled air. For example, it is also possible to use a mixing column turbine, is fed into the air at a pressure higher than the mixing column pressure, and can be obtained in accordance with the cold. The air which is fed into the mixing column turbine can be made available as a further proportion of the recompressed and cooled air, but it is also possible for example to carry out a separate recompression, for example in a booster coupled to the mixing column turbine.

Die in der Mischsäulenturbine entspannte Luft kann dann bei dem Mischsäulendruck in die Mischsäule eingespeist werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn keine Einblaseturbine, wie zuvor erläutert, vorgesehen ist. In bestimmten Fällen kann jedoch auch sowohl eine Einblaseturbine als auch eine Mischsäulenturbine vorgesehen sein. Ist eine Mischsäulenturbine vorgesehen, kann die nicht nachverdichtete und abgekühlte Luft auch vollständig in die zweite Trennsäule eingespeist werden. Mit anderen Worten können Verfahrensvarianten vorgesehen sein, bei denen alternativ zueinander oder in jeweils geeigneter Kombination The expanded in the mixing column turbine air can then be fed at the mixing column pressure in the mixing column. This is particularly advantageous if no injection turbine, as explained above, is provided. In certain cases, however, both an injection turbine and a mixing column turbine may be provided. If a mixing column turbine is provided, the non-compressed and cooled air can also be fed completely into the second separation column. In other words, it is possible to provide process variants in which alternative to one another or in a respectively suitable combination

- die abgekühlte Luft mit dem zweiten Trenndruck und/oder mit dem Mischsäulendruck durch Verdichten in einem Hauptverdichter und anschließendes Abkühlen in einem Wärmetauscher bereitgestellt wird, the cooled air at the second separation pressure and / or with the mixing column pressure is provided by compression in a main compressor and subsequent cooling in a heat exchanger,

- die abgekühlte Luft mit dem Mischsäulendruck durch Verdichten in einem Hauptverdichter, anschließendes Nachverdichten in einem Nachverdichter, anschließendes Abkühlen in einem Wärmetauscher und anschließendes Entspannen in ei- ner Entspannungsmaschine bereitgestellt wird, bzw. - die abgekühlte Luft mit dem ersten Trenndruck durch Verdichten in einem Hauptverdichter, anschließendes Nachverdichten in einem Nachverdichter und anschließendes Abkühlen in einem Wärmetauscher bereitgestellt wird. - The cooled air is provided with the mixing column pressure by compression in a main compressor, subsequent recompression in a secondary compressor, subsequent cooling in a heat exchanger and subsequent expansion in a relaxation machine, or - The cooled air is provided with the first separation pressure by compression in a main compressor, subsequent recompression in a secondary compressor and subsequent cooling in a heat exchanger.

Statt einer mit abgekühlter Luft gespeisten Einblase- und/oder Mischsäulenturbine kann auch eine sogenannte PGAN-Turbine verwendet werden. Hierzu kann aus der ersten Trennsäule ein stickstoffhaltiges Kopfprodukt gasförmig abgezogen, im Hauptwärmetauscher auf 130 bis 200 K angewärmt, und anschließend in einer sogenannten PGAN-Turbine z.B. von ca. 5,3 auf ca. 1 , 1 bar arbeitsleistend entspannt werden. Instead of a supplied with cooled air injection and / or mixing column turbine and a so-called PGAN turbine can be used. For this purpose, a nitrogen-containing top product can be withdrawn in gaseous form from the first separation column, heated in the main heat exchanger to 130 to 200 K, and then in a so-called PGAN turbine, for example. be relaxed from about 5.3 to about 1, 1 bar work.

Gegenüber herkömmlichen Verfahren, in denen Mischsäulenturbinen verwendet werden, ergeben sich durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen Energieersparnisse von bis zu 5%, gegenüber herkömmlichen Verfahren, in denen Einblaseturbinen verwendet werden, Energieersparnisse von bis zu 10%. Wie erläutert, ergeben sich diese Vorteile unter anderem durch die Verwendung des geringen zweiten Trenndrucks, der wiederum aufgrund der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kühlung der Kopffraktion der zweiten Trennsäule mit dem Sumpfprodukt der Mischsäule verwendet werden kann. Zusammenfassend kann damit vorteilhafterweise vorgesehen sein, die abgekühlte Luft mit dem zweiten Trenndruck und/oder dem Mischsäulendruck durch Verdichten in einem Hauptverdichter und Abkühlen in einem Wärmetauscher bereitzustellen. Dies ist in Fällen sehr einfach zu realisieren, in denen der zweite Trenndruck dem Mischsäulendruck entspricht, weil damit ein auf einen entsprechenden Druck verdichteter Luft- ström lediglich in Teilströme aufgeteilt werden muss. Alternativ kann aber auch die abgekühlte Luft mit dem Mischsäulendruck durch Verdichten in einem Hauptverdichter, Nachverdichten in einem Nachverdichter, Abkühlen in einem Wärmetauscher und Entspannen in einer Entspannungsmaschine, nämlich der erläuterten Mischsäulenturbine, bereitgestellt werden. Die Vorteile dieser Ausführungsform liegen in einer flexibleren Kälteproduktion. Ferner kann die Mischsäule hierbei auch bei einem Mischsäulendruck betrieben werden, der in gewissem Umfang von dem zweiten Trenndruck abweicht. Da der Mischsäulendruck im Wesentlichen dem Abgabedruck des in der Mischsäule produzierten Sauerstoffprodukts entspricht, ergibt sich auch hier die Möglichkeit einer flexibleren Anpassung. Die Mischsäule kann hierdurch bei einem geringeren Mischsäu- lendruck betrieben werden. Die abgekühlte Luft mit dem ersten Trenndruck wird schließlich vorteilhafterweise durch Verdichten in einem Hauptverdichter und einem Nachverdichter und anschließendes Abkühlen bereitgestellt. Compared to conventional methods in which mixed-column turbines are used, the measures according to the invention result in energy savings of up to 5%, compared to conventional methods in which injection turbines are used, energy savings of up to 10%. As explained, these advantages result inter alia from the use of the low second separation pressure which, in turn, can be used with the bottom product of the mixing column owing to the inventively proposed cooling of the top fraction of the second separation column. In summary, it can thus advantageously be provided to provide the cooled air with the second separation pressure and / or the mixing column pressure by compression in a main compressor and cooling in a heat exchanger. This is very easy to implement in cases in which the second separation pressure corresponds to the mixing column pressure, because thus an air stream compressed to a corresponding pressure has to be divided only into partial streams. Alternatively, however, it is also possible to provide the cooled air with the mixing column pressure by compression in a main compressor, after-compression in a secondary compressor, cooling in a heat exchanger and venting in a expansion machine, namely the illustrated mixed-gas turbine. The advantages of this embodiment lie in a more flexible refrigeration production. Furthermore, the mixing column can also be operated at a mixing column pressure which deviates to a certain extent from the second separation pressure. Since the mixing column pressure essentially corresponds to the discharge pressure of the oxygen product produced in the mixing column, there is also the possibility of a more flexible adaptation. The mixing column can thereby be operated at a lower mixing column pressure. The cooled air with the first separation pressure becomes finally advantageously provided by compression in a main compressor and a secondary compressor and subsequent cooling.

Wie bereits erläutert, wird in herkömmlichen Mischsäulenverfahren der in die Misch- säule eingespeiste sauerstoffreiche, flüssige Strom dadurch gewonnen, dass aus der in einer Trennsäule erhaltenen, sauerstoffangereicherten Sumpffraktion in einer weiteren Trennsäule, beispielsweise der Niederdrucktrennsäule, eine sauerstoffreiche Sumpffraktion abgeschieden und aus der Trennsäule entnommen wird. Im Rahmen des hier vorgeschlagenen Verfahrens wird dabei vorteilhafterweise die sauerstoffange- reicherte Sumpffraktion der ersten und/oder der zweiten Trennsäule, insbesondere beider, verwendet. Die sauerstoffreiche Sumpffraktion wird in der bereits erwähnten dritten Trennsäule abgeschieden. Hieraus ergeben sich die erläuterten Einsparungen. Hierbei liegt der dritte Trenndruck vorteilhafterweise zumindest 2 bar unterhalb des ersten und/oder des zweiten Trenndrucks. As already explained, in conventional mixed column processes the oxygen-rich, liquid stream fed into the mixing column is obtained by separating an oxygen-rich bottoms fraction from the separation column enriched in an oxygen-enriched bottoms fraction in a further separation column, for example the low-pressure separation column, and removing them from the separation column becomes. In the context of the method proposed here, the oxygen-enriched bottom fraction of the first and / or second separation column, in particular both, is advantageously used. The oxygen-rich bottoms fraction is deposited in the third separation column already mentioned. This results in the explained savings. In this case, the third separation pressure is advantageously at least 2 bar below the first and / or the second separation pressure.

In die dritte Trennsäule kann vorteilhafterweise auch abgekühlte Luft eingeblasen werden, die auf einem Druck oberhalb des dritten Trenndrucks verdichtet wurde. Hierzu wird die bereits erläuterte Einblaseturbine verwendet. Eine erfindungsgemäße Luftzerlegungsanlage ist zur Durchführung eines Verfahrens wie zuvor erläutert eingerichtet und verfügt über entsprechende Mittel. Cooled air, which has been compressed to a pressure above the third separation pressure, can advantageously also be blown into the third separation column. For this purpose, the already explained injection turbine is used. An air separation plant according to the invention is set up for carrying out a method as explained above and has corresponding means.

Insbesondere umfassen dabei die Mittel, die dazu ausgebildet sind, die stickstoffangereicherte Kopffraktion der zweiten Trennsäule mit der Mischsäulensumpffraktion zu kühlen, einen Kopfkondensator der zweiten Trennsäule, der als Kondensatorverdampfer ausgebildet ist, dessen Verflüssigungsraum mit der stickstoffangereicherten Kopffraktion durchströmt und dessen Verdampfungsraum mit der Mischsäulensumpffraktion gekühlt werden kann, und in dem die Mischsäulensumpffraktion flüssig vorliegt. In einer entsprechenden Anlage ist vorteilhafterweise die Mischsäule oberhalb der zweiten Trennsäule angeordnet. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise entsprechender Luftzerlegungsanlagen. Mit einer Anordnung "oberhalb" ist dabei gemeint, dass sich die Projektionen der Mischsäule und der zweiten Trennsäule auf eine horizontale Ebene zumindest teilweise überschneiden. Die horizontale Ebene ent- spricht dabei einer Ebene senkrecht zur Längsachse entsprechender Säulen. Im Betrieb ist die Längsachse lotrecht zur Erdoberfläche ausgerichtet. In particular, the means which are designed to cool the nitrogen-enriched top fraction of the second separation column with the Mischsäulensumpffraktion, a top condenser of the second separation column, which is designed as a condenser evaporator whose liquefaction space flows through the nitrogen-enriched overhead fraction and its evaporation space are cooled with the Mischsäulensumpfffraktion can, and in which the Mischsäulensumpfffraktion is liquid. In a corresponding system, the mixing column is advantageously arranged above the second separation column. This allows a particularly compact design of corresponding air separation plants. By an arrangement "above" is meant that overlap the projections of the mixing column and the second separation column to a horizontal plane at least partially. The horizontal plane It speaks a plane perpendicular to the longitudinal axis of corresponding columns. In operation, the longitudinal axis is aligned perpendicular to the earth's surface.

Ferner sind die Mischsäule und die zweite Trennsäule im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise gemeinsam in Form einer einteiligen Säule ausgebildet. Eine einteilige Säule ist von einer gemeinsamen Metallhülle umgeben, die die jeweiligen Säulenteile einschließt, und innerhalb derer die Säulenteile als Kompartimente vorgesehen sein können. Ein Beispiel für eine einteilig ausgebildete Säule mit zwei Säulenteilen ist die klassische Linde-Doppelsäule mit der Hoch- und Niederdrucktrenn- säule. Auch die Mischsäule und die zweite Trennsäule können im Rahmen der vorliegenden Erfindung also eine Doppelsäule bilden. Furthermore, in the context of the present invention, the mixing column and the second separation column are advantageously designed together in the form of a one-part column. A one-piece column is surrounded by a common metal shell, which encloses the respective column parts, and within which the column parts can be provided as compartments. An example of a one-piece column with two column sections is the classic Linde double column with the high and low pressure separation column. Also, the mixing column and the second separation column can thus form a double column in the context of the present invention.

Der Kopfkondensator der zweiten Trennsäule ist vorteilhafterweise innerhalb oder unterhalb der Mischsäule in einer entsprechenden einteiligen Säule angeordnet (entspre- chend einem innenliegenden Hauptkondensator einer Linde-Doppelsäule). The top condenser of the second separation column is advantageously arranged inside or below the mixing column in a corresponding one-part column (corresponding to an internal main condenser of a Linde double column).

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt. Kurze Beschreibung der Zeichnungen The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawing, which shows a preferred embodiment of the invention. Brief description of the drawings

Figur 1 zeigt eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung. Ausführungsform der Erfindung Figure 1 shows an air separation plant according to a particularly preferred embodiment of the invention in a schematic representation. Embodiment of the invention

In Figur 1 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt und insgesamt mit 10 bezeichnet. In der Figur 1 sind jeweils in bestimmten Leitungen verwendete Drücke in gestrichelten Feldern an- gegeben. Diese Drücke stellen lediglich nicht einschränkende Beispielwerte dar. Die in einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage 10 verwendbaren Druckwerte und Wertebereiche wurden zuvor erläutert. 1 shows an air separation plant according to a particularly preferred embodiment of the invention is shown and designated 10 in total. In FIG. 1, pressures used in particular lines are indicated in dashed lines. These pressures merely represent non-limiting example values. The pressure values and value ranges which can be used in a corresponding air separation plant 10 have been explained above.

Der Luftzerlegungsanlage 10 wird unter anderem über eine Leitung a und über eine Leitung b verdichtete und aufgereinigte Luft AIR zugeführt. Die Verdichtung und Auf- reinigung erfolgt in bekannter Weise, beispielsweise in einem Hauptverdichter, dem Filteranlagen vor- und Luftwäscher bzw. Adsorptionseinrichtungen nachgeschaltet sind. Eine entsprechende Luftzerlegungsanlage 10 kann unter Verwendung von Haupt- und Nachverdichtern betrieben werden, so dass die zugeführte Luft AIR mit unter- schiedlichen Drücken, hier beispielsweise 5,6 bar in der Leitung a und 4,4 bar in der Leitung b, bereitgestellt werden kann. The air separation plant 10 is fed, inter alia, via a line a and b via a line compressed and purified air AIR. The compaction and Cleaning is carried out in a known manner, for example in a main compressor, the filter plants upstream and air scrubber or adsorption devices are followed. A corresponding air separation plant 10 can be operated using main and secondary compressors, so that the supplied air AIR with different pressures, here for example 5.6 bar in the line a and 4.4 bar in the line b, can be provided ,

Die über die Leitung a in die Anlage 10 eingespeiste Luft wird einem Wärmetauscher E1 zugeführt und in diesem abgekühlt. Über eine Leitung c kann diese Luft dem Wär- metauscher E1 zu einem Teil am kalten Ende und über eine Leitung d zu einem weiteren Teil bei einer Zwischentemperatur entnommen werden. Die Luft liegt in den Leitungen c und d aufgrund der Abkühlung und aufgrund von Druckverlusten jeweils bei einem Druck vor, der geringfügig niedriger ist als der Druck in der Leitung a. Der Druck in der Leitung c entspricht dem Trenndruck einer ersten Trennsäule S1 und beträgt im dargestellten Beispiel 5,4 bar. Die entsprechende Luft wird über die Leitung c in einen unteren Bereich der ersten Trennsäule S1 eingespeist. In dieser kann die eingespeiste Luft in bekannter Weise in eine stickstoffangereicherte Kopffraktion und eine sauerstoffangereicherte Sumpffraktion getrennt werden. The fed via the line a in the system 10 air is fed to a heat exchanger E1 and cooled in this. Via a line c, this air can be taken from the heat exchanger E1 to a part at the cold end and via a line d to another part at an intermediate temperature. The air is present in the lines c and d due to the cooling and due to pressure losses each at a pressure which is slightly lower than the pressure in the line a. The pressure in line c corresponds to the separation pressure of a first separation column S1 and in the example shown is 5.4 bar. The corresponding air is fed via the line c into a lower region of the first separation column S1. In this, the feed air can be separated in a known manner into a nitrogen-enriched overhead fraction and an oxygen-enriched bottom fraction.

In der Leitung d kann die bei der Zwischentemperatur dem Wärmetauscher E1 entnommene Luft einer Entspannungsmaschine X1 , die mit einem Energiewandler B, beispielsweise einer Ölbremse, gekoppelt ist, zugeführt werden. Die entsprechend entspannte Luft verlässt die Entspannungsmaschine X1 über eine Leitung e. In line d, the air removed at the intermediate temperature from the heat exchanger E1 can be fed to an expansion machine X1, which is coupled to an energy converter B, for example an oil brake. The correspondingly relaxed air leaves the expansion machine X1 via a line e.

Die über die Leitung b in die Anlage 10 eingespeiste Luft wird ebenfalls dem Wärmetauscher E1 zugeführt und in diesem abgekühlt. Sie kann über eine Leitung f bei einem gegenüber dem Druck in der Leitung b ebenfalls geringfügig reduzierten Druck, beispielsweise 4,3 bar, über eine Leitung f zu einem Teil in einen unteren Bereich einer zweiten Trennsäule S2 und über eine Leitung g zu einem anderen Teil in einen unteren Bereich einer Mischsäule M eingespeist werden. The fed via the line b in the system 10 air is also fed to the heat exchanger E1 and cooled in this. It can via a line f at a relation to the pressure in line b also slightly reduced pressure, for example 4.3 bar, via a line f to a part in a lower region of a second separation column S2 and via a line g to another part be fed into a lower region of a mixing column M.

Die zweite Trennsäule S2 und die Mischsäule M können auch als bauliche Einheit (einteilige Säule) ausgebildet sein. Die zweite Trennsäule S2 und die Mischsäule werden in dem dargestellten Beispiel bei dem Druck von 4,3 bar betrieben. In die Mischsäule M wird über eine Leitung h ein sauerstoffreicher flüssiger Strom in einem oberen Bereich eingespeist und der über die Leitung g eingespeisten Luft bei dem Mischsäulendruck entgegengeschickt. Durch den intensiven Kontakt der Luft aus der Leitung g und des sauerstoffreichen flüssigen Stroms aus der Leitung h geht ein Teil des Stickstoffs in der Luft in den sauerstoffreichen Strom über. Der sauerstoffreiche Strom wird verdampft, die Luft verflüssigt sich, wird gleichzeitig in gewissem Umfang mit Sauerstoff angereichert, und scheidet sich als Mischsäulensumpffraktion in einem unteren Bereich der Mischsäule M ab. Aus dem unteren Bereich der Mischsäule M kann die Mischsäulensumpffraktion über die Leitungen i und k entnommen werden. The second separation column S2 and the mixing column M can also be designed as a structural unit (one-part column). The second separation column S2 and the mixing column are operated in the example shown at the pressure of 4.3 bar. Into the mixing column M is fed via a line h an oxygen-rich liquid stream in an upper region and fed against the fed via the line g air at the mixing column pressure. Due to the intensive contact of the air from the line g and the oxygen-rich liquid stream from the line h, part of the nitrogen in the air passes into the oxygen-rich stream. The oxygen-rich stream is vaporized, the air liquefies, is at the same time enriched to some extent with oxygen, and separates out as Mischsäulensumpffraktion in a lower region of the mixing column M. From the lower region of the mixing column M, the mixing column scum fraction can be removed via lines i and k.

Über die Leitung i kann die Mischsäulensumpffraktion über ein nicht dargestelltes Ventil in einen darunter liegenden Verdampfungsraum eines Kopfkondensators E2 der zweiten Trennsäule S2 eingespeist werden, der als Kondensatorverdampfer ausgebil- det ist. Der Verflüssigungsraum des Kopfkondensators E2 kann über ein Leitungssystem I mit der stickstoffangereicherten Kopffraktion aus der zweiten Trennsäule S2 durchströmt werden. Das in dem Verflüssigungsraum des Kopfkondensators E2 erhaltene Kondensat kann zu einem Teil als Rückfluss auf die zweite Trennsäule S2 aufgegeben und zu einem anderen Teil über eine Leitung m einem als Unterkühler ausgebil- deten Wärmetauscher E3 zugeführt und anschließend über eine Leitung n in einen oberen Bereich einer dritten Trennsäule S3 eingespeist werden. Die dritte Trennsäule S3 ist als Niederdrucktrennsäule ausgebildet. Via the line i, the mixing column sump fraction can be fed via an unillustrated valve into an underlying evaporation space of a top condenser E2 of the second separation column S2, which is designed as a condenser evaporator. The liquefaction space of the top condenser E2 can be flowed through via a line system I with the nitrogen-enriched overhead fraction from the second separation column S2. The condensate obtained in the liquefaction space of the top condenser E2 can be partly supplied as reflux to the second separation column S2 and fed to another part via a line m to a heat exchanger E3 designed as a subcooler and subsequently via a line n to an upper region of a third separation column S3 are fed. The third separation column S3 is designed as a low-pressure separation column.

Auch der Anteil der Mischsäulensumpffraktion in der Leitung k durchläuft den Wärme- tauscher E3 und kann anschließend, über eine Leitung o, in einer definierten Höhe in die dritte Trennsäule S3 eingespeist werden. Ein verdampfter Anteil der Mischsäulensumpffraktion, der zur Kühlung des Kopfkondensators E2 verwendet wurde, kann über eine Leitung p ebenfalls der dritten Trennsäule S3 zugeführt werden. Da der Verdampfungsraum des Kopfkondensators E2 bei einem Verdampfungsraumdruck betrieben wird, der zwischen dem Mischsäulendruck, bei dem die Mischsäule M betrieben wird, und dem dritten Trenndruck, bei dem die dritte Trennsäule S3 betrieben wird, liegt, kann Fluid aus dem Verdampfungsraum des Kopfkondensators E2 ohne weitere Maßnahmen in die dritte Trennsäule S3 abströmen. Kopfseitig der Mischsäule M kann über eine Leitung q und ein Ventil V1 ein durch das Verdampfen des flüssigen sauerstoffreichen Stroms aus der Leitung h und den Austausch mit der Luft aus der Leitung g erhaltener gasförmiger sauerstoffreicher Strom entnommen werden. Der gasförmige sauerstoffreiche Strom wird in dem Wärmetau- scher E1 erwärmt und über ein Ventil V2 bei einem Druck von beispielsweise 4,0 bar als gasförmiges Sauerstoffprodukt GOX abgegeben. Ein weiterer Anteil des flüssigen sauerstoffreichen Stroms kann über ein Ventil V3 als Spülfraktion LOX abgegeben werden. Diese Abgabe erfolgt in geringen Mengen, der Flüssigsauerstoff stellt damit kein Produkt einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage 10 dar. Seine Entnahme dient vor allem der Entfernung hierin enthaltener Komponenten wie Methan. The proportion of Mischsäulensumpffraktion in the line k passes through the heat exchanger E3 and can then be fed via a line o, in a defined height in the third separation column S3. A vaporized portion of the mixing column scum fraction used to cool the top condenser E2 can also be supplied to the third separation column S3 via a line p. Since the evaporation space of the top condenser E2 is operated at an evaporation space pressure between the mixing column pressure at which the mixing column M is operated and the third separation pressure at which the third separation column S3 is operated, fluid can escape from the evaporation space of the top condenser E2 discharge further measures in the third separation column S3. On the top side of the mixing column M, a gaseous oxygen-rich stream obtained by evaporating the liquid oxygen-rich stream from the line h and exchanging it with the air from the line g can be withdrawn via a line q and a valve V1. The gaseous oxygen-rich stream is heated in the heat exchanger E1 and discharged via a valve V2 at a pressure of, for example, 4.0 bar as gaseous oxygen product GOX. Another portion of the liquid oxygen-rich stream can be discharged via a valve V3 as the purge fraction LOX. This discharge takes place in small quantities, the liquid oxygen is therefore not a product of a corresponding air separation plant 10. Its removal is used primarily the removal of components contained therein such as methane.

Die sauerstoffangereicherte Sumpffraktion aus der zweiten Trennsäule S2 kann über eine Leitung r entnommen, in dem Wärmetauscher E3 abgekühlt und über eine Leitung s und ein Ventil V4 in die dritte Trennsäule S3 eingespeist werden. The oxygen-enriched bottom fraction from the second separation column S2 can be removed via a line r, cooled in the heat exchanger E3 and fed via a line s and a valve V4 in the third separation column S3.

Aus der ersten Trennsäule S1 kann die stickstoffangereicherte Kopffraktion entnommen und über ein Leitungssystem t zu einem Teil in einem Wärmetauscher E4 kondensiert und in flüssiger Form wieder auf die erste Trennsäule S1 aufgegeben werden. Der Wärmetauscher E4 ist als Kopfkondensator ausgebildet und wird mit einer flüssi- gen, sauerstoffreichen Sumpffraktion der dritten Trennsäule S3 gekühlt. From the first separation column S1, the nitrogen-enriched overhead fraction can be removed and condensed via a line system t to a part in a heat exchanger E4 and be charged in liquid form back to the first separation column S1. The heat exchanger E4 is designed as a top condenser and is cooled with a liquid, oxygen-rich sump fraction of the third separation column S3.

Über eine Leitung u kann ein weiterer Teil der stickstoffangereicherten Kopffraktion aus der ersten Trennsäule S1 entnommen, durch den Wärmetauscher E1 geführt, und über ein Ventil V5 als Spülgas SG abgegeben werden. Via a line u, another part of the nitrogen-enriched top fraction can be taken from the first separation column S1, passed through the heat exchanger E1, and discharged via a valve V5 as purge gas SG.

Die sauerstoffangereicherte Sumpffraktion kann über eine Leitung v aus der ersten Trennsäule S1 entnommen, durch den Wärmetauscher E3 geführt und zusammen mit der sauerstoffreichen Sumpffraktion aus der zweiten Trennsäule S2 über die Leitung s in die dritte Trennsäule S3 eingespeist werden. Eine weitere Fraktion kann aus der ersten Trennsäule über eine Leitung w entnommen und nach Durchlaufen des Wärmetauschers E3 über die erläuterte Leitung n ebenfalls in die dritte Trennsäule S3 eingespeist werden. The oxygen-enriched bottoms fraction may be withdrawn via a line v from the first separation column S1, passed through the heat exchanger E3 and fed together with the oxygen-rich bottom fraction from the second separation column S2 via the line s in the third separation column S3. Another fraction can be removed from the first separation column via a line w and after passing through the heat exchanger E3 via the explained line n also be fed into the third separation column S3.

In der dritten Trennsäule S3 wird aus der sauerstoffangereicherten Sumpffraktion aus der ersten und der zweiten Trennsäule S1 , S2 und unter Verwendung der weiteren eingespeisten Ströme eine sauerstoffreiche Sumpffraktion abgeschieden. Auch die über die Entspannungsmaschine X1 entspannte Luft aus Leitung e wird in die dritte Trennsäule eingespeist (eingeblasen). Die sauerstoffreiche Sumpffraktion kann über eine Leitung x entnommen und mittels einer Pumpe P1 dem Wärmetauscher E3 zugeführt werden. Nach einer dort erfolgten ersten Erwärmung kann die sauerstoffreiche Sumpffraktion über eine Leitung y dem Wärmetauscher E1 zugeführt, dort weiter erwärmt und schließlich über die erläuterte Leitung h in den oberen Bereich der Mischsäule M eingespeist werden. In the third separation column S3 is from the oxygen-enriched bottom fraction of the first and second separation column S1, S2 and using the other fed streams deposited an oxygen-rich sump fraction. The air released from the line e via the expansion machine X1 is also fed into the third separation column (blown in). The oxygen-rich bottom fraction can be removed via a line x and fed by means of a pump P1 to the heat exchanger E3. After a first heating there, the oxygen-rich bottom fraction can be fed via a line y to the heat exchanger E1, where it is further heated and finally fed via the illustrated line h into the upper region of the mixing column M.

Über eine Leitung z kann kopfseitig der dritten Trennsäule eine gasförmige Fraktion abgezogen, durch die Wärmetauscher E3 und E1 erwärmt und aus der Luftzerlegungsanlage 10 ausgeleitet werden. Diese Fraktion kann in der vorgeschalteten Luftreinigung eingesetzt und/oder an die Atmosphäre ATM abgegeben werden. Via a line z, a gaseous fraction can be withdrawn from the top of the third separation column, heated by the heat exchangers E3 and E1 and discharged from the air separation plant 10. This fraction can be used in the upstream air purification and / or delivered to the atmosphere ATM.

Wie erwähnt, kann Luft auch über eine Entspannungsmaschine, dann als Mischsäulenturbine bezeichnet, in die Mischsäule M eingespeist werden. Diese kann zusätzlich oder alternativ zu der Entspannungsmaschine X1 vorgesehen sein, die auch als Einblaseturbine bezeichnet wird. As mentioned, air can also be fed into the mixing column M via a flash-down machine, then called a mixing column turbine. This can be provided additionally or alternatively to the expansion machine X1, which is also referred to as injection turbine.

Claims

Patentansprüche claims Verfahren zur Zerlegung von Luft (AIR), bei dem abgekühlte Luft (AIR) bei einem ersten Trenndruck in einer ersten Trennsäule (S1) zumindest in eine stickstoffangereicherte Kopffraktion und eine sauerstoffangereicherte Sumpffraktion getrennt wird, und bei dem weitere abgekühlte Luft (AIR) in einer Mischsäule (M) bei einem Mischsäulendruck durch direkten Wärmetausch gegen einen flüssigen sauerstoffreichen Strom, der zumindest teilweise aus der sauerstoffangereicherten Sumpffraktion aus der ersten Trennsäule (S1) gewonnen wird, zu einer Mischsäulen- sumpffraktion verflüssigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass weitere abgekühlte Luft (AIR) in einer zweiten Trennsäule (S2) bei einem zweiten Trenndruck ebenfalls zumindest in eine stickstoffangereicherte Kopffraktion und eine sauerstoffangereicherte Sumpffraktion getrennt wird, wobei die stickstoffangereicherte Kopffraktion der zweiten Trennsäule (S2) zumindest teilweise mit der Mischsäulen- sumpffraktion aus der Mischsäule (M) gekühlt wird, indem die stickstoffangereicherte Kopffraktion der zweiten Trennsäule (S2) zumindest teilweise durch den Verflüssigungsraum eines Kopfkondensators (E2) der zweiten Trennsäule (S2) geführt wird, der als Kondensatorverdampfer ausgebildet ist, dessen Verdampfungsraum bei einem Verdampfungsraumdruck betrieben wird, der zwischen dem Mischsäulendruck und einem dritten Trenndruck liegt, bei welchem der flüssige sauerstoffreiche Strom in einer dritten Trennsäule (S3) gewonnen wird, und in den zumindest ein Teil der Mischsäulensumpffraktion aus der Mischsäule (M) bei dem Verdampfungsraumdruck flüssig eingespeist wird. A process for the separation of air (AIR), wherein the cooled air (AIR) at a first separation pressure in a first separation column (S1) at least in a nitrogen-enriched overhead fraction and an oxygen-enriched bottom fraction is separated, and in the further cooled air (AIR) in one Mixed column (M) at a mixing column pressure by direct heat exchange against a liquid oxygen-rich stream, which is at least partially recovered from the oxygen-enriched bottoms fraction from the first separation column (S1) is liquefied to a Mischsäulen- sumpffraktion, characterized in that further cooled air (AIR ) is also separated in a second separation column (S2) at a second separation pressure at least in a nitrogen-enriched overhead fraction and an oxygen-enriched bottom fraction, wherein the nitrogen-enriched top fraction of the second separation column (S2) at least partially with the mixing column sumpffraktion from the mixing column (M) is cooled by the nitrogen-enriched overhead fraction of the second separation column (S2) at least partially through the liquefaction space of a top condenser (E2) of the second separation column (S2) is formed, which is designed as a condenser evaporator whose evaporation space is operated at an evaporation space pressure between the mixing column pressure and a third separation pressure at which the liquid oxygen-rich stream is recovered in a third separation column (S3) and to which at least a portion of the mixing column sump fraction from the mixing column (M) is liquidly fed at the evaporation space pressure. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem als der erste Trenndruck ein Druck verwendet wird, der um zumindest 0,5 bar, insbesondere zumindest 1 bar, höher liegt als der Druck, der als der zweite Trenndruck verwendet wird. The method of claim 1, wherein the pressure used as the first separation pressure is at least 0.5 bar, in particular at least 1 bar, higher than the pressure used as the second separation pressure. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als der zweite Trenndruck ein Druck verwendet wird, der sich um höchstens 0,5 bar von dem Druck unterscheidet, der als der Mischsäulendruck verwendet wird. The method of claim 1 or 2, wherein the pressure used as the second separation pressure is at most 0.5 bar different from the pressure used as the mixing column pressure. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem als der dritte Trenndruck ein Druck verwendet wird, der zumindest 2 bar unterhalb des Drucks liegt, der als der erste und/oder der zweite Trenndruck verwendet wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem als der Verdampfungsraumdruck ein Druck verwendet wird, der um höchstens 0,5 bar höher liegt als der Druck, der als der dritte Trenndruck verwendet wird. A method according to any one of the preceding claims, wherein the pressure used as the third separation pressure is at least 2 bar below the pressure used as the first and / or the second separation pressure. A method according to any one of the preceding claims, wherein as the evaporation space pressure, a pressure which is at most 0.5 bar higher than the pressure used as the third separation pressure is used. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem als der erste Trenndruck ein Druck von 4 bis 6 bar, insbesondere von 5,0 bis 5,5 bar, und/oder als der zweite Trenndruck ein Druck von 3 bis 5 bar, insbesondere von 4,0 bis 4,5 bar, und/oder als der dritte Trenndruck ein Druck von 1 bis 2 bar, insbesondere von 1 ,2 bis 1 ,6 bar, und/oder als der Mischsäulendruck ein Druck von 2 bis 5 bar, insbesondere von 4,0 bis 4,5 bar, verwendet wird. Method according to one of the preceding claims, wherein as the first separation pressure, a pressure of 4 to 6 bar, in particular from 5.0 to 5.5 bar, and / or as the second separation pressure, a pressure of 3 to 5 bar, in particular of 4 , 0 to 4.5 bar, and / or as the third separation pressure, a pressure of 1 to 2 bar, in particular from 1, 2 to 1, 6 bar, and / or as the mixing column pressure, a pressure of 2 to 5 bar, in particular of 4.0 to 4.5 bar, is used. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem jeweils die abgekühlte Luft (AIR) mit dem ersten Trenndruck, dem zweiten Trenndruck und dem Mischsäulendruck bereitgestellt und in die erste Trennsäule (S1), die zweite TrennsäuleMethod according to one of the preceding claims, wherein each of the cooled air (AIR) provided with the first separation pressure, the second separation pressure and the mixing column pressure and in the first separation column (S1), the second separation column (52) und die Mischsäule (M) eingespeist wird. (52) and the mixing column (M) is fed. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der sauerstoffreiche flüssige Strom gewonnen wird, indem aus der sauerstoffangereicherten Sumpffraktion der ersten und/oder zweiten Trennsäule (S1 , S2) in der dritten TrennsäuleA process according to any one of the preceding claims, wherein the oxygen-rich liquid stream is recovered by passing from the oxygen-enriched bottom fraction of the first and / or second separation column (S1, S2) in the third separation column (53) bei dem dritten Trenndruck eine sauerstoffreiche Sumpffraktion abgeschieden und aus der dritten Trennsäule (S3) entnommen wird. (53) at the third separation pressure an oxygen-rich bottoms fraction is deposited and removed from the third separation column (S3). Verfahren nach Anspruch 8, bei dem Luft (AIR), die auf einen Druck oberhalb des dritten Trenndrucks verdichtet und abgekühlt wurde, in wenigstens einer Entspannungsmaschine (X1) auf den dritten Trenndruck entspannt und in die dritte Trennsäule (S3) eingespeist wird. Process according to Claim 8, in which air (AIR), which has been compressed and cooled to a pressure above the third separation pressure, is expanded in at least one expansion machine (X1) to the third separation pressure and fed to the third separation column (S3). 0. Luftzerlegungsanlage (10), die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche eingerichtet ist, mit 0. Air separation plant (10), which is adapted to carry out a method according to any one of the preceding claims, with - einer ersten Trennsäule (S1), die dafür eingerichtet ist, abgekühlte Luft (AIR) bei einem ersten Trenndruck zumindest in eine stickstoffangereicherte Kopffraktion und eine sauerstoffangereicherte Sumpffraktion zu trennen,  a first separation column (S1) adapted to separate cooled air (AIR) at least at a first separation pressure into a nitrogen-enriched overhead fraction and an oxygen-enriched bottom fraction, - einer Mischsäule (M), die dafür eingerichtet ist, weitere abgekühlte Luft (AIR) bei einem Mischsäulendruck durch direkten Wärmetausch gegen einen flüssi- gen sauerstoffreichen Strom zu einer Mischsäulensumpffraktion zu verflüssigen, a mixing column (M), which is adapted to supply further cooled air (AIR) at a mixing column pressure by direct heat exchange against a liquid column to liquefy oxygen-rich stream to a mixed column bottoms fraction, - einer zweiten Trennsäule (S2), die einen Kopfkondensator (E2) aufweist, der als Kondensatorverdampfer ausgebildet ist, und die dafür eingerichtet ist, wei- tere abgekühlte Luft (AIR) bei einem zweiten Trenndruck ebenfalls zumindest in eine stickstoffangereicherte Kopffraktion und eine sauerstoffangereicherte Sumpffraktion zu trennen, und  - A second separation column (S2) having a top condenser (E2), which is designed as a condenser evaporator, and which is adapted, further cooled air (AIR) at a second separation pressure also at least in a nitrogen-enriched overhead fraction and an oxygen-enriched bottom fraction to separate, and - einer dritten Trennsäule (S3), die dafür eingerichtet ist, den flüssigen sauerstoffreichen Strom bei einem dritten Trenndruck zumindest teilweise aus der sauerstoffangereicherten Sumpffraktion aus der ersten Trennsäule (S1 ) zu gewinnen,  - a third separation column (S3), which is adapted to at least partially extract the liquid oxygen-rich stream at a third separation pressure from the oxygen-enriched bottom fraction from the first separation column (S1), - wobei Mittel vorgesehen sind, die dafür eingerichtet sind, die stickstoffangereicherte Kopffraktion der zweiten Trennsäule (S2) zumindest teilweise mit der Mischsäulensumpffraktion aus der Mischsäule (M) zu kühlen, indem sie · die stickstoffangereicherte Kopffraktion der zweiten Trennsäule (S2) zumindest teilweise durch den Verflüssigungsraum des Kopfkondensators (E2) der zweiten Trennsäule (S2) führen,  wherein means are provided which are adapted to at least partially cool the nitrogen-enriched overhead fraction of the second separation column (S2) with the mixed column scum fraction from the mixing column (M) by at least partially transferring the nitrogen-enriched overhead fraction of the second separation column (S2) Lead the liquefaction space of the top condenser (E2) of the second separation column (S2), • den Verdampfungsraum des Kopfkondensators (E2) bei einem Verdampfungsraumdruck betreiben, der zwischen dem Mischsäulendruck und dem drit- ten Trenndruck liegt, und  • Operate the evaporation space of the top condenser (E2) at an evaporative space pressure between the mixing column pressure and the third separation pressure, and • in den Verdampfungsraum des Kopfkondensators (E2) zumindest einen Teil der Mischsäulensumpffraktion aus der Mischsäule (M) bei dem Verdampfungsraumdruck flüssig einspeisen. 1 1. Luftzerlegungsanlage (10) nach Anspruch 10, bei der die Mischsäule (M) zusammen mit der zweiten Trennsäule (S2) in Form einer einteiligen Säule ausgebildet und/oder die Mischsäule (M) oberhalb der zweiten Trennsäule (S2) angeordnet ist.  • In the evaporation space of the top condenser (E2) at least a portion of the Mischsäulensumpfffraktion from the mixing column (M) at the evaporation space pressure liquid feed. 1 1. Air separation plant (10) according to claim 10, wherein the mixing column (M) together with the second separation column (S2) in the form of a one-piece column and / or the mixing column (M) above the second separation column (S2) is arranged.
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