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EP1750074A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft Download PDF

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Publication number
EP1750074A1
EP1750074A1 EP05018565A EP05018565A EP1750074A1 EP 1750074 A1 EP1750074 A1 EP 1750074A1 EP 05018565 A EP05018565 A EP 05018565A EP 05018565 A EP05018565 A EP 05018565A EP 1750074 A1 EP1750074 A1 EP 1750074A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure column
condenser
evaporator
fraction
nitrogen
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.)
Withdrawn
Application number
EP05018565A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Dr. Alekseev
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
Publication of EP1750074A1 publication Critical patent/EP1750074A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F25J3/04593—The air gas consuming unit is also fed by an air stream
    • F25J3/04606—Partially integrated air feed compression, i.e. independent MAC for the air fractionation unit plus additional air feed from the air gas consuming unit
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    • F25J3/04539—Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general for the H2/CO synthesis by partial oxidation or oxygen consuming reforming processes of fuels
    • F25J3/04545—Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general for the H2/CO synthesis by partial oxidation or oxygen consuming reforming processes of fuels for the gasification of solid or heavy liquid fuels, e.g. integrated gasification combined cycle [IGCC]
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    • F25J3/04563—Integration with a nitrogen consuming unit, e.g. for purging, inerting, cooling or heating
    • F25J3/04575—Integration with a nitrogen consuming unit, e.g. for purging, inerting, cooling or heating for a gas expansion plant, e.g. dilution of the combustion gas in a gas turbine
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    • F25J3/04593—The air gas consuming unit is also fed by an air stream
    • F25J3/046—Completely integrated air feed compression, i.e. common MAC
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    • F25J2200/50—Processes or apparatus using separation by rectification using multiple (re-)boiler-condensers at different heights of the column
    • F25J2200/52—Processes or apparatus using separation by rectification using multiple (re-)boiler-condensers at different heights of the column in the high pressure column of a double pressure main column system
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    • F25J2240/80—Hot exhaust gas turbine combustion engine
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    • F25J2250/20—Boiler-condenser with multiple exchanger cores in parallel or with multiple re-boiling or condensing streams
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    • F25J2270/12—External refrigeration with liquid vaporising loop
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    • F25J2270/42—Quasi-closed internal or closed external nitrogen refrigeration cycle
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    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/50—Quasi-closed internal or closed external oxygen refrigeration cycle
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    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/58—Quasi-closed internal or closed external argon refrigeration cycle

Definitions

  • the invention relates to a method for the cryogenic separation of air according to the preamble of claim 1.
  • the distillation column system for nitrogen-oxygen separation of the invention may be formed as a single column system for nitrogen-oxygen separation, as a two-column system (for example as a classic Linde double column system), or as a three or more column system.
  • other devices may be provided for obtaining other air components, in particular noble gases, for example an argon recovery.
  • printed product is meant here a product stream which is discharged under a pressure which is significantly above the atmospheric pressure and, in particular, higher than the operating pressure of the low-pressure column, for example higher than the pressure of the high-pressure column.
  • the "feed air stream” may, but need not, be the only feed stream from the distillation column system for nitrogen-oxygen separation. It is preferably introduced in gaseous form into the high-pressure column. For example, one or more further air streams may be introduced directly into the low pressure column and / or liquefied prior to their introduction into the distillation column system for nitrogen-oxygen separation, especially in so-called internal compression processes.
  • IGCC Integrated Gasification Combined-Cycle
  • a two-column process in particular a classical double-column process, comprises a distillation column system for nitrogen-oxygen separation with two columns, a high-pressure column and a low-pressure column.
  • the decomposition happens in two steps. First, the air in the high-pressure column is split mainly into two liquid fractions, a first one that is slightly oxygen-rich compared to the air (raw oxygen with 34 to 42 mol% oxygen) and a second one, which consists mainly of nitrogen (The concentrations of oxygen, argon and residual air constituents are less than 5 mol%). Thereafter, both liquid fractions are supercooled, relaxed to the lower pressure and passed into the low pressure column.
  • the nitrogen liquid also called washing LIN
  • the nitrogen liquid is fed to the top of the column, the raw oxygen in about the middle.
  • the separation process continues, mainly the oxygen-rich fraction is further decomposed into its components, so that the low pressure column at the end almost pure nitrogen (in the upper part) and virtually pure oxygen (in the lower part) supplies.
  • the decomposition process is divided into three steps.
  • the first step is identical to the first step of the double-column process:
  • the air is split into two liquid fractions, one nitrogen and one oxygen-rich.
  • the nitrogen fraction is likewise expanded to the low pressure and introduced at the top into the low pressure column.
  • the oxygen-richer fraction is depressurized to an intermediate pressure and passed to an additional third column where it is again separated into two further fractions (one slightly oxygen-rich than the other). Only then are these fractions released to low pressure and passed into the low pressure column. In the low-pressure column, the separation process continues, the two oxygen-rich fractions are further decomposed.
  • the purity of nitrogen products (from the low-pressure column) is determined in all the above-mentioned methods essentially by the purity of the nitrogen fraction from the high-pressure column, since this is placed in the low-pressure column at the top. Therefore, it is advantageous to design the method so that the concentration of oxygen in the nitrogen fraction of the high-pressure column is minimized.
  • thermodynamics oxygen and nitrogen are very similar substances. (For example, both consist of diatomic molecules, their normal boiling temperatures differ only by 14K.) At higher pressures, differences in thermodynamic properties of oxygen and nitrogen are still significantly less pronounced than at lower pressures. Therefore, it is more difficult to separate these substances at higher pressures than at lower pressures.
  • the nitrogen fraction of such a plant contains significantly more oxygen, which is eventually lost with nitrogen products, the energy consumption of high-pressure air separation plants increases compared to low-pressure systems.
  • the invention has for its object to provide a method of the type mentioned, which can be operated economically particularly favorable and in particular has a relatively low energy consumption.
  • the high-pressure column is heated by a heat pump cycle by a first liquid fraction from the high-pressure column is introduced into a first condenser-evaporator and at least partially evaporated, at least a portion of the steam generated in the first condenser-evaporator in the High pressure column is introduced and compresses a cycle fluid in a cycle compressor and the compressed cycle fluid in the condenser-evaporator is at least partially liquefied.
  • the third fraction which is introduced into the first condenser-evaporator preferably originates from the lower region of the high-pressure column, for example from its bottom. It may, but need not, have the same composition as the first (oxygen-enriched) fraction which is transferred to the low-pressure column.
  • the first condenser-evaporator can be arranged outside or inside the high-pressure column and be designed, for example, as its bottom evaporator.
  • the fourth fraction which is liquefied in the second condenser-evaporator according to the second variant, comes from the upper region of the high-pressure column, for example from the head. It may, but need not, have the same composition as the second (nitrogen enriched) fraction which is transferred to the low pressure column.
  • the first condenser-evaporator can be arranged outside or inside the high-pressure column and be designed, for example, as its top condenser.
  • the high-pressure column preferably has a conventional main condenser as the head cooling over which the low-pressure column and the high-pressure column are in heat exchange relationship.
  • the conversion in the high-pressure column elevated.
  • the oxygen concentration in the nitrogen-rich fraction (wash LIN) of the high-pressure column is reduced and finally the oxygen yield of the plant is increased. This reduces the amount of air required.
  • the cycle compressor consumes some energy, but this energy consumption is relatively low due to the relatively low compression ratio of, for example, 1.3 to 2 at the cycle compressor compared with reducing the drive power of the main air compressor to compress the feed air, so that the total energy consumption of the system is reduced.
  • the feed air stream is preferably fed to the high-pressure column at an intermediate point.
  • recycle fluid is formed by the corresponding fraction of the high pressure column, preferably by its top nitrogen.
  • a closed circuit can be used and thus basically any circulating fluid can be used.
  • recycle fluid is formed by nitrogen, air, argon, or a mixture of air constituents.
  • the cycle compressor only needs to overcome a relatively low pressure ratio. It can therefore be driven in many cases without consumption of external energy by being coupled to a relaxation machine, in particular an expansion turbine.
  • a process stream of the air separation in a relaxation machine is working expanded and used at least a portion of the mechanical energy obtained to drive the cycle compressor.
  • the "process stream” may be part of a feed fraction of the nitrogen-oxygen separation distillation column system or a stream taken from the nitrogen-oxygen separation distillation column system.
  • the process stream can be formed by a gas from the low-pressure column, for example nitrogen from the top or impure nitrogen from an intermediate point (residual gas turbine) or by air which is expanded to the operating pressure of the low-pressure column or the high-pressure column (low-pressure or medium-pressure turbine) ,
  • the advantages of the air separation process according to the invention come in particular in connection with a gas turbine plant, for example in the context of IGCC advantage.
  • a gas turbine engine having a gas turbine compressor, a gas turbine combustor, and a gas turbine expander
  • energy is generated and at least a portion of the air compressed in the gas turbine compressor is supplied as feed air to the high pressure column.
  • the entire feed air for the air separation can be supplied by the gas turbine compressor (full integration).
  • some of the feed air is supplied by a separate air compressor that is not coupled to the gas turbine (partial integration).
  • the oxygen pressure product is introduced into a gasification unit which generates the fuel for the gas turbine combustor.
  • the nitrogen from the nitrogen-oxygen separation distillation column system may be utilized by being compressed and fed to the gas turbine combustor and / or the gas turbine expander.
  • the distillation column system for nitrogen-oxygen separation of the invention is operated as a pure gas plant, that is, no or only a few liquid products are produced.
  • at least 80 mol%, in particular at least 90 mol%, of the products of the distillation column system for nitrogen-oxygen separation are obtained as gaseous products.
  • the advantages of the increased operating pressure are particularly important when a large part of the products is obtained in the form of printed products, ie at least 60 mole%, preferably at least 80 mole%, most preferably at least 90 mole%.
  • the invention also relates to a device for the cryogenic separation of air according to claim 10.
  • air is introduced under a pressure of at least 10 bar, preferably 10 to 25 bar, most preferably about 20 bar as "feed air stream" 1 in the high pressure column 2 of a distillation column system for nitrogen-oxygen separation, which also a low pressure column 3 and a main capacitor 4 has.
  • the main condenser 4 are low pressure column and high pressure column in heat exchange relationship.
  • the feed point is located some floors above the bottom of the high pressure column 2. Preferably below this feed point are still 4 to 20 practical or theoretical plates. (In the case where only practical soils are used as mass transfer elements in the section concerned, the data shall be given in practical numbers of trays, and in case of packing, packing or combinations of different types of mass transfer elements, the theoretical basis shall be used.)
  • the air is separated in nitrogen at the head and in oxygen-enriched liquid in the sump.
  • a portion of the bottom liquid is taken as a "first, oxygen-enriched fraction" 5, cooled in a supercooling countercurrent 6, expanded by means of a throttle valve 7 and the low pressure column 3 fed at an intermediate point.
  • the gaseous top nitrogen 8 of the high-pressure column 2 is led to a part 9 in the liquefaction space of the main condenser 4 and condensed there substantially completely to liquid nitrogen 10.
  • At least a part 11 of it is abandoned on the head of the high-pressure column 2.
  • a small amount 12 can be recovered as needed as a liquid product.
  • Via line 13 a portion of the liquid nitrogen from the head of the high-pressure column as "second, nitrogen-enriched fraction" withdrawn, cooled in the subcooling countercurrent 6, expanded by a throttle valve 14 and the low pressure column 3 fed to the head.
  • the low pressure column are pure nitrogen 15 at the top and impure nitrogen 16 at an intermediate point, and gaseous oxygen 17 and liquid oxygen 18 taken from the bottom as products.
  • the products 12, 18 withdrawn liquid from the nitrogen-oxygen separation distillation column system may be at least partially dispensed as liquid products when needed. It is more favorable, however, to recover at least one of these - optionally in addition to the streams taken off in gaseous form - by means of internal compression as gaseous printed products.
  • the liquid is brought to about the product pressure and evaporated against a correspondingly highly compressed heat transfer medium or - at supercritical pressure - pseudo-evaporated.
  • a heat carrier for example, a partial flow of the feed air can be used.
  • a circulation fluid 26/29 is compressed in a cycle compressor 27 with aftercooler 28 by a factor of 1.6 to 1.7, cooled in a cycle heat exchanger 25 to about dew point and introduced into the liquefaction space of a "first condenser-evaporator" 20 which is formed in the example as a bottom evaporator of the high-pressure column 2 and arranged in the interior of the high-pressure column.
  • the circulation fluid is essentially completely liquefied there.
  • Liquid circulation fluid 21 is in another Subcooling countercurrent 22 cooled, relaxed to low pressure column pressure (23) and finally abandoned as the head of the high-pressure column 2.
  • the liquefied cycle fluid thus increases the amount of reflux available in the high pressure column beyond the amount of liquid generated in the main condenser 4.
  • the circulation fluid 26/29/19 is formed in the embodiment by gaseous nitrogen from the top of the high pressure column. This is withdrawn via the lines 8 and 24 and heated in the further supercooling countercurrent 22 and the circulation heat exchanger 25 to about ambient temperature.
  • part of the bottom liquid of the high-pressure column 2 is vaporized as the "third liquid fraction" and flows back into the high-pressure column in gaseous form.
  • the increasing amount of steam is increased beyond the gaseously fed air quantity 1 addition.
  • the higher conversion in the high-pressure column 2 improves the purity of the top nitrogen. This also increases the purity of the nitrogen fractions 15 and 16 from the low-pressure column and thus the yield of oxygen product 17/18.
  • FIG. 2 the method steps and components which correspond to those of FIG. 1 carry the same reference numerals as there. In the following, only the differences from FIG. 1 will be explained.
  • a further capacitor 30, the "second condenser-evaporator" is arranged directly on the head inside the high-pressure column 2.
  • the cycle compressor is not withdrawn here via line 24 'from the interior of the high-pressure column 2, but from the evaporation space of the condenser 30.
  • the liquefied in the sump evaporator 20 circulating fluid 21 downstream of the further subcooling countercurrent and the throttle valve 23' not into the interior of the high pressure column 2 introduced, but in turn into the evaporation chamber of the second condenser-evaporator 20.
  • gaseous nitrogen head of the high-pressure column 2 is liquefied as a "fourth, gaseous fraction" and is thus available as an additional return.
  • an additional heat exchanger is needed; however, it can the chemical composition of the circulating fluid can be freely selected and is not limited to nitrogen in the present at the top of the high-pressure column 2 purity. Alternatively, for example, another air gas or any mixture of air gases may be employed.
  • the cycle compressor 27 can be driven by means of external energy, for example via an electric motor.
  • the cycle compressor 27 is mechanically coupled to an expansion turbine, in which a process stream of the air separation work is expanded to produce cold for the compensation of exchange losses and, where appropriate, for product liquefaction.

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Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem DestilIiersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, das eine Hochdrucksäule (2), eine Niederdrucksäule (3) aufweist. Ein Einsatzluftstrom (1) wird verdichtet, gereinigt, abgekühlt und unter einem Druck von 10 bar oder mehr, insbesondere von 12 bar oder mehr, der Hochdrucksäule (2) zugeführt. Eine erste, sauerstoffangereicherte Fraktion (5) und zweite, stickstoffangereicherte Fraktion (13) werden aus der Hochdrucksäule (2) entnommen, entspannt (7) und in die Niederdrucksäule (3) eingeleitet. Der Niederdrucksäule (3) wird eine Sauerstofffraktion (17,18) entnommen und als gasförmiges Sauerstoff-Druckprodukt gewonnen. Eine dritte, flüssige Fraktion aus der Hochdrucksäule wird in einen ersten Kondensator-Verdampfer (20) eingeleitet und mindestens teilweise verdampft. Mindestens ein Tell des in dem ersten Kondensator-Verdampfer (20) erzeugten Dampfs wird in die Hochdrucksäule (2) eingeleitet. Ein Kreislauffluid (26,29) wird in einem Kreislaufverdichter (27) verdichtet. Das verdichtete Kreislauffluid (19) wird in dem ersten Kondensator-Verdampfer (20) mindestens teilweise verflüssigt. Das Kreisauffluid (24',26) wird stromaufwärts des Kreislaufverdichters (27) aus einem zweiten Kondensator-Verdampfer (30) entnommen. Das in dem ersten Kondensator-Verdampfer (20) erzeugte flüssige Kreislauffluid (21) wird mindestens zum Tell in den zweiten Kondensator-Verdampfer (30) zurückgeleitet und dort in indirektem Wärmeaustausch mit einer vierten, gasförmigen Fraktion aus der Hochdrucksäule (2) mindestens teilweise verdampft. Dabei weist die vierte Fraktion einen höheren Stickstoffgehalt als die dritte Fraktion auf.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Verfahren und Vorrichtungen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft sind zum Beispiel aus Hausen/Linde, Tieftemperaturtechnik, 2. Auflage 1985, Kapitel 4 (Seiten 281 bis 337) bekannt. Das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung der Erfindung kann als Einsäulensystem zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung ausgebildet sein, als Zweisäulensystem (zum Beispiel als klassisches Linde-Doppelsäulensystem), oder auch als Drei- oder Mehrsäulensystem. Zusätzlich zu den Kolonnen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung können weitere Vorrichtungen zur Gewinnung anderer Luftkomponenten, insbesondere von Edelgasen vorgesehen sein, beispielsweise eine Argongewinnung.
  • Unter "Druckprodukt" wird hier ein Produktstrom verstanden, der unter einem Druck abgegeben wird, der deutlich über dem Atmosphärendruck liegt und insbesondere höher als der Betriebsdruck der Niederdrucksäule, beispielsweise höher als der Druck der Hochdrucksäule ist.
  • Der "Einsatzluftstrom" kann, muss aber nicht, der einzige Einsatzstrom des Destilliersäulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung sein. Er wird vorzugsweise gasförmig in die Hochdrucksäule eingeleitet. Ein oder mehrere weitere Luftströme können beispielsweise direkt in die Niederdrucksäule eingeleitet und/oder vor ihrer Einführung in das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung verflüssigt werden, insbesondere bei so genannten Innenverdichtungsverfahren.
  • Es ist vor allem an Luftzerlegungsanlagen gedacht, die aus bestimmten Gründen mit höheren Arbeitsdrücken als gewöhnlich betrieben werden, zum Beispiel Luftzerlegungsanlagen für IGCC-Verfahren (IGCC = Integrated Gasification Combined-Cycle), bei welchen die Luft mit einem Druck von mehr als 12 bar von der Kraftanlage zur Verfügung gestellt wird und die Produkte der Luftzerlegungsanlage (Sauerstoff und Stickstoff) bei höheren Drücken gebraucht werden. Betroffen sind auch andere Luftzerlegungsanlagen großer Leistung (mehr als 70.000 Nm3/h Sauerstoff), bei denen die volumetrischen Durchflüsse durch höhere Drücke reduziert werden, was zu einer besseren Kompaktheit der einzelnen Hardwarekomponenten und der Gesamtanlage führt.
  • Hierbei werden insbesondere zwei Verfahrenstypen angewendet:
  • Ein Zweisäulenverfahren, insbesondere ein klassisches Doppelsäulenverfahren, weist ein Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung mit zwei Kolonnen, einer Hochdrucksäule und einer Niederdrucksäule auf. Die Zerlegung geschieht in zwei Schritten. Zuerst wird die Luft in der Hochdrucksäule hauptsächlich in zwei flüssige Fraktionen zerlegt, in eine erste, die im Vergleich zur Luft etwas sauerstoffreicher ist (Rohsauerstoff mit 34 bis 42 mol-% Sauerstoff), und in eine zweite, die zum größten Teil aus Stickstoff besteht (die Konzentrationen von Sauerstoff, Argon und restlichen Luftbestandsteilen sind kleiner 5 mol-%). Danach werden beide flüssigen Fraktionen unterkühlt, auf den niedrigeren Druck entspannt und in die Niederdrucksäule geleitet. Die Stickstoff-Flüssigkeit (auch Wasch-LIN genannt) wird am oberen Ende der Säule eingespeist, der Rohsauerstoff etwa in der Mitte. In der Niederdrucksäule läuft das Trennverfahren weiter, dabei wird hauptsächlich die sauerstoffreichere Fraktion weiter in ihre Bestandteile zerlegt, sodass die Niederdrucksäule am Ende beinahe reinen Stickstoff (im oberen Teil) und praktisch reinen Sauerstoff (im unteren Teil) liefert.
  • Bei den so genannten Dreisäulenverfahren ist der Zerlegungsvorgang in drei Schritte unterteilt. Der erste Schritt ist mit dem ersten Schritt des Doppelsäulenverfahrens identisch: Die Luft wird in zwei Flüssigfraktionen zerlegt, eine stickstoff- und eine sauerstoffreichere. Die Stickstofffraktion wird ebenfalls auf den Niederdruck entspannt und oben in die Niederdrucksäule eingeleitet. Die sauerstoffreichere Fraktion wird auf einen mittleren Druck entspannt und in eine zusätzliche dritte Säule geleitet und dort wieder in zwei weitere Fraktionen (eine etwas sauerstoffreicher als die andere) zerlegt. Erst danach werden diese Fraktionen auf den Niederdruck entspannt und in die Niederdrucksäule geleitet. In der Niederdrucksäule läuft das Trennverfahren weiter, die beiden sauerstoffreichen Fraktionen werden weiter zerlegt.
  • Die Effizienz all dieser Verfahren wird durch den Sauerstoffanteil in den stickstoffreicheren Fraktionen am oberen Ende der Niederdrucksäule bestimmt. Ist die Konzentration von Sauerstoff groß, so geht viel Sauerstoff mit diesen Produkten verloren. Deswegen muss man mehr Luft in der Anlage verarbeiten, um auf gleiche Sauerstoffproduktmenge zu kommen. Die zusätzliche Luftmenge muss verdichtet werden und führt somit zu einem erhöhten Energieverbrauch.
  • Deswegen ist es wichtig, die Sauerstoffkonzentration in Stickstoffprodukten möglichst gering zu halten. Die Reinheit von Stickstoffprodukten (aus der Niederdrucksäule) wird bei allen oben genannten Verfahren im Wesentlichen durch die Reinheit der Stickstofffraktion aus der Hochdrucksäule bestimmt, da diese in die Niederdrucksäule ganz oben aufgegeben wird. Deswegen ist es vorteilhaft, das Verfahren so zu gestalten, dass die Konzentration von Sauerstoff in der Stickstofffraktion der Hochdrucksäule möglichst gering ist.
  • Aus Sicht der Thermodynamik sind Sauerstoff und Stickstoff sehr ähnliche Stoffe. (Beide bestehen zum Beispiel aus zweiatomigen Molekülen, ihre normalen Siedetemperaturen unterscheiden sich nur um 14K.) Bei höheren Drücken sind Unterschiede in thermodynamischen Eigenschaften des Sauerstoffs und Stickstoffs noch deutlich weniger ausgeprägt als bei niedrigeren. Deswegen ist es schwieriger, diese Stoffe bei höheren Drücken von einander zu trennen als bei niedrigeren. Die Stickstofffraktion einer solchen Anlage enthält deutlich mehr Sauerstoff, welcher schließlich mit Stickstoffprodukten verloren geht, der Energieverbrauch von Hochdruck-Luftzerlegungsanlagen steigt im Vergleich zu Niederdruck-Anlagen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das wirtschaftlich besonders günstig betrieben werden kann und insbesondere einen relativ niedrigen Energieverbrauch aufweist.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Hochdrucksäule mittels eines Wärmepumpenkreislaufs beheizt wird, indem eine erste flüssige Fraktion aus der Hochdrucksäule in einen ersten Kondensator-Verdampfer eingeleitet und mindestens teilweise verdampft wird, mindestens ein Teil des in dem ersten Kondensator-Verdampfer erzeugten Dampfs in die Hochdrucksäule eingeleitet wird und ein Kreislauffluid in einem Kreislaufverdichter verdichtet und das verdichtete Kreislauffluid in dem Kondensator-Verdampfer mindestens teilweise verflüssigt wird.
  • Für den Betrieb des Kreislaufs gibt es im Rahmen der Erfindung zwei Varianten, einen offenen oder einen geschlossenen Kreislauf:
    • In der ersten Variante wird das Kreislauffluid stromaufwärts des Kreislaufverdichters aus der Hochdrucksäule entnommen, vorzugsweise aus deren oberem Bereich, und das in dem ersten Kondensator-Verdampfer erzeugte flüssige Kreislauffluid wird mindestens teilweise in die Hochdrucksäule eingeleitet.
    • Gemäß der zweiten Variante wird das Kreislauffluid stromaufwärts des Kreislaufverdichters aus einem zweiten Kondensator-Verdampfer entnommen und das in dem ersten Kondensator-Verdampfer erzeugte flüssige Kreislauffluid wird mindestens zum Teil in den zweiten Kondensator-Verdampfer zurückgeleitet und dort in indirektem Wärmeaustausch mit einer vierten, gasförmigen Fraktion aus der Hochdrucksäule mindestens teilweise verdampft. Dabei weist die vierte Fraktion einen höheren Stickstoffgehalt als die dritte Fraktion auf und wird bei dem indirekten Wärmeaustausch mindestens teilweise verflüssigt.
  • Grundsätzlich ist auch eine Kombination der beiden Varianten - geschlossener und offener Kreislauf - möglich.
  • Die dritte Fraktion, die in den ersten Kondensator-Verdampfer eingeleitet wird, stammt vorzugsweise aus dem unteren Bereich der Hochdrucksäule, beispielsweise von deren Sumpf. Sie kann, muss aber nicht, die gleiche Zusammensetzung wie die erste (sauerstoffangereicherte) Fraktion haben, die in die Niederdrucksäule übergeleitet wird. Der erste Kondensator-Verdampfer kann außerhalb oder innerhalb der Hochdrucksäule angeordnet sein und beispielsweise als deren Sumpfverdampfer ausgebildet sein.
  • Die vierte Fraktion, die gemäß der zweiten Variante in dem zweiten Kondensator-Verdampfer verflüssigt wird, stammt aus dem oberen Bereich der Hochdrucksäule, beispielsweise von deren Kopf. Sie kann, muss aber nicht, die gleiche Zusammensetzung wie die zweite (stickstoffangereicherte) Fraktion haben, die in die Niederdrucksäule übergeleitet wird. Der erste Kondensator-Verdampfer kann außerhalb oder innerhalb der Hochdrucksäule angeordnet sein und beispielsweise als deren Kopfkondensator ausgebildet sein.
  • Sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten Variante weist die Hochdrucksäule vorzugsweise einen üblichen Hauptkondensator als Kopfkühlung auf, über den Niederdrucksäule und Hochdrucksäule in Wärmeaustauschbeziehung stehen.
  • Durch die Beheizung der Hochdrucksäule mittels des ersten (unteren) Kondensator-Verdampfers und der Erhöhung der Rücklaufmenge durch Einspeisung verflüssigten Kreislauffluids (in der ersten Variante) beziehungsweise durch Kühlung mittels des zweiten Kondensator-Verdampfers (in der zweiten Variante) wird der Umsatz in der Hochdrucksäule erhöht. Die Sauerstoffkonzentration in der stickstoffreichen Fraktion (Wasch-LIN) der Hochdrucksäule wird reduziert und schließlich die Sauerstoffausbeute der Anlage erhöht. Dadurch wird die Menge der benötigten Luft geringer. Der Kreislaufverdichter verbraucht zwar etwas Energie, jedoch ist dieser Energieverbrauch dank des relativ niedrigen Verdichtungsverhältnisses von beispielsweise 1,3 bis 2 am Kreislaufverdichter verhältnismäßig gering verglichen mit der Reduzierung der Antriebsleistung des Hauptluftverdichters zur Verdichtung der Einsatzluft, sodass der Gesamtenergieverbrauch der Anlage reduziert wird.
  • Vorzugsweise wird der Einsatzluftstrom der Hochdrucksäule an einer Zwischenstelle zugeführt.
  • Im Falle des offenen Kreislaufs wird das Kreislauffluid natürlich durch die entsprechende Fraktion der Hochdrucksäule gebildet, vorzugsweise durch dessen Kopfstickstoff. Bei der zweiten Variante kann ein geschlossener Kreislauf eingesetzt und damit grundsätzlich jedes beliebige Kreislauffluid eingesetzt werden. Vorzugsweise wird Kreislauffluid durch Stickstoff, Luft, Argon oder durch ein Gemisch von Luftbestandteilen gebildet.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren braucht der Kreislaufverdichter nur ein relativ geringes Druckverhältnis zu überwinden. Er kann daher in vielen Fällen ohne Verbrauch externer Energie angetrieben werden, indem er mit einer Entspannungsmaschine, insbesondere einer Entspannungsturbine gekoppelt wird. In diesem Fall wird ein Prozessstrom der Luftzerlegung in einer Entspannungsmaschine arbeitsleistend entspannt und mindestens ein Teil der dabei gewonnenen mechanischen Energie zum Antrieb des Kreislaufverdichters genutzt.
  • Bei dem "Prozessstrom" kann es sich einen Teil einer Einsatzfraktion des Destilliersäulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung oder um einen Strom handeln, der aus dem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung entnommen wird. Beispielsweise kann der Prozessstrom durch ein Gas aus der Niederdrucksäule, beispielsweise Stickstoff vom Kopf oder Unrein-Stickstoff von einer Zwischenstelle, (Restgasturbine) oder durch Luft, die auf den Betriebsdruck der Niederdrucksäule oder der Hochdrucksäule entspannt wird, (Niederdruck- oder Mitteldruckturbine) gebildet werden.
  • Die Vorteile des erfindungsgemäßen Luftzerlegungsprozesses kommen insbesondere im Zusammenhang mit einer Gasturbinen-Anlage, beispielsweise im Rahmen von IGCC zur Geltung. Hierbei wird in einer Gasturbinen-Einheit, die einen Gasturbinen-Verdichter, eine Gasturbinen-Brennkammer und einen Gasturbinen-Expander aufweist, Energie erzeugt, und mindestens ein Teil der in dem Gasturbinen-Verdichter verdichteten Luft wird als Einsatzluftstrom der Hochdrucksäule zugeleitet. Grundsätzlich kann die gesamte Einsatzluft für den Luftzerleger von dem Gasturbinen-Verdichter geliefert werden (Vollintegration). Alternativ wird ein Teil der Einsatzluft von einem separaten Luftverdichter geliefert, der nicht mit der Gasturbine gekoppelt ist (Teilintegration).
  • Vorzugsweise wird das Sauerstoff-Druckprodukt in eine Vergasungseinheit eingeleitet, die den Brennstoff für die Gasturbinen-Brennkammer erzeugt. Auch der Stickstoff aus dem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung kann genutzt werden, indem er verdichtet und der Gasturbinen-Brennkammer und/oder dem Gasturbinen-Expander zugeleitet wird.
  • Vorzugsweise wird das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung der Erfindung als reine Gasanlage betrieben, das heißt es werden keine oder nur wenige Flüssigprodukte erzeugt. Insbesondere werden mindestens 80 mol-%, insbesondere mindestens 90 mol-% der Produkte des Destilliersäulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung als gasförmige Produkte gewonnen.
  • Die Vorteile des erhöhten Betriebsdrucks kommen vor allem dann zum Tragen, wenn ein großer Teil der Produkte in Form von Druckprodukten gewonnen wird, also mindestens 60 mol-%, vorzugsweise mindestens 80 mol-%, höchst vorzugsweise mindestens 90 mol-%.
  • Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß Patentanspruch 10.
  • Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von in den Zeichnungen vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:
    • Figur 1
    ein Ausführungsbeispiel für die Variante der Erfindung mit offenem Kreislauf und
    Figur 2
    ein Ausführungsbeispiel für die Variante der Erfindung mit geschlossenem Kreislauf.
  • In den Zeichnungen ist nur ein Ausschnitt des Gesamtprozesses zu sehen. Zum Beispiel sind übliche Maßnahmen zur Luftverdichtung (beispielsweise in einem Gasturbinen-Verdichter) und zur Luftreinigung, sowie der Hauptwärmetauscher zur Abkühlung der Einsatzluft oder die Verfahrensschritte zur Erzeugung oder Zuführung von Verfahrenskälte nicht dargestellt.
  • In dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 wird Luft unter einem Druck von mindestens 10 bar, vorzugsweise 10 bis 25 bar, höchst vorzugsweise etwa 20 bar als "Einsatzluftstrom" 1 in die Hochdrucksäule 2 eines Destilliersäulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung eingeleitet, das außerdem eine Niederdrucksäule 3 und einen Hauptkondensator 4 aufweist. Über den Hauptkondensator 4 stehen Niederdrucksäule und Hochdrucksäule in Wärmeaustauschbeziehung. Die Einspeisestelle befindet sich einige Böden oberhalb des Sumpfs der Hochdrucksäule 2. Vorzugsweise sind unterhalb dieser Einspeisestelle noch 4 bis 20 praktische beziehungsweise theoretische Böden. (Für den Fall, dass in dem betreffenden Abschnitt ausschließlich praktische Böden als Stoffaustauschelemente verwendet werden, gelten die Angaben in praktischen Bodenzahlen; falls Packung, Füllkörper oder Kombinationen verschiedener Typen von Stoffaustauschelementen eingesetzt werden, sind die Angaben in theoretischen Bodenzahlen anzuwenden.)
  • In der Hochdrucksäule 2 wird die Luft in Stickstoff am Kopf und in sauerstoffangereicherte Flüssigkeit im Sumpf getrennt. Ein Teil der Sumpfflüssigkeit wird als "erste, sauerstoffangereicherte Fraktion" 5 entnommen, in einem Unterkühlungs-Gegenströmer 6 abgekühlt, mittels eines Drosselventils 7 entspannt und der Niederdrucksäule 3 an einer Zwischenstelle zugeführt. Der gasförmige Kopfstickstoff 8 der Hochdrucksäule 2 wird zu einem Teil 9 in den Verflüssigungsraum des Hauptkondensators 4 geführt und dort im Wesentlichen vollständig zu flüssigem Stickstoff 10 kondensiert. Mindestens ein Teil 11 davon wird auf den Kopf der Hochdrucksäule 2 aufgegeben. Ein geringe Menge 12 kann bei Bedarf als Flüssigprodukt gewonnen werden. Über Leitung 13 wird ein Teil des Flüssigstickstoffs vom Kopf der Hochdrucksäule als "zweite, stickstoffangereicherte Fraktion" wieder abgezogen, in dem Unterkühlungs-Gegenströmer 6 abgekühlt, mittels eines Drosselventils 14 entspannt und der Niederdrucksäule 3 am Kopf zugeführt.
  • Der Niederdrucksäule werden reiner Stickstoff 15 am Kopf und Unrein-Stickstoff 16 an einer Zwischenstelle, sowie gasförmiger Sauerstoff 17 und flüssiger Sauerstoff 18 am Sumpf als Produkte entnommen.
  • Die flüssig aus dem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung entnommenen Produkte 12, 18 können mindestens zum Teil als Flüssigprodukte abgegeben werden, wenn dafür Bedarf besteht. Günstiger ist es jedoch, mindestens eines davon - gegebenenfalls zusätzlich zu den gasförmig entnommenen Strömen - mittels einer Innenverdichtung als gasförmige Druckprodukte zu gewinnen. Dazu wird die Flüssigkeit auf etwa den Produktdruck gebracht und gegen einen entsprechend hoch verdichteten Wärmeträger verdampft beziehungsweise - bei überkritischem Druck - pseudo-verdampft. Als Wärmeträger kann zum Beispiel ein Teilstrom der Einsatzluft eingesetzt werden.
  • Gemäß der ersten Variante wird ein Kreislauffluid 26/29 in einem Kreislaufverdichter 27 mit Nachkühler 28 um einen Faktor 1.6 bis 1,7 verdichtet, in einem Kreislauf-Wärmetauscher 25 auf etwa Taupunkt abgekühlt und in den Verflüssigungsraum eines "ersten Kondensator-Verdampfers" 20 eingeleitet, der in dem Beispiel als Sumpfverdampfer der Hochdrucksäule 2 ausgebildet und im Inneren der Hochdrucksäule angeordnet ist. Das Kreislauffluid wird dort im Wesentlichen vollständig verflüssigt. Flüssiges Kreislauffluid 21 wird in einem weiteren Unterkühlungs-Gegenströmer 22 abgekühlt, auf Niederdrucksäulendruck entspannt (23) und schließlich als auf den Kopf der Hochdrucksäule 2 aufgegeben. Das verflüssigte Kreislauffluid erhöht somit die in der Hochdrucksäule verfügbare Rücklaufmenge über die im Hauptkondensator 4 erzeugte Flüssigkeitsmenge hinaus.
  • Das Kreislauffluid 26/29/19 wird in dem Ausführungsbeispiel durch gasförmigen Stickstoff vom Kopf der Hochdrucksäule gebildet. Dieser wird über die Leitungen 8 und 24 abgezogen und in dem weiteren Unterkühlungs-Gegenströmer 22 und dem Kreislauf-Wärmetauscher 25 auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt.
  • In den Verdampfungspassagen des Sumpfverdampfers 20 wird ein Teil der Sumpfflüssigkeit der Hochdrucksäule 2 als die "dritte, flüssige Fraktion" verdampft und strömt gasförmig zurück in die Hochdrucksäule. Hierdurch wird die aufsteigende Dampfmenge über die gasförmig eingespeiste Luftmenge 1 hinaus erhöht. Durch den stärkeren Umsatz in der Hochdrucksäule 2 wird die Reinheit des Kopfstickstoffs verbessert. Damit erhöht sich auch die Reinheit der Stickstofffraktionen 15 und 16 aus der Niederdrucksäule und somit die Ausbeute an Sauerstoffprodukt 17/18.
  • In Figur 2 tragen die Verfahrensschritte und Bauteile, welche denjenigen der Figur 1 entsprechen, dieselben Bezugszeichen wie dort. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede zu Figur 1 erläutert.
  • Das Ausführungsbeispiel der Figur 2 weist als Vertreter der zweiten Variante der Erfindung einen weiteren Kondensator 30 auf, den "zweiten Kondensator-Verdampfer". Er ist in dem Beispiel unmittelbar am Kopf im Inneren der Hochdrucksäule 2 angeordnet. Das Kreislaufverdichter wird hier über Leitung 24' nicht aus dem Inneren der Hochdrucksäule 2 abgezogen, sondern aus dem Verdampfungsraum des Kondensators 30. Außerdem wird das im Sumpfverdampfer 20 verflüssigte Kreislauffluid 21 stromabwärts des weiteren Unterkühlungs-Gegenströmers und des Drosselventils 23' nicht ins Innere der Hochdrucksäule 2 eingeleitet, sondern wiederum in den Verdampfungsraum des zweiten Kondensator-Verdampfers 20. Im Verflüssigungsraum des zweiten Kondensator-Verdampfers 20 wird gasförmiger Kopfstickstoff der Hochdrucksäule 2 als "vierte, gasförmige Fraktion" verflüssigt und steht damit als zusätzlicher Rücklauf zur Verfügung. Für den geschlossenen Kreislauf in Figur 2 wird zwar ein zusätzlicher Wärmetauscher benötigt; allerdings kann dadurch die chemische Zusammensetzung des Kreislauffluids frei gewählt werden und ist nicht auf Stickstoff in der am Kopf der Hochdrucksäule 2 vorliegenden Reinheit beschränkt. Alternativ kann zum Beispiel ein anderes Luftgas oder jedes Gemisch von Luftgasen eingesetzt werden.
  • In beiden Ausführungsbeispielen kann der Kreislaufverdichter 27 mittels externer Energie, beispielsweise über einen Elektromotor, angetrieben werden. Alternativ ist der Kreislaufverdichter 27 mechanisch mit einer Entspannungsturbine gekoppelt, in der ein Prozessstrom der Luftzerlegung arbeitsleistend entspannt wird, um Kälte für den Ausgleich von Austauschverlusten und gegebenenfalls zur Produktverflüssigung zu erzeugen.
  • Jedes der beiden Ausführungen kann durch eines oder mehrere der folgenden Merkmale variiert werden:
    • Integration des Kreislauf-Wärmetauschers 25 in den (in den Zeichnungen nicht dargestellten) Hauptwärmetauscher
    • Einsatz eines Kaltverdichters als Kreislaufverdichter

Claims (10)

  1. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, das eine Hochdrucksäule (2), eine Niederdrucksäule (3) aufweist, wobei bei dem Verfahren
    - ein Einsatzluftstrom (1) verdichtet, gereinigt, abgekühlt und unter einem Druck von 10 bar oder mehr, insbesondere von 12 bar oder mehr, der Hochdrucksäule (2) zugeführt wird,
    - eine erste, sauerstoffangereicherte Fraktion (5) aus der Hochdrucksäule (2) entnommen, entspannt (7) und in die Niederdrucksäule (3) eingeleitet wird,
    - eine zweite, stickstoffangereicherte Fraktion (13) aus der Hochdrucksäule (2) entnommen, entspannt (14) und in die Niederdrucksäule (3) eingeleitet wird,
    - der Niederdrucksäule (3) eine Sauerstofffraktion (17, 18) entnommen und als gasförmiges Sauerstoff-Druckprodukt gewonnen wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - eine dritte, flüssige Fraktion aus der Hochdrucksäule in einen ersten Kondensator-Verdampfer (20) eingeleitet und mindestens teilweise verdampft wird,
    - mindestens ein Teil des in dem ersten Kondensator-Verdampfer (20) erzeugten Dampfs in die Hochdrucksäule (2) eingeleitet wird und
    - ein Kreislauffluid (26, 29) in einem Kreislaufverdichter (27) verdichtet und das verdichtete Kreislauffluid (19) in dem ersten Kondensator-Verdampfer (20) mindestens teilweise verflüssigt wird,
    und dass
    - das Kreislauffluid (24, 26) stromaufwärts des Kreislaufverdichters (27) aus der Hochdrucksäule (2) entnommen und das in dem ersten Kondensator-Verdampfer (20) erzeugte flüssige Kreislauffluid (21) mindestens teilweise in die Hochdrucksäule (2) eingeleitet wird,
    oder
    - das Kreislauffluid (24', 26) stromaufwärts des Kreislaufverdichters (27) aus einem zweiten Kondensator-Verdampfer (30) entnommen, das in dem ersten Kondensator-Verdampfer (20) erzeugte flüssige Kreislauffluid (21) mindestens zum Teil in den zweiten Kondensator-Verdampfer (30) zurückgeleitet wird und dort in indirektem Wärmeaustausch mit einer vierten, gasförmigen Fraktion aus der Hochdrucksäule (2) mindestens teilweise verdampft wird, wobei die vierte Fraktion einen höheren Stickstoffgehalt als die dritte Fraktion aufweist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzluftstrom (1) der Hochdrucksäule (2) an einer Zwischenstelle zugeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Kreislauffluid (19, 24, 24', 26, 29) durch Stickstoff, Luft, Argon oder ein Gemisch von Luftbestandteilen gebildet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Prozessstrom des Destilliersäulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung in einer Entspannungsmaschine arbeitsleistend entspannt wird und mindestens ein Teil der dabei gewonnenen mechanischen Energie zum Antrieb des Kreislaufverdichters (27) genutzt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Gasturbinen-Einheit, die einen Gasturbinen-Verdichter, eine Gasturbinen-Brennkammer und einen Gasturbinen-Expander aufweist, Energie erzeugt wird, wobei mindestens ein Teil der in dem Gasturbinen-Verdichter verdichteten Luft als Einsatzluftstrom (1) der Hochdrucksäule (2) zugeleitet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sauerstoff-Druckprodukt in eine Vergasungseinheit eingeleitet, in der Vergasungseinheit ein Brennstoff erzeugt und der in der Vergasungseinheit erzeugte Brennstoff in die Gasturbinen-Brennkammer eingeleitet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung ein Stickstoffprodukt entnommen, verdichtet und der Gasturbinen-Brennkammer und/oder dem Gasturbinen-Expander zugeleitet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 80 mol-%, insbesondere mindestens 90 mol-% der Produkte des Destilliersäulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung als gasförmige Produkte gewonnen werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 60 mol-%, insbesondere mindestens 80 mol-% der Produkte des Destilliersäulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung als gasförmige Druckprodukte gewonnen werden.
  10. Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft mit
    - einem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, das eine Hochdrucksäule (2), eine Niederdrucksäule (3) äufweist,
    - Mitteln zum Verdichten eines Einsatzluftstrom auf einen Druck von 10 bar oder mehr, insbesondere von 12 bar oder mehr,
    - Mitteln zum Reinigen des verdichteten Einsatzluftstroms verdichtet,
    - Mitteln zum Einleiten des gereinigten Einsatzluftstroms (1) in die Hochdrucksäule (2),
    - Mitteln zum Überleiten einer ersten, sauerstoffangereicherten Fraktion (5) aus der Hochdrucksäule (2) in die Niederdrucksäule (3),
    - Mitteln zum Überleiten einer zweiten, stickstoffangereicherten Fraktion (13) aus der Hochdrucksäule (2) in die Niederdrucksäule (3), und mit
    - Mitteln zum Gewinnen einer Sauerstofffraktion (17, 18) aus der Niederdrucksäule (3) als gasförmiges Sauerstoff-Druckprodukt,
    gekennzeichnet durch
    - einen Kreislaufverdichter (27) zum Verdichten eines Kreislauffluids (26, 29),
    - einen ersten Kondensator-Verdampfer (20) zum Verdampfen eine dritten, flüssige Fraktion aus der Hochdrucksäule und zum Verflüssigen des verdichteten Kreislauffluids (19),
    - Mittel zum Einleiten in dem ersten Kondensator-Verdampfer (20) erzeugten Dampfs in die Hochdrucksäule (2),
    und mit
    - Mitteln zum Entnehmen des Kreislaufverdichters (27) aus der Hochdrucksäule (2), die mit dem Eintritt des Kreislaufverdichters (27) verbunden sind und Mitteln zum Einleiten des in dem ersten Kondensator-Verdampfer (20) verflüssigten Kreislauffluids (21) in die Hochdrucksäule wird,
    oder
    - das Kreislauffluid (24, 26) stromaufwärts des Kreislaufverdichters (27) aus der Hochdrucksäule (2) entnommen und das in dem ersten Kondensator-Verdampfer (20) erzeugte flüssige Kreislauffluid (21) mindestens teilweise in die Hochdrucksäule (2) eingeleitet wird,
    oder
    - einem zweiten Kondensator-Verdampfer zum Verflüssigen einer vierten, gasförmigen Fraktion aus der Hochdrucksäule (2), die einen höheren Stickstoffgehalt als die dritte Fraktion aufweist, und zum Verdampfen des in dem ersten Kondensator-Verdampfer (20) erzeugten flüssigen Kreislauffluids (21) und Mitteln zum Entnehmen des Kreislaufverdichters (27) aus dem zweiten Kondensator-Verdampfer (30).
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