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EP3179186A1 - Verfahren zur gewinnung eines flüssigen und eines gasförmigen, sauerstoffreichen luftprodukts in einer luftzerlegungsanlage und luftzerlegungsanlage - Google Patents

Verfahren zur gewinnung eines flüssigen und eines gasförmigen, sauerstoffreichen luftprodukts in einer luftzerlegungsanlage und luftzerlegungsanlage Download PDF

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Publication number
EP3179186A1
EP3179186A1 EP15003483.3A EP15003483A EP3179186A1 EP 3179186 A1 EP3179186 A1 EP 3179186A1 EP 15003483 A EP15003483 A EP 15003483A EP 3179186 A1 EP3179186 A1 EP 3179186A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air
column
pressure
pressure level
oxygen
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Withdrawn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
EP15003483.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
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 EP15003483.3A priority Critical patent/EP3179186A1/de
Priority to EP16020460.8A priority patent/EP3179187B1/de
Priority to PL16020460T priority patent/PL3179187T3/pl
Priority to CL2016003150A priority patent/CL2016003150A1/es
Priority to RU2016147701A priority patent/RU2722074C2/ru
Priority to CN201611273153.9A priority patent/CN107131718B/zh
Priority to AU2016269434A priority patent/AU2016269434B2/en
Priority to BR102016028677-8A priority patent/BR102016028677B1/pt
Publication of EP3179186A1 publication Critical patent/EP3179186A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F25J2215/52—Oxygen production with multiple purity O2
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    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/50—Processes 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 method for obtaining a liquid and a gaseous, oxygen-rich air product in an air separation plant and an air separation plant arranged for carrying out such a method.
  • mixed column air In a mixing column head near an oxygen-rich liquid and close to the gaseous compressed air, so-called mixed column air, fed and sent to each other. Due to the intensive contact, a certain proportion of the more volatile nitrogen from the mixed column air passes into the oxygen-rich liquid.
  • the oxygen-rich liquid is vaporized in the mixing column and can be removed at the top of the mixing column as so-called "impure" oxygen.
  • the impure oxygen can be taken from the air separation plant as a gas product.
  • the mixing column air in turn is liquefied when passing through the mixing column, enriched to some extent with oxygen, and can be withdrawn from the bottom of the mixing column. This liquefied stream can then be fed into the distillation column system used at an energetically and / or separation-appropriate location.
  • the refrigeration requirement is in such systems i.d.R. covered by the relaxation of air in a so-called injection turbine.
  • Such a sparger turbine relieves air from a pressure level of, for example, 5.0 to 6.0 bar to a pressure level of, for example, 1.2 to 1.6 bar (absolute pressures, respectively; specific pressure levels used in the present invention are given below ).
  • a distillation column system with (at least) a high pressure column and a low pressure column is provided.
  • the high-pressure column is operated in the illustrated example case at the mentioned pressure level of 5.0 to 6.0 bar, the low-pressure column at the mentioned pressure level of 1.2 to 1.6 bar.
  • the air released in the injection turbine is fed into the low-pressure column.
  • the relaxation is possible by the specified pressure difference between the high pressure column and low pressure column.
  • the relaxed in this way in the low pressure column air disturbs the rectification, which is why the amount of air in the spar turbine relaxable air and thus the cooling capacity of the system are highly limited. Therefore, systems with such interconnections no significant amounts of liquid products can be removed.
  • the present invention proposes a method for obtaining a liquid and a gaseous, oxygen-rich air product in an air separation plant and an air separation plant equipped for carrying out such a method with the features of the independent claims.
  • Preferred embodiments are subject of the dependent claims and the following description.
  • turbo compressors are used to compress the air. This applies, for example, to the "main air compressor”, which is characterized in that it compresses the entire quantity of air fed into the distillation column system, that is to say the entire feed air. Accordingly, a “re-compressor” may be provided, in which a part of the compressed in the main air compressor air quantity is brought to an even higher pressure, this may be formed turbo compressor. For compressing partial air quantities, further turbocompressors are typically provided, which are also referred to as boosters, but make only a relatively small amount of compaction compared to the main air compressor or the booster compressor.
  • turboexpanders can also be coupled with turbo compressors and drive them. If one or more turbocompressors without externally supplied energy, ie only one or more turboexpander, driven, is for such an arrangement of the Term "turbine booster" used. In a turbine booster, the turboexpander and the turbo compressor are mechanically coupled.
  • pressure level and "temperature level” to characterize pressures and temperatures, which is to express that pressures and temperatures in a given equipment need not be used in the form of exact pressure or temperature values to achieve this to realize innovative concept.
  • pressures and temperatures typically range in certain ranges that are, for example, ⁇ 1%, 5%, 10%, 20% or even 50% about an average.
  • Corresponding pressure levels and temperature levels can be in disjoint areas or in areas that overlap one another.
  • pressure levels include unavoidable pressure drops or expected pressure drops, for example, due to cooling effects or line losses.
  • the pressure levels specified here in bar are absolute pressures.
  • a “product” leaves the described plant and is stored or consumed, for example, in a tank. So it no longer only participates exclusively in the plant-internal circuits, but can be used accordingly before leaving the plant, for example as a refrigerant in a heat exchanger.
  • the term “product” thus does not include such fractions or streams that remain in the plant itself and are used exclusively there, for example as reflux, coolant or purge gas.
  • product further includes a quantity.
  • a “product” corresponds to at least 1%, in particular at least 2%, for example at least 5% or at least 10% of the amount of air used in a corresponding plant.
  • Lower amounts of liquid fractions conventionally obtained in liquefied gas installations and possibly removed from such a plant thus do not constitute "products" within the meaning of this application.
  • small amounts of a liquid fraction separating off in the bottom are always removed in order to enrich it to avoid undesirable components such as methane. However, this is not due to the amount of "products" in the sense of this application.
  • a liquid or gaseous "oxygen-rich air product” is in the usage of this application, a fluid in a corresponding state of matter having an oxygen content of at least 75%, in particular at least 80%, on a molar, weight or volume basis. Also, the "impure oxygen”, which is taken from the mixing column, is thus an oxygen-rich air product.
  • the present invention proposes a process for the cryogenic separation of air which utilizes an air separation plant having a distillation column system comprising a high pressure column operating at a first pressure level, a low pressure column operating at a second pressure level, and a mixing column.
  • the second pressure level is lower than the first one.
  • an oxygen-rich stream having a first oxygen content can be removed liquid, which is not discharged directly from the liquid separation plant liquid or vaporized, but, especially after heating, with the first oxygen content is fed liquid into the mixing column, in particular in the upper area, for example on the head.
  • a first compressed air flow is also fed in gaseous form and sent in the mixing column to the oxygen-rich stream with the first oxygen content. The feeding of the first compressed air flow into the mixing column is preferably carried out directly above the sump.
  • an oxygen-rich stream having a second oxygen content below the first Oxygen content removed and discharged as a gaseous oxygen-rich air product from the air separation plant.
  • the oxygen-rich stream with the second oxygen content is the mentioned "impure” oxygen, whose (second) oxygen content, however, is sufficient for certain applications and makes possible the mentioned energetic optimization.
  • the low-pressure column in particular its sump, a pure oxygen stream can be removed liquid and discharged with its oxygen content as a liquid oxygen-rich air product liquid from the air separation plant.
  • the corresponding is in the WO 2014/037091 A2 shown.
  • the pure oxygen stream has an oxygen content above the first oxygen content.
  • another liquid oxygen-rich air product is provided which has a high oxygen content.
  • liquid oxygen-rich air product in the form of pure liquid oxygen is not required, or if the required purity for a liquid oxygen-rich air product is about one to two percentage points above the desired purity of the gaseous oxygen-rich air product, only one oxygen-rich stream can be removed from the low-pressure column in liquid form. From this then, for example, a part, as explained above, fed into the mixing column and a part discharged in liquid form from the air separation plant, ie used as a liquid oxygen-rich air product.
  • a liquid oxygen-rich air product at least temporarily discharged liquid, for example, a corresponding liquid oxygen-rich air product from the low pressure column with the first oxygen content or corresponding pure oxygen.
  • Other oxygen-rich air products can be discharged liquid from the air separation plant.
  • the amount thereof includes at least the values given above in terms of "products". The amount in which a corresponding liquid oxygen-rich air product from the liquid Air separation plant can be discharged, is very flexible due to the proposed inventions measures.
  • oxygen-rich streams namely in particular the oxygen-rich stream with the first oxygen content and possibly the pure oxygen stream with the higher oxygen content and other oxygen-rich streams
  • the speech that are taken from the low-pressure column liquid these are streams that are suitable for the production of corresponding oxygen-rich air products are used. They are therefore, as mentioned above for the term "products", discharged in an amount from the low pressure column, which differs significantly from streams that are not provided as products, such as purge streams, which are only for the removal of impurities, for example from a swamp the Low pressure column to be used.
  • the oxygen-rich stream with the first oxygen content and optionally the pure oxygen stream and other oxygen-rich streams are thus each taken in an amount from the low-pressure column, which is in the above-mentioned with respect to a "product" range.
  • the first compressed air stream fed to the mixing column is formed using air which is compressed to an initial pressure level above the first pressure level and thereafter cooled to a first temperature level and expanded in a first variable speed turbine.
  • HAP High Air Pressure
  • the present invention is used in particular in so-called HAP ("High Air Pressure") processes, ie processes in which the total amount of air supplied to a distillation column system is compressed to a pressure well above that highest operating pressure used in the distillation column system.
  • HAP High Air Pressure
  • a pressure difference of at least 1.0 bar in particular more.
  • additional refrigeration can be generated which compensates for cold losses, in particular by removing liquid oxygen-rich air products from the air separation plant. In the context of the present invention, therefore, part of the refrigeration requirement is covered by the expansion of the air used for the provision of the first compressed air flow, which is expanded in the first variable-speed turbine.
  • the present invention further proposes to feed into the high-pressure column a second compressed air stream, which is likewise formed using the compressed to the output pressure level and then cooled to the first temperature level and relaxed in the first variable-speed turbine air. Part of the air expanded in the first turbine is thus fed into the mixing column after its expansion in the first turbine and another part into the high-pressure column.
  • the present invention proposes to feed into the low pressure column a third compressed air flow, which is formed using air, which is compressed to the outlet pressure level and then cooled to a second temperature level, expanded in a second variable speed turbine, and then further cooled to third temperature level becomes.
  • the air is in the first turbine in the context of the present invention to the first, i. the pressure level of the high pressure column, and in the second turbine to the second, i. the pressure level of the low pressure column, relaxed.
  • the mixing column is in the context of the present invention at the first pressure level, i. the pressure level of the high-pressure column, or at a third pressure level, which differs by at most 1 bar from the first pressure level operated.
  • a HAP process using a medium pressure turbine as well as an injection turbine provides plant flexibility advantages for providing the liquid oxygen product and the operating costs, as has been recognized according to the invention.
  • the “medium-pressure turbine” is the aforementioned first variable-speed turbine
  • the “injection turbine” is formed in the context of the present application by the second variable-speed turbine. Because the method according to the invention is designed as a HAP method, only one single main air compressor is required, which considerably reduces the investment costs.
  • the outlet pressure level ie the pressure level provided by the main air compressor
  • the amount of air introduced into the air in the form of the third compressed air flow Low-pressure column is fed (ie the "blow-in", which is expanded in the second variable-speed turbine, ie the "injection turbine"), raised.
  • the increased amount of air expanded in the second variable-speed turbine thus increases the so-called “air factor”, that is, the total amount of air required for rectification.
  • the main air compressor delivers less power and liquid production drops.
  • the real volume of air in the warm part remains approximately constant.
  • the map of the main air compressor has been reduced in this way, both the amount and the pressure of the compressed, which i.d.R. more advantageous effect on the efficiency of the main air compressor as a pure pressure reduction.
  • a fourth compressed air flow is advantageously used, which is fed into the high pressure column and formed using air, which is compressed to the output pressure level and then cooled to a third temperature level and expanded by means of a throttle.
  • a corresponding fourth compressed air flow corresponds to a throttle flow of a conventional air separation process.
  • the method according to the invention comprises a first method mode and a second method mode, wherein in the first method mode from the air separation plant, the liquid oxygen-rich air product is discharged in a greater amount liquid than in the second method mode, and wherein in the first method mode, a larger amount of air in the second Turbine is relaxed than in the first method mode, and thereby at the same time the third compressed air flow in the first process mode includes the same larger amount of air than in the second process mode.
  • the amount of injection air, through the second turbine is expanded and fed into the low-pressure column, increased.
  • an additional cooling demand which consists of the removal of the liquid oxygen product, are covered.
  • the liquid oxygen-rich air product which is discharged from the air separation plant, is taken from the low-pressure column.
  • the pure oxygen as explained above, or a liquid oxygen product with a lower oxygen content can be used. If such a liquid oxygen-rich air product "discharged liquid", this means that no evaporation takes place within the air separation plant.
  • the liquid oxygen-rich air product is discharged in a greater amount liquid than in the second process mode, this may also include that in the second process mode, no liquid oxygen-rich air product is discharged.
  • the amount of the liquid oxygen-rich air product that is liquidly discharged from the air separation plant in the first process mode may be 1.5 times, 2 times, 3 times, 4 times, or 5 times the corresponding amount in the second process mode include.
  • the increase in the relaxed in the second turbine and at the same time encompassed by the third compressed air flow amount of air is advantageously carried out taking into account a so-called Einblaseäquivalents.
  • the injection equivalent initially comprises the amount of air expanded by the second turbine, which at the same time corresponds to the volume of air covered by the third compressed air flow, and additionally the amount of nitrogen-rich streams, which are likewise taken from the high-pressure column.
  • These nitrogen-rich streams are liquid nitrogen and pressurized nitrogen, which are provided as nitrogen-rich air products of a corresponding air separation plant.
  • the sum of the amount of air expanded in the second turbine and simultaneously encompassed by the third compressed air flow and the amount of such nitrogen-rich streams in the first process mode comprises 12 to 18% and in the second process mode 0 to 8% of the total amount of air fed into the distillation column system.
  • This total amount of air fed into the distillation column system also comprises the air expanded in the second turbine.
  • the process according to the invention is advantageously used in connection with so-called HAP processes in which the entire air fed into the distillation column system is compressed to a pressure level which is above the pressure level of the high-pressure column using a main air compressor.
  • the entire air fed into the distillation column system is brought to the outlet pressure level using a main air compressor.
  • the air factor i. the amount of air used to obtain a fixed amount of product, significantly greater than in the second mode of operation, because the relaxed in the second turbine and at the same time included by the third compressed air flow and fed into the low pressure column air amount is greater than in the second process mode.
  • a larger amount of liquid product is withdrawn than in the second method mode. Therefore, a larger amount of air must also be conducted through the main air compressor than in the second method mode. Due to the larger air factor in this case the final pressure of the main air compressor, so here referred to as "output pressure level" pressure level, but still less than at lower air factor.
  • the air factor is significantly lower than in the first method mode, because the amount of air expanded in the second turbine and at the same time encompassed by the third compressed air flow and fed into the low pressure column is less than in the first method mode.
  • a smaller amount of liquid product is withdrawn than in the first process mode.
  • output pressure level the pressure level referred to here as "output pressure level”
  • the amount of air guided through the main air compressor must be kept the same at reduced pressure, resulting in an increased real volume of this amount of air.
  • the load case in the second operating mode that is no longer dimensioning for the warm part of the air separation plant.
  • the pressure difference with respect to the final pressure of the main air compressor (ie, the "output pressure level") in the first and second process modes is lower than would be the case in conventional methods, because, as mentioned, due to the larger air factor, the final pressure of the main air compressor remains lower in the first method mode than at a lower air factor. Since both the amount of air compressed in the main air compressor and the pressure used there sink, this load case is generally better in the characteristic diagram than in the case of a constant compressed air quantity and a more reduced pressure.
  • the outlet pressure level in the first process mode is 1 to 10 bar below the outlet pressure level in the second process mode.
  • the starting pressure level at 6 to 15 bar, the first pressure level at 4.3 to 6.9 bar, in particular at about 5.4 bar, and the second pressure level at 1.3 to 1.7 bar , in particular at about 1.4 bar lie.
  • the first temperature level is preferably 110 to 140 ° C, the second temperature level 130 to 240 ° C and the third temperature level 97 to 102 ° C.
  • the turbines used in the present invention can be braked in different ways.
  • a generator, a booster and / or an oil brake can be used.
  • the process according to the invention is particularly suitable for cases in which the first oxygen content is below 99 mole percent, for example 98 to 99 mole percent, and the second oxygen content is 80 to 98 mole percent.
  • the oxygen content of the pure oxygen stream, if formed, is advantageously 99 to 100 mole percent.
  • a method using a mixing column proves to be particularly energy efficient in these cases.
  • the present invention further extends to an air separation plant having a distillation column system comprising a high pressure column adapted for operation at a first pressure level, a low pressure column adapted for operation at a second, lower pressure level, and a mixing column.
  • Means are provided in a corresponding system which are adapted to remove liquid from the low-pressure column in an oxygen-rich stream having a first oxygen content and to feed it liquid into the mixing column with the second oxygen content, in particular into the upper region, and also a first compressed-air stream into the mixing column in gaseous form feed, in particular in the vicinity of the sump, and in the mixing column
  • Londonzusicken the oxygen-rich stream with the first oxygen content the mixing column head side to remove an oxygen-rich stream with a second oxygen content below the first oxygen content and out of the air separation plant, and the first compressed air flow using of air compressed to an outlet pressure level above the first pressure level and then cooled to a first temperature level and expanded in a first variable speed turbine.
  • a pure oxygen stream can be removed liquid from the low-pressure column and discharged liquid from the air separation plant.
  • means set up for this purpose are available.
  • means are provided which are adapted to discharge from the air separation plant, at least temporarily, a liquid, oxygen-rich air product in a liquid state.
  • means are provided which are adapted to feed in the high-pressure column a second compressed air flow and this also using the compressed to the output pressure level and then cooled to the first temperature level and relaxed in the first turbine air, in the low pressure column, a third compressed air flow feed and form this using air, which is compressed to the outlet pressure level and then cooled to a second temperature level, expanded in a second variable speed turbine and further cooled to a third temperature level, and the air in the first turbine to the first and in relax the second turbine to the second pressure level and operate the mixing column at the first pressure level or a third pressure level, which differs by at most 1 bar from the first pressure level.
  • such an air separation plant is adapted for operation in a first process mode and a second process mode by providing means adapted to operate in the first process mode Air separation plant to discharge the oxygen-rich liquid air product in a greater amount liquid than in the second process mode, and to relax in the first process mode, a larger amount of air in the second turbine than in the first process mode, thereby the third compressed air flow in the first process mode, the same larger amount of air comprises as in the second method mode.
  • FIG. 1 shows an air separation plant according to an embodiment of the invention in the form of a schematic diagram of the system.
  • FIG. 1 an air separation plant according to a particularly preferred embodiment of the invention is shown and designated 100 in total.
  • the air separation plant 100 is sucked by means of a main air compressor 2 via a filter 1 an air feed stream a and compressed in the example shown to a pressure level of 6 to 15 bar (abs.).
  • the compaction can be followed by drying, cooling and purification steps of known type, which for clarity in FIG. 1 not illustrated.
  • a correspondingly compressed and purified air stream b is divided into two partial streams c and d, which are supplied at the said pressure level to a main heat exchanger 3 on the warm side, cooled therein and removed at different temperature levels.
  • two partial flows e and f are formed by removal from the main heat exchanger 3 at different temperature levels.
  • the partial flow e is in a relaxation machine 4, the partial flow f in a Relaxation machine 5 relaxes. Since the partial flow e is cooled to a lower temperature than the partial flow f, the expansion machine 4 is also referred to as a "cold" expansion machine, the expansion machine 5, however, as a "warm” relaxation machine.
  • the relaxation of the two partial flows e and f is carried out in each case starting from the mentioned pressure level of 5 to 15 bar (abs.).
  • the partial flow e is in the example shown to a pressure level of about 5.4 bar (abs.) Relaxed, the partial flow f, however, to a pressure level of about 1.4 bar (abs.).
  • Generators 41 and 51 are coupled to the expansion machines 4 and 5, respectively.
  • the partial flow e is again divided into two partial flows g and h after its expansion in the expansion machine 4.
  • the partial flow g is supplied close to the bottom of a high-pressure column 61, which is formed as part of a double column 6.
  • the partial flow h is relaxed near the sump in a mixing column 7.
  • the high-pressure column 61 is operated at the aforementioned pressure level of about 5.4 bar (abs.),
  • the mixing column 7 at a slightly lower pressure level of about 5.0 bar (abs.).
  • the partial flow f is returned to its relaxation in the expansion machine 5 at an intermediate temperature level in the main heat exchanger 3, taken this cold side, and fed into a low pressure column 62, which is also formed as part of the double column 6.
  • the low pressure column 62 is operated at the mentioned pressure level of about 1.4 bar (abs.).
  • the partial flow d is taken from the main heat exchanger 3 cold side and, starting from the mentioned pressure level of 6 to 15 bar (abs.) Relaxed in the high-pressure column 61.
  • a liquid, oxygen-enriched fraction is separated on the swamp side and withdrawn in the form of the current i.
  • the current i is passed through a supercooling countercurrent 8 and then released into the low-pressure column 62.
  • a nitrogen-rich top product from the top of the high-pressure column 61 is withdrawn and to a part in the form of the current k through a main capacitor 63 of the Double column 6 out and there at least partially liquefied.
  • a portion of the liquid, nitrogen-rich overhead product of the high pressure column 62 is passed (see link A) in the form of stream I through the subcooling countercurrent and discharged as a liquid nitrogen-rich air product at the plant boundary.
  • Another part of the liquefied, nitrogen-rich overhead product of the high pressure column 61 is recycled as reflux to the high pressure column 61.
  • a nitrogen-enriched stream m is withdrawn, also guided by the supercooling countercurrent 8 and relaxed close to the head into the low-pressure column 62.
  • a liquid, oxygen-rich fraction is formed, which is subtracted (see link B) in the form of the current n, passed through the supercooling countercurrent 8 and discharged as a liquid oxygen-rich air product at the plant boundary.
  • an oxygen-enriched stream o is withdrawn, pressurized by a pump 9 in the liquid state, passed through the subcooling countercurrent 8, heated in the main heat exchanger 3 and fed close to the head into the mixing column 7.
  • the mixing column 7 is operated as explained several times. From the top of the mixing column 7, a stream p depleted of oxygen relative to the stream o is withdrawn, heated in the main heat exchanger 3 and discharged as gaseous oxygen product at the plant boundary.
  • an impure nitrogen stream q is withdrawn, passed through the subcooling countercurrent 8 and the main heat exchanger 3 and used for example in a purification device for the current a.
  • a nitrogen-rich stream r is formed from nitrogen-enriched top product of the low-pressure column 61, which is not passed through the main condenser 63.
  • the in the FIG. 1 illustrated air separation plant 100 is configured for two modes of operation, which were previously discussed.
  • a first method of operation the amount of the liquid air product discharged here in liquid form from the air separation plant 100 in the form of the flow n is greater than in the second method mode.
  • a larger amount of air is released via the turbine 5 in the first method mode than in the second method mode, so that the air factor increases.
  • the pressure and the amount of the flow b ie the final pressure of the main air compressor 2 and the amount of air guided through it, decrease.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft vorgeschlagen, bei dem eine Luftzerlegungsanlage (100) mit einem Destillationssäulensystem (6, 7) verwendet wird, das eine auf einem ersten Druckniveau betriebene Hochdrucksäule (61), eine auf einem zweiten, geringeren Druckniveau betriebene Niederdrucksäule (62) und eine Mischsäule (7) umfasst. In die Mischsäule (7), insbesondere unmittelbar oberhalb des Sumpfes, wird ein erster Druckluftstrom (h) gasförmig eingespeist und in der Mischsäule (7) einem sauerstoffreichen Strom (n) entgegengeschickt. Der erste Druckluftstrom (h) wird unter Verwendung von Luft gebildet, die auf ein Ausgangsdruckniveau oberhalb des ersten Druckniveaus verdichtet und danach auf ein erstes Temperaturniveau abgekühlt und in einer ersten drehzahlvariablen Turbine (4) entspannt wird. In die Hochdrucksäule (62) wird ein zweiter Druckluftstrom (g) eingespeist, der ebenfalls unter Verwendung der auf das Ausgangsdruckniveau verdichteten und danach auf das erste Temperaturniveau abgekühlten und in der ersten Turbine (4) entspannten Luft gebildet wird. In die Niederdrucksäule (62) wird hingegen ein dritter Druckluftstrom (f) eingespeist, der unter Verwendung von Luft gebildet wird, die zwar ebenfalls auf das Ausgangsdruckniveau verdichtet wird, danach aber auf ein zweites Temperaturniveau abgekühlt, in einer zweiten drehzahlvariablen Turbine (4) entspannt und weiter auf ein drittes Temperaturniveau abgekühlt wird. Die Luft in der ersten Turbine (4) wird auf das erste und die Luft in der zweiten Turbine (5) auf das zweite Druckniveau entspannt. Die Mischsäule (7) wird auf dem ersten Druckniveau oder einem dritten Druckniveau betrieben, das sich um höchstens 1 bar von dem ersten Druckniveau unterscheidet. Ein flüssiges sauerstoffreiches Luftprodukt wird aus der Luftzerlegungsanlage (100) in flüssigem Zustand ausgeleitet. Eine entsprechende Luftzerlegungsanlage (100) ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines flüssigen und eines gasförmigen, sauerstoffreichen Luftprodukts in einer Luftzerlegungsanlage und eine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens eingerichtete Luftzerlegungsanlage.
    • Stand der Technik
  • Die Herstellung von Luftprodukten in flüssigem oder gasförmigem Zustand durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in Luftzerlegungsanlagen ist bekannt und beispielsweise bei H.-W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, insbesondere Abschnitt 2.2.5, "Cryogenic Rectification", beschrieben.
  • Für eine Reihe industrieller Anwendungen wird zumindest nicht ausschließlich reiner Sauerstoff benötigt. Dies eröffnet die Möglichkeit, Luftzerlegungsanlagen hinsichtlich ihrer Erstellungs- und Betriebskosten, insbesondere ihres Energieverbrauchs, zu optimieren. Für Details sei auf Fachliteratur, z.B. F.G. Kerry, Industrial Gas Handbook: Gas Separation and Purification, CRC Press, 2006, Kapitel 3.8, "Development of Low Oxygen-Purity Processes", verwiesen.
  • Zur Gewinnung von gasförmigem Drucksauerstoff geringerer Reinheit können unter anderem Luftzerlegungsanlagen mit sogenannten Mischsäulen eingesetzt werden, wie sie seit längerem bekannt und in einer Reihe von Druckschriften, z.B. 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 , 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 1 387 136 A1 und EP 1 666 824 A1 beschrieben sind.
  • In eine Mischsäule werden kopfnah eine sauerstoffreiche Flüssigkeit und sumpfnah gasförmige Druckluft, sogenannte Mischsäulenluft, eingespeist und einander entgegengeschickt. Durch den intensiven Kontakt geht ein gewisser Anteil des leichter flüchtigen Stickstoffs aus der Mischsäulenluft in die sauerstoffreiche Flüssigkeit über.
  • Die sauerstoffreiche Flüssigkeit wird dabei in der Mischsäule verdampft und kann am Kopf der Mischsäule als sogenannter "unreiner" Sauerstoff abgezogen werden. Der unreine Sauerstoff kann der Luftzerlegungsanlage als Gasprodukt entnommen werden. Die Mischsäulenluft ihrerseits wird beim Durchlaufen der Mischsäule verflüssigt, in gewissem Umfang mit Sauerstoff angereichert, und kann aus dem Sumpf der Mischsäule abgezogen werden. Dieser 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.
  • Nachteilig an bekannten Luftzerlegungsanlagen, auch solchen die mit Mischsäulen arbeiten, ist die eingeschränkte Flexibilität im Betrieb. Der Kältebedarf wird in derartigen Anlagen i.d.R. durch die Entspannung von Luft in einer sogenannten Einblaseturbine gedeckt. Eine derartige Einblaseturbine entspannt Luft von einem Druckniveau von beispielsweise 5,0 bis 6,0 bar auf ein Druckniveau von beispielsweise 1,2 bis 1,6 bar (es handelt sich jeweils um Absolutdrücke; im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzte spezifische Druckniveaus sind unten angegeben). In entsprechenden Anlagen ist ein Destillationssäulensystem mit (mindestens) einer Hochdrucksäule und einer Niederdrucksäule vorgesehen. Die Hochdrucksäule wird im erläuterten Beispielfall auf dem erwähnten Druckniveau von 5,0 bis 6,0 bar, die Niederdrucksäule auf dem erwähnten Druckniveau von 1,2 bis 1,6 bar betrieben. Die in der Einblaseturbine entspannte Luft wird in die Niederdrucksäule eingespeist. Die Entspannung ist durch den angegebenen Druckunterschied zwischen Hochdrucksäule und Niederdrucksäule möglich. Die auf diese Weise in die Niederdrucksäule entspannte Luft stört jedoch die Rektifikation, weshalb die Menge der in der Einblaseturbine entspannbaren Luft und damit die Kälteleistung der Anlage insgesamt stark begrenzt sind. Daher können Anlagen mit derartigen Verschaltungen keine nennenswerten Mengen an Flüssigprodukten entnommen werden.
  • Die maximale Entnahmemenge von Flüssigstickstoff und Flüssigsauerstoff in herkömmlichen Anlagen mit Mischsäulen ist daher, wie bei anderen typischen Luftzerlegungsanlagen zur Bereitstellung von gasförmigen Luftprodukten (sogenannten Gasanlagen) auch, auf höchstens ca. 0,5% der eingesetzten Luftmenge begrenzt.
  • Ein Verfahren, wie es in der WO 2014/037091 A2 beschrieben ist, erlaubt zwar eine Erhöhung der Flüssigkeitsproduktion, bietet jedoch aus den auch unten noch erläuterten Gründen nicht immer ausreichend Flexibilität bei schwankendem Bedarf an flüssigen und gasförmigen sauerstoffreichen Luftprodukten
  • Es besteht daher der Bedarf nach verbesserten Möglichkeiten zur effizienten und flexiblen Erzeugung flüssiger und gasförmiger sauerstoffreicher Luftprodukte in Luftzerlegungsanlagen mit entsprechenden Mischsäulen.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schlägt vor diesem Hintergrund ein Verfahren zur Gewinnung eines flüssigen und eines gasförmigen, sauerstoffreichen Luftprodukts in einer Luftzerlegungsanlage und eine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens eingerichtete Luftzerlegungsanlage mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • In Luftzerlegungsanlagen kommen zur Verdichtung der Luft Turboverdichter zum Einsatz. Dies gilt beispielsweise für den "Hauptluftverdichter", der sich dadurch auszeichnet, dass durch diesen die gesamte in das Destillationssäulensystem eingespeiste Luftmenge, also die gesamte Einsatzluft, verdichtet wird. Entsprechend kann auch ein "Nachverdichter" vorgesehen sein, in dem ein Teil der im Hauptluftverdichter verdichteten Luftmenge auf einen nochmals höheren Druck gebracht wird, Auch dieser kann Turboverdichter ausgebildet sein. Zur Verdichtung von Teilluftmengen sind typischerweise weitere Turboverdichter vorgesehen, die auch als Booster bezeichnet werden, im Vergleich zu dem Hauptluftverdichter oder dem Nachverdichter jedoch nur eine Verdichtung in relativ geringem Umfang vornehmen.
  • An mehreren Stellen in Luftzerlegungsanlagen kann ferner Luft entspannt werden, wozu unter anderem Entspannungsmaschinen in Form von Turboexpandern, hier auch kurz als "Turbinen" bezeichnet, zum Einsatz kommen können. Turboexpander können auch mit Turboverdichtern gekoppelt sein und diese antreiben. Werden ein oder mehrere Turboverdichter ohne extern zugeführte Energie, d.h. nur über einen oder mehrere Turboexpander, angetrieben, wird für eine derartige Anordnung auch der Begriff "Turbinenbooster" verwendet. In einem Turbinenbooster sind der Turboexpander und der Turboverdichter mechanisch gekoppelt.
  • Die vorliegende Anmeldung verwendet zur Charakterisierung von Drücken und Temperaturen die Begriffe "Druckniveau" und "Temperaturniveau", wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass Drücke und Temperaturen in einer entsprechenden Anlage nicht in Form exakter Druck- bzw. Temperaturwerte verwendet werden müssen, um das erfinderische Konzept zu verwirklichen. Jedoch bewegen sich derartige Drücke und Temperaturen typischerweise in bestimmten Bereichen, die beispielsweise ± 1%, 5%, 10%, 20% oder sogar 50% um einen Mittelwert liegen. Entsprechende Druckniveaus und Temperaturniveaus können dabei in disjunkten Bereichen liegen oder in Bereichen, die einander überlappen. Insbesondere schließen beispielsweise Druckniveaus unvermeidliche Druckverluste oder zu erwartende Druckverluste, beispielsweise aufgrund von Abkühlungseffekten oder Leitungsverlusten, ein. Entsprechendes gilt für Temperaturniveaus. Bei hier in bar angegebenen Druckniveaus handelt es sich um Absolutdrücke.
  • Im Rahmen dieser Anmeldung ist von der Gewinnung von Luftprodukten, insbesondere von sauerstoffreichen und stickstoffreichen Luftprodukten bzw. Sauerstoff- und Stickstoffprodukten, die Rede. Ein "Produkt" verlässt die erläuterte Anlage und wird beispielsweise in einem Tank eingelagert oder verbraucht. Es nimmt also nicht mehr nur ausschließlich an den anlageninternen Kreisläufen teil, kann jedoch vor dem Verlassen der Anlage entsprechend verwendet werden, beispielsweise als Kälteträger in einem Wärmetauscher. Der Begriff "Produkt" umfasst also nicht solche Fraktionen oder Ströme, die in der Anlage selbst verbleiben und ausschließlich dort, beispielsweise als Rücklauf, Kühlmittel oder Spülgas, verwendet werden.
  • Der Begriff "Produkt" beinhaltet ferner eine Mengenangabe. Ein "Produkt" entspricht mindestens 1%, insbesondere mindestens 2%, beispielsweise mindestens 5% oder mindestens 10% der in einer entsprechenden Anlage eingesetzten Luftmenge. Geringere Mengen auch herkömmlicherweise in ausgesprochenen Gasanlagen anfallender und einer solchen Anlage gegebenenfalls entnehmbarer Flüssigfraktionen stellen damit keine "Produkte" im Sinne dieser Anmeldung dar. Beispielsweise werden in bekannten Destillationssäulensystemen der Niederdrucksäule stets geringe Mengen einer sich im Sumpf abscheidenden Flüssigfraktion entnommen, um eine Anreicherung unerwünschter Komponenten wie Methan zu vermeiden. Hierbei handelt es sich aber schon aufgrund der Menge nicht um "Produkte" im Sinne dieser Anmeldung. Durch die Entnahme von Flüssigprodukten wird einer Luftzerlegungsanlage eine beträchtliche Kältemenge "entzogen", die sonst durch Verdampfung dieser Flüssigprodukte zum Teil zurückgewonnen werden könnte. Eine derartige Entnahme wirkt sich jedoch erst ab einer bestimmten Entnahmemenge, also erst dann, wenn tatsächlich ein "Produkt" im Sinne der oben getroffenen Definition entnommen wird, aus.
  • Ein flüssiges oder gasförmiges "sauerstoffreiches Luftprodukt" ist im Sprachgebrauch dieser Anmeldung ein Fluid in entsprechendem Aggregatzustand, das einen Sauerstoffgehalt von mindestens 75%, insbesondere mindestens 80%, auf molarer, Gewichts- oder Volumenbasis aufweist. Auch der "Unreinsauerstoff", der der Mischsäule entnommen wird, ist damit ein sauerstoffreiches Luftprodukt.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft vor, bei dem eine Luftzerlegungsanlage mit einem Destillationssäulensystem verwendet wird, das eine auf einem ersten Druckniveau betriebene Hochdrucksäule, eine auf einem zweiten Druckniveau betriebene Niederdrucksäule und eine Mischsäule umfasst. Das zweite Druckniveau ist geringer als das erste.
  • Wie beispielsweise bereits aus der eingangs erwähnten WO 2014/037091 A2 bekannt, kann in einem derartigen Verfahren der Niederdrucksäule ein sauerstoffreicher Strom mit einem ersten Sauerstoffgehalt flüssig entnommen werden, der nicht direkt flüssig oder verdampft aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet wird, sondern, insbesondere nach Erwärmung, mit dem ersten Sauerstoffgehalt flüssig in die Mischsäule eingespeist wird, insbesondere in den oberen Bereich, zum Beispiel am Kopf. In die Mischsäule wird ferner ein erster Druckluftstrom gasförmig eingespeist und in der Mischsäule dem sauerstoffreichen Strom mit dem ersten Sauerstoffgehalt entgegengeschickt. Die Einspeisung des ersten Druckluftstroms in die Mischsäule erfolgt vorzugsweise direkt oberhalb des Sumpfs.
  • Durch einen derartigen Betrieb der Mischsäule kann dieser kopfseitig ein sauerstoffreicher Strom mit einem zweiten Sauerstoffgehalt unterhalb des ersten Sauerstoffgehalts entnommen und als gasförmiges sauerstoffreiches Luftprodukt aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet werden. Bei dem sauerstoffreichen Strom mit dem zweiten Sauerstoffgehalt handelt es sich um den erwähnten "unreinen" Sauerstoff, dessen (zweiter) Sauerstoffgehalt jedoch für bestimmte Anwendungen ausreichend ist und die erwähnte energetische Optimierung ermöglicht.
  • In einer entsprechenden Anlage kann der Niederdrucksäule, insbesondere deren Sumpf, ein Reinsauerstoffstrom flüssig entnommen und mit seinem Sauerstoffgehalt als flüssiges sauerstoffreiches Luftprodukt flüssig aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet werden. Entsprechendes ist in der WO 2014/037091 A2 gezeigt. Der Reinsauerstoffstrom weist einen Sauerstoffgehalt oberhalb des ersten Sauerstoffgehalts auf. Es wird also in diesem Fall ein weiteres flüssiges sauerstoffreiches Luftprodukt bereitgestellt, das einen hohen Sauerstoffgehalt aufweist. Die damit erfolgende Entnahme von zwei sauerstoffreichen Strömen aus der Niederdrucksäule (nämlich des sauerstoffreichen Stroms mit dem ersten Sauerstoffgehalt und zusätzlich des Reinsauerstoffstroms) ist eine verfahrenstechnische Option, falls zusätzlich zu dem gasförmigen sauerstoffreichen Luftprodukt ein flüssiges sauerstoffreiches Luftprodukt in Form reinen Flüssigsauerstoffs gefordert ist. Ist kein derartiges flüssiges sauerstoffreiches Luftprodukt in Form reinen Flüssigsauerstoffs gefordert, oder liegt die geforderte Reinheit für ein flüssiges sauerstoffreiches Luftprodukt ca. ein bis zwei Prozentpunkte über der gewünschten Reinheit des gasförmigen sauerstoffreichen Luftprodukts, so kann auch nur ein sauerstoffreicher Strom flüssig aus der Niederdrucksäule entnommen. Hiervon kann dann beispielsweise ein Teil, wie zuvor erläutert, in die Mischsäule eingespeist und ein Teil in flüssiger Form aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet, d.h. als flüssiges sauerstoffreiches Luftprodukt verwendet werden.
  • In jedem Fall wird auch in der vorliegenden Erfindung aus der Luftzerlegungsanlage ein flüssiges sauerstoffreiches Luftprodukt zumindest zeitweise flüssig ausgeleitet, beispielsweise ein entsprechendes flüssiges sauerstoffreiches Luftprodukt aus der Niederdrucksäule mit dem ersten Sauerstoffgehalt oder entsprechender Reinsauerstoff. Es können auch andere sauerstoffreiche Luftprodukte flüssig aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet werden. Als Produkt umfasst deren Menge zumindest die oben hinsichtlich "Produkten" angegebenen Werte. Die Menge, in der ein entsprechendes flüssiges sauerstoffreiches Luftprodukt flüssig aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet werden kann, ist aufgrund der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen sehr flexibel.
  • Ist vorstehend von sauerstoffreichen Strömen, nämlich insbesondere dem sauerstoffreichen Strom mit dem ersten Sauerstoffgehalt und ggf. dem Reinsauerstoffstrom mit dem höheren Sauerstoffgehalt und weiteren sauerstoffreichen Strömen, die Rede, die der Niederdrucksäule flüssig entnommen werden, handelt es sich hierbei um Ströme, die zur Herstellung entsprechender sauerstoffreicher Luftprodukte verwendet werden. Sie werden daher, wie oben zum Begriff "Produkte" erwähnt, in einer Menge aus der Niederdrucksäule ausgeleitet, die sich deutlich von Strömen unterscheidet, die nicht als Produkte bereitgestellt werden, beispielsweise Spülströmen, die lediglich zur Entfernung von Verunreinigungen, beispielsweise aus einem Sumpf der Niederdrucksäule, verwendet werden. Der sauerstoffreiche Strom mit dem ersten Sauerstoffgehalt und ggf. der Reinsauerstoffstrom und andere sauerstoffreiche Ströme werden also jeweils in einer Menge aus der Niederdrucksäule entnommen, die im oben bezüglich eines "Produkts" erwähnten Bereich liegt.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der erste Druckluftstrom, der in Mischsäule eingespeist wird, unter Verwendung von Luft gebildet, die auf ein Ausgangsdruckniveau oberhalb des ersten Druckniveaus verdichtet und danach auf ein erstes Temperaturniveau abgekühlt und in einer ersten drehzahlvariablen Turbine entspannt wird. Wie auch nachfolgend erläutert, kommt die vorliegende Erfindung insbesondere bei sogenannten HAP-Verfahren ("High Air Pressure") zum Einsatz, also Verfahren, bei denen die gesamte Luftmenge, die einem Destillationssäulensystem zugeführt wird, auf einen Druck verdichtet wird, der deutlich oberhalb des höchsten in dem Destillationssäulensystem verwendeten Betriebsdrucks liegt. Unter "deutlich oberhalb" ist dabei im vorliegenden Fall ein Druckunterschied von mindestens 1,0 bar, insbesondere mehr, zu verstehen. Durch die Verwendung einer entsprechenden ersten drehzahlvariablen Turbine kann zusätzliche Kälte generiert werden, die Kälteverluste, insbesondere durch die Entnahme flüssiger sauerstoffreicher Luftprodukte, aus der Luftzerlegungsanlage, ausgleicht. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird also ein Teil des Kältebedarfs durch die Entspannung der für die Bereitstellung des ersten Druckluftstroms verwendeten Luft, die in der ersten drehzahlvariablen Turbine entspannt wird, gedeckt.
  • Die vorliegende Erfindung schlägt ferner vor, in die Hochdrucksäule einen zweiten Druckluftstrom einzuspeisen, der ebenfalls unter Verwendung der auf das Ausgangsdruckniveau verdichteten und danach auf das erste Temperaturniveau abgekühlten und in der ersten drehzahlvariablen Turbine entspannten Luft gebildet wird. Ein Teil der in der ersten Turbine entspannten Luft wird also nach ihrer Entspannung in der ersten Turbine in die Mischsäule, ein weiterer Teil in die Hochdrucksäule eingespeist.
  • Ferner schlägt die vorliegende Erfindung vor, in die Niederdrucksäule einen dritten Druckluftstrom einzuspeisen, der unter Verwendung von Luft gebildet wird, die auf das Ausgangsdruckniveau verdichtet und danach auf ein zweites Temperaturniveau abgekühlt, in einer zweiten drehzahlvariablen Turbine entspannt, und danach weiter auf drittes Temperaturniveau abgekühlt wird.
  • Die Luft wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung in der ersten Turbine auf das erste, d.h. das Druckniveau der Hochdrucksäule, und in der zweiten Turbine auf das zweite, d.h. das Druckniveau der Niederdrucksäule, entspannt. Die Mischsäule wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf dem ersten Druckniveau, d.h. dem Druckniveau der Hochdrucksäule, oder auf einem dritten Druckniveau, das sich um höchstens 1 bar von dem ersten Druckniveau unterscheidet, betrieben.
  • Wollte man in herkömmlichen Verfahren bzw. Anlagen, in denen ein HAP-Verfahren der zuvor erläuterten Art realisiert ist und eine Mischsäule eingesetzt wird, die Flüssigproduktion, d.h. die Menge, in der flüssige Luftprodukte flüssig aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet werden, reduzieren, müsste der Druck des Hauptluftverdichters bei konstanter, durch den Hauptluftverdichter fließender Luftmenge abgesenkt werden. Ein entsprechend reduzierter Druck bei konstanter Luftmenge vergrößert jedoch das Realvolumen der verdichteten Luft. Daher müssten in herkömmlichen Anlagen die im warmen Teil angeordneten Apparate, insbesondere die Luftreinigungs- und Vorkühleinheiten, deutlich größer dimensioniert werden. Dies ist aus wirtschaftlichen Gründen nicht wünschenswert. Ferner ist eine Druckabsenkung bei konstanter Luftmenge hinsichtlich des Wirkungsgrads des verwendeten Hauptluftverdichters typischerweise nicht optimal.
  • Für ein Verfahren, in dem der Mischsäulendruck, der sich nach dem geforderten Druck des gasförmigen Sauerstoffprodukts richtet, deutlich unterhalb oder oberhalb des Drucks der Hochdrucksäule liegt, bietet sich ein Prozess an, wie er in der zuvor erläuterten WO 2014/037091 A2 beschrieben ist.
  • Liegt hingegen der geforderte Druck des Druckprodukts auf oder nahe dem Druckniveau der Hochdrucksäule von ca. 5 bar, d.h. auf dem ersten Druckniveau oder auf einem dritten Druckniveau, das sich um höchstens 1 bar von dem ersten Druckniveau unterscheidet, wie im Rahmen der vorliegenden Erfindung, so bietet ein HAP-Verfahren unter Verwendung einer Mitteldruck- sowie einer Einblaseturbine Vorteile hinsichtlich der Anlagenflexibilität zur Bereitstellung des flüssigen Sauerstoffprodukts und der Betriebskosten, wie erfindungsgemäß erkannt wurde.
  • Bei der "Mitteldruckturbine" handelt es sich um die erwähnte erste drehzahlvariable Turbine, die "Einblaseturbine" wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung durch die zweite drehzahlvariable Turbine gebildet. Weil das erfindungsgemäße Verfahren als HAP-Verfahren ausgebildet ist, ist lediglich eine ein einziger Hauptluftverdichter erforderlich, was die Investitionskosten deutlich reduziert.
  • Soll eine vergleichsweise große Menge des flüssigen Sauerstoffprodukts bereitgestellt werden ("höhere Flüssigproduktion"), können im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Ausgangsdruckniveau (also das durch den Hauptluftverdichter bereitgestellte Druckniveau) und gleichzeitig dazu die Menge der Luft, die in Form des dritten Druckluftstroms in die Niederdrucksäule eingespeist wird (also der "Einblaseluft", die in der zweiten drehzahlvariablen Turbine entspannt wird, also der "Einblaseturbine"), angehoben werden. Die erhöhte Menge der in der zweiten drehzahlvariablen Turbine entspannten Luft erhöht damit den sogenannten "Luftfaktor", also die insgesamt zur Rektifikation benötigte Luftmenge.
  • Die erwähnte gleichzeitige Druck- und Mengenerhöhung führen der Anlage mehr Exergie zu, der Hauptluftverdichter liefert mehr Leistung und die Flüssigproduktion kann angehoben werden. Gleichzeitig bleibt das Realvolumen der Luft im warmen Teil im Rahmen der vorliegenden Erfindung annähernd konstant, da sowohl Druck als auch Menge gestiegen sind. Im Kennfeld des Hauptluftverdichters hat man auf diese Weise sowohl die Menge als auch den Druck der verdichteten Luft erhöht, was sich i.d.R. vorteilhaft auf den Wirkungsgrad des Hauptluftverdichters auswirkt.
  • Soll hingegen eine vergleichsweise geringe Menge des flüssigen Sauerstoffprodukts bereitgestellt werden ("niedrigere Flüssigproduktion"), werden das Ausgangsdruckniveau und gleichzeitig dazu die Menge der Luft, die in Form des dritten Druckluftstroms in die Niederdrucksäule eingespeist wird, hingegen reduziert. Die reduzierte Menge der in der zweiten drehzahlvariablen Turbine entspannten Luft reduziert den Luftfaktor.
  • Die gleichzeitige Druck- und Mengenabsenkung führen der Anlage also weniger Exergie zu, der Hauptluftverdichter liefert weniger Leistung und die Flüssigproduktion sinkt. Gleichzeitig bleibt wiederum das Realvolumen der Luft im warmen Teil annähernd konstant. Im Kennfeld des Hauptluftverdichters hat man auf diese Weise sowohl die Menge als auch den Druck der verdichteten reduziert, was sich i.d.R. vorteilhafter auf den Wirkungsgrad des Hauptluftverdichters auswirkt als eine reine Druckabsenkung.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird vorteilhafterweise ein vierter Druckluftstrom verwendet, der in die Hochdrucksäule eingespeist und unter Verwendung von Luft gebildet wird, die auf das Ausgangsdruckniveau verdichtet und danach auf ein drittes Temperaturniveau abgekühlt und mittels einer Drossel entspannt wird. Ein entsprechender vierter Druckluftstrom entspricht einem Drosselstrom eines herkömmlichen Luftzerlegungsverfahrens.
  • Vorteilhafterweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren einen ersten Verfahrensmodus und einen zweiten Verfahrensmodus, wobei in dem ersten Verfahrensmodus aus der Luftzerlegungsanlage das flüssige sauerstoffreiche Luftprodukt in einer größeren Menge flüssig ausgeleitet wird als in dem zweiten Verfahrensmodus, und wobei in dem ersten Verfahrensmodus eine größere Luftmenge in der zweiten Turbine entspannt wird als in dem ersten Verfahrensmodus und hierdurch zugleich der dritte Druckluftstrom in dem ersten Verfahrensmodus dieselbe größere Luftmenge umfasst als in dem zweiten Verfahrensmodus. Mit anderen Worten wird zur Entnahme einer größeren Menge eines flüssigen sauerstoffreichen Luftprodukts im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Einblaseluftmenge, die durch die zweite Turbine entspannt und in die Niederdrucksäule eingespeist wird, erhöht. Hierdurch kann ein zusätzlicher Kältebedarf, der aufgrund der Entnahme des flüssigen Sauerstoffprodukts besteht, gedeckt werden.
  • Das flüssige sauerstoffreiche Luftprodukt, das jeweils aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet wird, wird der Niederdrucksäule entnommen. Hierbei kann entweder der Reinsauerstoff, wie oben erläutert, oder ein flüssiges Sauerstoffprodukt mit einem niedrigeren Sauerstoffgehalt verwendet werden. Wird ein derartiges flüssiges sauerstoffreiches Luftprodukt "flüssig ausgeleitet", bedeutet dies, dass keine Verdampfung innerhalb der Luftzerlegungsanlage erfolgt. Ist oben angegeben, dass in dem ersten Verfahrensmodus aus der Luftzerlegungsanlage das flüssige sauerstoffreiche Luftprodukt in einer größeren Menge flüssig ausgeleitet wird als in dem zweiten Verfahrensmodus, kann dies auch umfassen, dass in dem zweiten Verfahrensmodus kein flüssiges sauerstoffreiches Luftprodukt ausgeleitet wird. Die Menge des flüssigen sauerstoffreichen Luftprodukts, die in dem ersten Verfahrensmodus flüssig aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet wird, kann beispielsweise das 1,5-fache, 2-fache, 3-fache, 4-fache oder 5-fache der entsprechenden Menge in dem zweiten Verfahrensmodus umfassen.
  • Die Erhöhung der in der zweiten Turbine entspannten und zugleich von dem dritten Druckluftstrom umfassten Luftmenge erfolgt vorteilhafterweise unter Berücksichtigung eines sogenannten Einblaseäquivalents. Das Einblaseäquivalent umfasst zunächst die Menge der durch die zweite Turbine entspannten Luftmenge, die zugleich der von dem dritten Druckluftstrom umfassten Luftmenge entspricht, und zusätzlich die Menge von stickstoffreichen Strömen, die ebenfalls der Hochdrucksäule entnommen werden. Bei diesen stickstoffreichen Strömen handelt es sich um flüssigen Stickstoff und um Druckstickstoff, die als stickstoffreiche Luftprodukte einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage zur Verfügung gestellt werden. Vorteilhafterweise umfasst die Summe der in der zweiten Turbine entspannten und zugleich von dem dritten Druckluftstrom umfassten Luftmenge und der Menge solcher stickstoffreicher Ströme in dem ersten Verfahrensmodus 12 bis 18% und in dem zweiten Verfahrensmodus 0 bis 8% der in das Destillationssäulensystem insgesamt eingespeisten Gesamtluftmenge. Diese in das Destillationssäulensystem insgesamt eingespeiste Gesamtluftmenge umfasst auch die in der zweiten Turbine entspannte Luft.
  • Wie bereits erwähnt, kommt das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise im Zusammenhang mit sogenannten HAP-Verfahren zum Einsatz, bei denen die gesamte, in das Destillationssäulensystem eingespeiste Luft unter Verwendung eines Hauptluftverdichters auf ein Druckniveau verdichtet wird, das oberhalb des Druckniveaus der Hochdrucksäule liegt. Es wird also vorteilhafterweise die gesamte, in das Destillationssäulensystem eingespeiste Luft unter Verwendung eines Hauptluftverdichters auf das Ausgangsdruckniveau gebracht.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist, wie bereits oben mit anderen Worten erläutert, in dem ersten Verfahrensmodus der Luftfaktor, d.h. die zur Gewinnung einer fixen Produktmenge eingesetzte Luftmenge, deutlich größer als in dem zweiten Verfahrensmodus, weil die in der zweiten Turbine entspannte und zugleich von dem dritten Druckluftstrom umfasste und in die Niederdrucksäule eingespeiste Luftmenge größer als in dem zweiten Verfahrensmodus ist. In dem ersten Verfahrensmodus wird, wie erwähnt, eine größere Flüssigproduktmenge entnommen als in dem zweiten Verfahrensmodus. Es muss auch daher eine größere Luftmenge durch den Hauptluftverdichter geführt werden als in dem zweiten Verfahrensmodus. Aufgrund des größeren Luftfaktors bleibt hierbei der Enddruck des Hauptluftverdichters, also das hier als "Ausgangsdruckniveau" bezeichnete Druckniveau, aber noch immer geringer als bei geringerem Luftfaktor.
  • In dem zweiten Verfahrensmodus ist der Luftfaktor hingegen deutlich geringer als in dem ersten Verfahrensmodus, weil die in der zweiten Turbine entspannte und zugleich von dem dritten Druckluftstrom umfasste und in die Niederdrucksäule eingespeiste Luftmenge geringer als in dem ersten Verfahrensmodus ist. In dem zweiten Verfahrensmodus wird, wie erwähnt, eine geringere Flüssigproduktmenge entnommen als in dem ersten Verfahrensmodus. Dies führt zu einer Verringerung der durch den Hauptluftverdichter geführten Luftmenge bei gleichzeitig geringerem Enddruck (also dem hier als "Ausgangsdruckniveau" bezeichneten Druckniveau) gegenüber dem ersten Verfahrensmodus. Wie erwähnt, muss hingegen bei herkömmlichen Verfahren die durch den Hauptluftverdichter geführte Luftmenge bei verringertem Druck gleichgehalten werden, was zu einem erhöhten Realvolumen dieser Luftmenge führt. Dies ist im Rahmen der Erfindung nicht mehr der Fall, der Lastfall in dem zweiten Betriebsmodus also nicht mehr dimensionierend für den warmen Teil der Luftzerlegungsanlage. Gleichzeitig ist der Druckunterschied bezüglich des Enddrucks des Hauptluftverdichters (also dem "Ausgangsdruckniveau") in dem ersten und zweiten Verfahrensmodus geringer als dies in herkömmlichen Verfahren der Fall wäre, weil, wie erwähnt, aufgrund des größeren Luftfaktors der Enddruck des Hauptluftverdichters in dem ersten Verfahrensmodus geringer bleibt als bei einem geringeren Luftfaktor. Da sowohl die im Hauptluftverdichter verdichtete Luftmenge als auch der dort verwendete Druck sinken, liegt dieser Lastfall in der Regel besser im Kennfeld als bei konstanter verdichteter Luftmenge und stärker gesenktem Druck.
  • Vorteilhafterweise liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung dabei das Ausgangsdruckniveau in dem ersten Verfahrensmodus um 1 bis 10 bar unterhalb des Ausgangsdruckniveaus in dem zweiten Verfahrensmodus. Insgesamt können im Rahmen der vorliegenden Anmeldung des Ausgangsdruckniveau bei 6 bis 15 bar, das erste Druckniveau bei 4,3 bis 6,9 bar, insbesondere bei ca. 5,4 bar, und das zweite Druckniveau bei 1,3 bis 1,7 bar, insbesondere bei ca. 1,4 bar, liegen. Das dritte Druckniveau, falls die Mischsäule nicht auf dem ersten Druckniveau betrieben wird, unterscheidet sich, wie erwähnt, um höchstens 1 bar von dem ersten. Das erste Temperaturniveau beträgt vorzugsweise 110 bis 140 °C, das zweite Temperaturniveau 130 bis 240 °C und das dritte Temperaturniveau 97 bis 102 °C.
  • Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten Turbinen können auf unterschiedliche Weise gebremst werden. Insbesondere können ein Generator, ein Booster und/oder eine Ölbremse zum Einsatz kommen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für Fälle, in denen der erste Sauerstoffgehalt unterhalb von 99 Molprozent, beispielsweise bei 98 bis 99 Molprozent, und der zweite Sauerstoffgehalt bei 80 bis 98 Molprozent liegt. Der Sauerstoffgehalt des Reinsauerstoffstroms, falls gebildet, liegt vorteilhafterweise bei 99 bis 100 Molprozent. Ein Verfahren unter Verwendung einer Mischsäule erweist in diesen Fällen als besonders energieeffizient.
  • Die vorliegende Erfindung erstreckt sich ferner auf eine Luftzerlegungsanlage mit einem Destillationssäulensystem, das eine für einen Betrieb auf einem ersten Druckniveau eingerichtete Hochdrucksäule, eine für einen Betrieb auf einem zweiten, geringeren Druckniveau eingerichtete Niederdrucksäule und eine Mischsäule umfasst. In einer entsprechenden Anlage sind Mittel vorgesehen, die dafür eingerichtet sind, der Niederdrucksäule einen sauerstoffreichen Strom mit einem ersten Sauerstoffgehalt flüssig zu entnehmen und mit dem zweiten Sauerstoffgehalt flüssig in die Mischsäule einzuspeisen, insbesondere in den oberen Bereich, ferner einen ersten Druckluftstrom gasförmig in die Mischsäule einzuspeisen, insbesondere in der Nähe des Sumpfes, und in der Mischsäule dem sauerstoffreichen Strom mit dem ersten Sauerstoffgehalt entgegenzuschicken, der Mischsäule kopfseitig einen sauerstoffreichen Strom mit einem zweiten Sauerstoffgehalt unterhalb des ersten Sauerstoffgehalts zu entnehmen und aus der Luftzerlegungsanlage auszuleiten, und den ersten Druckluftstrom unter Verwendung von Luft zu bilden, die auf ein Ausgangsdruckniveau oberhalb des ersten Druckniveaus verdichtet und danach auf ein erstes Temperaturniveau abgekühlt und in einer ersten drehzahlvariablen Turbine entspannt wird.
  • Wie erwähnt, kann auch ein Reinsauerstoffstrom flüssig der Niederdrucksäule entnommen und flüssig aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet werden. In einem derartigen Fall sind hierzu eingerichtete Mittel vorhanden. In jedem Fall sind Mittel bereitgestellt, die dafür eingerichtet sind, aus der Luftzerlegungsanlage zumindest zeitweise ein flüssiges, sauerstoffreiches Luftprodukt in flüssigem Zustand auszuleiten.
  • Erfindungsgemäß sind Mittel vorgesehen, die dazu eingerichtet sind, in die Hochdrucksäule einen zweiten Druckluftstrom einzuspeisen und diesen ebenfalls unter Verwendung der auf das Ausgangsdruckniveau verdichteten und danach auf das erste Temperaturniveau abgekühlten und in der ersten Turbine entspannten Luft zu bilden, in die Niederdrucksäule einen dritten Druckluftstrom einzuspeisen und diesen unter Verwendung von Luft zu bilden, die auf das Ausgangsdruckniveau verdichtet und danach auf ein zweites Temperaturniveau abgekühlt, in einer zweiten drehzahlvariablen Turbine entspannt und weiter auf ein drittes Temperaturniveau abgekühlt wird, und die Luft in der ersten Turbine auf das erste und in der zweiten Turbine auf das zweite Druckniveau zu entspannen und die Mischsäule auf dem ersten Druckniveau oder einem dritten Druckniveau zu betreiben, das sich um höchstens 1 bar von dem ersten Druckniveau unterscheidet.
  • Insbesondere ist eine derartige Luftzerlegungsanlage für einen Betrieb in einem ersten Verfahrensmodus und einem zweiten Verfahrensmodus eingerichtet, indem Mittel vorgesehen sind, die dafür eingerichtet sind, in dem ersten Verfahrensmodus aus der Luftzerlegungsanlage das sauerstoffreiche flüssiges Luftprodukt in einer größeren Menge flüssig auszuleiten als in dem zweiten Verfahrensmodus, und in dem ersten Verfahrensmodus eine größere Luftmenge in der zweiten Turbine zu entspannen als in dem ersten Verfahrensmodus, so dass hierdurch der dritte Druckluftstrom in dem ersten Verfahrensmodus dieselbe größere Luftmenge umfasst als in dem zweiten Verfahrensmodus.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, die bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Figur 1 zeigt eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Anlagendiagramms.
    • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • In Figur 1 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet.
  • Der Luftzerlegungsanlage 100 wird mittels eines Hauptluftverdichters 2 über ein Filter 1 ein Einsatzluftstrom a angesaugt und im dargestellten Bespiel auf ein Druckniveau von 6 bis 15 bar (abs.) verdichtet. Der Verdichtung können sich Trocknungs-, Kühl- und Aufreinigungsschritte bekannter Art anschließen, die der Übersichtlichkeit halber in Figur 1 nicht veranschaulicht sind.
  • Ein entsprechend verdichteter und aufgereinigter Luftstrom b wird in zwei Teilströme c und d aufgeteilt, die auf dem genannten Druckniveau einem Hauptwärmetauscher 3 warmseitig zugeführt, in diesem abgekühlt und auf unterschiedlichen Temperaturniveaus entnommen werden.
  • Aus dem Teilstrom c werden durch eine Entnahme aus dem Hauptwärmetauscher 3 auf unterschiedlichen Temperaturniveaus zwei Teilströme e und f gebildet. Der Teilstrom e wird in einer Entspannungsmaschine 4, der Teilstrom f in einer Entspannungsmaschine 5 entspannt. Da der Teilstrom e auf eine tiefere Temperatur als der Teilstrom f abgekühlt wird, wird die Entspannungsmaschine 4 auch als "kalte" Entspannungsmaschine, die Entspannungsmaschine 5 hingegen als "warme" Entspannungsmaschine bezeichnet.
  • Die Entspannung der beiden Teilströme e und f erfolgt jeweils ausgehend von dem erwähnten Druckniveau von 5 bis 15 bar (abs.). Der Teilstrom e wird im dargestellten Beispiel auf ein Druckniveau von ca. 5,4 bar (abs.), der Teilstrom f hingegen auf ein Druckniveau von ca. 1,4 bar (abs.) entspannt. Mit den Entspannungsmaschinen 4 und 5 sind jeweils Generatoren 41 bzw. 51 gekoppelt.
  • Der Teilstrom e wird nach seiner Entspannung in der Entspannungsmaschine 4 nochmals in zwei Teilströme g und h aufgeteilt. Der Teilstrom g wird sumpfnah einer Hochdrucksäule 61 zugeführt, die als Teil einer Doppelsäule 6 ausgebildet ist. Der Teilstrom h wird sumpfnah in eine Mischsäule 7 entspannt. Die Hochdrucksäule 61 wird auf dem erwähnten Druckniveau von ca. 5,4 bar (abs.), die Mischsäule 7 auf einem etwas geringeren Druckniveau von ca. 5,0 bar (abs.) betrieben.
  • Der Teilstrom f wird nach seiner Entspannung in der Entspannungsmaschine 5 auf einem Zwischentemperaturniveau in den Hauptwärmetauscher 3 zurückgeführt, diesem kaltseitig entnommen, und in eine Niederdrucksäule 62 eingespeist, die ebenfalls als Teil der Doppelsäule 6 ausgebildet ist. Die Niederdrucksäule 62 wird auf dem erwähnten Druckniveau von ca. 1,4 bar (abs.) betrieben.
  • Der Teilstrom d wird dem Hauptwärmetauscher 3 kaltseitig entnommen und, ausgehend von dem erwähnten Druckniveau von 6 bis 15 bar (abs.) in die Hochdrucksäule 61 entspannt.
  • In der Hochdrucksäule 61 wird eine flüssige, sauerstoffangereicherte Fraktion sumpfseitig abgeschieden und in Form des Stroms i abgezogen. Der Strom i wird durch einen Unterkühlungsgegenströmer 8 geführt und anschließend in die Niederdrucksäule 62 entspannt.
  • Ein stickstoffreiches Kopfprodukt vom Kopf der Hochdrucksäule 61 wird abgezogen und zu einem Teil in Form des Stroms k durch einen Hauptkondensator 63 der Doppelsäule 6 geführt und dort zumindest teilweise verflüssigt. Ein Teil des flüssigen, stickstoffreichen Kopfprodukts der Hochdrucksäule 62 wird (siehe Verknüpfung A) in Form des Stroms I durch den Unterkühlungsgegenströmer geführt und als flüssiges stickstoffreiches Luftprodukt an der Anlagengrenze abgegeben. Ein weiterer Teil des verflüssigten, stickstoffreichen Kopfprodukts der Hochdrucksäule 61 wird als Rücklauf auf die Hochdrucksäule 61 zurückgeführt.
  • Von einem Zwischenboden der Hochdrucksäule 61 wird ein stickstoffangereicherter Strom m abgezogen, ebenfalls durch den Unterkühlungsgegenströmer 8 geführt und kopfnah in die Niederdrucksäule 62 entspannt.
  • Im Sumpf der Niederdrucksäule wird eine flüssige, sauerstoffreiche Fraktion gebildet, die (siehe Verknüpfung B) in Form des Stroms n abgezogen, teilweise durch den Unterkühlungsgegenströmer 8 geführt und als flüssiges sauerstoffreiches Luftprodukt an der Anlagengrenze abgegeben wird.
  • Von einem Zwischenboden der Niederdrucksäule 62 wird ein sauerstoffangereicherter Strom o abgezogen, mittels einer Pumpe 9 in flüssigem Zustand druckbeaufschlagt, durch den Unterkühlungsgegenströmer 8 geführt, in dem Hauptwärmetauscher 3 erwärmt und kopfnah in die Mischsäule 7 eingespeist. Die Mischsäule 7 wird wie mehrfach erläutert betrieben. Vom Kopf der Mischsäule 7 wird ein gegenüber dem Strom o an Sauerstoff abgereicherter Strom p abgezogen, im Hauptwärmetauscher 3 erwärmt und als gasförmiges Sauerstoffprodukt an der Anlagengrenze abgegeben.
  • Vom Kopf der Niederdrucksäule 62 wird ein unreiner Stickstoffstrom q abgezogen, durch den Unterkühlungsgegenströmer 8 und den Hauptwärmetauscher 3 geführt und beispielsweise in einer Aufreinigungseinrichtung für den Strom a eingesetzt.
  • Ein stickstoffreicher Strom r wird aus nicht durch den Hauptkondensator 63 geführtem, stickstoffangereichertem Kopfprodukt der Niederdrucksäule 61 gebildet.
  • Die in der Figur 1 veranschaulichte Luftzerlegungsanlage 100 ist für zwei Verfahrensmodi eingerichtet, die zuvor erläutert wurden. In einem ersten Verfahrensmodus ist die Menge des hier in Form des Stroms n aus der Luftzerlegungsanlage 100 flüssig ausgeleiteten flüssigen Luftprodukts größer als in dem zweiten Verfahrensmodus. Gleichzeitig wird in dem ersten Verfahrensmodus über die Turbine 5 eine größere Luftmenge entspannt als in dem zweiten Verfahrensmodus, so dass der Luftfaktor sich erhöht. In dem zweiten Verfahrensmodus sinken aufgrund des verringerten Luftfaktors der Druck und die Menge des Stroms b, also der Enddruck des Hauptluftverdichters 2 und die Menge der durch diesen geführten Luft.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei dem eine Luftzerlegungsanlage (100) mit einem Destillationssäulensystem (6, 7) verwendet wird, das eine auf einem ersten Druckniveau betriebene Hochdrucksäule (61), eine auf einem zweiten, geringeren Druckniveau betriebene Niederdrucksäule (62) und eine Mischsäule (7) umfasst, und bei dem
    - der Niederdrucksäule (62) ein sauerstoffreicher Strom (n) mit einem ersten Sauerstoffgehalt flüssig entnommen und mit dem ersten Sauerstoffgehalt flüssig in die Mischsäule (7) eingespeist wird,
    - ferner ein erster Druckluftstrom (h) gasförmig in die Mischsäule (7) eingespeist und in der Mischsäule (7) dem sauerstoffreichen Strom (n) mit dem zweiten Sauerstoffgehalt entgegengeschickt wird,
    - der Mischsäule (7) kopfseitig ein sauerstoffreicher Strom (o) mit einem zweiten Sauerstoffgehalt unterhalb des ersten Sauerstoffgehalts entnommen und aus der Luftzerlegungsanlage (100) ausgeleitet wird,
    - der erste Druckluftstrom (h) unter Verwendung von Luft gebildet wird, die auf ein Ausgangsdruckniveau oberhalb des ersten Druckniveaus verdichtet und danach auf ein erstes Temperaturniveau abgekühlt und in einer ersten drehzahlvariablen Turbine (4) entspannt wird, und
    - aus der aus der Luftzerlegungsanlage (100) zumindest zeitweise ein flüssiges sauerstoffreiches Luftprodukt flüssig ausgeleitet wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - in die Hochdrucksäule (62) ein zweiter Druckluftstrom (g) eingespeist wird, der ebenfalls unter Verwendung der auf das Ausgangsdruckniveau verdichteten und danach auf das erste Temperaturniveau abgekühlten und in der ersten Turbine (4) entspannten Luft gebildet wird,
    - in die Niederdrucksäule (62) ein dritter Druckluftstrom (f) eingespeist wird, der unter Verwendung von Luft gebildet wird, die auf das Ausgangsdruckniveau verdichtet und danach auf ein zweites Temperaturniveau abgekühlt, in einer zweiten drehzahlvariablen Turbine (5) entspannt und weiter auf ein drittes Temperaturniveau abgekühlt wird, und
    - die Luft in der ersten Turbine (4) auf das erste und in der zweiten Turbine (5) auf das zweite Druckniveau entspannt wird und die Mischsäule (7) auf dem ersten Druckniveau oder einem dritten Druckniveau betrieben wird, das sich um höchstens 1 bar von dem ersten Druckniveau unterscheidet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in die Hochdrucksäule (62) ein vierter Druckluftstrom (f) eingespeist wird, der unter Verwendung von Luft gebildet wird, die auf das Ausgangsdruckniveau verdichtet und danach auf ein drittes Temperaturniveau abgekühlt und mittels einer Drossel entspannt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das einen ersten Verfahrensmodus und einen zweiten Verfahrensmodus umfasst, wobei
    - in dem ersten Verfahrensmodus das flüssige sauerstoffreiche Luftprodukt in einer größeren Menge aus der Luftzerlegungsanlage (100) ausgeleitet wird als in dem zweiten Verfahrensmodus, und
    - in dem ersten Verfahrensmodus eine größere Luftmenge in der zweiten Turbine (4) entspannt wird als in dem ersten Verfahrensmodus und hierdurch zugleich der dritte Druckluftstrom (f) in dem ersten Verfahrensmodus dieselbe größere Luftmenge umfasst als in dem zweiten Verfahrensmodus.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Hochdrucksäule (61) ein oder mehrere stickstoffreiche Ströme (I, q) entnommen und aus der Luftzerlegungsanlage (100) ausgeleitet werden, wobei die in der zweiten Turbine (4) entspannte und zugleich von dem dritten Druckluftstrom (f) umfasste Luftmenge derart eingestellt wird, dass eine Summe aus der Menge der durch die zweite Turbine (4) entspannten und zugleich von dem dritten Druckluftstrom (f) umfassten Luftmenge und der von dem oder den stickstoffreichen Strömen (I, q) umfassten Menge in dem ersten Verfahrensmodus 12 bis 18 Prozent und in dem zweiten Verfahrensmodus 0 bis 8 Prozent der in das Destillationssäulensystem (6, 7) eingespeisten Gesamtluftmenge entspricht.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die gesamte, in das Destillationssäulensystem (6, 7) eingespeiste Luft unter Verwendung eines Hauptluftverdichters (2) auf das Ausgangsdruckniveau gebracht wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem in dem ersten Verfahrensmodus eine größere Luftmenge bei höherem Druck durch den Hauptluftverdichter (2) geführt wird als in dem zweiten Verfahrensmodus.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem der Ausgangsdruck in dem ersten Verfahrensmodus um 1 bis 10 bar unterhalb des Ausgangsdrucks in dem zweiten Verfahrensmodus liegt.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Ausgangsdruckniveau bei 6 bis 15 bar (abs.), das erste Druckniveau bei 4,3 bis 6,9 bar (abs.) und das zweite Druckniveau bei 1,3 bis 1,7 bar (abs.) liegt.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das erste Temperaturniveau bei 110 bis 140 °C, das zweite Temperaturniveau bei 130 bis 240 °C und das dritte Temperaturniveau bei 97 bis 102 °C liegt
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die erste Turbine (4) und/oder die zweite Turbine (5) unter Verwendung eines Generators, eines Boosters und/oder einer Ölbremse gebremst werden.
  11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der erste Sauerstoffgehalt 99 bis 100 Molprozent und der erste Sauerstoffgehalt 98 bis 99 Molprozent und der dritte Sauerstoffgehalt bei 80 bis 98 Molprozent beträgt.
  12. Luftzerlegungsanlage (100) mit einem Destillationssäulensystem (6, 7), das eine für einen Betrieb auf einem ersten Druckniveau eingerichtete Hochdrucksäule (61), eine für einen Betrieb auf einem zweiten, geringeren Druckniveau eingerichtete Niederdrucksäule (62) und eine Mischsäule (7) umfasst, und bei der Mittel vorgesehen sind, die dafür eingerichtet sind,
    - der Niederdrucksäule (62) einen sauerstoffreichen Strom (n) mit einem ersten Sauerstoffgehalt flüssig zu entnehmen und mit dem ersten Sauerstoffgehalt flüssig in die Mischsäule (7) einzuspeisen,
    - ferner einen ersten Druckluftstrom (h) gasförmig in die Mischsäule (7) einzuspeisen und in der Mischsäule (7) dem sauerstoffreichen Strom (n) mit dem zweiten Sauerstoffgehalt entgegenzuschicken,
    - der Mischsäule (7) kopfseitig einen sauerstoffreichen Strom (o) mit einem zweiten Sauerstoffgehalt unterhalb des ersten Sauerstoffgehalts zu entnehmen und aus der Luftzerlegungsanlage (100) auszuleiten,
    - den ersten Druckluftstrom (h) unter Verwendung von Luft zu bilden, die auf ein Ausgangsdruckniveau oberhalb des ersten Druckniveaus verdichtet und danach auf ein erstes Temperaturniveau abgekühlt und in einer ersten drehzahlvariablen Turbine (4) entspannt wird, und
    - aus der Luftzerlegungsanlage (100) zumindest zeitweise ein flüssiges sauerstoffreiches Luftprodukt flüssig auszuleiten,
    gekennzeichnet durch Mittel, die dafür eingerichtet sind,
    - in die Hochdrucksäule (62) einen zweiten Druckluftstrom (g) einzuspeisen und diesen ebenfalls unter Verwendung der auf das Ausgangsdruckniveau verdichteten und danach auf das erste Temperaturniveau abgekühlten und in der ersten Turbine (4) entspannten Luft zu bilden,
    - in die Niederdrucksäule (62) einen dritten Druckluftstrom (f) einzuspeisen und diesen unter Verwendung von Luft zu bilden, die auf das Ausgangsdruckniveau verdichtet und danach auf ein zweites Temperaturniveau abgekühlt, in einer zweiten drehzahlvariablen Turbine (4) entspannt und weiter auf ein drittes Temperaturniveau abgekühlt wird, und
    - die Luft in der ersten Turbine (4) auf das erste und in der zweiten Turbine (5) auf das zweite Druckniveau zu entspannen und die Mischsäule (7) auf dem ersten Druckniveau oder einem dritten Druckniveau zu betreiben, das sich um höchstens 1 bar von dem ersten Druckniveau unterscheidet.
  13. Luftzerlegungsanlage (100), die für einen Betrieb in einem ersten Verfahrensmodus und einem zweiten Verfahrensmodus eingerichtet ist, indem Mittel vorgesehen sind, die dafür eingerichtet sind,
    - in dem ersten Verfahrensmodus das flüssige sauerstoffreiche Luftprodukt in einer größeren Menge aus der Luftzerlegungsanlage (100) auszuleiten als in dem zweiten Verfahrensmodus, und
    - in dem ersten Verfahrensmodus eine größere Luftmenge in der zweiten Turbine (4) zu entspannen als in dem ersten Verfahrensmodus, so dass hierdurch der dritte Druckluftstrom (f) in dem ersten Verfahrensmodus dieselbe größere Luftmenge umfasst als in dem zweiten Verfahrensmodus.
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