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EP3179188A1 - Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungsanlage - Google Patents

Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungsanlage Download PDF

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Publication number
EP3179188A1
EP3179188A1 EP16020464.0A EP16020464A EP3179188A1 EP 3179188 A1 EP3179188 A1 EP 3179188A1 EP 16020464 A EP16020464 A EP 16020464A EP 3179188 A1 EP3179188 A1 EP 3179188A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
air
booster
level
column
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP16020464.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP3179188B1 (de
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
Publication of EP3179188A1 publication Critical patent/EP3179188A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3179188B1 publication Critical patent/EP3179188B1/de
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    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
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    • F25J3/04951—Arrangements of multiple air fractionation units or multiple equipments fulfilling the same process step, e.g. multiple trains in a network
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    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • F25J2205/04—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum in the feed line, i.e. upstream of the fractionation step
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    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/40—Air or oxygen enriched air, i.e. generally less than 30mol% of O2
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    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F25J2240/04—Multiple expansion turbines in parallel

Definitions

  • the invention relates to a process for the cryogenic separation of air in an air separation plant and to an air separation plant adapted for carrying out such a process according to the preambles of the independent patent claims.
  • gaseous pressure oxygen is needed, for the production of which air separation plants with so-called internal compression can be used.
  • Corresponding air separation plants are also a.a.O. described and explained with reference to the figure 2.3A there.
  • a cryogenic liquid in particular liquid oxygen, is brought to liquid pressure in the cryogenic state, vaporized against a heat carrier, and finally released as a gaseous pressure product.
  • the internal compression has, among other things, energetic advantages compared to a subsequent compression of an already gaseous at low pressure product present.
  • HAP high-air pressure
  • a HAP process is meant an air separation process in which the total amount of air fed into the distillation column system, also referred to herein as "feed air", is first compressed in a main air compressor to a pressure level well above the highest operating pressure in the distillation column system lies.
  • the air is first compressed to a pressure level which is at least 4 to 5 bar and up to 20 bar higher than the highest operating pressure in the distillation column system.
  • the "highest operating pressure” in the distillation column system is the operating pressure of the high-pressure column.
  • Air separation plants for HAP processes can be produced with particularly low investment costs because only one compressor is needed.
  • a so-called inductor current can be used.
  • a throttle flow as it is known in principle, is a partial flow of the compressed feed air, which can be further increased in pressure, is cooled, and a relaxation device, in particular a throttle valve, in the distillation column or its high-pressure column is expanded.
  • such a throttle flow can be further increased in pressure starting from the already high outlet pressure, to which the entire feed air is brought, by means of a hot and a cold booster.
  • a corresponding "warm booster” the air is supplied without or only after relatively little cooling, for example in a water cooler downstream of the main air compressor. An inlet temperature of such a warm booster is therefore well above 0 ° C.
  • a "cold booster” is one Booster, whose inlet temperature is well below 0 ° C by a previously performed cooling of the cold booster air supplied.
  • MAC / BAC Main Air Compressor / Booster Air Compressor
  • MAC / BAC Main Air Compressor / Booster Air Compressor
  • a part of the distillation column system supplied air is compressed only to the highest operating pressure in the distillation column system or at least slightly above, and another part by means of a Nachverêtrs brought to a higher pressure level.
  • Such methods are particularly advantageous if no or only small amounts of a liquid air product, for example liquid oxygen, are to be obtained by means of a corresponding method.
  • a MAC / BAC process using a so-called injection turbine that is a turbine which relaxes compressed air into the low-pressure column of the distillation column system, is particularly suitable.
  • the present invention proposes a method for the cryogenic separation of air in an air separation plant and a Implementation of such a method equipped air separation plant with the features of the independent claims before.
  • Preferred embodiments are subject of the dependent claims and the following description.
  • 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.
  • 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.
  • a “secondary compressor” in which part of the air quantity compressed in the main air compressor is brought to an even higher pressure in MAC / BAC process can also be designed as a turbocompressor.
  • 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 or boosters and drive them. If one or more turbocompressors without externally supplied energy, ie driven only by one or more turbocompressors, is for such an arrangement and the Term "turbine booster" used. In a turbine booster, the turboexpander and the turbo compressor or booster are mechanically coupled.
  • rotating units for example expansion machines or expansion turbines, compressors or compressor stages, booster turbines or boosters, rotors of electric motors and the like, may be mechanically coupled to one another in a corresponding manner.
  • a "mechanical coupling” is understood to mean in the language used here that a fixed or mechanically adjustable speed relationship between such rotating units can be produced via mechanical elements such as gears, belts, gears and the like.
  • a mechanical coupling may generally be made by two or more elements engaged with each other, for example in form-engagement or frictional engagement, such as belts or traction sheaves with belts, or a non-rotatable connection.
  • a non-rotatable connection can in particular be effected via a common shaft, on which the rotating units are respectively secured against rotation. The rotational speed of the rotating units is the same in this case.
  • corresponding units are "mechanically uncoupled” if there is no fixed or mechanically adjustable speed relationship between corresponding elements.
  • certain speed relationships are given. However, these are not caused by two or more, in each case engaged with each other, for example in the form of engagement or frictional engagement, standing elements or by a rotationally fixed connection.
  • turbocompressors and turboexpanders The mechanical structure of turbocompressors and turboexpanders is known to those skilled in principle.
  • a turbocompressor the air is compressed by means of blades which are arranged on an impeller or directly on a shaft.
  • a turbocompressor forms a structural unit, which, however, can have several "compressor stages".
  • a compressor stage typically includes an impeller or a corresponding array of blades. All of these compressor stages can be driven by a common shaft.
  • a turboexpander is designed basically comparable, with the blades however, be powered by the expanding air. Again, several expansion stages can be provided.
  • Turbo compressor and turboexpander can be designed as radial or axial machines.
  • 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.
  • the present invention is based on the recognition that the use of serially arranged cold boosters, between which the air to be compressed of the inductor current is not cooled, allows a particularly efficient and at least the exergetic advantages of conventional MAC / BAC processes exhibiting HAP process.
  • the heat exchange profiles in a main heat exchanger which is used in an air separation plant operated according to the invention, prove to be particularly favorable, in particular compared to heat exchange profiles, as obtained in known processes in which an intermediate cooling between cold booster.
  • the present invention is based on the recognition that use of a warm booster upstream of the cold booster offers particular advantages.
  • the three booster compress the multiple explained throttle current, but no further currents. Between the warm booster on the one hand and the serially arranged cold boosters on the other hand and downstream of the cold booster in particular a cooling in the main heat exchanger is made.
  • the present invention proposes a process for the cryogenic separation of air using an air separation plant comprising a distillation column system having a high pressure column operated at a high pressure column pressure level and a low pressure column operating at a low pressure column pressure level having.
  • the high-pressure column pressure level can be, for example, 4 to 7 bar, as is customary in corresponding air separation plants.
  • the low pressure column pressure level is just above the atmospheric pressure, in particular at 1.2 to 1.8 bar, in order to ensure, for example, a good separation efficiency and a discharge in the low-pressure column accumulating air products without additional pumps.
  • the process according to the invention first comprises the step of first compressing the total air fed into the distillation column system to an initial pressure level which is at least 4 and up to 20 bar above the high-pressure column pressure.
  • the total amount of air can be compressed to a pressure level of 10 to 23 bar.
  • the compressed air can be subjected to drying and cleaning, in particular using molecular sieve.
  • a portion of the compressed to the output pressure level and accordingly dried and purified air is then subjected to a first pressure increase to a lying above 0 ° C first temperature level and then two further pressure increases lying below the first temperature level temperature levels.
  • the air subjected to the first pressure increase can be cooled in this case in particular after the first pressure increase in a main heat exchanger of a corresponding air separation plant.
  • the corresponding air is therefore subjected to further pressure increases to correspondingly lower temperature levels.
  • the air subjected to the two further pressure increases is then released into the high-pressure column.
  • a throttle valve is used for relaxation.
  • the air that has been subjected to the two further pressure increases and previously the first pressure increase is therefore a so-called "throttle flow", as it is generally known in the field of air separation.
  • the low-pressure column is removed from a cryogenic, oxygen-rich liquid, subjected to an increase in pressure in the cryogenic state, then heated and evaporated and discharged from the air separation plant as a printed product.
  • the method according to the invention is therefore an air separation process in which a so-called internal compression of oxygen or of a corresponding oxygen-rich printed product takes place.
  • a first booster ie a "warm” booster, as explained several times
  • the first booster is driven using a first expansion machine, in which another part of the compressed to the output pressure level Air is released from the initial pressure level to the second pressure level, which is then fed into the low pressure column.
  • the first expansion machine is thus functionally a so-called “injection turbine” or “Lachmann turbine”, as it is also known from the field of air separation.
  • An appropriate air injection into the low-pressure column improves the energy efficiency.
  • a second booster and a third booster are used, is passed through the air for the two further pressure increases in succession, the air to the third booster at a temperature level is fed on which she leaves the second booster.
  • a second booster and a third booster ie two "cold" booster
  • the air to the third booster at a temperature level is fed on which she leaves the second booster.
  • the total amount of air passed through the first booster, the second booster and the third booster and optionally through the throttle valve according to the invention differ by no more than 10% from each other.
  • these amounts of air may differ by no more than 5%, or be substantially or completely identical.
  • the amounts of air respectively subjected to the first and the two further pressure increases, and optionally also the amount of air expanded in the throttle valve are similar or equal to the extent explained.
  • the present invention unfolds its advantages when the low-pressure column taken, deep cold oxygen-rich liquid is subjected in cryogenic condition of a pressure increase to 6 to 25 bar. A corresponding increase in pressure is therefore provided according to the invention.
  • conventional MAC / BAC processes are conventionally more favorable in such pressure ranges on which an internally compressed oxygen product is provided.
  • the present invention makes it possible to achieve corresponding advantages also in HAP processes by the mentioned use of the serial booster without intermediate cooling.
  • the invention exhibits its advantages when a low liquid production is made, i. Air products in a proportion of at most 1% or 0%, based on the total amount of air fed into the distillation column system, are discharged from the liquid separation plant liquid. This is therefore provided according to the invention. Furthermore, a relatively small amount of nitrogen-rich air products is formed. These nitrogen-rich air products are those which are taken from the high-pressure column of the distillation column system near the head or at the top and are used neither as reflux to the high-pressure column or the low-pressure column.
  • nitrogen-rich air products are taken from the high-pressure column at a fraction of at most 2%, based on the total amount of air fed into the distillation column system, and discharged from the air separation plant in gaseous form.
  • the second booster and the third booster are advantageously each driven by means of expansion machines, in which a further part of the compressed to the output pressure level air is released, which was previously cooled and then, ie after the relaxation in said expansion machines, in the distillation column system is fed.
  • a third expansion machine is used to drive the second booster while a second expansion machine and to drive the third booster.
  • corresponding expansion machines are connected in parallel, ie the air used for the drive of the expansion machines is previously divided into two streams. In this way, the relaxed amount of air in each case the required pressure increase in the corresponding, connected to the relaxation machines cold booster can be adjusted and vice versa.
  • the drive of the cold booster takes place by means of the respective expansion machines via a suitable mechanical coupling.
  • corresponding booster could also drive motor, a drive via corresponding expansion machines, however, is particularly advantageous in terms of investment costs and the heat input into a corresponding system.
  • the relaxation of the air in the expansion machines takes place on the high-pressure column pressure level.
  • a partial liquefaction of the air can take place.
  • a gaseous fraction can be fed directly into the high-pressure column and the liquefied fraction can be expanded into the low-pressure column.
  • the liquefied portion can be used in this way as reflux to the low pressure column and there contributes to improving the separation performance, as explained for example in Kerry in Section 2.6, "Theoretical Analysis of the Claude Cycle".
  • the present invention allows further optimizations.
  • a portion of the air compressed to the outlet pressure level may be cooled and discharged from the outlet pressure level, i. without further pressure increase by boosters and the like, are relaxed in the high-pressure column. This can be done in particular via a further expansion valve.
  • the air that is supplied to the second booster be previously cooled in the main heat exchanger to a temperature level of 130 to 200 K.
  • the air that relaxes in the relaxation machines, the second booster and drive the third booster is particularly previously cooled to a temperature level of 120 to 190 K.
  • the air which is released in the first expansion machine which drives the first booster is in particular previously cooled to a temperature level of 150 to 230 K.
  • the pressure increased in the third booster air is advantageously after the local pressure increase and before its relaxation in the high-pressure column to a temperature level of 97 to 105 K, ie the lowest temperature level, which is provided by means of a corresponding main heat exchanger, cooled.
  • a pressure increase by 10 to 25 bar and by means of the third booster advantageously a pressure increase by 5 to 20 bar causes.
  • the present invention also extends to an air separation plant for cryogenic separation of air comprising a distillation column system having a high pressure column arranged for operation at a high pressure column pressure level and a low pressure column arranged for operation at a low pressure column pressure level.
  • the air separation plant in this case comprises means which are adapted to compress the total, fed into the distillation column system initially to an outlet pressure level which is at least 4 and up to 20 bar above the high pressure column pressure level, a portion of the compressed air to the output pressure level of a first pressure increase at a temperature above 0 ° C first temperature and then subjecting two further pressure increases to lying below the first temperature level temperature levels and then relax using a throttle valve in the high pressure column, and the low pressure column to take a deep cold, oxygen-rich liquid, this in Tiefkaltem state subject to a pressure increase, then to heat and evaporate and out of the air separation plant.
  • a first booster is provided for the first pressure increase, which is mechanically coupled to a first expansion machine, wherein means are provided which are adapted to a further portion of compressed to the output pressure level air in the first expansion machine from the output pressure level to the low pressure column pressure level relax and then feed into the low-pressure column,
  • a second booster and a third booster are provided for the two further pressure increases, and means are provided which are adapted to guide the air for the two further pressure increases successively through the second booster and the third booster and thereby the air to the third Booster at a temperature level on which she leaves the second booster.
  • Means are provided which are adapted to lead in each case by the first booster, the second booster and the third booster in total amounts of air that differ by no more than 10% from each other.
  • means are provided which are adapted to the pressure increase, which is subjected to the low pressure column taken deep cryogenic, oxygen-rich liquid in cryogenic condition, in the form of a pressure increase to 6 to 25 bar.
  • the air separation plant is adapted to provide liquid products in a proportion of at most 1%, based on the total amount of air fed into the distillation column system, liquid and advantageously nitrogen-rich air products in a proportion of at most 2%, based on the total amount of air fed into the distillation column system to remove the high pressure column and provide it in gaseous form.
  • FIG. 1 an air separation plant according to a particularly preferred embodiment of the invention is illustrated in the form of a schematic process flow diagram and denoted overall by 100.
  • the air separation plant 100 is supplied by means of a Lucasverdichtungs- and cleaning unit 1, which comprises a main air compressor and a suitable cleaning system and is shown here very schematically, a compressed air flow a.
  • a compressed air flow a In the FIG. 1 illustrated air separation plant is set up for a so-called HAP process.
  • the compressed air flow a which comprises all the air fed into a distillation column system 10 of the air separation plant 100, is compressed to a pressure level which is at least 4 and up to 20 bar above the pressure level on which a high-pressure column 11 of the distillation column system 10 is operated.
  • the pressure level of the flow a is referred to herein as the "outlet pressure level", the pressure level of the high pressure column 11 as the “high pressure column pressure level”.
  • the outlet pressure level a total of four partial flows are formed from the air of the compressed air flow a, which are designated here by b, c, d and e.
  • the air of the partial flow b is first subjected to an increase in pressure in a booster 2.
  • the pressure increase in the booster 2 which is also referred to here as “first pressure increase”, takes place at well above 0 ° C, which is why the booster 2 is conventionally also referred to as "warm booster".
  • the air of the partial flow b is cooled in an aftercooler 3 and then fed to the hot side a main heat exchanger 4 of the air separation plant 100.
  • the air of the partial flow b is taken from the main heat exchanger 4 (see link A) at an intermediate temperature level which is well below 0 ° C.
  • the corresponding cooled air of the partial flow b is then two more Subjected to pressure increases.
  • the air of the partial flow b is first passed through a booster 5 and then through a booster 6.
  • the booster 5 is referred to here as "second”, the booster 6 as a "third" booster.
  • Both booster 5, 6 are operated at temperature levels well below 0 ° C and in particular at temperature levels below the first temperature level of the booster 2. They are therefore also referred to as "cold booster".
  • the air of the partial flow b is supplied to the third booster 6 at a temperature level at which it leaves the second booster 5. Thus, there is no intermediate cooling between the second booster 5 and the third booster 6. After the pressure increase in the booster 6, the air of the partial flow b at the temperature level at which it leaves the third booster 6, again fed to the main heat exchanger 4 and this cold side taken.
  • the booster 5 and 6 are driven by expansion machines 7 and 8, in which air of the partial flow c, which is divided into sub-streams f and g, is used for this purpose.
  • the air of the partial flow c is in this case first supplied to the main heat exchanger on the warm side and this taken at an intermediate temperature level, before being divided into the mentioned partial flows f and g and the expansion machines 7, 8 is supplied.
  • the air of the partial flow d is supplied to the main heat exchanger 4 on the warm side and removed cold side, the air of the partial flow e is supplied to the main heat exchanger 4 warm side, taken at an intermediate temperature level and used in a relaxation machine 9 for driving the booster 2.
  • the expanded air of the partial flows f and g is transferred to a separation tank 13, in which a liquid phase separates.
  • the liquid phase is expanded (see link B) in the form of a stream h into the low-pressure column 12.
  • the gaseous remaining portion of the air of the currents f and g is fed in the form of a current i in the high-pressure column 11.
  • the air of the partial streams b and d is released via valves 14 and 15 into the high-pressure column 11.
  • an oxygen-enriched, liquid bottom product and a nitrogen-enriched, gaseous top product is formed using air of the streams b, d and i.
  • the oxygen-enriched liquid bottom product of the high pressure column 11 is at least partially removed in the form of a stream k, passed through the subcooling countercurrent 16 and expanded into the low pressure column 12.
  • the nitrogen-enriched, gaseous overhead product is at least partially withdrawn in the form of stream I.
  • a part thereof may be heated in the form of the flow m in the main heat exchanger 4 and executed as a nitrogen-rich pressure product from the air separation plant 100 or used for example as a sealing gas in a main air compressor of the air compression and purification unit 1.
  • a further portion of the current I can be at least partially liquefied in a main capacitor 17 which connects the high-pressure column and the low-pressure column in a heat-exchanging manner.
  • a portion of the corresponding liquefaction product can be returned to the high-pressure column 11 as reflux, another proportion in the form of the current n passed through the supercooling countercurrent 16 and expanded into the low-pressure column 12.
  • an oxygen-rich liquid bottom product and a gaseous top product are formed in the low-pressure column 12.
  • the oxygen-rich liquid bottom product of the low-pressure column 12 can be withdrawn at least partially in the form of the flow o from the high-pressure column 12, increased in pressure by means of a pump 18 in the liquid state, heated in the main heat exchanger 4 and evaporated and executed as internally compressed oxygen pressure product from the air separation plant 100.
  • the gaseous top product of the low-pressure column 12 can be withdrawn at least partially in the form of the stream p as so-called impure nitrogen, passed through the supercooling countercurrent 16, heated in the main heat exchanger 4 and used, for example, as a regeneration gas for adsorbers in the air compression and purification unit 1.
  • FIG. 1 illustrated operation of the air separation plant 100 results in a particularly advantageous heat exchange in the main heat exchanger 4, when the other conditions described above are met. This is based on the in FIGS. 2 and 3 illustrated Q / T diagrams illustrated.
  • FIG. 2 In this case, a corresponding Q / T diagram is shown for the case in which the oxygen-rich fluid of the flow o in the pump 18 of the air separation plant 100 is compressed to a pressure level of approximately 15.0 bar
  • FIG. 3 a corresponding Q / T diagram is illustrated at a pressure of about 10.0 bar.
  • a temperature in K on the abscissa against an enthalpy (sum) of the heat exchanger in MW is plotted on the ordinate.
  • 201 in each case a state change curve or cumulative curve of the warm, with 202 a state change curve or cumulative curve of the cold medium, here to be heated oxygen-rich fluid of the current o, respectively.
  • the state change curves or cumulative curves 201 and 202 are very close to each other due to the operation according to the invention of a corresponding air separation plant.
  • the process in the main heat exchanger is particularly advantageous in the illustrated sense or, in such a case, the entire system can be operated in a particularly energy-optimized manner.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft in einer Luftzerlegungsanlage (100) vorgeschlagen, die ein Destillationssäulensystem (10) mit einer Hochdrucksäule (11) und einer Niederdrucksäule (12) aufweist, wobei das Verfahren umfasst, die gesamte, in das Destillationssäulensystem (10) eingespeiste Luft zunächst auf ein Ausgangsdruckniveau zu verdichten, das mindestens 4 und bis zu 20 bar oberhalb des Hochdrucksäulendruckniveaus liegt, einen Teil der auf das Ausgangsdruckniveau verdichteten Luft einer ersten Druckerhöhung auf einem oberhalb 0 °C liegenden ersten Temperaturniveau und anschließend zwei weiteren Druckerhöhungen auf unterhalb des ersten Temperaturniveaus liegenden Temperaturniveaus zu unterwerfen und anschließend unter Verwendung eines Drosselventils (14) in die Hochdrucksäule (11) zu entspannen, und der Niederdrucksäule (22) eine tiefkalte, sauerstoffreiche Flüssigkeit zu entnehmen, diese in tiefkaltem Zustand einer Druckerhöhung zu unterwerfen, anschließend zu erwärmen und zu verdampfen und aus der Luftzerlegungsanlage (100) auszuleiten. Es ist vorgesehen, dass für die erste Druckerhöhung ein erster Booster (2) verwendet wird, der unter Verwendung einer ersten Entspannungsmaschine (9) angetrieben wird, in der ein weiterer Teil der auf das Ausgangsdruckniveau verdichteten Luft, welcher anschließend in die Niederdrucksäule (12) eingespeist wird, von dem Ausgangsdruckniveau auf das Niederdrucksäulendruckniveau entspannt wird, für die zwei weiteren Druckerhöhungen ein erster Booster (5) und ein zweiter Booster (6) verwendet werden, die die Luft nacheinander durchläuft, wobei die Luft dem zweiten Booster (6) auf einem Temperaturniveau zugeführt wird, auf dem sie den ersten Booster (5) verlässt, die durch den ersten Booster (2), den zweiten Booster (5) und den dritten Booster (6) jeweils insgesamt geführten Luftmengen sich um nicht mehr als 10% voneinander unterscheiden, die Druckerhöhung, der die der Niederdrucksäule (12) entnommene tiefkalte, sauerstoffreiche Flüssigkeit in tiefkaltem Zustand unterworfen wird, eine Druckerhöhung auf 6 bis 25 bar ist, und Luftprodukte zu einem Anteil von höchstens 1 %, bezogen auf die gesamte, in das Destillationssäulensystem (10) eingespeiste Luftmenge, aus der Luftzerlegungsanlage (100) flüssig ausgeleitet werden, und stickstoffreiche Luftprodukte zu einem Anteil von höchstens 2%, bezogen auf die gesamte, in das Destillationssäulensystem (10) eingespeiste Luftmenge, aus der Luftzerlegungsanlage (100) gasförmig ausgeleitet werden. Eine entsprechende Luftzerlegungsanlage (100) ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft in einer Luftzerlegungsanlage und eine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens eingerichtete Luftzerlegungsanlage gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
    • 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 gasförmiger Drucksauerstoff benötigt, zu dessen Gewinnung Luftzerlegungsanlagen mit sogenannter Innenverdichtung zum Einsatz kommen können. Entsprechende Luftzerlegungsanlagen sind beispielsweise ebenfalls a.a.O. beschrieben und unter Bezugnahme auf die dortige Figur 2.3A erläutert. In entsprechenden Luftzerlegungsanlagen wird eine tiefkalte Flüssigkeit, insbesondere Flüssigsauerstoff, in tiefkaltem Zustand flüssig auf Druck gebracht, gegen einen Wärmeträger verdampft, und schließlich als gasförmiges Druckprodukt abgegeben. Die Innenverdichtung hat, unter anderem, energetische Vorteile im Vergleich zu einer nachträglichen Verdichtung eines bereits gasförmig bei niedrigem Druck vorliegenden Produkts.
  • Die vorstehenden Erläuterungen gelten in entsprechender Weise auch für andere gasförmige Druckprodukte wie beispielsweise Stickstoff oder Argon, die ebenfalls unter Verwendung der Innenverdichtung in gasförmigem Zustand erhalten werden können und zuvor als tiefkalte Flüssigkeiten einem Destillationssäulensystem entnommen werden. Wird die entsprechende tiefkalte Flüssigkeit in tiefkaltem Zustand auf einen Druck gebracht, der oberhalb des kritischen Drucks liegt, erfolgt anschließend keine Verdampfung im eigentlichen Sinn, sondern eine Überführung in den überkritischen Zustand. Diese wird auch als "Pseudoverdampfung" bezeichnet.
  • Die Herstellung von innenverdichtetem Sauerstoff bei gleichzeitig niedriger Flüssigproduktion ist unter Verwendung sogenannter High-Air-Pressure-(HAP-) Verfahren durchführbar. Unter "niedriger Flüssigproduktion" sei dabei verstanden, dass einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage nur geringe Mengen an Produkten in flüssiger Form entnommen werden, beispielsweise eine Menge von weniger als 2%, bezogen auf die gesamte, in das Destillationssäulensystem eingespeiste Luftmenge.
  • Unter einem HAP-Verfahren wird ein Luftzerlegungsverfahren verstanden, bei dem die gesamte, in das Destillationssäulensystem eingespeiste Luftmenge, welche hier auch als "Einsatzluft" bezeichnet wird, zunächst in einem Hauptluftverdichter auf ein Druckniveau verdichtet wird, das deutlich oberhalb des höchsten Betriebsdrucks in dem Destillationssäulensystem liegt. Insbesondere wird in einem HAP-Verfahren die Luft dabei zunächst auf ein Druckniveau verdichtet, das um mindestens 4 bis 5 bar und bis zu 20 bar höher als der höchste Betriebsdruck in dem Destillationssäulensystem ist. Bei einem klassischen Doppelsäulensystem mit Hoch- und Niederdrucksäule ist dabei der "höchste Betriebsdruck" in dem Destillationssäulensystem der Betriebsdruck der Hochdrucksäule. Luftzerlegungsanlagen für HAP-Verfahren lassen sich mit besonders niedrigen Investitionskosten erstellen, weil nur ein Verdichter benötigt wird.
  • Zur energetischen Optimierung in einem HAP-Verfahren kann ein sogenannter Drosselstrom eingesetzt werden. Bei einem derartigen Drosselstrom, wie er grundsätzlich bekannt ist, handelt es sich um einen Teilstrom der verdichteten Einsatzluft, der weiter druckerhöht werden kann, abgekühlt wird, und über eine Entspannungseinrichtung, insbesondere ein Drosselventil, in das Destillationssäulensystem bzw. dessen Hochdrucksäule entspannt wird.
  • In den erwähnten HAP-Verfahren kann ein derartiger Drosselstrom ausgehend von dem bereits hohen Ausgangsdruck, auf den die gesamte Einsatzluft gebracht wird, mittels eines warmen und eines kalten Boosters weiter druckerhöht werden. Einem entsprechenden "warmen Booster" wird die Luft ohne bzw. nur nach relativ geringer Abkühlung, beispielsweise in einem Wasserkühler stromab des Hauptluftverdichters, zugeführt. Eine Eintrittstemperatur eines derartigen warmen Boosters liegt daher deutlich oberhalb von 0 °C. Bei einem "kalten Booster" handelt es sich um einen Booster, dessen Eintrittstemperatur durch eine zuvor durchgeführte Abkühlung der dem kalten Booster zugeführten Luft deutlich unterhalb von 0 °C liegt.
  • Die meisten HAP-Verfahren weisen im Hauptwärmetauscher exergetisch günstige Q/T-Profile auf, wenn der durch Innenverdichtung zu erzeugende Drucksauerstoff einen Druck von mehr als 25 bar aufweisen soll, d.h. er mittels einer entsprechenden Pumpe in tiefkaltem, flüssigem Zustand auf ein derartiges Druckniveau gebracht wird. Sinkt der geforderte Druck für den innenverdichteten Sauerstoff hingegen deutlich unter 25 bar, ergeben sich für HAP-Verfahren exergetisch weniger günstige Q/T-Profile. Bei Drücken zwischen 6 und 25 bar wären daher aus rein exergetischer Sicht klassische Verfahren mit Haupt- und Nachverdichtern günstiger.
  • In derartigen Verfahren, die auch als MAC/BAC-Verfahren (Main Air Compressor/Booster Air Compressor) bezeichnet werden, wird ein Teil der dem Destillationssäulensystem zugeführten Luft lediglich auf den höchsten Betriebsdruck in dem Destillationssäulensystem oder allenfalls gering darüber verdichtet und ein weiterer Teil mittels eines Nachverdichters auf ein höheres Druckniveau gebracht. Vorteilhaft sind derartige Verfahren insbesondere dann, wenn mittels eines entsprechenden Verfahrens kein oder nur geringe Mengen eines flüssigen Luftprodukts, beispielsweise Flüssigsauerstoff, gewonnen werden sollen. Liegt in derartigen Fällen ferner ein geringer Bedarf an gasförmigen, stickstoffreichen Luftprodukten vor, bietet sich insbesondere ein MAC/BAC-Verfahren unter Verwendung einer sogenannten Einblaseturbine an, also einer Turbine, die verdichtete Luft in die Niederdrucksäule des Destillationssäulensystems entspannt.
  • Entsprechende MAC/BAC-Verfahren führen jedoch im Gegensatz zu den HAP-Verfahren zu deutlich erhöhten Investitionskosten aufgrund der aufwendiger zu erstellenden Verdichteranordnung. Es besteht daher der Bedarf nach Verfahren, die die niedrigen Investitionskosten eines HAP-Verfahrens mit den genannten Vorteilen eines MAC/BAC-Verfahrens, insbesondere mit einer Einblaseturbine, kombinieren.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schlägt vor diesem Hintergrund ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft 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.
  • 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.
  • 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", in dem in MAC/BAC-Verfahren ein Teil der im Hauptluftverdichter verdichteten Luftmenge auf einen nochmals höheren Druck gebracht wird, als 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 bzw. Boostern gekoppelt sein und diese antreiben. Werden ein oder mehrere Turboverdichter ohne extern zugeführte Energie, d.h. nur über einen oder mehrere Turboverdichter, angetrieben, wird für eine derartige Anordnung auch der Begriff "Turbinenbooster" verwendet. In einem Turbinenbooster sind der Turboexpander und der Turboverdichter bzw. Booster mechanisch gekoppelt.
  • Allgemein können drehende Einheiten, beispielsweise Entspannungsmaschinen bzw. Entspannungsturbinen, Verdichter bzw. Verdichterstufen, Boosterturbinen bzw. Booster, Rotoren von Elektromotoren und dergleichen, in entsprechender Weise mechanisch miteinander gekoppelt sein. Unter einer "mechanischen Kopplung" wird im hier verwendeten Sprachgebrauch verstanden, dass über mechanische Elemente wie Zahnräder, Riemen, Getriebe und dergleichen eine feste oder mechanisch einstellbare Drehzahlbeziehung zwischen solchen drehenden Einheiten herstellbar ist. Eine mechanische Kopplung kann allgemein durch zwei oder mehrere, jeweils miteinander in Eingriff, beispielsweise in Formeingriff oder Reibeingriff, stehende Elemente, beispielsweise Zahnräder oder Treibscheiben mit Riemen, oder eine drehfeste Verbindung hergestellt werden. Eine drehfeste Verbindung kann insbesondere über eine gemeinsame Welle bewirkt werden, auf der die drehenden Einheiten jeweils drehfest befestigt sind. Die Drehzahl der drehenden Einheiten ist in diesem Fall gleich.
  • Hingegen sind entsprechende Einheiten "mechanisch ungekoppelt", wenn keine feste oder mechanisch einstellbare Drehzahlbeziehung zwischen entsprechenden Elementen besteht. Selbstverständlich können, beispielsweise zwischen mehreren Elektromotoren, insbesondere durch geeignete elektrische Ansteuerung, oder zwischen mehreren Turbinen, insbesondere durch die Wahl geeigneter Eingangs- und Enddrücke, auch bestimmte Drehzahlbeziehungen vorgegeben werden. Diese werden aber nicht durch zwei oder mehrere, jeweils miteinander in Eingriff, beispielsweise in Formeingriff oder Reibeingriff, stehende Elemente oder durch eine drehfeste Verbindung hervorgerufen.
  • Der mechanische Aufbau von Turboverdichtern und Turboexpandern ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt. In einem Turboverdichter erfolgt die Verdichtung der Luft mittels Laufschaufeln, die auf einem Laufrad oder direkt auf einer Welle angeordnet sind. Ein Turboverdichter bildet dabei eine bauliche Einheit, die jedoch mehrere "Verdichterstufen" aufweisen kann. Eine Verdichterstufe umfasst in der Regel ein Laufrad oder eine entsprechende Anordnung von Laufschaufeln. Alle dieser Verdichterstufen können von einer gemeinsamen Welle angetrieben werden. Ein Turboexpander ist grundsätzlich vergleichbar ausgebildet, wobei die Laufschaufeln jedoch durch die expandierende Luft angetrieben werden. Auch hier können mehrere Expansionsstufen vorgesehen sein. Turboverdichter und Turboexpander können als Radial- oder Axialmaschinen ausgebildet sein.
  • Im Rahmen dieser Anmeldung ist von der Gewinnung von Luftprodukten, insbesondere von 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.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Verwendung seriell angeordneter kalter Booster, zwischen denen die die zu verdichtende Luft des Drosselstroms nicht abgekühlt wird, ein besonders effizientes und zumindest die exergetischen Vorteile herkömmlicher MAC/BAC-Verfahren aufweisendes HAP-Verfahren ermöglicht. Die Wärmetauschprofile in einem Hauptwärmetauscher, der in einer erfindungsgemäß betriebenen Luftzerlegungsanlage eingesetzt wird, erweisen sich als besonders günstig, insbesondere im Vergleich zu Wärmetauschprofilen, wie sie in bekannten Verfahren, in denen eine Zwischenabkühlung zwischen kalten Boostern erfolgt, erhalten werden. Ferner beruht die vorliegende Erfindung auf der Erkenntnis, dass eine Verwendung eines warmen Boosters stromauf der kalten Booster besondere Vorteile bietet. Die insgesamt drei Booster verdichten dabei den mehrfach erläuterten Drosselstrom, jedoch keine weiteren Ströme. Zwischen dem warmen Booster einerseits und den seriell angeordneten kalten Boostern andererseits sowie stromab der kalten Booster wird insbesondere eine Abkühlung im Hauptwärmetauscher vorgenommen.
  • Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft unter Verwendung einer Luftzerlegungsanlage vor, die ein Destillationssäulensystem mit einer auf einem Hochdrucksäulendruckniveau betriebenen Hochdrucksäule und einer auf einem Niederdrucksäulendruckniveau betriebenen Niederdrucksäule aufweist. Das Hochdrucksäulendruckniveau kann beispielsweise bei 4 bis 7 bar liegen, wie es in entsprechenden Luftzerlegungsanlagen üblich ist. Das Niederdrucksäulendruckniveau liegt knapp oberhalb des Atmosphärendrucks, insbesondere bei 1,2 bis 1,8 bar, um beispielsweise eine gute Trennleistung und eine Ausleitung in der Niederdrucksäule anfallender Luftprodukte ohne zusätzliche Pumpen gewährleisten zu können.
  • Als HAP-Verfahren umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zunächst den Schritt, die gesamte, in das Destillationssäulensystem eingespeiste Luft zunächst auf ein Ausgangsdruckniveau zu verdichten, das mindestens 4 und bis zu 20 bar oberhalb des Hochdrucksäulendrucks liegt. Insbesondere kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung dabei in einem verwendeten Hauptluftverdichter eine Verdichtung der gesamten Luftmenge auf ein Druckniveau von 10 bis 23 bar erfolgen. Auf dem genannten Druckniveau kann die Druckluft einer Trocknung und Reinigung, insbesondere unter Verwendung von Molekularsieb, unterworfen werden.
  • Ein Teil der auf das Ausgangsdruckniveau verdichteten und entsprechend getrockneten und gereinigten Luft wird anschließend einer ersten Druckerhöhung auf einem oberhalb von 0 °C liegenden ersten Temperaturniveau und anschließend zwei weiteren Druckerhöhungen auf unterhalb des ersten Temperaturniveaus liegenden Temperaturniveaus unterworfen. Die der ersten Druckerhöhung unterworfene Luft kann dabei insbesondere nach der ersten Druckerhöhung in einem Hauptwärmetauscher einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage abgekühlt werden. Die entsprechende Luft wird daher den weiteren Druckerhöhungen auf entsprechend geringeren Temperaturniveaus unterworfen.
  • Die den zwei weiteren Druckerhöhungen unterworfene Luft wird anschließend in die Hochdrucksäule entspannt. Zur Entspannung kommt ein Drosselventil zum Einsatz. Die Luft, die den zwei weiteren Druckerhöhungen und zuvor der ersten Druckerhöhung unterworfen wurde, ist daher ein sogenannter "Drosselstrom", wie er grundsätzlich auf dem Gebiet der Luftzerlegung bekannt ist.
  • Der Niederdrucksäule wird eine tiefkalte, sauerstoffreiche Flüssigkeit entnommen, in tiefkaltem Zustand einer Druckerhöhung unterworfen, anschließend erwärmt und verdampft und aus der Luftzerlegungsanlage als Druckprodukt ausgeleitet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich also um ein Luftzerlegungsverfahren, bei dem eine sogenannte Innenverdichtung von Sauerstoff bzw. eines entsprechenden sauerstoffreichen Druckprodukts erfolgt.
  • Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass für die erste Druckerhöhung ein erster Booster (also ein "warmer" Booster, wie mehrfach erläutert) verwendet wird, wobei der erste Booster unter Verwendung einer ersten Entspannungsmaschine angetrieben wird, in der ein weiterer Teil der auf das Ausgangsdruckniveau verdichteten Luft von dem Ausgangsdruckniveau auf das zweite Druckniveau entspannt wird, der anschließend in die Niederdrucksäule eingespeist wird. Dieser weitere Teil wird insbesondere zuvor abgekühlt. Bei der ersten Entspannungsmaschine handelt es sich also ihrer Funktion nach um eine sogenannte "Einblaseturbine" bzw. "Lachmann-Turbine", wie sie aus dem Bereich der Luftzerlegung ebenfalls bekannt ist. Durch eine entsprechende Lufteinblasung in die Niederdrucksäule verbessert sich die Energieeffizienz. Zu weiteren Details sei auf Fachliteratur, beispielsweise F.G. Kerry, Industrial Gas Handbook: Gas Separation and Purification, CRC Press, 2006, insbesondere Abschnitt 3.8.1, "The Lachmann Principle", verwiesen.
  • Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass für die zwei weiteren Druckerhöhungen ein zweiter Booster und ein dritter Booster (also zwei "kalte" Booster) verwendet werden, durch die Luft für die zwei weiteren Druckerhöhungen nacheinander geführt wird, wobei die Luft dem dritten Booster auf einem Temperaturniveau zugeführt wird, auf dem sie den zweiten Booster verlässt. Mit anderen Worten erfolgt also im Rahmen der vorliegenden Erfindung keine Zwischenabkühlung zwischen den kalten Boostern, was, wie erfindungsgemäß erkannt wurde, gegenüber herkömmlichen Verfahren besonders günstige Wärmetauschprofile in dem verwendeten Wärmetauscher ermöglicht.
  • Die jeweils insgesamt durch den ersten Booster, den zweiten Booster und den dritten Booster und optional durch das Drosselventil geführten Luftmengen unterscheiden sich erfindungsgemäß um nicht mehr als 10% voneinander. Insbesondere können diese Luftmengen sich um nicht mehr als 5% unterscheiden oder im Wesentlichen oder vollständig identisch sein. Mit anderen Worten sind die der ersten und die den zwei weiteren Druckerhöhungen jeweils unterworfenen Luftmengen und optional auch die in dem Drosselventil entspannte Luftmenge im erläuterten Umfang ähnlich oder gleich.
  • Dies bedeutet nichts anderes, als dass der erste Booster, der zweite Booster und der dritte Booster und optional auch das Entspannungsventil nur für die Bereitstellung des Drosselstroms, nicht aber für die Bereitstellung weiterer Luftanteile bzw. in das Destillationssäulensystem eingespeister Ströme eingesetzt werden.
    Die vorliegende Erfindung entfaltet ihre Vorteile, wenn die der Niederdrucksäule entnommene, tiefkalte sauerstoffreiche Flüssigkeit in tiefkaltem Zustand einer Druckerhöhung auf 6 bis 25 bar unterworfen wird. Eine entsprechende Druckerhöhung ist daher erfindungsgemäß vorgesehen. Wie eingangs erwähnt, sind herkömmlicherweise in derartigen Druckbereichen, auf denen ein innenverdichtetes Sauerstoffprodukt bereitgestellt wird, klassische MAC/BAC-Verfahren exergetisch günstiger. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es jedoch durch den erwähnten Einsatz der seriellen Booster ohne Zwischenabkühlung entsprechende Vorteile auch in HAP-Verfahren zu erzielen.
  • Wie bereits angesprochen, entfaltet die Erfindung ihre Vorteile, wenn eine geringe Flüssigproduktion vorgenommen wird, d.h. Luftprodukte zu einem Anteil von höchstens 1 % oder auch 0%, bezogen auf die gesamte, in das Destillationssäulensystem eingespeiste Luftmenge, aus der Luftzerlegungsanlage flüssig ausgeleitet werden. Dies ist daher erfindungsgemäß vorgesehen. Ferner wird eine relativ geringe Menge stickstoffreicher Luftprodukte gebildet. Bei diesen stickstoffreichen Luftprodukten handelt es sich um solche, die der Hochdrucksäule des Destillationssäulensystems kopfnah oder am Kopf entnommen und weder als Rücklauf auf die Hochdrucksäule oder die Niederdrucksäule verwendet werden. Insbesondere werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung daher stickstoffreiche Luftprodukte zu einem Anteil von höchstens 2%, bezogen auf die gesamte, in das Destillationssäulensystem eingespeiste Luftmenge, der Hochdrucksäule entnommen und aus der Luftzerlegungsanlage gasförmig ausgeleitet.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden vorteilhafterweise der zweite Booster und der dritte Booster jeweils mittels Entspannungsmaschinen angetrieben, in denen ein weiterer Teil der auf das Ausgangsdruckniveau verdichteten Luft entspannt wird, der zuvor abgekühlt wurde und anschließend, d.h. nach der Entspannung in den genannten Entspannungsmaschinen, in das Destillationssäulensystem eingespeist wird. Zum Antrieb des zweiten Boosters wird dabei eine zweite Entspannungsmaschine und zum Antrieb des dritten Boosters eine dritte Entspannungsmaschine verwendet. Im Gegensatz zu den seriell betriebenen Boostern, die für die zwei weiteren Druckerhöhungen eingesetzt werden, sind entsprechende Entspannungsmaschinen parallel geschaltet, d.h. die für den Antrieb der Entspannungsmaschinen eingesetzte Luft wird zuvor in zwei Teilströme aufgeteilt. Auf diese Weise kann die entspannte Luftmenge jeweils der erforderlichen Druckerhöhung in den entsprechenden, mit den Entspannungsmaschinen verbundenen kalten Boostern angepasst werden und umgekehrt.
  • Insbesondere erfolgt der Antrieb der kalten Booster mittels der jeweiligen Entspannungsmaschinen über eine geeignete mechanische Kopplung. Zu Details einer entsprechenden mechanischen Kopplung sei auf die obigen Erläuterungen verwiesen. Grundsätzlich ließen sich entsprechende Booster auch motorisch antreiben, ein Antrieb über entsprechende Entspannungsmaschinen ist jedoch hinsichtlich der Investitionskosten und des Wärmeeintrags in eine entsprechende Anlage besonders vorteilhaft.
  • Vorteilhafterweise erfolgt die Entspannung der Luft in den Entspannungsmaschinen, die den zweiten Booster und den dritten Booster antreiben, auf das Hochdrucksäulendruckniveau. Durch eine entsprechende Entspannung kann eine Teilverflüssigung der Luft erfolgen. Ein gasförmiger Anteil kann dabei direkt in die Hochdrucksäule eingespeist und der verflüssigte Anteil in die Niederdrucksäule entspannt werden. Der verflüssigte Anteil lässt sich auf diese Weise als Rücklauf auf die Niederdrucksäule nutzen und trägt dort zur Verbesserung der Trennleistung bei, wie beispielsweise bei Kerry in Abschnitt 2.6, "Theoretical Analysis of the Claude Cycle" erläutert.
  • Die vorliegende Erfindung erlaubt weitere Optimierungen. Insbesondere kann ein Teil der auf das Ausgangsdruckniveau verdichteten Luft abgekühlt und ausgehend von dem Ausgangsdruckniveau, d.h. ohne weitere Druckerhöhung durch Booster und dergleichen, in die Hochdrucksäule entspannt werden. Dies kann insbesondere über ein weiteres Entspannungsventil erfolgen.
  • Insbesondere kann die Luft, die dem zweiten Booster zugeführt wird, zuvor im Hauptwärmetauscher auf ein Temperaturniveau von 130 bis 200 K abgekühlt werden. Die Luft, die in den Entspannungsmaschinen entspannt wird, die den zweiten Booster und den dritten Booster antreiben, wird insbesondere zuvor auf ein Temperaturniveau von 120 bis 190 K abgekühlt. Die Luft, die in der ersten Entspannungsmaschine entspannt wird, die den ersten Booster antreibt, wird insbesondere zuvor auf ein Temperaturniveau von 150 bis 230 K abgekühlt. Die in dem dritten Booster druckerhöhte Luft wird vorteilhafterweise nach der dortigen Druckerhöhung und vor ihrer Entspannung in die Hochdrucksäule auf ein Temperaturniveau von 97 bis 105 K, also das tiefste Temperaturniveau, das mittels eines entsprechenden Hauptwärmetauschers bereitstellbar ist, abgekühlt. Mittels des zweiten Boosters wird vorteilhafterweise eine Druckerhöhung um 10 bis 25 bar und mittels des dritten Boosters vorteilhafterweise eine Druckerhöhung um 5 bis 20 bar bewirkt.
  • Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auch auf eine Luftzerlegungsanlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, die ein Destillationssäulensystem mit einer für einen Betrieb auf einem Hochdrucksäulendruckniveau eingerichteten Hochdrucksäule und einer für einen Betrieb auf einem Niederdrucksäulendruckniveau eingerichteten Niederdrucksäule aufweist.
  • Die Luftzerlegungsanlage umfasst dabei Mittel, die dazu eingerichtet sind, die gesamte, in das Destillationssäulensystem eingespeiste Luft zunächst auf ein Ausgangsdruckniveau zu verdichten, das mindestens 4 und bis zu 20 bar oberhalb des Hochdrucksäulendruckniveaus liegt, einen Teil der auf das Ausgangsdruckniveau verdichteten Luft einer ersten Druckerhöhung auf einem oberhalb 0 °C liegenden ersten Temperaturniveau und anschließend zwei weiteren Druckerhöhungen auf unterhalb des ersten Temperaturniveaus liegenden Temperaturniveaus zu unterwerfen und anschließend unter Verwendung eines Drosselventils in die Hochdrucksäule zu entspannen, und der Niederdrucksäule eine tiefkalte, sauerstoffreiche Flüssigkeit zu entnehmen, diese in tiefkaltem Zustand einer Druckerhöhung zu unterwerfen, anschließend zu erwärmen und zu verdampfen und aus der Luftzerlegungsanlage auszuleiten. Erfindungsgemäß ist für die erste Druckerhöhung ein erster Booster bereitgestellt, der mit einer ersten Entspannungsmaschine mechanisch gekoppelt ist, wobei Mittel vorgesehen sind, die dazu eingerichtet sind, einen weiteren Teil der auf das Ausgangsdruckniveau verdichteten Luft in der ersten Entspannungsmaschine von dem Ausgangsdruckniveau auf das Niederdrucksäulendruckniveau zu entspannen und anschließend in die Niederdrucksäule einzuspeisen,
  • Erfindungsgemäß sind für die zwei weiteren Druckerhöhungen ein zweiter Booster und ein dritter Booster bereitgestellt und es sind Mittel vorgesehen, die dazu eingerichtet sind, die Luft für die zwei weiteren Druckerhöhungen nacheinander durch den zweiten Booster und den dritten Booster zu führen und dabei die Luft dem dritten Booster auf einem Temperaturniveau zuzuführen, auf dem sie den zweiten Booster verlässt. Es sind Mittel vorgesehen, die dazu eingerichtet sind, durch den ersten Booster, den zweiten Booster und den dritten Booster jeweils insgesamt Luftmengen zu führen, die sich um nicht mehr als 10% voneinander unterscheiden. Ferner sind Mittel vorgesehen, die dazu eingerichtet sind, die Druckerhöhung, der die der Niederdrucksäule entnommene tiefkalte, sauerstoffreiche Flüssigkeit in tiefkaltem Zustand unterworfen wird, in Form einer Druckerhöhung auf 6 bis 25 bar vorzunehmen.
  • Die Luftzerlegungsanlage ist dazu eingerichtet, Luftprodukte zu einem Anteil von höchstens 1%, bezogen auf die gesamte, in das Destillationssäulensystem eingespeiste Luftmenge, flüssig bereitzustellen und vorteilhafterweise stickstoffreiche Luftprodukte zu einem Anteil von höchstens 2%, bezogen auf die gesamte, in das Destillationssäulensystem eingespeiste Luftmenge, der Hochdrucksäule zu entnehmen und gasförmig bereitzustellen.
  • Eine derartige Luftzerlegungsanlage ist insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens eingerichtet, wie es zuvor erläutert wurde. Auf die entsprechenden Merkmale und Vorteile sei daher ausdrücklich verwiesen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, die Details bezüglich Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • Figur 1 veranschaulicht eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms.
    • Figur 2 veranschaulicht ein Q/T-Diagramm für einen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzten Wärmetauscher.
    • Figur 3 veranschaulicht ein Q/T-Diagramm für einen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzten Wärmetauscher.
    Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • In Figur 1 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms veranschaulicht und insgesamt mit 100 bezeichnet.
  • Der Luftzerlegungsanlage 100 wird mittels einer Luftverdichtungs- und Reinigungseinheit 1, die einen Hauptluftverdichter und ein geeignetes Reinigungssystem umfasst und hier stark schematisiert dargestellt ist, ein Druckluftstrom a zugeführt. Die in Figur 1 veranschaulichte Luftzerlegungsanlage ist für ein sogenanntes HAP-Verfahren eingerichtet. Dies bedeutet, dass der Druckluftstrom a, der die gesamte, in ein Destillationssäulensystem 10 der Luftzerlegungsanlage 100 eingespeiste Luft umfasst, auf ein Druckniveau verdichtet wird, das mindestens 4 und bis zu 20 bar oberhalb des Druckniveaus liegt, auf dem eine Hochdrucksäule 11 des Destillationssäulensystems 10 betrieben wird.
  • Das Druckniveau des Stroms a wird hier als "Ausgangsdruckniveau" bezeichnet, das Druckniveau der Hochdrucksäule 11 als "Hochdrucksäulendruckniveau". Auf dem Ausgangsdruckniveau werden aus der Luft des Druckluftstroms a insgesamt vier Teilströme gebildet, die hier mit b, c, d und e bezeichnet sind.
  • Die Luft des Teilstroms b wird dabei zunächst einer Druckerhöhung in einem Booster 2 unterworfen. Die Druckerhöhung in dem Booster 2, die hier auch als "erste Druckerhöhung" bezeichnet wird, erfolgt bei deutlich mehr als 0°C, weshalb der Booster 2 herkömmlicherweise auch als "Warmbooster" bezeichnet wird.
  • Nach der ersten Druckerhöhung in dem Booster 2 wird die Luft des Teilstroms b in einem Nachkühler 3 abgekühlt und anschließend warmseitig einem Hauptwärmetauscher 4 der Luftzerlegungsanlage 100 zugeführt. Die Luft des Teilstroms b wird dem Hauptwärmetauscher 4 (siehe Verknüpfung A) auf einem Zwischentemperaturniveau entnommen, das deutlich unterhalb von 0 °C liegt. Die entsprechend abgekühlte Luft des Teilstroms b wird anschließend zwei weiteren Druckerhöhungen unterworfen. Hierzu wird die Luft des Teilstroms b zunächst durch einen Booster 5 und anschließend durch einen Booster 6 geführt. Der Booster 5 wird hier auch als "zweiter", der Booster 6 auch als "dritter" Booster bezeichnet. Beide Booster 5, 6 werden auf Temperaturniveaus deutlich unterhalb von 0 °C und insbesondere auf Temperaturniveaus unterhalb des ersten Temperaturniveaus des Boosters 2 betrieben. sie werden daher auch als "Kaltbooster" bezeichnet.
  • Die Luft des Teilstroms b wird dem dritten Booster 6 dabei auf einem Temperaturniveau zugeführt, auf dem sie den zweiten Booster 5 verlässt. Es erfolgt also zwischen dem zweiten Booster 5 und dem dritten Booster 6 keine Zwischenabkühlung. Nach der Druckerhöhung in dem Booster 6 wird die Luft des Teilstroms b auf dem Temperaturniveau, auf dem sie den dritten Booster 6 verlässt, erneut dem Hauptwärmetauscher 4 zugeführt und diesem kaltseitig entnommen.
  • Die Booster 5 und 6 werden mittels Entspannungsmaschinen 7 und 8 angetrieben, in denen Luft des Teilstroms c, die hierzu in Teilströme f und g aufgeteilt wird, verwendet wird. Die Luft des Teilstroms c wird hierbei zunächst dem Hauptwärmetauscher warmseitig zugeführt und diesem auf einem Zwischentemperaturniveau entnommen, bevor sie in die erwähnten Teilströme f und g aufgeteilt und den Entspannungsmaschinen 7, 8 zugeführt wird.
  • Die Luft des Teilstroms d wird dem Hauptwärmetauscher 4 warmseitig zugeführt und kaltseitig entnommen, die Luft des Teilstroms e wird dem Hauptwärmetauscher 4 warmseitig zugeführt, auf einem Zwischentemperaturniveau entnommen und in einer Entspannungsmaschine 9 zum Antreiben des Boosters 2 verwendet.
  • Die entspannte Luft der Teilströme f und g wird in einen Abscheidebehälter 13 überführt, in dem sich eine Flüssigphase abscheidet. Die Flüssigphase wird (siehe Verknüpfung B) in Form eines Stroms h in die Niederdrucksäule 12 entspannt. Der gasförmig verbleibende Anteil der Luft der Ströme f und g wird in Form eines Stroms i in die Hochdrucksäule 11 eingespeist. Die Luft der Teilströme b und d wird über Ventile 14 und 15 in die Hochdrucksäule 11 entspannt. Direkt unterhalb der Einspeisestelle der Ströme b und d kann ein durch deren Entspannung verflüssigter Anteil in Form des Stroms q aus der Hochdrucksäule 11 abgezogen, durch einen Unterkühlungsgegenströmer 16 geführt und zusammen mit dem Strom h in die Niederdrucksäule 12 entspannt werden.
  • In der Hochdrucksäule 11 wird unter Verwendung von Luft der Ströme b, d und i ein sauerstoffangereichertes, flüssiges Sumpfprodukt und ein stickstoffangereichertes, gasförmiges Kopfprodukt gebildet. Das sauerstoffangereicherte flüssige Sumpfprodukt der Hochdrucksäule 11 wird dieser zumindest zum Teil in Form eines Stroms k entnommen, durch den Unterkühlungsgegenströmer 16 geführt und in die Niederdrucksäule 12 entspannt. Das stickstoffangereicherte, gasförmige Kopfprodukt wird zumindest zu einem Teil in Form des Stroms I abgezogen. Ein Teil hiervon kann in Form des Stroms m in dem Hauptwärmetauscher 4 erwärmt und als stickstoffreiches Druckprodukt aus der Luftzerlegungsanlage 100 ausgeführt oder beispielsweise als Dichtgas in einem Hauptluftverdichter der Luftverdichtungs- und Reinigungseinheit 1 verwendet werden.
  • Ein weiterer Anteil des Stroms I kann in einem die Hochdrucksäule und die Niederdrucksäule wärmetauschend verbindenden Hauptkondensator 17 zumindest teilweise verflüssigt werden. Ein Anteil des entsprechenden Verflüssigungsprodukts kann auf die Hochdrucksäule 11 als Rücklauf zurückgeführt werden, ein weiterer Anteil in Form des Stroms n durch den Unterkühlungsgegenströmer 16 geführt und in die Niederdrucksäule 12 entspannt werden.
  • In der Niederdrucksäule 12 werden ein sauerstoffreiches flüssiges Sumpfprodukt und ein gasförmiges Kopfprodukt gebildet. Das sauerstoffreiche flüssige Sumpfprodukt der Niederdrucksäule 12 kann zumindest teilweise in Form des Stroms o aus der Hochdrucksäule 12 abgezogen, mittels einer Pumpe 18 in flüssigem Zustand druckerhöht, in dem Hauptwärmetauscher 4 erwärmt und verdampft und als innenverdichtetes Sauerstoffdruckprodukt aus der Luftzerlegungsanlage 100 ausgeführt werden.
  • Das gasförmige Kopfprodukt der Niederdrucksäule 12 kann zumindest teilweise in Form des Stroms p als sogenannter Unreinstickstoff abgezogen, durch den Unterkühlungsgegenströmer 16 geführt, in dem Hauptwärmetauscher 4 erwärmt und beispielsweise als Regeneriergas für Adsorber in der Luftverdichtungs- und Reinigungseinheit 1 verwendet werden.
  • Durch den in Figur 1 veranschaulichten Betrieb der Luftzerlegungsanlage 100 ergibt sich ein besonders vorteilhafter Wärmetausch in dem Hauptwärmetauscher 4, wenn die weiteren, oben erläuterten Voraussetzungen erfüllt sind. Dies ist anhand der in Figur 2 und 3 gezeigten Q/T-Diagramme veranschaulicht.
  • In Figur 2 ist dabei ein entsprechendes Q/T-Diagramm für den Fall dargestellt, dass das sauerstoffreiche Fluid des Stroms o in der Pumpe 18 der Luftzerlegungsanlage 100 auf ein Druckniveau von ca. 15,0 bar verdichtet wird, in Figur 3 ist ein entsprechendes Q/T-Diagramm bei einem Druck von ca. 10,0 bar veranschaulicht. Es ist jeweils eine Temperatur in K auf der Abszisse gegenüber einer Enthalpie(summe) des Wärmetauschers in MW auf der Ordinate aufgetragen. Mit 201 ist jeweils eine Zustandsänderungskurve bzw. Summenkurve des warmen, mit 202 eine Zustandsänderungskurve bzw. Summenkurve des kalten Mediums, hier des zu erwärmenden sauerstoffreichen Fluids des Stroms o, bezeichnet. Wie aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich, sind die Zustandsänderungskurven bzw. Summenkurven 201 und 202 aufgrund des erfindungsgemäßen Betriebs einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage sehr eng aneinander angenähert.
  • Je enger die warme und die kalte Summenkurve sich im Hauptwärmetauscher annähern, desto geringere Exergieverluste entstehen durch die Wärmeübertragung. Da die Exergieverluste durch Wärmeübertragung sich proportional zu ∼ 1 / T2 verhalten, sind Temperaturdifferenzen im bei "kalten Temperaturen" besonders teuer im exergetischen Sinn. T bezeichnet im vorstehenden Term das Temperaturniveau der lokalen Wärmeübertragung.
  • Liegen daher, bildlich gesprochen, die warme und die kalte Summenkurve im Bereich von 200 bis 100 K nahe aneinander, so ist der Prozess im Hauptwärmetauscher im erläuterten Sinn besonders vorteilhaft bzw. lässt sich in einem derartigen Fall das gesamte System besonders energieoptimiert betreiben.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft unter Verwendung einer Luftzerlegungsanlage (100), die ein Destillationssäulensystem (10) mit einer auf einem Hochdrucksäulendruckniveau betriebenen Hochdrucksäule (11) und einer auf einem Niederdrucksäulendruckniveau betriebenen Niederdrucksäule (12) aufweist, wobei das Verfahren umfasst
    - die gesamte, in das Destillationssäulensystem (10) eingespeiste Luft zunächst auf ein Ausgangsdruckniveau zu verdichten, das mindestens 4 und bis zu 20 bar oberhalb des Hochdrucksäulendruckniveaus liegt,
    - einen Teil der auf das Ausgangsdruckniveau verdichteten Luft einer ersten Druckerhöhung auf einem oberhalb 0 °C liegenden ersten Temperaturniveau und anschließend zwei weiteren Druckerhöhungen auf unterhalb des ersten Temperaturniveaus liegenden Temperaturniveaus zu unterwerfen und anschließend unter Verwendung eines Drosselventils (14) in die Hochdrucksäule (11) zu entspannen, und
    - der Niederdrucksäule (12) eine tiefkalte, sauerstoffreiche Flüssigkeit zu entnehmen, diese tiefkalte, sauerstoffreiche Flüssigkeit in tiefkaltem Zustand einer Druckerhöhung zu unterwerfen, zu erwärmen und zu verdampfen, und aus der Luftzerlegungsanlage (100) auszuleiten,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - für die erste Druckerhöhung ein erster Booster (2) verwendet wird, der unter Verwendung einer ersten Entspannungsmaschine (9) angetrieben wird, in der ein weiterer Teil der auf das Ausgangsdruckniveau verdichteten Luft, welcher anschließend in die Niederdrucksäule (12) eingespeist wird, von dem Ausgangsdruckniveau auf das Niederdrucksäulendruckniveau entspannt wird,
    - für die zwei weiteren Druckerhöhungen ein zweiter Booster (5) und ein dritter Booster (6) verwendet werden, durch die die Luft nacheinander geführt wird, wobei die Luft dem dritten Booster (6) auf einem Temperaturniveau zugeführt wird, auf dem sie den zweiten Booster (5) verlässt,
    - die jeweils insgesamt durch den ersten Booster (2), den zweiten Booster (5) und den dritten Booster (6) geführten Luftmengen sich um nicht mehr als 10% voneinander unterscheiden,
    - die Druckerhöhung, der die der Niederdrucksäule (12) entnommene tiefkalte, sauerstoffreiche Flüssigkeit in tiefkaltem Zustand unterworfen wird, eine Druckerhöhung auf 6 bis 25 bar ist,
    - Luftprodukte zu einem Anteil von höchstens 1 %, bezogen auf die gesamte, in das Destillationssäulensystem (10) eingespeiste Luftmenge, aus der Luftzerlegungsanlage (100) flüssig ausgeleitet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem stickstoffreiche Luftprodukte zu einem Anteil von höchstens 2%, bezogen auf die in das Destillationssäulensystem (10) eingespeiste gesamte Luftmenge, der Hochdrucksäule (11) entnommen und aus der Luftzerlegungsanlage (100) gasförmig ausgeleitet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der zweite Booster (5) und der dritte Booster (6) jeweils mittels Entspannungsmaschinen (7, 8) angetrieben werden, in denen ein weiterer Teil der auf das Ausgangsdruckniveau verdichteten Luft parallel entspannt wird, der zuvor abgekühlt und anschließend in das Destillationssäulensystem (10) eingespeist wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Entspannung der Luft in den Entspannungsmaschinen (7, 8), die den zweiten Booster (5) und den dritten Booster (6) antreiben, auf das Hochdrucksäulendruckniveau erfolgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Luft durch die Entspannung auf das Hochdrucksäulendruckniveau in den Entspannungsmaschinen (7, 8), die den zweiten Booster (5) und den dritten Booster (6) antreiben, teilverflüssigt wird, wobei der gasförmig verbleibende Anteil in die Hochdrucksäule (11) und der verflüssigte Anteil in die Niederdrucksäule (12) eingespeist wird.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein weiterer Anteil der auf das Ausgangsdruckniveau verdichteten Luft abgekühlt und ausgehend von dem Ausgangsdruckniveau in die Hochdrucksäule (11) entspannt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Luft, die dem zweiten Booster (5) zugeführt wird, zuvor auf ein Temperaturniveau von 130 bis 200 K abgekühlt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei dem die Luft, die in den Entspannungsmaschinen (7, 8) entspannt wird, die den zweiten Booster (5) und den dritten Booster (6) antreiben, vor ihrer Entspannung auf ein Temperaturniveau von 120 bis 190 K abgekühlt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Luft, die in der ersten Entspannungsmaschine (9) entspannt wird, zuvor auf ein Temperaturniveau von 150 bis 230 K abgekühlt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die in dem dritten Booster (6) druckerhöhte Luft vor ihrer Entspannung in die Hochdrucksäule (11) auf ein Temperaturniveau von 97 bis 105 K abgekühlt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Druckerhöhung in dem zweiten Booster (5) eine Druckerhöhung um 10 bis 25 bar und in dem dritten Booster (6) eine Druckerhöhung um 5 bis 15 bar ist.
  12. Luftzerlegungsanlage (100) zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, die ein Destillationssäulensystem (10) mit einer für einen Betrieb auf einem Hochdrucksäulendruckniveau eingerichteten Hochdrucksäule (11) und einer für einen Betrieb auf einem Niederdrucksäulendruckniveau eingerichteten Niederdrucksäule (12) aufweist, wobei die Luftzerlegungsanlage (100) Mittel aufweist, die dazu eingerichtet sind
    - die gesamte, in das Destillationssäulensystem (10) eingespeiste Luft zunächst auf ein Ausgangsdruckniveau zu verdichten, das mindestens 4 und bis zu 20 bar oberhalb des Hochdrucksäulendruckniveaus liegt,
    - einen Teil der auf das Ausgangsdruckniveau verdichteten Luft einer ersten Druckerhöhung auf einem oberhalb 0 °C liegenden ersten Temperaturniveau und anschließend zwei weiteren Druckerhöhungen auf unterhalb des ersten Temperaturniveaus liegenden Temperaturniveaus zu unterwerfen und anschließend unter Verwendung eines Drosselventils (14) in die Hochdrucksäule (11) zu entspannen, und
    - der Niederdrucksäule (12) eine tiefkalte, sauerstoffreiche Flüssigkeit zu entnehmen, diese tiefkalte, sauerstoffreiche Flüssigkeit in tiefkaltem Zustand einer Druckerhöhung zu unterwerfen, anschließend zu erwärmen und zu verdampfen und aus der Luftzerlegungsanlage (100) auszuleiten,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - für die erste Druckerhöhung ein erster Booster (2) bereitgestellt ist, der mit einer ersten Entspannungsmaschine (9) mechanisch gekoppelt ist, wobei Mittel vorgesehen sind, die dazu eingerichtet sind, einen weiteren Teil der auf das Ausgangsdruckniveau verdichteten Luft in der ersten Entspannungsmaschine (9) von dem Ausgangsdruckniveau auf das Niederdrucksäulendruckniveau zu entspannen und anschließend in die Niederdrucksäule (12) einzuspeisen,
    - für die zwei weiteren Druckerhöhungen ein zweiter Booster (5) und ein dritter Booster (6) bereitgestellt sind und Mittel vorgesehen sind, die dazu eingerichtet sind, die Luft für die zwei weiteren Druckerhöhungen nacheinander durch den zweiten Booster (5) und den dritten Booster (6) zu führen und dabei die Luft dem dritten Booster (6) auf einem Temperaturniveau zuzuführen, auf dem sie den zweiten Booster (5) verlässt,
    - Mittel vorgesehen sind, die dazu eingerichtet sind, durch den ersten Booster (2), den zweiten Booster (5) und den dritten Booster (6) jeweils insgesamt Luftmengen zu führen, die sich um nicht mehr als 10% voneinander unterscheiden,
    - Mittel vorgesehen sind, die dazu eingerichtet sind, die Druckerhöhung, der die der Niederdrucksäule (12) entnommene tiefkalte, sauerstoffreiche Flüssigkeit in tiefkaltem Zustand unterworfen wird, in Form einer Druckerhöhung auf 6 bis 25 bar vorzunehmen, und
    - die Luftzerlegungsanlage (100) dazu eingerichtet ist, Luftprodukte zu einem Anteil von höchstens 1%, bezogen auf die gesamte, in das Destillationssäulensystem (10) eingespeiste Luftmenge, flüssig bereitzustellen
  13. Luftzerlegungsanlage (100) nach Anspruch 12, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 eingerichtet ist.
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