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WO1993019335A1 - Air separation plant and process for the low-temperature air separation - Google Patents

Air separation plant and process for the low-temperature air separation Download PDF

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Publication number
WO1993019335A1
WO1993019335A1 PCT/EP1993/000622 EP9300622W WO9319335A1 WO 1993019335 A1 WO1993019335 A1 WO 1993019335A1 EP 9300622 W EP9300622 W EP 9300622W WO 9319335 A1 WO9319335 A1 WO 9319335A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
column
air separation
separation plant
slats
plant according
Prior art date
Application number
PCT/EP1993/000622
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Helmut Kreis
Anton Moll
Original Assignee
Linde Aktiengesellschaft
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 Aktiengesellschaft filed Critical Linde Aktiengesellschaft
Publication of WO1993019335A1 publication Critical patent/WO1993019335A1/en

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    • F25J2290/44—Particular materials used, e.g. copper, steel or alloys thereof or surface treatments used, e.g. enhanced surface

Definitions

  • the invention relates to an air separation plant with a supply line which leads via an air compressor and a cleaning plant and through a main heat exchanger into a distillation system which has at least one rectification column, and with product lines which lead from the distillation system to the main heat exchanger, at least one partial area contains at least one rectification column an orderly packing, as well as a method for the low-temperature separation of air
  • EP-A-0241 817 shows a single-column air separator
  • EP-A-0316768 shows a double-column system
  • EP-A-0377 117 shows an air separator with connected argon production. From the last-mentioned publication it is also known to equip one of the rectification columns of the air separator, the crude argon column, with an orderly packing.
  • the packing contained in a partial area of a rectification column consists of folded lamellae arranged parallel to one another, which are made of a film-like material and have openings, with adjacent lamellae touching each other, and that the lamellae between two folds have essentially smooth surfaces.
  • the term “smooth” does not allow any roughness on the lamella surface. In practice, this means the exclusion of surveys and impressions that have a significant influence on the flow of the liquid flowing on the surface of the lamellae (here liquid air or any liquefied mixture of air constituents). In particular, no surface structure in the form of corrugation or embossing is provided, the embossing depth of which significantly exceeds the film thickness. At best, unevenness should preferably be permitted, the deflections of which are smaller than the film thickness, most preferably small compared to that of the film thickness.
  • the thickness of the film from which the lamellae are made is generally less than 1 mm, preferably about 0.1 to 0.2 mm.
  • the smooth property of the surfaces of the slats is not affected in the meaning used here by the openings which the slats have.
  • These openings can consist, for example, of holes, gaps or slits and can be distributed homogeneously or inhomogeneously over the lamella surface.
  • the opening ratio is, for example, 5 to 40%, preferably about 15 to 20%.
  • the specific surface area of the packing used in the air separation plant according to the invention is generally 350 to 750 m / m. In certain applications it can also be advantageous to use higher specific
  • the invention can be particularly favorable to a method and a
  • Folds of the slats can be formed by relatively sharp edges (zigzag folding) or by less sharp edges (wave shape). Other types of folding are also possible.
  • Ordered packings are known from many publications which generally deal with ordered packs of lamellae, which in part features are similar to the pack used in the invention. Thus, for other uses, for example in hydrocarbon separation, material exchange elements made of folded perforated metal piles are known. In previous publications, in which the surface structure of the lamellae is discussed (for example DE-C-27 22 424 or DE-B-2722 556), a fine structure (corrugation) of the lamella surface is particularly important for the distribution of liquid on the lamella surface shown.
  • the lamellae of the packing are preferably made of sheet metal.
  • this consists essentially of aluminum, for example of an aluminum alloy or also of essentially pure aluminum.
  • the metal sheet used for the production of the fins can contain copper in an alloy.
  • it can consist predominantly of copper.
  • the package used in the invention or also other packages used in processes with high oxygen concentrations can also be made of plastic, for example PTFE.
  • plastic for example PTFE.
  • ceramic or glass-like materials for example non-metal oxides or mixtures of metal oxides and non-metal oxides, or materials coated with them are also suitable for the production of such a package.
  • the distillation system of the air separation plant according to the invention has a double column which consists of a pressure column and a low pressure column.
  • a partial area equipped with a packing should be arranged in the low-pressure column, in particular the one or one of the partial areas, the packing of which has smooth surfaces.
  • the advantages of the invention are particularly evident when the distillation system has a crude argon column.
  • the crude argon column is connected to the low-pressure column of a two-stage column via at least one argon transfer line, but in principle it is also possible to connect a crude argon column to a single column for nitrogen-oxygen separation.
  • At least one partial area equipped with packings can also be arranged in the pressure column.
  • the smooth packing is preferably also used here or exclusively.
  • the invention also relates to a method for the low-temperature separation of air according to claims 13 to 23, according to which the above-described air separation plant is operated.
  • the invention and further details of the invention are explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment which is shown schematically in the drawings.
  • the device shown in FIG. 1 and the method by which it is operated have two rectification stages; however, the invention is also applicable to single-stage air separation processes, as well as processes with more than two stages.
  • Express reference is made to the specific examples that are described in German patent application P 4224068.9 and in the corresponding international patent application PCT / EP (internal file number
  • FIG. 1 shows a double-column air separation plant and FIG. 2 shows a smooth packing as used in one of the air separation columns according to the invention.
  • cleaned air 1 is cooled to about dew point under a pressure of 4 to 20 bar, preferably 5 to 12 bar in a heat exchanger 2 against product flows and fed into the pressure column 3 of a two-stage rectification device.
  • the pressure column 3 is in heat exchange relationship with a low-pressure column 5 via a common condenser-evaporator 4.
  • the low-pressure column 5 has the following sections in the method and device of FIG. 1:
  • a pure nitrogen section (above impure nitrogen line 11)
  • the mass transfer in the pressure column 3 can be effected partially or completely by the smooth packing.
  • the packing described in claim 1 can also be used in further columns of the air separation plants, for example in a column for the production of argon.
  • FIG. 2 shows a section of an exemplary embodiment of a smooth packing, as can be used in the air separation plant according to the invention. Three layers are shown. Shadows are indicated as hatching to illustrate the spatial structure. The hatching means no corrugation or similar fine structure.
  • the folded lamellae 101, 102, 103 are preferably arranged such that the folds (for example 104, 105 ) run obliquely to the column axis (vertical).
  • the next but one slats 101, 103 have the same orientation.
  • the intermediate lamella 102 is oriented so that its fold is at an angle - preferably perpendicular - to that of the adjacent lamellae.
  • the surface of the slats between two folds (e.g. between 104 and 105) is smooth. So there are no corrugations or embossing. At most, due to the introduction of openings (holes 106) or due to other causes, for example of a production-related nature, the lamellae 101, 102, 104 may still have unevenness, which, however, have no significant influence on the liquid flow.

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Abstract

An air separation plant has a supply line (1) which leads into a distilling system via an air compressor and a cleaning installation and a main heat exchanger (2). In addition, product lines (9, 10, 11) lead from the distilling system to the main heat exchanger. At least one partial region of at least one rectifier column of the distilling system contains a regular packing consisting of parallel folded slats (101-103) made of a foil-like material and having apertures (106) adjacent slats are in contact, and the slats have substantially smooth surfaces between two folds (104, 105).

Description

Beschreibung description
Luftzerleαunαsanlaαe und Verfahren zur Tleftemperaturzerleαunα von LuftLuftzerleαunαsanlaαe and method for Tleft Temperaturzerleαunα of air
Die Erfindung betrifft eine Luftzerlegungsanlage mit einer Zufuhrleltung, die über einen Luftverdichter und eine Reinigungsanlage und durch einen Hauptwärmetauscher in ein Destilliersystem führt, das mindestens eine Rektifiziersäule aufweist, und mit Produktleitungen, die von dem Destillier¬ system zu dem Hauptwärmetauscher führen, wobei mindestens ein Teilbereich mindestens einer Rektifiziersäule eine geordnete Packung enthält, sowie ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft-The invention relates to an air separation plant with a supply line which leads via an air compressor and a cleaning plant and through a main heat exchanger into a distillation system which has at least one rectification column, and with product lines which lead from the distillation system to the main heat exchanger, at least one partial area contains at least one rectification column an orderly packing, as well as a method for the low-temperature separation of air
Ähnliche Luftzerlegungsanlagen und mit ihnen verbundene Verfahren sind in vielfacher Variation bekannt. Beispielsweise zeigt die EP-A-0241 817 einen Einsäulen-Luftzerleger, die EP-A-0316768 eine Doppelsäulen-Anlage oder die EP-A-0377 117 einen Luftzerleger mit angeschlossener Argongewinnung. Aus der letztgenannten Veröffentlichung ist außerdem bekannt, eine der Rektifi¬ ziersäulen des Luftzerlegers, die Rohargonsäule, mit einer geordneten Packung auszustatten.Similar air separation plants and associated processes are known in many variations. For example, EP-A-0241 817 shows a single-column air separator, EP-A-0316768 shows a double-column system or EP-A-0377 117 shows an air separator with connected argon production. From the last-mentioned publication it is also known to equip one of the rectification columns of the air separator, the crude argon column, with an orderly packing.
Eine Luftzerlegungsanlage mit einer geordneten Packung wird auch in der EP-A-0321 163 beschrieben. Hier enthält mindestens ein Teilbereich der Niederdrucksäule eines zweistufigen Luftzerlegers eine Packung. Durch den gegenüber ausschließlich mit konventionellen Rektifizierböden ausgestatteten Kolonnen verringerten Druckabfall kann das Verfahren bei gleichen Produkt¬ spezifikationen mit geringerem Einsatzdruck gefahren werden. Dem dadurch bewirkten Rückgang an Energiekosten stehen jedoch erhöhte Kosten für die Herstellung der Rektifiziersäule gegenüber. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das wirtschaftlich günstiger als die vorgenannten Prozesse ist, insbesondere durch relativ geringe Anlagekosten.An air separation plant with an ordered packing is also described in EP-A-0321 163. At least a portion of the low-pressure column of a two-stage air separator contains a package here. As a result of the reduced pressure drop compared to columns equipped exclusively with conventional rectifying trays, the process can be carried out with the same product specifications at a lower operating pressure. However, the resulting decrease in energy costs is offset by increased costs for the production of the rectification column. The present invention is therefore based on the object of specifying a method of the type mentioned at the outset which is economically more advantageous than the aforementioned processes, in particular due to the relatively low investment costs.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die in einem Teilbereich einer Rektifϊziersäule enthaltene Packung aus parallel zueinander angeordneten gefalteten Lamellen besteht, die aus einem folienartigen Material herge¬ stellt sind und Öffnungen aufweisen, wobei sich jeweils benachbarte Lamellen berühren, und daß die Lamellen zwischen zwei Falzen im wesentlichen glatte Oberflächen aufweisen.This object is achieved in that the packing contained in a partial area of a rectification column consists of folded lamellae arranged parallel to one another, which are made of a film-like material and have openings, with adjacent lamellae touching each other, and that the lamellae between two folds have essentially smooth surfaces.
Der Begriff "glatt" läßt - abgesehen von der Faltung - keine Rauhigkeiten auf der Lamellenoberfläche zu. In der Praxis bedeutet dies den Ausschluß von Erhebungen und Einprägungen, die nennenswerten Einfluß auf die Strömung der auf der Oberfläche der Lamellen fließenden Flüssigkeit (hier flüssige Luft bzw. irgendein verflüssigtes Gemisch aus Luftbestandtei en) ausüben. Insbesondere ist keine Oberflächenstruktur in Form einer Riffelung oder Prägung vorgesehen, deren Prägetiefe die Foliendicke wesentlich übersteigt. Vorzugsweise sollen allenfalls Unebenheiten zugelassen sein, deren Auslen¬ kungen geringer als die Foliendicke, höchst vorzugsweise klein gegen die der Foliendicke sind. Die Dicke der Folie, aus der die Lamellen hergestellt sind, beträgt im allgemeinen weniger als 1 mm, vorzugsweise etwa 0,1 bis 0,2 mm.Apart from the folding, the term "smooth" does not allow any roughness on the lamella surface. In practice, this means the exclusion of surveys and impressions that have a significant influence on the flow of the liquid flowing on the surface of the lamellae (here liquid air or any liquefied mixture of air constituents). In particular, no surface structure in the form of corrugation or embossing is provided, the embossing depth of which significantly exceeds the film thickness. At best, unevenness should preferably be permitted, the deflections of which are smaller than the film thickness, most preferably small compared to that of the film thickness. The thickness of the film from which the lamellae are made is generally less than 1 mm, preferably about 0.1 to 0.2 mm.
Kleinere rauhe Teilbereiche, die auf die Stoffaustauschwirkung keinen wesentlichen Einfluß ausüben, dürfen auch bei der in der erfindungsgemäßen Luftzerlegungsanlage eingesetzten glatten Packung vorkommen. Sie können beispielsweise fertigungstechnisch begründet sein.Smaller rough partial areas which do not have any significant influence on the mass transfer effect may also occur in the smooth packing used in the air separation plant according to the invention. For example, they can be justified in terms of production technology.
Die glatte Eigenschaft der Oberflächen der Lamellen wird in der hier verwendeten Bedeutung nicht durch die Öffnungen beeinträchtigt, welche die Lamellen aufweisen. Diese Öffnungen können beispielsweise aus Löchern, Spalten oder Schlitzen bestehen und homogen oder inhomogen über die Lamellenoberflache verteilt sein. Das Öffnungsverhältnis beträgt beispiels¬ weise 5 bis 40%, vorzugsweise etwa 15 bis 20%. Die spezifische Oberfläche der in dem erfindungsgemäßen Luftzerlegungsanlage eingesetzten Packung beträgt in der Regel 350 bis 750 m /m . In bestimmten Anwendungsfällen kann es auch vorteilhaft sein, höhere spezifi-The smooth property of the surfaces of the slats is not affected in the meaning used here by the openings which the slats have. These openings can consist, for example, of holes, gaps or slits and can be distributed homogeneously or inhomogeneously over the lamella surface. The opening ratio is, for example, 5 to 40%, preferably about 15 to 20%. The specific surface area of the packing used in the air separation plant according to the invention is generally 350 to 750 m / m. In certain applications it can also be advantageous to use higher specific
2 3 sehe Oberflächen einzusetzen, bis zu 1200 m / oder noch höher. Hierbei läßt sich die Erfindung besonders günstig auf ein Verfahren und eine2 3 see surfaces to be used, up to 1200 m / or even higher. Here, the invention can be particularly favorable to a method and a
Vorrichtung gemäß der prioritätsgleichen deutschen PatentanmeldungDevice according to the priority German patent application
P 4224068.9 beziehungsweise gemäß der dazu korrespondierenden internationalen Patentanmeldung PCT/EP (Internes AktenzeichenP 4224068.9 or in accordance with the corresponding international patent application PCT / EP (internal file number
H 92/30-WO) anwenden, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird. DieH 92/30-WO) apply, to which express reference is made here. The
Falze der Lamellen können durch relativ scharfe Kanten (Zick-Zack-Faltung) oder auch durch weniger scharfe Kanten (Wellenform) gebildet sein. Auch andere Varianten der Faltung sind möglich.Folds of the slats can be formed by relatively sharp edges (zigzag folding) or by less sharp edges (wave shape). Other types of folding are also possible.
Aus vielen Veröffentlichungen, die sich allgemein mit geordneten Packungen aus Lamellen befassen, sind geordnete Packungen bekannt, die in Teilmerkma¬ len der bei der Erfindung verwendeten Packung ähneln. So sind - für andere Einsatzzwecke, beispielsweise 1n der Kohlenwasserstofftrennung - aus gefalteten perforierten Metallfollen aufgebaute Stoffaustausche!emente bekannt. In früheren Veröffentlichungen, in denen auf die Oberflächenstruktur der Lamellen eingegangen wird (z.B. DE-C-27 22 424 oder DE-B-2722 556) wird jedoch eine Feinstruktur (Riffelung) der Lamellenoberfläche als besonders wichtig für die Verteilung von Flüssigkeit auf der Lamellenoberfläche dargestellt.Ordered packings are known from many publications which generally deal with ordered packs of lamellae, which in part features are similar to the pack used in the invention. Thus, for other uses, for example in hydrocarbon separation, material exchange elements made of folded perforated metal piles are known. In previous publications, in which the surface structure of the lamellae is discussed (for example DE-C-27 22 424 or DE-B-2722 556), a fine structure (corrugation) of the lamella surface is particularly important for the distribution of liquid on the lamella surface shown.
Seit einiger Zeit hat man begonnen, in der Tieftemperaturtechnik, insbeson¬ dere der Luftzerlegung diese Packungen einzusetzen, die bisher hauptsächlich für andere Trennaufgaben verwendet wurden. Die bekannten Packungen wurden dabei ohne Modifizierung für die Luftzerlegung übernommen. In der EP-A-0321 163 wird sogar die Auffassung vertreten, auf die spezielle Ausgestaltung der Packung käme es überhaupt nicht an. Im Zusammenhang mit der Erfindung wurde nun eine speziell für die Luftzerle¬ gung geeignete Packung entwickelt. Im Rahmen umfangreicher Messungen, die in einer aufwendigen Versuchsanlage unter den Bedingungen eines industriellen Luftzerlegers durchgeführt wurden, hat sich herausgestellt, daß im Falle der Rektifikation von Luftgasen die allgemeine Lehre von der VerteilWirkung einer Feinriffelung versagt. Wider Erwarten zeigt eine glatte, perforierte Packung keine schlechtere Trennwirkung als eine geriffelte Packung mit ansonsten gleichen Eigenschaften; noch überraschender ist jedoch, daß die Trennwirkung der Packung sogar ansteigt.For some time it has started to use these packings in low-temperature technology, in particular in air separation, which have hitherto been used mainly for other separation tasks. The known packs were adopted without modification for air separation. EP-A-0321 163 even takes the view that the special design of the pack is irrelevant. In connection with the invention, a package has been developed which is particularly suitable for air separation. In the context of extensive measurements that were carried out in a complex test facility under the conditions of an industrial air separator, it has been found that in the case of rectification of air gases, the general theory of the distribution effect of fine corrugation fails. Contrary to expectations, a smooth, perforated packing shows no worse separating effect than a corrugated packing with otherwise identical properties; it is even more surprising, however, that the separating effect of the pack even increases.
Neben geringeren Herstellungskoston gegenüber geriffelten Packungen und damit einer Senkung der Kosten der gesamten Luftzerlegungsanlage ergeben sich also zusätzliche Vorteile entweder durch eine verminderte Höhe der gepackten Rektifiziersäule(n) oder - bei gleicher Höhe - durch verbesserte Produktreinheiten und/oder -ausbeuten.In addition to a lower manufacturing cost compared to corrugated packings and thus a reduction in the costs of the entire air separation plant, there are additional advantages either through a reduced height of the packed rectification column (s) or - at the same height - through improved product purities and / or yields.
Vorzugsweise sind die Lamellen der Packung aus Metallblech hergestellt. Dieses besteht in einer ersten bevorzugten Variante 1m wesentlichen aus Aluminium, beispielweise aus einer Aluminiumlegierung oder auch aus im wesentlichen reinem Aluminium. Zusätzlich oder alternativ zum Aluminium kann das für die Herstellung der Lamellen verwendete Metallblech Kupfer in einer Legierung enthalten. In einer zweiten Variante kann es überwiegend aus Kupfer bestehen.The lamellae of the packing are preferably made of sheet metal. In a first preferred variant, this consists essentially of aluminum, for example of an aluminum alloy or also of essentially pure aluminum. In addition or as an alternative to aluminum, the metal sheet used for the production of the fins can contain copper in an alloy. In a second variant, it can consist predominantly of copper.
Allgemein kann die bei der Erfindung eingesetzte Packung oder auch andere Packungen, die bei Verfahren mit hohen Sauerstoffkonzentrationen eingesetzt werden, auch aus Kunststoff, beispielsweise PTFE, hergestellt sein. Wegen ihrer niedrigen Entflammbarkeit kommen außerdem keramische oder glasartige Materialien, beispielsweise Nichtmetalloxide oder Gemische aus Metalloxiden und Nichtmetalloxiden, oder auch damit beschichtete Materialien für die Herstellung einer derartigen Packung in Frage. Es ist günstig, wenn das Destilliersystem der erfindungsgemäßen Luftzerle gungsanlage eine Doppelsäule aufweist, die aus einer Drucksäule und eine Niederdrucksäule besteht. In diesem Fall sollte gemäß einer bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftzerlegungsanlage ein mit Packunge ausgestatteter Teilbereich in der Niederdrucksäule angeordnet sein, insbesondere der oder einer der Teilbereiche, deren Packung glatte Oberflä chen aufweist.In general, the package used in the invention or also other packages used in processes with high oxygen concentrations can also be made of plastic, for example PTFE. Because of their low flammability, ceramic or glass-like materials, for example non-metal oxides or mixtures of metal oxides and non-metal oxides, or materials coated with them are also suitable for the production of such a package. It is advantageous if the distillation system of the air separation plant according to the invention has a double column which consists of a pressure column and a low pressure column. In this case, according to a preferred embodiment of the air separation plant according to the invention, a partial area equipped with a packing should be arranged in the low-pressure column, in particular the one or one of the partial areas, the packing of which has smooth surfaces.
Die Vorteile der Erfindung kommen besonders dann zum Tragen, wenn das Destilliersystem eine Rohargonsäule aufweist. In der Regel ist die Rohargon¬ säule über mindestens eine Argonübergangsleitung mit der Niederdrucksäule einer zweistufigen Säule verbunden, grundsätzlich ist jedoch auch der Anschluß einer Rohargonsäule an eine Einzelsäule zur Stickstoff-Sauer¬ stoff-Trennung möglich.The advantages of the invention are particularly evident when the distillation system has a crude argon column. As a rule, the crude argon column is connected to the low-pressure column of a two-stage column via at least one argon transfer line, but in principle it is also possible to connect a crude argon column to a single column for nitrogen-oxygen separation.
Bei dieser Variante einer erfindungsgemaßen Luftzerlegungsanlage ist es günstig, wenn mindestens ein mit Packungen ausgestatteter Teilbereich in der Rohargonsäule angeordnet oder die Rohargonsäule sogar zum überwiegenden Teil mit Packungen ausgestattet ist. Vorzugsweise wird dabei mindestens teilweise die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschriebene glatte Packung eingesetzt.In this variant of an air separation plant according to the invention, it is advantageous if at least one partial area equipped with packings is arranged in the crude argon column or the crude argon column is even predominantly equipped with packings. Preferably, the smooth pack described in the characterizing part of claim 1 is used at least in part.
Im Falle eines Doppelsäulen-Luftzerlegers kann auch mindestens ein mit Packungen ausgestatteter Teilbereich in der Drucksäule angeordnet sein. Vorzugsweise kommt auch oder ausschließlich hier die glatte Packung zum Einsatz.In the case of a double-column air separator, at least one partial area equipped with packings can also be arranged in the pressure column. The smooth packing is preferably also used here or exclusively.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß den Patentansprüchen 13 bis 23, nach dem die oben beschrie¬ bene Luftzerlegungsanlage betrieben wird. Im folgenden werden die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den Zeichnungen schematisch dargestellt ist. Die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung und das Verfahren, nach dem sie betrieben wird, weisen zwei Rektifizierstufen auf; die Erfindung ist jedoch auch auf einstufige Luftzerlegungsverfahren anwendbar, ebenso auf Verfahren mit mehr als zwei Stufen. Ausdrücklich verwiesen wird auf die konkreten Beispiele, die in der deutschen Patentanmeldung P 4224068.9 beziehungsweise in der dazu korrespondierenden internationalen Patentanmeldung PCT/EP (internes AktenzeichenThe invention also relates to a method for the low-temperature separation of air according to claims 13 to 23, according to which the above-described air separation plant is operated. The invention and further details of the invention are explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment which is shown schematically in the drawings. The device shown in FIG. 1 and the method by which it is operated have two rectification stages; however, the invention is also applicable to single-stage air separation processes, as well as processes with more than two stages. Express reference is made to the specific examples that are described in German patent application P 4224068.9 and in the corresponding international patent application PCT / EP (internal file number
H 92/30-W0) mit gleichem Zeitrang beschrieben sind. Es zeigen im einzelnen:H 92/30-W0) with the same seniority. The individual shows:
Figur 1 eine Doppelsäulen-Luftzerlegungsanlage und Figur 2 ein glatte Packung, wie sie gemäß der Erfindung in einer der Luftzerlegersäulen eingesetzt wird.1 shows a double-column air separation plant and FIG. 2 shows a smooth packing as used in one of the air separation columns according to the invention.
Bei der in dem Schema von Figur 1 dargestellten Anlage wird gereinigte Luft 1 unter einem Druck von 4 bis 20 bar, vorzugsweise 5 bis 12 bar in einem Wärmetauscher 2 gegen Produktstrδme auf etwa Taupunkt abgekühlt und in die Drucksäule 3 einer zweistufigen Rektifiziereinrichtung eingespeist. Die Drucksäule 3 steht über einen gemeinsamen Kondensator-Verdampfer 4 in Wärmeaustauschbeziehung zu einer Niederdrucksäule 5.In the system shown in the diagram of FIG. 1, cleaned air 1 is cooled to about dew point under a pressure of 4 to 20 bar, preferably 5 to 12 bar in a heat exchanger 2 against product flows and fed into the pressure column 3 of a two-stage rectification device. The pressure column 3 is in heat exchange relationship with a low-pressure column 5 via a common condenser-evaporator 4.
Sumpfflüssigkeit 6 und Stickstoff 7 werden aus der Drucksäule 3 abgezogen, in einem Gegenströmer 8 unterkühlt und in die Niederdrucksäule 5 eingedros¬ selt. Aus der Niederdrucksäule werden Sauerstoff 9, Stickstoff 10 und unreiner Stickstoff 11 entnommen. Die Produkte können auch mindestens teilweise flüssig entnommen werden. Dies ist der Übersichtlichkeit halber in den Verfahrensschemen nicht dargestellt.Bottom liquid 6 and nitrogen 7 are withdrawn from the pressure column 3, subcooled in a countercurrent 8 and throttled into the low pressure column 5. Oxygen 9, nitrogen 10 and impure nitrogen 11 are removed from the low pressure column. The products can also be removed at least partially in liquid form. For the sake of clarity, this is not shown in the process diagrams.
Die Niederdrucksäule 5 weist in Verfahren und Vorrichtung von Figur 1 folgende Abschnitte auf:The low-pressure column 5 has the following sections in the method and device of FIG. 1:
A Rein-Stickstoff-Abschnitt (oberhalb der Unreinstickstoffleitung 11)A pure nitrogen section (above impure nitrogen line 11)
B Unrein-Stickstoff-Abschnitt (begrenzt durch Unreinstickstoffleitung 11 und Sumpfflüssigkeitsleitung 6) E Sauerstoff-Abschnitt (unterhalb der Mündung der Sumpfflüssigkeitsleitung Jeder dieser Abschnitte kann teilweise oder vollständig erfindungsgemäß mi einer glatten Packung ausgestattet sein. Einzelne Abschnitte können auch andere Packungselemente, Rektifizierböden oder Kombinationen von Böden und Packungen aufweisen.B impure nitrogen section (limited by impure nitrogen line 11 and bottom liquid line 6) E oxygen section (below the mouth of the bottom liquid line Each of these sections can be partially or completely equipped according to the invention with a smooth packing. Individual sections can also have other packing elements, rectification trays or combinations of trays and packs.
Alternativ oder ergänzend kann der Stoffaustausch in der Drucksäule 3 teilweise oder vollständig durch die glatte Packung bewirkt werden.Alternatively or in addition, the mass transfer in the pressure column 3 can be effected partially or completely by the smooth packing.
Die in Anspruch 1 beschriebene Packung kann auch in weiteren Säulen der Luftzerlegungsanlagen, beispielsweise in einer Kolonne zur Argongewinnung eingesetzt werden.The packing described in claim 1 can also be used in further columns of the air separation plants, for example in a column for the production of argon.
In Figur 2 ist ein Ausschnitt aus einem Ausführungsbeispiel einer glatten Packung gezeigt, wie sie in der erfindungsgemaßen Luftzerlegungsanlage zum Einsatz kommen kann. Es sind drei Schichten dargestellt. Zur Verdeutlichung der räumlichen Struktur sind Schatten als Schraffuren angedeutet. Die Schraffuren bedeuten keine Riffelung oder ähnliche Feinstruktur.FIG. 2 shows a section of an exemplary embodiment of a smooth packing, as can be used in the air separation plant according to the invention. Three layers are shown. Shadows are indicated as hatching to illustrate the spatial structure. The hatching means no corrugation or similar fine structure.
Die gefalteten Lamellen 101, 102, 103 sind vorzugsweise so angeordnet, daß die Falze (z.B. 104, 105) schräg zur Kolonnenachse (Vertikalen) verlaufen. Die jeweils übernächsten Lamellen 101, 103 weisen dieselbe Orientierung auf. Die dazwischenliegende Lamelle 102 ist so ausgerichtet, daß ihre Falze in Winkel - vorzugsweise senkrecht - zu denjenigen der benachbarten Lamellen verläuft.The folded lamellae 101, 102, 103 are preferably arranged such that the folds (for example 104, 105 ) run obliquely to the column axis (vertical). The next but one slats 101, 103 have the same orientation. The intermediate lamella 102 is oriented so that its fold is at an angle - preferably perpendicular - to that of the adjacent lamellae.
Die Oberfläche der Lamellen zwischen zwei Falzen (z.B. zwischen 104 und 105) ist glatt. Es werden also keine Riffelungen oder Prägungen aufgebracht. Allenfalls aufgrund der Einbringungen von Öffnungen (Löcher 106) oder aufgrund anderer Ursachen beispielsweise fertigungstechnischer Art können die Lamellen 101, 102, 104 noch Unebenheiten aufweisen, die jedoch keinen wesentlichen Einfluß auf die Flüssigkeitsströmung ausüben. The surface of the slats between two folds (e.g. between 104 and 105) is smooth. So there are no corrugations or embossing. At most, due to the introduction of openings (holes 106) or due to other causes, for example of a production-related nature, the lamellae 101, 102, 104 may still have unevenness, which, however, have no significant influence on the liquid flow.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Luftzerleguπgsanlage mit einer Zufuhrleitung, die über einen Luftver¬ dichter und eine Reinigungsanlage und durch einen Hauptwärmetauscher in ein Destilliersystem führt, das mindestens eine Rektifiziersäule aufweist, und mit Produktleitungen, die von dem Destilliersystem zu dem Hauptwärmetauscher führen, wobei mindestens ein Teilbereich mindestens einer Rektifiziersäule eine geordnete Packung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Packung aus parallel zueinander angeordneten gefalteten Lamellen besteht, die aus einem folienartigen Material hergestellt sind und Öffnungen aufweisen, wobei sich jeweils benachbarte Lamellen berühren, und daß die Lamellen zwischen zwei Falzen im wesentlichen glatte Oberflächen aufweisen.1. Air separation plant with a supply line that leads via an air compressor and a cleaning plant and through a main heat exchanger into a distillation system that has at least one rectification column, and with product lines that lead from the distillation system to the main heat exchanger, at least one partial area of at least one Rectifying column contains an orderly packing, characterized in that the packing consists of folded lamellae arranged parallel to one another, which are made of a film-like material and have openings, with adjacent lamellae touching each other, and that the lamellae between two folds have essentially smooth surfaces .
2. Luftzerlegungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen aus Metallblech hergestellt sind.2. Air separation plant according to claim 1, characterized in that the fins are made of sheet metal.
3. Luftzerlegungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallblech im wesentlichen aus Aluminium besteht.3. Air separation plant according to claim 2, characterized in that the metal sheet consists essentially of aluminum.
4. Luftzerlegungsanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallblech Kupfer enthält.4. Air separation plant according to claim 2 or 3, characterized in that the metal sheet contains copper.
5. Luftzerlegungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallblech im wesentlichen aus Kupfer besteht.5. Air separation plant according to one of claims 2 to 4, characterized in that the metal sheet consists essentially of copper.
6. Luftzerlegungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch .gekennzeichnet, daß das Destilliersystem eine Doppelsäule aufweist, die aus einer Drucksäule und einer Niederdrucksäule besteht. 6. Air separation plant according to one of claims 1 to 5, characterized in that the distillation system has a double column which consists of a pressure column and a low pressure column.
7. Luftzerlegungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein mit Packungen ausgestatteter Teilbereich in der Nieder¬ drucksäule angeordnet ist.7. Air separation plant according to claim 6, characterized in that at least one portion equipped with packings is arranged in the Nieder¬ pressure column.
8. Luftzerlegungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Destilliersystem eine Rohargonsäule aufweist.8. Air separation plant according to one of claims 1 to 7, characterized in that the distillation system has a crude argon column.
9. Luftzerlegungsanlage nach Anspruch 8 und nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohargonsäule über mindestens eine Argonübergangsleitung mit der Niederdrucksäule verbunden ist.9. Air separation plant according to claim 8 and according to one of claims 6 or 7, characterized in that the raw argon column is connected to the low pressure column via at least one argon transfer line.
10. Luftzerlegungsanlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein mit Packungen ausgestatteter Teilbereich in der Rohargonsäule angeordnet ist.10. Air separation plant according to claim 8 or 9, characterized in that at least one section equipped with packings is arranged in the crude argon column.
11. Luftzerlegungsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohargonsäule zum überwiegenden Teil mit Packungen ausgestattet ist.11. Air separation plant according to claim 10, characterized in that the crude argon column is predominantly equipped with packings.
12. Luftzerlegungsanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein mit Packungen ausgestatteter Teilbereich in der Drucksäule angeordnet Ist.12. Air separation plant according to one of claims 5 to 11, characterized in that at least one portion equipped with packings is arranged in the pressure column.
13. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft bei dem gereinigte und abgekühlte Luft in ein mindestens eine Rektifiziersäule aufweisendes Destilliersystem geleitet und dort durch Gegenstrom-Stoffaustausch zwischen einer Dampf- und einer Flüssigkeitsphase rektifiziert wird, wobei bei der Stoffaustausch in mindestens einem Teilbereich mindestens einer Rektifiziersäule durch eine Packung bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoffaustausch in mindestens einem Teilbereich mindestens einer Rektifiziersäule durch eine Packung bewirkt wird, die aus parallel zueinander angeordneten gefalteten Lamellen besteht, die aus einem folienartigen Material hergestellt sind und Öffnungen aufweisen, wobei sich jeweils benachbarte Lamellen berühren und die Lamellen zwischen zwei Falzen im wesentlichen glatte Flächen aufweisen.13.Procedure for low-temperature separation of air in the purified and cooled air into a distillation system having at least one rectification column and rectified there by countercurrent mass transfer between a vapor and a liquid phase, with at least one rectification column being replaced by at least one rectification column in the mass transfer Pack is effected, characterized in that the mass transfer in at least a portion of at least one rectification column is effected by a pack which consists of folded lamellae arranged in parallel to one another, which are made of a film-like material and have openings, in each case adjacent lamellae touching and the slats between two folds have essentially smooth surfaces.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen aus Metallblech hergestellt sind. 14. The method according to claim 13, characterized in that the slats are made of sheet metal.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallblech im wesentlichen aus Aluminium besteht.15. The method according to claim 13 or 14, characterized in that the metal sheet consists essentially of aluminum.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallblech Kupfer enthält.16. The method according to claim 14 or 15, characterized in that the metal sheet contains copper.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallblech im wesentlichen aus Kupfer besteht.17. The method according to any one of claims 14 to 16, characterized in that the metal sheet consists essentially of copper.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Destilliersystem eins Doppelsäule aufweist, die aus einer Drucksäule und einer Nϊederdrucksäule besteht.18. The method according to any one of claims 13 to 17, characterized in that the distillation system has a double column which consists of a pressure column and a Nϊeder pressure column.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoffaus¬ tausch in mindestens einem Teilbereich der Niederdrucksäule durch eine Packung bewirkt wird, die aus parallel zueinander angeordneten gefalte¬ ten Lamellen besteht, die aus einem folienartigen Material hergestellt sind und Öffnungen aufweisen, wobei sich jeweils benachbarte Lamellen berühren und die Lamellen zwischen zwei Falzen im wesentlichen glatte Flächen aufweisen.19. The method according to claim 18, characterized in that the material exchange in at least a portion of the low pressure column is effected by a packing which consists of parallel folded lamellae which are made of a film-like material and have openings, wherein adjacent slats touch each other and the slats have essentially smooth surfaces between two folds.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein argonhaltiger Sauerstoffström aus einer Niederdrucksäule entnommen und in einer Rohargonsäule in Rohargon und in eine Restfrak¬ tion zerlegt wird.20. The method according to any one of claims 13 to 19, characterized in that an argon-containing oxygen stream is removed from a low pressure column and is broken down into crude argon and into a residual fraction in a crude argon column.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoffaus¬ tausch in mindestens einem Toilbereich der Rohargonsäule durch eine Packung bewirkt wird, die aus parallel zueinander angeordneten gefalte¬ ten Lamellen besteht, die aus einem folienartigen Material hergestellt sind und Öffnungen aufweisen, wobei sich jeweils benachbarte Lamellen berühren und die Lamellen zwischen zwei Falzen im wesentlichen glatte Flächen aufweisen.21. The method according to claim 20, characterized in that the material exchange in at least one toilet area of the crude argon column is effected by a packing which consists of folded lamellae arranged parallel to one another, which are made of a sheet-like material and have openings, wherein adjacent slats touch each other and the slats have essentially smooth surfaces between two folds.
22. Verfahren 'nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoffaus¬ tausch in der Rohargonsäule zum überwiegenden Teil durch Packungen bewirkt wird. 22. The method 'according to claim 21, characterized in that the Stoffaus¬ exchange is effected in the crude argon column for the most part by packings.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoffaustausch in mindestens einem Teilbereich der Drucksäule durch eine Packung bewirkt wird, die aus parallel zueinander angeordne¬ ten gefalteten Lamellen besteht, die aus einem folienartigen Material hergestellt sind und Öffnungen aufweisen, wobei sich jeweils benachbarte Lamellen berühren und die Lamellen zwischen zwei Falzen im wesentlichen glatte Flächen aufweisen. 23. The method according to any one of claims 18 to 22, characterized in that the mass transfer in at least a portion of the pressure column is effected by a packing which consists of folded lamellae arranged parallel to one another, which are made of a film-like material and have openings , with adjacent slats touching each other and the slats between two folds have essentially smooth surfaces.
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