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DE10216269A1 - Process for recovering argon from air in a rectification system using a low temperature decomposition method comprises removing a stream having a specified argon concentration from a partial section of a rectification section - Google Patents

Process for recovering argon from air in a rectification system using a low temperature decomposition method comprises removing a stream having a specified argon concentration from a partial section of a rectification section

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Publication number
DE10216269A1
DE10216269A1 DE2002116269 DE10216269A DE10216269A1 DE 10216269 A1 DE10216269 A1 DE 10216269A1 DE 2002116269 DE2002116269 DE 2002116269 DE 10216269 A DE10216269 A DE 10216269A DE 10216269 A1 DE10216269 A1 DE 10216269A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
argon
column
section
air separation
rectification
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE2002116269
Other languages
German (de)
Inventor
Reinhard Glatthaar
Christian Kunz
Harald Ranke
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
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Priority to AU2003229590A priority patent/AU2003229590A1/en
Priority to JP2003584591A priority patent/JP2005527767A/en
Priority to CNA038082780A priority patent/CN1646869A/en
Priority to US10/510,906 priority patent/US20060005574A1/en
Priority to PCT/EP2003/003395 priority patent/WO2003087686A1/en
Priority to KR10-2004-7016296A priority patent/KR20040101453A/en
Priority to CA002502706A priority patent/CA2502706A1/en
Priority to RU2004133324/06A priority patent/RU2303211C2/en
Priority to EP03722379A priority patent/EP1495274A1/en
Publication of DE10216269A1 publication Critical patent/DE10216269A1/en
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    • B01D3/14Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/141Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column where at least one distillation column contains at least one dividing wall
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Abstract

Process for recovering argon from air in a rectification system in which the argon concentration in the stream removed from a second partial section lies between 15% and 50%, preferably between 15% and 40%, especially between 20% and 35%. Process for recovering argon from air in a rectification system using a low temperature decomposition method comprises passing a fluid containing oxygen and argon into the first of the two partial sections of a second rectification section, and removing a stream (13) containing oxygen and argon from the second section (7) of the two partial sections. The argon concentration in the stream removed from the second partial section lies between 15% and 50%, preferably between 15% and 40%, especially between 20% and 35%.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Argon durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Rektifiziersystem, das zumindest eine Luftzerlegersäule aufweist, die eine in Säulenlängsrichtung verlaufende Trennwand besitzt, wodurch die Luftzerlegersäule auf Höhe der Trennwand in einen ersten und einen zweiten Abschnitt unterteilt wird, wobei in den ersten Abschnitt ein Sauerstoff und Argon enthaltendes Fluid eingeleitet wird und dem zweiten Abschnitt ein Sauerstoff und Argon enthaltender Strom entnommen wird. The invention relates to a process for the production of argon Cryogenic air separation in a rectification system that has at least one Air separation column, which has a partition extending in the longitudinal direction of the column has, whereby the air separation column at the level of the partition into a first and a second section is divided, the first section being an oxygen and argon-containing fluid is introduced and the second section Current containing oxygen and argon is withdrawn.

Der Siedepunkt von Argon liegt zwischen den Siedepunkten von Sauerstoff und Stickstoff. Bei der klassischen Tieftemperaturzerlegung von Luft durch zweistufige Rektifikation reichert sich das Argon in einem mittleren Bereich der Niederdrucksäule an. Zur Argongewinnung wird aus diesem Bereich üblicherweise eine gasförmige Fraktion entnommen, die im wesentlichen aus Sauerstoff und Argon besteht. Diese mit etwa 10% Argon angereicherte Fraktion wird der sogenannten Rohargonsäule zugeführt, in der eine rektifikatorische Trennung von Sauerstoff und Argon durchgeführt wird. Am Kopf der Rohargonsäule kann Argon abgezogen werden und in deren Sumpf sammelt sich eine im wesentlichen Sauerstoff enthaltende Flüssigkeit, die dann in die Niederdrucksäule zurückgeleitet wird. The boiling point of argon is between the boiling points of oxygen and Nitrogen. In the classic low-temperature separation of air through two stages Rectification accumulates the argon in a central area of the low pressure column on. This area is usually used to obtain argon Extracted fraction, which consists essentially of oxygen and argon. This with About 10% argon-enriched fraction is the so-called crude argon column fed in the rectification separation of oxygen and argon is carried out. Argon can be drawn off at the top of the crude argon column and into the bottom of which collects a liquid which essentially contains oxygen, the is then returned to the low pressure column.

In der Praxis werden häufig Argonreinheiten von über 95% gefordert. Bei dem bekannten Verfahren wird der Rohargonsäule aber ein lediglich etwa 10% Argon enthaltender Strom zugeführt. Um diesen auf die gewünschten hohen Argonreinheiten aufzukonzentrieren und um am Kopf der Rohargonsäule die gewünschte Produktmenge abziehen zu können, müssen in die Rohargonsäule beträchtliche Dampfmengen eingeleitet und in dieser rektifiziert werden. Entsprechend groß muss der Querschnitt der Rohargonsäule gewählt werden, wodurch erhebliche Investitionskosten entstehen. In practice, argon purities of over 95% are often required. In which In known processes, the crude argon column is only about 10% argon containing current supplied. In order to achieve the desired high argon purities concentrate and around the head of the raw argon column the desired To be able to draw off the amount of product has to go into the crude argon column considerable Amounts of steam are introduced and rectified in this. Must be correspondingly large the cross-section of the crude argon column can be chosen, creating significant Investment costs arise.

Insbesondere auf dem Gebiet der Kohlenwasserstoffgewinnung ist es bereits bekannt, sogenannte Trennwandkolonnen zur Zerlegung ternärer Gemische einzusetzen. Bei einer Trennwandkolonne wird ein Teil der Kolonne durch eine in Kolonnenlängsrichtung angeordnete Wand in zwei Abschnitte unterteilt. Bei entsprechender Verfahrensführung kann ein in den Abschnitt auf der einen Seite der Trennwand eingeleitetes Dreikomponentengemisch in einer einzigen Kolonne in drei Fraktionen zerlegt werden. Die am leichtesten siedende Komponente kann am Kopf der Trennwandkolonne, der Mittelsieder auf der der Zuführung entgegengesetzten Seite der Trennwand und die schwersiedende Komponente aus dem Sumpf gewonnen werden. Im Vergleich zu einer Kolonne ohne Trennwand können mit der Trennwandkolonne am Seitenabzug höhere Konzentrationen des Mittelsieders erzielt werden. In the field of hydrocarbon production in particular, it is already known use so-called dividing wall columns for the decomposition of ternary mixtures. at a dividing wall column is a part of the column by an in Column longitudinally arranged wall divided into two sections. at Appropriate procedures can be found in the section on one side of the Partition initiated three-component mixture in a single column in three Fractions to be disassembled. The lightest boiling component can be on the head the dividing wall column, the middle boiler on the opposite of the feed Side of the partition and the high-boiling component obtained from the sump become. Compared to a column without a partition, the Partition column at the side draw achieved higher concentrations of the medium boiler become.

In der Tieftemperaturluftzerlegung werden Trennwandkolonnen bisher aufgrund ihrer schwierigeren Regelung kaum eingesetzt. In der EP 0 638 778 B1 wird ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft in einer Trennwandkolonne beschrieben. Die Niederdrucksäule ist in einem mittleren Bereich durch eine Trennwand abgeteilt. Auf der einen Seite der Trennwand wird Sumpfflüssigkeit aus der Drucksäule zugeführt, während auf der anderen Seite der Trennwand das argonhaltige Fluid abgezogen wird. Zur besseren Regelung des Verfahrens wird auf der Seite der Trennwand, auf der die Sumpfflüssigkeit eingeleitet wird, ein Abfallfluid entnommen. Die Verfahrensparameter werden so gewählt, dass das gewonnene argonhaltige Fluid eine Argonkonzentration von mindestens 70% aufweist. In low-temperature air separation, dividing wall columns have so far been used because of their difficult regulation hardly used. A method is described in EP 0 638 778 B1 described for the low-temperature separation of air in a dividing wall column. The The low-pressure column is divided into a central area by a partition. On one side of the partition is fed sump liquid from the pressure column, while the argon-containing fluid is drawn off on the other side of the partition. To better regulate the process, on the side of the partition on which the Bottom liquid is introduced, a waste fluid is removed. The process parameters are chosen so that the argon-containing fluid obtained has an argon concentration of at least 70%.

Bei einer Produktanforderung im Bereich von 70% Argonkonzentration kann mit dem in der EP 0 638 778 B1 beschriebenen Verfahren die Anzahl der theoretischen Böden in der Rohargonsäule verringert und so Bauhöhe gespart werden. Werden allerdings hohe Argonkonzentrationen von beispielsweise mehr als 95% gefordert, werden die Vorteile einer Aufkonzentrierung des aus der Niederdrucksäule abgezogenen und der Rohargonsäule zugeführten Fluids auf Werte über 70% Argon immer geringer. Dies liegt darin begründet, dass zur Erzielung hoher Argonkonzentrationen die Mehrzahl der theoretischen Böden in der Rohargonsäule zur Entfernung der letzten Prozentanteile des Sauerstoffs aus dem Argon notwendig sind. Das heißt, bei hohen Reinheitsanforderungen spielt die Ausgangskonzentration des in die Rohargonsäule eingeleiteten Fluids eine geringere Rolle. With a product requirement in the range of 70% argon concentration, the the method described in EP 0 638 778 B1 is the number of theoretical trays reduced in the raw argon column and thus construction height can be saved. However high argon concentrations of, for example, more than 95% are required Advantages of concentrating the withdrawn from the low pressure column and the Fluids supplied to the crude argon column become less and less than 70% argon. This is due to the fact that the majority of theoretical plates in the raw argon column to remove the last percentages of oxygen from the argon are necessary. That is, at high The initial concentration of the crude argon column plays a role in purity introduced fluids play a minor role.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zur Argongewinnung durch Tieftemperaturluftzerlegung aufzuzeigen. The object of the present invention is therefore to provide an improved method for Show argon production by low-temperature air separation.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Argonkonzentration in dem dem zweiten Abschnitt entnommenen Strom zwischen 15% und 50%, bevorzugt zwischen 15% und 40%, besonders bevorzugt zwischen 20% und 35%, liegt. This object is achieved by a method of the type mentioned dissolved, the argon concentration in that taken from the second section Current between 15% and 50%, preferably between 15% and 40%, particularly preferably between 20% and 35%.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei vorgegebener Menge und Reinheit des Argonprodukts eine Erhöhung der Ausgangskonzentration an Argon in dem in die Rohargonsäule eingeleiteten Strom eine Verringerung der überzuführenden Dampfmenge mit sich bringt. Dies ist insofern positiv, als der Querschnitt der Rohargonsäule entsprechend reduziert und Kosten eingespart werden können. The invention is based on the knowledge that for a given quantity and Purity of the argon product increases the initial concentration of argon in the current introduced into the crude argon column is a reduction in the amount to be transferred Amount of steam. This is positive in that the cross section of the Raw argon column can be reduced accordingly and costs can be saved.

Allerdings ist eine solche Erhöhung der Argonkonzentration im Seitenabzug der Luftzerlegersäule mit einer komplizierteren Ausführung der Luftzerlegersäule und einer aufwändigeren Regelung verbunden. Ferner ist zu beachten, dass die Vorteile der Argonaufkonzentration im Seitenabzug aus der Luftzerlegersäule bei hohen Produktanforderungen immer geringer werden, da, wie oben beschrieben, in diesem Fall die Anzahl der theoretischen Böden in der Rohargonsäule im wesentlichen von der zu erreichenden Endkonzentration und nicht von der Ausgangskonzentration abhängt. However, such an increase in the argon concentration in the side draw is the Air separation column with a more complicated version of the air separation column and one complex control. It should also be noted that the advantages of Argon concentration in the side vent from the air separation column at high Product requirements become less and less because, as described above, in this The number of theoretical plates in the crude argon column is essentially the same final concentration to be achieved and does not depend on the initial concentration.

Untersuchungen haben nun gezeigt, dass die minimale Dampfmenge, die der Rohargonsäule für eine ordnungsgemäße Funktion zugeführt werden muss, mit wachsender Argonkonzentration zunächst abnimmt, ab einer Argonkonzentration von 50% jedoch gleich bleibt. Das heißt, eine weitere Argonanreicherung im Seitenabzug auf Werte über 50% bringt keine weitere Verringerung der in die Rohargonsäule einzuleitenden Dampfmenge und damit keine Möglichkeit einer weiteren Querschnittsverringerung der Rohargonsäule mit sich. Es verbleibt lediglich der Vorteil einer höheren Argonkonzentration in dem der Rohargonsäule zugeführten Gemisch. Da aber bei hohen Anforderungen an die Argonreinheit die Anzahl der theoretischen Böden in der Rohargonsäule im wesentlichen unabhängig von der Ausgangskonzentration ist, ist eine weitere Erhöhung der Argonkonzentration in dem der Luftzerlegersäule entnommenen Strom nicht mehr sinnvoll. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde dieser Sachverhalt näher untersucht und festgestellt, dass eine Argonkonzentration zwischen 15% und 50% in dem der Luftzerlegersäule entnommenen Strom besonders günstig ist. Studies have now shown that the minimum amount of steam that the Raw argon column must be fed with for proper functioning increasing argon concentration initially decreases, from an argon concentration of 50% remains the same. That is, further argon enrichment in the side vent to values over 50% brings no further reduction in the crude argon column amount of steam to be introduced and therefore no possibility of another Cross-sectional reduction of the crude argon column with itself. Only the advantage remains a higher argon concentration in the mixture fed to the crude argon column. However, since there are high demands on the argon purity, the number of theoretical Soils in the crude argon column are essentially independent of the Initial concentration is a further increase in the argon concentration in the electricity taken from the air separation column no longer makes sense. As part of the In the present invention, this fact was investigated in more detail and found that an argon concentration between 15% and 50% in that of the air separation column withdrawn electricity is particularly cheap.

In der Praxis hat sich herausgestellt, dass eine Verfahrensführung, bei der aus der Luftzerlegersäule ein Strom mit einer Argonkonzentration zwischen 15% und 40%, bevorzugt zwischen 20% und 35%, entnommen wird, besondere Vorteile bringt. In practice, it has been found that a procedure in which the Air separation column a stream with an argon concentration between 15% and 40%, preferably between 20% and 35%, is taken, brings particular advantages.

Der aus der Luftzerlegersäule entnommene Strom wird vorzugsweise in eine Rohargonsäule geleitet. Die dort anfallende, im wesentlichen Sauerstoff enthaltende Sumpfflüssigkeit wird vorzugsweise in den zweiten Abschnitt der Luftzerlegersäule zurückgeführt, das heißt in denjenigen Abschnitt, dem auch die argonhaltige Fraktion entnommen wird. The stream withdrawn from the air separation column is preferably converted into a Raw argon column headed. The one that essentially contains oxygen Bottom liquid is preferably in the second section of the air separation column returned, that is to say in the section to which the argon-containing fraction also belongs is removed.

Die Erfindung eignet sich bevorzugt für ein Rektifiziersystem, welches eine Drucksäule und eine Niederdrucksäule aufweist, wobei die Trennwand in der Niederdrucksäule angeordnet ist, und wobei in den ersten Abschnitt ein mit Sauerstoff angereichertes Fluid aus der Drucksäule, vorzugsweise Sumpfflüssigkeit, eingeleitet wird. The invention is preferably suitable for a rectification system which has a pressure column and has a low pressure column, the partition in the low pressure column is arranged, and wherein in the first section an oxygenated Fluid from the pressure column, preferably bottom liquid, is introduced.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen sich insbesondere dann, wenn Argon mit hoher Reinheit von mehr als 95%, bevorzugt mehr als 98%, und/oder Argon mit einem Sauerstoffgehalt von weniger als 100 ppm, bevorzugt weniger als 10 ppm, in der Rohargonsäule gewonnen werden soll. Die Erfindung ist dann besonders vorteilhaft, wenn in der Rohargonsäzule mehr als 100 theoretische Böden, bevorzugt zwischen 150 und 200 theoretische Böden, eingesetzt werden. In diesen Fällen ist die Bauhöhe der Rohargonsäule ohnehin durch die für die hohe Endreinheit erforderliche Anzahl von theoretischen Böden festgelegt. Der Durchmesser der Rohargonsäule kann aber gegenüber den herkömmlichen Verfahren ohne Trennwandkolonne deutlich reduziert werden. The advantages of the method according to the invention are particularly evident when Argon with a high purity of more than 95%, preferably more than 98%, and / or Argon with an oxygen content of less than 100 ppm, preferably less than 10 ppm, to be obtained in the raw argon column. The invention is then special advantageous if more than 100 theoretical plates are preferred in the raw argon column between 150 and 200 theoretical plates. In these cases it is Height of the raw argon column anyway due to the high final purity required Number of theoretical floors set. The diameter of the crude argon column can but clearly compared to the conventional process without a dividing wall column be reduced.

Vorzugsweise werden in der Luftzerlegersäule Packungen zur Rektifikation eingesetzt. Hierbei ist es günstig, wenn die Packungen in mehreren übereinander liegenden Bereichen, sogenannten Betten, angeordnet werden, wobei die zu rektifizierende Flüssigkeit und/oder das zu rektifizierende Gas zwischen je zwei Betten gesammelt und neu auf das nächste Packungsbett verteilt werden. Werden anstelle von Packungen andere Einbauten oder Vorrichtungen zur Rektifikation in der Luftzerlegersäule verwendet, so hat es sich ebenfalls bewährt, Sammler und/oder Verteiler in bestimmten Abständen in der Luftzerlegersäule vorzusehen, um so Maldistributionen in der Säule entgegenwirken zu können. Packings for rectification are preferably used in the air separation column. It is advantageous here if the packs are stacked in several Areas, so-called beds, are arranged, with the rectified Liquid and / or the gas to be rectified are collected between two beds and redistributed to the next pack bed. Instead of Packs of other internals or devices for rectification in the Air separation column used, it has also proven itself, collectors and / or To provide distributors at certain intervals in the air separation column, so Counteracting maldistributions in the pillar.

Die Trennwand zwischen den beiden abgeteilten Bereichen in der Luftzerlegersäule endet vorzugsweise jeweils am oberen oder unteren Ende eines Packungsbettes, beziehungsweise beim Einsatz von anderen Kolonneneinbauten am oberen oder unteren Ende des entsprechenden Bereiches, der durch einen Sammler/Verteiler vom benachbarten Bereich abgeteilt ist. Da an diesen Stoßstellen zweier Säulenbereiche ohnehin Sammler/Verteiler angeordnet sind, müssen beim Einsatz der Trennwand keine zusätzlichen Sammler/Verteiler vorgesehen werden. Nur der unmittelbar oberhalb der Trennwand angeordnete Sammler/Verteiler muss so umgerüstet werden, dass er die Flüssigkeit in der gewünschten Weise auf die beiden durch die Trennwand voneinander abgeteilten Abschnitte verteilt. The partition between the two divided areas in the air separation column preferably ends at the top or bottom of a packing bed, or when using other column internals at the top or lower end of the corresponding area, which is collected by a collector / distributor adjacent area is divided. Because there are two pillar areas at these joints anyway, collectors / distributors are arranged when using the partition no additional collectors / distributors are provided. Only the one immediately Collectors / distributors located above the partition must be converted so that he has the liquid in the desired way on the two through the partition divided sections distributed.

Als besonders günstig hat es sich dabei erwiesen, die Luftzerlegersäule, insbesondere die Niederdrucksäule einer Doppelsäulenanlage, in vier Bereiche, bzw. bei der Verwendung von Packungen in vier Packungsbetten, zu unterteilen und die Trennwand auf Höhe des zweiten und des dritten Bereiches vorzusehen. The air separation column, in particular, has proven to be particularly favorable the low pressure column of a double column system, in four areas, or at the Use packs in four pack beds to divide and divide the partition to be provided at the level of the second and third area.

In dem ersten und dem zweiten Abschnitt werden vorzugsweise Stoffaustauschelemente eingesetzt, die den gleichen Druckabfall für das aufsteigende Gas bewirken. In the first and second sections are preferred Mass transfer elements are used that have the same pressure drop for the ascending Cause gas.

Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen: The invention and further details of the invention are described below of exemplary embodiments illustrated in the drawings. in this connection demonstrate:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 1 shows an apparatus for performing the method according to the invention,

Fig. 2 die der Rohargonsäule zuzuführende Dampfmenge in Abhängigkeit von deren Argonkonzentration und Fig. 2 shows the amount of steam to be fed to the crude argon column as a function of its argon concentration and

Fig. 3 die Argonausbeute in Abhängigkeit von der Argonkonzentration in dem der Rohargonsäule zugeführten Dampf. Fig. 3, the argon recovery as a function of the argon concentration in the crude argon column the supplied steam.

In Fig. 1 ist der Rektifikationsteil einer Tieftemperaturluftzerlegungsanlage mit Argongewinnung dargestellt. Einsatzluft 1 wird, nach entsprechender Reinigung und Abkühlung, in die Drucksäule 2 eingeleitet. Die sich im Sumpf der Drucksäule 2 ansammelnde sauerstoffangereicherte Flüssigkeit wird über Leitung 3 in die Niederdrucksäule 4 überführt. In Fig. 1, the rectifying section of a cryogenic air separation plant is shown with argon recovery. Feed air 1, after cleansing and cooling, introduced into the pressure column second The oxygen-enriched liquid collecting in the sump of the pressure column 2 is transferred via line 3 into the low pressure column 4 .

Die Niederdrucksäule 4 ist als Trennwandkolonne ausgeführt. Als Rektifikationselemente sind in der Niederdrucksäule 4 Packungen vorgesehen, die in mehreren übereinander liegenden Betten 19, 20, 21, 22 angeordnet sind, die jeweils eine Höhe von etwa 6 m haben. Zwischen je zwei Betten sind Sammler/Verteiler 23, 24, 25 zum Sammeln und Verteilen der in der Niederdrucksäule 4 nach unten fließenden Flüssigkeit vorgesehen. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind die zwischen den Betten 20, 21 befindlichen Sammler/Verteiler in der Fig. 1 nicht dargestellt. The low pressure column 4 is designed as a dividing wall column. 4 packs are provided as rectification elements in the low-pressure column, which are arranged in a plurality of beds 19 , 20 , 21 , 22 lying one above the other, each having a height of approximately 6 m. Collectors / distributors 23 , 24 , 25 are provided between each two beds for collecting and distributing the liquid flowing downward in the low-pressure column 4 . For reasons of clarity, the collectors / distributors located between the beds 20 , 21 are not shown in FIG. 1.

In einem mittleren Bereich der Niederdrucksäule 4 ist eine Trennwand 5 so angeordnet, dass die Niederdrucksäule 4 in zwei Abschnitte 6, 7 unterteilt wird. Die Trennwand 5 erstreckt sich dabei über die Gesamtlänge der beiden mittleren Packungsbetten 20 und 21. Ein Gas- und Flüssigkeitsaustausch zwischen den beiden abgetrennten Abschnitten 6, 7 ist in diesem Bereich nicht möglich. In a central area of the low-pressure column 4 , a partition 5 is arranged such that the low-pressure column 4 is divided into two sections 6 , 7 . The partition 5 extends over the entire length of the two middle packing beds 20 and 21 . A gas and liquid exchange between the two separated sections 6 , 7 is not possible in this area.

Die Betten 19 und 22 unterhalb und oberhalb der abgetrennten Abschnitte 6, 7 erstrecken sich dagegen über den gesamten Querschnitt der Niederdrucksäule 4, so dass die in den beiden Abschnitten 6, 7 getrennt aufsteigenden bzw. herabfließenden Gas- bzw. Flüssigkeitsströme wieder zusammengeführt werden. The beds 19 and 22 below and above the separated sections 6 , 7 , on the other hand, extend over the entire cross-section of the low-pressure column 4 , so that the gas or liquid flows ascending or flowing separately in the two sections 6 , 7 are brought together again.

Der Niederdrucksäule 4 wird in den abgeteilten Abschnitt 6 über Leitung 3 Sumpfflüssigkeit aus der Drucksäule 2 zugeführt. Über Leitung 12 kann zudem Turbinenluft in die Niederdrucksäule 4 eingeleitet werden. Am Kopf der Niederdrucksäule 4 kann über Leitung 8 gasförmiger Produktstickstoff gewonnen werden. Ferner ist oberhalb der abgeteilten Abschnitte 6, 7 ein Abzug 9 für Unreinstickstoff vorgesehen. Aus dem Sumpf der Niederdrucksäule 4 kann über die Leitungen 10 und 11 gasförmiger beziehungsweise flüssiger Produktsauerstoff entnommen werden. The low pressure column 4 is fed to the partitioned section 6 via line 3 bottoms liquid from the pressure column. 2 Turbine air can also be introduced into the low-pressure column 4 via line 12 . At the top of the low-pressure column 4 , gaseous product nitrogen can be obtained via line 8 . Furthermore, a deduction 9 for impure nitrogen is provided above the divided sections 6 , 7 . Gaseous or liquid product oxygen can be removed from the sump of the low-pressure column 4 via the lines 10 and 11 .

In den beiden Abschnitten 6 und 7 sind Packungen mit gleicher spezifischer Oberflächen eingebaut. Der in der Niederdrucksäule 4 aufsteigende Dampf erfährt somit in beiden Abschnitten 6, 7 denselben Druckverlust. Die herabfließende Flüssigkeit wird auf die beiden Abschnitte 6, 7 mittels der Verteiler 24, 25 verteilt. Vorzugsweise wird auf beide Abschnitte 6, 7 dieselbe Flüssigkeitsmenge aufgegeben. Zur Optimierung der Verfahrensführung kann es aber durchaus sinnvoll sein, in den Abschnitten 6 und 7 unterschiedliche Flüssigkeitsdurchsätze vorzusehen. Die Verteilung des aufsteigenden Dampfes auf die beiden Abschnitte 6, 7 stellt sich von Vorteil in Abhängigkeit von den entgegenströmenden Flüssigkeitsmengen und den Druckverlusten in den Packungsbetten 20, 21 von selbst ein. In sections 6 and 7 , packs with the same specific surfaces are installed. The steam rising in the low pressure column 4 thus experiences the same pressure loss in both sections 6 , 7 . The flowing down liquid is distributed to the two sections 6 , 7 by means of the distributors 24 , 25 . The same amount of liquid is preferably applied to both sections 6 , 7 . However, in order to optimize the process management, it can be very useful to provide different liquid throughputs in sections 6 and 7 . The distribution of the rising vapor over the two sections 6 , 7 is advantageous depending on the counter-flowing quantities of liquid and the pressure losses in the packing beds 20 , 21 .

Aus dem Abschnitt 7 wird ein im wesentlichen Argon und Sauerstoff enthaltender Strom 13 mit einer Argonkonzentration von 35% abgezogen und in eine mit Packungen versehene Rohargonsäule 14 eingeleitet. In der Rohargonsäule 14 wird das Sauerstoff-Argon-Gemisch rektifiziert. Am Kopf der Rohargonsäule 14 wird das entstandene Argon in einem Kopfkondensator 15 kondensiert und zum Teil als Produkt 16 mit einem Restsauerstoffgehalt von weniger als 10 ppm gewonnen, zum Teil 17 als Rücklaufflüssigkeit wieder auf die Rohargonsäule 14 aufgegeben. Im Sumpf der Rohargonsäule 14 sammelt sich flüssiger Sauerstoff, der über Leitung 18 in den abgeteilten Abschnitt 7 der Niederdrucksäule 4 zurückgeführt wird. A stream 13 containing essentially argon and oxygen with an argon concentration of 35% is withdrawn from section 7 and introduced into a crude argon column 14 provided with packings. The oxygen-argon mixture is rectified in the crude argon column 14 . At the top of the crude argon column 14, the resulting argon is condensed in a head condenser 15 and recovered as the product in part 16 with a residual oxygen content of less than 10 ppm, given up to the part 17 as a reflux liquid again to the crude argon column fourteenth Liquid oxygen collects in the sump of the crude argon column 14 and is returned via line 18 to the section 7 of the low-pressure column 4 .

In der Niederdrucksäule 4 sind durch die Trennwand 5 die Zuspeisungen von Sumpfflüssigkeit 3 aus der Drucksäule 2 und Turbinenluft 12 von dem Argonabzug 13 abgetrennt. Auf diese Weise können in dem Argonabzug 13 deutlich höhere Argonkonzentrationen eingestellt werden als in Säulen ohne Trennwand. In the low-pressure column 4 , the feeds of bottom liquid 3 from the pressure column 2 and turbine air 12 are separated from the argon vent 13 by the partition 5 . In this way, significantly higher argon concentrations can be set in the argon vent 13 than in columns without a partition.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde durch Simulationen die der Rohargonsäule 14 zuzuführende Dampfmenge in Abhängigkeit von der Argonkonzentration des Dampfes bestimmt. Die ermittelte Abhängigkeit ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei wurde von einer Argonproduktreinheit von 98,5% und einer konstanten Argonausbeute ausgegangen. In the context of the present invention, the amount of steam to be fed to the crude argon column 14 was determined as a function of the argon concentration of the steam by means of simulations. The determined dependency is shown in FIG. 2. An argon product purity of 98.5% and a constant argon yield were assumed.

Die durchgezogene Kurve zeigt die theoretische Mindestdampfmenge bei unendlicher theoretischer Bodenzahl. Die gestrichelte Kurve gibt den Verlauf der für eine theoretische Bodenzahl von 50 berechneten Zustände an. Beide Kurven haben im wesentlichen den gleichen Verlauf. Aus der Kurve für endliche Bodenzahl ist jedoch zu entnehmen, dass in diesem Fall gegenüber der theoretischen Kurve etwa 30 bis 40% größere Dampfmengen eingesetzt werden müssen. The solid curve shows the theoretical minimum amount of steam at infinite theoretical number of trays. The dashed curve shows the course of the one theoretical number of soils from 50 calculated states. Both curves have essentially the same course. From the curve for finite number of trays, however, is too deduce that in this case about 30 to 40% of the theoretical curve larger amounts of steam must be used.

Beide Kurven zeigen, dass zunächst mit steigender Argonkonzentration immer weniger Dampf in die Rohargonsäule 14 überführt werden muss, um Argon gewünschter Reinheit und Menge zu erhalten. Die Kurven nähern sich aber bei etwa 50% Argonkonzentration jeweils einem unteren Grenzwert an. Bei höheren Argonkonzentrationen ist keine beziehungsweise nur noch eine geringfügige weitere Absenkung der zuzuführenden Dampfmenge zu erwarten. Both curves show that with increasing argon concentration, less and less steam has to be transferred into the crude argon column 14 in order to obtain the desired purity and amount of argon. However, the curves approach a lower limit value at approximately 50% argon concentration. At higher argon concentrations, no or only a slight further reduction in the amount of steam to be supplied is to be expected.

Infolge der sinkenden Dampfmenge bei steigender Argonkonzentration in dem Speisestrom zur Rohargonsäule 14 kann diese in ihrem Durchmesser entsprechend geringer ausgeführt werden kann. Die Verringerung der Dampfmenge ist jedoch nur bis zu einer Argonkonzentration von etwa 50% zu beobachten. Bei einer Erhöhung der Konzentration auf über 50% lässt sich dagegen unter den vorliegenden Bedingungen keine weitere Verringerung der Dampfmenge erzielen, so dass auch keine weitere Verkleinerung des Rohargonsäulenquerschnitts erreicht werden kann. Der mit der Konzentrationserhöhung einhergehende Regelungsaufwand in der Niederdrucksäule steigt jedoch deutlich an. As a result of the decreasing amount of steam with increasing argon concentration in the feed stream to the crude argon column 14 , its diameter can be made correspondingly smaller. However, the reduction in the amount of steam can only be observed up to an argon concentration of about 50%. On the other hand, if the concentration is increased to over 50%, no further reduction in the amount of steam can be achieved under the present conditions, so that no further reduction in the crude argon column cross section can be achieved. However, the regulatory effort in the low-pressure column associated with the increase in concentration increases significantly.

Auch die Anzahl der theoretischen Böden in der Rohargonsäule 14 kann durch eine Erhöhung der Argonkonzentration in dem zuzuführenden Dampf 13 bei einer gewünschten Produktreinheit von 98,5% nicht wesentlich gesenkt werden, da bei hohen Produktreinheiten die Anzahl der Böden durch die zu erzielende Endkonzentration und nicht durch die Ausgangskonzentration bestimmt wird. Also, the number of theoretical plates in the crude argon column 14 cannot be significantly reduced by increasing the argon concentration in the steam 13 to be supplied with a desired product purity of 98.5%, since the number of plates is not due to the final concentration to be achieved at high product purities is determined by the initial concentration.

Die Niederdrucksäule 4 wird erfindungsgemäß so betrieben, dass im Seitenabzug 13 eine Argonkonzentration von 45% erreicht wird. Bei dieser Konzentration kann die in die Rohargonsäule 14 eingeleitete Dampfmenge minimiert und der Durchmesser der Rohargonsäule 14 entsprechend der Dampfmenge verringert werden. The low-pressure column 4 is operated according to the invention in such a way that an argon concentration of 45% is achieved in the side draw 13 . At this concentration, the amount of steam introduced into the raw argon column 14 can be minimized and the diameter of the raw argon column 14 can be reduced in accordance with the amount of steam.

In Fig. 3 ist die Argonausbeute in Abhängigkeit von der Argonkonzentration des in die Argonsäule eingespeisten Dampfes dargestellt. Die durchgezogene Kurve gibt die berechneten Werte für eine kurze Trennwand, die gestrichelte Kurve für eine lange Trennwand wieder. In Fig. 3, the argon recovery is shown as a function of the concentration of the argon fed into the argon column vapor. The solid curve shows the calculated values for a short partition, the dashed curve for a long partition.

An der durchgezogenen Kurve erkennt man, dass die Argonausbeute in einem Bereich zwischen 10 und 25% Argonkonzentration im zugespeisten Dampf im wesentlichen konstant bleibt. Die Kurve bricht bei 25% ab, da mit der angenommenen Trennwandlänge keine höheren Argonkonzentrationen erzielbar sind. Bei einer längeren Trennwand, die der Berechnung der gestrichelten Kurve zugrunde gelegt wurde, ist auch im Bereich höherer Argonkonzentrationen über 30% bis zu 90% eine im wesentlichen konstante Argonausbeute festzustellen. Eine Erhöhung der Argonkonzentration wirkt sich demgemäß nicht negativ auf die Ausbeute aus. The solid curve shows that the argon yield is in one area essentially between 10 and 25% argon concentration in the fed steam remains constant. The curve breaks off at 25%, since with the assumed Partition length no higher argon concentrations can be achieved. At a longer partition, which is used to calculate the dashed curve was also in the range of higher argon concentrations over 30% up to 90% determine essentially constant argon yield. An increase in Accordingly, argon concentration does not have a negative effect on the yield.

Claims (11)

1. Verfahren zur Gewinnung von Argon durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Rektifiziersystem, das zumindest eine Luftzerlegersäule aufweist, die eine in Säulenlängsrichtung verlaufende Trennwand besitzt, wodurch die Luftzerlegersäule auf Höhe der Trennwand in einen ersten und einen zweiten Abschnitt unterteilt wird, wobei in den ersten Abschnitt ein Sauerstoff und Argon enthaltendes Fluid eingeleitet wird und dem zweiten Abschnitt ein Sauerstoff und Argon enthaltender Strom entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Argonkonzentration in dem dem zweiten Abschnitt (7) entnommenen Strom (13) zwischen 15% und 50%, bevorzugt zwischen 15% und 40%, besonders bevorzugt zwischen 20% und 35%, liegt. 1. A method for the production of argon by low-temperature separation of air in a rectification system which has at least one air separation column which has a dividing wall running in the longitudinal direction of the column, whereby the air separation column is divided into a first and a second section at the height of the dividing wall, the first Section is introduced a fluid containing oxygen and argon and a stream containing oxygen and argon is withdrawn from the second section, characterized in that the argon concentration in the stream ( 13 ) withdrawn from the second section ( 7 ) is between 15% and 50%, preferably between 15% and 40%, particularly preferably between 20% and 35%. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dem zweiten Abschnitt (7) entnommene Strom (13) einer Rohargonsäule (14) zugeführt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the stream ( 13 ) taken from the second section ( 7 ) is fed to a crude argon column ( 14 ). 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Sumpfflüssigkeit aus der Rohargonsäule (14) in den zweiten Abschnitt (7) der Luftzerlegersäule (4) zurückgeführt wird. 3. The method according to claim 2, characterized in that bottom liquid from the crude argon column ( 14 ) in the second section ( 7 ) of the air separation column ( 4 ) is returned. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Argon mit einer Reinheit von mehr als 95%, bevorzugt mehr als 98%, in der Rohargonsäule (14) gewonnen wird. 4. The method according to any one of claims 2 or 3, characterized in that argon with a purity of more than 95%, preferably more than 98%, is obtained in the crude argon column ( 14 ). 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Argon mit einem Sauerstoffgehalt von weniger als 10 ppm in der Rohargonsäule (14) gewonnen wird. 5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that argon is obtained with an oxygen content of less than 10 ppm in the crude argon column ( 14 ). 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohargonsäule (14) mehr als 100, bevorzugt 150 bis 200 theoretische Böden aufweist. 6. The method according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the crude argon column ( 14 ) has more than 100, preferably 150 to 200 theoretical plates. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Luftzerlegersäule (4) zumindest zum Teil Packungen zur Rektifikation eingesetzt werden. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that packs for rectification are used at least in part in the air separation column ( 4 ). 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzerlegersäule (4) mehrere übereinander angeordnete Bereiche (19, 20, 21, 22) aufweist, wobei das Sauerstoff und Argon enthaltende Fluid jeweils zwischen zwei Bereichen gesammelt und/oder verteilt wird, und die Trennwand (5) am oberen oder unteren Rand eines der Bereiche (20, 21) endet. 8. The method according to claim 7, characterized in that the air separation column ( 4 ) has a plurality of regions ( 19 , 20 , 21 , 22 ) arranged one above the other, the fluid containing oxygen and argon being collected and / or distributed between two regions, and the partition ( 5 ) ends at the top or bottom of one of the areas ( 20 , 21 ). 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzerlegersäule vier Bereiche (19, 20, 21, 22) aufweist und dass sich die Trennwand (5) über den zweiten und den dritten Bereich (20, 21) erstreckt. 9. The method according to claim 8, characterized in that the air separation column has four areas ( 19 , 20 , 21 , 22 ) and that the partition ( 5 ) extends over the second and third areas ( 20 , 21 ). 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Luftzerlegersäule (4) gasförmig aufsteigende Sauerstoff und Argon enthaltende Fluid im ersten und im zweiten Abschnitt (6, 7) denselben Druckverlust erfährt. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that in the air separation column ( 4 ) gaseous rising oxygen and argon-containing fluid in the first and in the second section ( 6 , 7 ) experiences the same pressure loss. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rektifiziersystem eine Drucksäule (2) und eine Niederdrucksäule (4) aufweist, wobei die Trennwand (5) in der Niederdrucksäule (4) angeordnet ist, und wobei in den ersten Abschnitt (6) ein mit Sauerstoff angereichertes Fluid (3) aus der Drucksäule (2) eingeleitet wird. 11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the rectification system has a pressure column ( 2 ) and a low pressure column ( 4 ), the partition ( 5 ) being arranged in the low pressure column ( 4 ), and wherein in the first Section ( 6 ) an oxygen-enriched fluid ( 3 ) is introduced from the pressure column ( 2 ).
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