DE4406049A1 - Fractional distillation system for pure argon from air - Google Patents

Fractional distillation system for pure argon from air

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Abstract

The fractionation system has at least one air fractionation column (9) and an argon purification column (25). An argon-enriched mixture (24) of air gases, is introduced into the argon purification column (25). The top end product (28) of this column (25) is partially condensed by heat exchange (29) with a vapourised cooling medium (11). The condensate (28a) is sent back to the column as reflux; from the bottom of this column (25) a substantially nitrogen-free argon product (26) is withdrawn. An indirect heat exchanger (29) is used; the coolant (11) should have an oxygen content of less than 10%. Also claimed are a method involving the use of a heating medium, and two embodiments suitable to carry out the processes detailed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von reinem Argon, bei denen Luft in einem Rektifiziersystem mit mindestens einer Luftzerlegersäule und einer Reinargonsäule zerlegt wird, wobei ein argonangereichertes Gemisch aus Luftgasen in die Reinargonsäule eingeführt wird, die Kopffraktion der Reinargonsäule mindestens teilweise durch indirekten Wärmeaustausch mit einem verdampfenden Kühlmedium verflüssigt wird, das bei dem indirekten Wärmeaustausch entstandene Kondensat in die Reinargonsäule zurückgeleitet wird und aus dem unteren Bereich der Reinargonsäule ein im wesentlichen stickstofffreies Argonprodukt abgezogen wird.The invention relates to a method and an apparatus for the production of pure Argon, where air is present in a rectification system with at least one Air separation column and a pure argon column is disassembled, being a argon-enriched mixture of air gases is introduced into the pure argon column, the Top fraction of the pure argon column at least partially by indirect Heat exchange is liquefied with an evaporating cooling medium, which in the indirect heat exchange condensate in the pure argon column is returned and from the lower area of the pure argon column in essential nitrogen-free argon product is withdrawn.

Die Grundlagen der Reinargongewinnung sind in Hausen/Linde, Tieftemperaturtechnik, 2. Auflage 1985, Seiten 332 bis 334 beschrieben. Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind außerdem aus den Patentveröffentlichungen EP-B- 377117 EP-A-171711 und EP-A-331028 bekannt. Dabei wird die Luftzerlegung im engeren Sinne in der Regel in einer Doppelsäule vorgenommen, aus deren Niederdruckteil die Einsatzfraktion für eine Rohargonsäule entnommen wird. Das sauerstoffabgereicherte Rohargon wird in einer weiteren Rektifiziersäule, der Reinargonsäule, von leichterflüchtigen Verunreinigungen, insbesondere von Stickstoff befreit. Zwischen Rohargon- und Reinargonsäule kann gegebenenfalls eine weitere Stufe zur Sauerstoffentfernung, beispielsweise durch katalytische Oxidation mit Wasserstoff (Deoxo-Vorrichtung, siehe z. B. EP-A-17171 1 oder EP-A-331028) geschaltet sein. Die Erfindung ist jedoch nicht grundsätzlich an die übliche Reihenfolge der Argonreinigung (Sauerstoffentfernung vor Stickstoffentfernung) gebunden. Die geläufigen Begriffe Rohargonsäule (im Sinne einer Säule zur Entfernung von Sauerstoff) und Reinargonsäule (im Sinne einer Trennung zwischen Argon und Stickstoff) werden hier verwendet, ohne daß dadurch diese Reihenfolge festgelegt wäre.The basics of pure argon production are in Hausen / Linde, low-temperature technology, 2nd edition 1985, pages 332 to 334. Methods and devices of the type mentioned above are also from the patent publications EP-B- 377117 EP-A-171711 and EP-A-331028. The air separation in the narrower sense usually made in a double column, from whose Low-pressure part, the feed fraction for a crude argon column is removed. The Oxygen-depleted raw argon is in another rectification column, the Pure argon column, from volatile impurities, especially nitrogen exempted. There may be another column between crude argon and pure argon Oxygen removal step, for example by catalytic oxidation Hydrogen (Deoxo device, see e.g. EP-A-17171 1 or EP-A-331028) be switched. However, the invention is not fundamentally in the usual order the argon purification (oxygen removal before nitrogen removal). The Common terms Raw argon column (in the sense of a column for the removal of Oxygen) and pure argon column (in the sense of a separation between argon and Nitrogen) are used here, without this stipulating this order would.

Der Kopf der Reinargonsäule muß zur Erzeugung von Rücklauf gekühlt werden. Dies geschieht üblicherweise durch indirekten Wärmeaustausch mit flüssigem Stickstoff aus der Drucksäule des Luftzerlegers im engeren Sinne. Damit steht ein Kühlmedium zur Verfügung, mit dem sich denkbar niedrige Temperaturen erreichen lassen. Die Kondensation der stickstoffreichen Restfraktion am Kopf der Reinargonsäule ist daher kein Problem. The head of the pure argon column must be cooled to generate reflux. This usually happens by indirect heat exchange with liquid nitrogen the pressure column of the air separator in the narrower sense. This provides a cooling medium With which extremely low temperatures can be reached. The Condensation of the nitrogen-rich residual fraction at the top of the pure argon column is therefore no problem.  

Allerdings können sich - mitunter beträchtliche - Schwierigkeiten im Falle von Betriebsstörungen oder Bedienungsfehlern ergeben. Falls nämlich in einer derartigen Situation der Argongehalt am Kopf der Reinargonsäule ansteigt, kann unter Umständen festes Argon ausfallen, den Kopfkondensator verstopfen und damit beträchtliche Kosten verursachen. Man hat bisher versucht, diese Gefahr durch Steuer- und Regelvorrichtungen zu bannen, die dafür sorgen sollen, daß die Temperatur am Kopf der Reinargonsäule nicht unter den Schmelzpunkt des Argons fällt. Solche Einrichtungen sind jedoch nicht vollständig zufriedenstellend, sie erfordern insbesondere einen hohen Aufwand.However, difficulties can arise - sometimes considerable - in the case of Malfunctions or operating errors. If namely in such a Situation of the argon content at the top of the pure argon column may increase solid argon will fail, clog the top capacitor and thereby considerable Cause costs. So far, attempts have been made to avoid this danger through tax and Ban control devices that should ensure that the temperature at the head the pure argon column does not fall below the melting point of the argon. Such However, facilities are not completely satisfactory, they require especially a lot of effort.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen sicheren Betrieb der Reinargonsäule mit vertretbaren Kosten, insbesondere mit relativ geringem Regelaufwand, zu gewährleisten.The invention is therefore based on the object of safe operation of the Pure argon column with reasonable costs, especially with a relatively low one Regular effort to ensure.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der indirekte Wärmeaustausch mit einem Kühlmedium durchgeführt wird, das einen Sauerstoffgehalt von mindestens 10% aufweist.This object is achieved in that the indirect heat exchange with a Cooling medium is carried out that has an oxygen content of at least 10% having.

Im Rahmen der Erfindung hat es sich herausgestellt, daß es ohne gravierende Einbußen an Produktqualität und -menge möglich ist, auf Stickstoff als Kühlmedium für die Reinargonsäule zu verzichten und statt dessen ein sauerstoffhaltiges Gemisch aus Luftgasen einzusetzen. Dieses kann in seiner Zusammensetzung so gewählt werden, daß es auch unter Atmosphärendruck beziehungsweise einige Zehntel Bar darüber einen Siedepunkt aufweist, der über dem Tripelpunkt von Argon liegt, aber trotzdem zur Kondensation der Kopffraktion ausreicht. Ein Ausfrieren von festem Argon ist damit grundsätzlich unmöglich; auf eine entsprechende Regelung kann vollständig verzichtet werden.In the context of the invention it has been found that it is without serious Loss of product quality and quantity is possible on nitrogen as a cooling medium for to dispense with the pure argon column and instead use an oxygen-containing mixture Use air gases. Its composition can be chosen so that it is even under atmospheric pressure or a few tenths of a bar above has a boiling point that is above the triple point of argon, but still to Condensation of the top fraction is sufficient. This freezes solid argon basically impossible; a corresponding regulation can be completely dispensed with become.

Als Kühlmedium können verschiedene flüssige Prozeßströme verwendet werden. Vorzugsweise wird das Kühlmedium aus dem unteren oder mittleren Bereich der beziehungsweise einer der Luftzerlegersäulen, insbesondere der Druckstufe einer Doppelsäule abgezogen. Besonders günstig ist der Einsatz von Sumpfflüssigkeit aus der Druckstufe als Kühlmedium für die Reinargonsäule.Various liquid process streams can be used as the cooling medium. The cooling medium is preferably from the lower or middle region of the or one of the air separation columns, in particular the pressure level Double column deducted. The use of sump liquid is particularly favorable the pressure level as a cooling medium for the pure argon column.

Die Verwendung des bestimmten Artikels für das Kühlmedium in dieser Anmeldung bedeutet nicht, daß ausgeschlossen ist, daß andere Fraktionen ebenfalls zur Kopfkühlung der Reinargonsäule beitragen, beispielsweise indem sie stromaufwärts des indirekten Wärmeaustauschs gegen die Kopffraktion mit dem Kühlmedium vermischt werden; allerdings ist der Beitrag der hier ausdrücklich als Kühlmedium bezeichneten Fraktion der ausschlaggebende für die Erzeugung von Rücklauf am Kopf der Reinargonsäule.The use of the specific article for the cooling medium in this application does not mean that it cannot be ruled out that other groups are also involved in the Head cooling of the pure argon column contribute, for example, by going upstream  indirect heat exchange against the top fraction with the cooling medium be mixed; however, the contribution here is expressly as a cooling medium designated faction of the pivotal for the generation of head reflux the pure argon column.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine argonhaltige Fraktion in eine Rohargonsäule eingeleitet und an deren Kopf sauerstoffabgereichertes Argon gewonnen, wobei ein Teil des sauerstoffabgereicherten Argons in indirektem Wärmeaustausch mit demselben Kühlmedium verflüssigt wird, das bei dem indirekten Wärmeaustausch zur teilweisen Kondensation der Kopffraktion der Reinargonsäule verwendet wird, und dieser indirekte Wärmeaustausch in einem Kondensator-Verdampfer durchgeführt wird, in dessen Verdampfungsseite das Kühlmedium eingespeist wird, gegen das auch die Kopffraktion der Reinargonsäule mindestens teilweise verflüssigt wird.According to a further embodiment of the method according to the invention, a argon-containing fraction introduced into a raw argon column and at the head Oxygen-depleted argon is obtained, with part of the oxygen-depleted Argon is liquefied in indirect heat exchange with the same cooling medium, the indirect heat exchange for partial condensation of the top fraction the pure argon column is used, and this indirect heat exchange in one Condenser-evaporator is carried out, in the evaporation side that Cooling medium is fed, against which also the top fraction of the pure argon column is at least partially liquefied.

Für den (üblichen) Fall, daß eine Rohargonsäule vorhanden ist, deren Kopf ebenfalls zwecks Erzeugung von Rücklauf gekühlt werden muß, wird also gemäß diesem Aspekt der Erfindung zur Kopfkühlung von Rohargonsäule und Reinargonsäule dasselbe Kühlmedium eingesetzt, insbesondere Sumpfflüssigkeit aus der Drucksäule.In the (usual) case that a raw argon column is available, its head is also must be cooled in order to generate return, is according to this aspect the invention for head cooling of raw argon column and pure argon column the same Cooling medium used, in particular sump liquid from the pressure column.

Dabei ist es verfahrenstechnisch günstig, wenn das Kühlmedium stromaufwärts der Einspeisung in den Kondensator-Verdampfer in indirekten Wärmeaustausch mit der Kopffraktion der Reinargonsäule gebracht wird. Das Kühlmedium oder eine Teil des Kühlmediums strömt also zunächst durch einen Wärmetauscher, der als Kopfkondensator der Reinargonsäule arbeitet, bevor es in den Kondensator- Verdampfer eingeleitet wird. Dabei wird im Vergleich zum Rohargonsäulen- Kopfkondensator so wenig Kühlmedium verdampft, daß sich die Zusammensetzung des flüssigen Anteils des in den Kondensator-Verdampfer eingespeisten Kühlmediums und damit dessen Siedepunkt nicht spürbar ändert. (Dies gilt insbesondere dann, wenn gemäß einem bereits erwähnten Aspekt der Erfindung im wesentlichen die gesamte, aus der Drucksäule abgezogene Sumpfflüssigkeit durch den Kondensator-Verdampfer geleitet wird.)It is procedurally favorable if the cooling medium upstream of the Feeding into the condenser-evaporator in indirect heat exchange with the Head fraction of the pure argon column is brought. The cooling medium or part of the Cooling medium therefore first flows through a heat exchanger, which as Head capacitor of the pure argon column works before it enters the capacitor Evaporator is initiated. Compared to the raw argon column Head condenser evaporates so little cooling medium that the composition of the liquid portion of the cooling medium fed into the condenser-evaporator and so that its boiling point does not change noticeably. (This is especially true if according to an aspect of the invention already mentioned, essentially the entire Bottom liquid drawn off from the pressure column by the condenser-evaporator is directed.)

Die kostengünstigste Realisierung liegt jedoch im Einsatz eines gemeinsamen Kondensator-Verdampfers für Rohargonsäule und Reinargonsäule, indem also der indirekte Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmedium und der Kopffraktion der Reinargonsäule innerhalb des Kondensator-Verdampfers durchgeführt wird. Dazu kann beispielsweise ein Wärmetauscherblock in den Kondensator-Verdampfer eingebaut werden, der getrennte Passagen für die Kopffraktionen von Rohargonsäule und Reinargonsäule (und gegebenenfalls weitere Passagen, zum Beispiel für stickstofffreies Argonprodukt) enthält, die alle mit dem verdampfenden Kühlmedium im Wärmeaustauschbeziehung stehen.However, the most cost-effective implementation is to use a common one Condenser evaporator for raw argon column and pure argon column, i.e. by the indirect heat exchange between the cooling medium and the top fraction of the Pure argon column is carried out inside the condenser-evaporator. This can  for example, a heat exchanger block built into the condenser-evaporator , the separate passages for the top fractions of crude argon column and Pure argon column (and possibly further passages, for example for contains nitrogen-free argon product), all with the evaporating cooling medium in the Heat exchange relationship.

Auf der Verdampfungsseite des Kondensator-Verdampfers entstandener Dampf des Kühlmediums kann abgezogen und der Niederdrucksäule an einer seiner Zusammensetzung entsprechenden Zwischenstelle zugeführt werden. Es steht damit weiter zur Gewinnung der in ihm enthaltenen Komponenten, insbesondere Stickstoff, Sauerstoff und Edelgasen, zur Verfügung.Vapor of the steam generated on the evaporation side of the condenser evaporator Coolant can be removed and the low pressure column on one of its Corresponding intermediate point composition are supplied. It says so further to obtain the components contained in it, in particular nitrogen, Oxygen and noble gases.

Besonders günstig ist es, wenn eine größere Menge des Kühlmediums in den Kondensator-Verdampfer geleitet wird, als zur Verflüssigung der Kopffraktionen von Rohargonsäule und Reinargonsäule notwendig ist (beispielsweise ein großer Teil der aus der Drucksäule abgezogenen Sumpfflüssigkeit), und wenn flüssig verbliebenes Kühlmedium von der Verdampfungsseite des Kondensator-Verdampfers abgezogen und der Niederdrucksäule an einer seiner Zusammensetzung entsprechenden Zwischenstelle zugeführt wird.It is particularly favorable if a larger amount of the cooling medium in the Condenser-evaporator is passed as to liquefy the top fractions of Raw argon column and pure argon column is necessary (for example a large part of the sump liquid withdrawn from the pressure column), and if liquid remains Cooling medium drawn off from the evaporation side of the condenser-evaporator and the low pressure column at one of its composition Intermediate is fed.

Das flüssig verbliebene Kühlmedium wird vorzugsweise oberhalb der Stelle der Zuführung des verdampften Kühlmediums in die Niederdrucksäule eingespeist. Es weist nämlich durch den Überschuß an Kühlmedium einen relativ hohen Stickstoffgehalt im Vergleich zu einer praktisch totalen Verdampfung im Kondensator- Verdampfer auf und kann daher in einem größeren Bereich der Niederdrucksäule als Rücklauf eingesetzt werden. Dies trägt zur Verbesserung der Trennwirkung bei.The liquid cooling medium is preferably above the point of Supply of the evaporated cooling medium is fed into the low pressure column. It namely has a relatively high due to the excess of cooling medium Nitrogen content compared to a practically total evaporation in the condenser Evaporator on and can therefore in a larger area than the low pressure column Return can be used. This helps to improve the separation effect.

Es ist vorteilhaft, wenn im wesentlichen die gesamte im unteren Bereich der Drucksäule anfallende Sumpfflüssigkeit als Kühlmedium verwendet wird.It is advantageous if essentially all of the bottom of the pressure column accumulating sump liquid is used as the cooling medium.

Das flüssig verbliebene Kühlmedium kann über eine Überlaufvorrichtung aus dem Kondensator-Verdampfer abgezogen werden.The remaining liquid cooling medium can from the overflow device Condenser-evaporator are removed.

Die Überlaufvorrichtung kann durch jedes bekannte Mittel realisiert sein, beispielsweise durch ein im Verdampfungsraum angeordnetes nach oben offenes Rohr, durch eine auf Höhe des gewünschten Flüssigkeitsspiegels angeschlossene Leitung oder durch eine siphonartige Leitung (nach unten offenes U, höchster Abschnitt in Höhe des gewünschten Flüssigkeitsspiegels).The overflow device can be implemented by any known means, for example through an upwardly open tube arranged in the evaporation chamber, through a Height of the desired liquid level connected line or through a  siphon-like line (U open at the bottom, highest section at the level of the desired liquid level).

Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist die Verdampfungsseite des Kondensator-Verdampfers durch eine Trennwand in einen ersten und einen zweiten Teilraum unterteilt, wobei die Gas- und die Flüssigkeitsräume der beiden Teilräume miteinander kommunizieren, das Kühlmedium in den ersten Teilraum eingespeist wird, der mit der Kopffraktion der Reinargonsäule in Wärmeaustauschbeziehung steht, und wobei der zweite Teilraum in Wärmeaustauschbeziehung mit dem sauerstoffabgereicherten Argon aus der Rohargonsäule steht.According to a development of the inventive concept, the evaporation side of the Condenser-evaporator through a partition into a first and a second Subdivision divided, the gas and liquid spaces of the two subspaces communicate with each other, the cooling medium is fed into the first compartment, which is in heat exchange relation with the top fraction of the pure argon column, and the second subspace in heat exchange relationship with the oxygen-depleted argon from the crude argon column.

Die Wärmeaustauschbeziehung kann auf verschiedene Weisen verwirklicht werden. Zum einen kann ein Wärmeaustauscher in den entsprechenden Teilraum eingebaut sein; zum anderen kann - alternativ oder zusätzlich - Flüssigkeit aus dem Teilraum zu einem außerhalb angeordneten Wärmetauscher abgeführt werden. Im Falle der ausschließlich außerhalb des Kondensator-Verdampfers durchgeführten Verflüssigung der Kopffraktion aus der Reinargonsäule kann die Wärmeaustauschbeziehung auch dadurch hergestellt werden, daß flüssiges Kühlmedium zunächst (beispielsweise außerhalb der Kondensator-Verdampfers) in indirekten Wärmeaustausch mit der Kopffraktion aus der Reinargonsäule gebracht und anschließend in den ersten Teilraum des Kondensator-Verdampfers eingeleitet wird.The heat exchange relationship can be realized in different ways. On the one hand, a heat exchanger can be installed in the corresponding sub-room his; on the other hand - alternatively or additionally - liquid from the subspace can be added a heat exchanger arranged outside are removed. In case of only liquefaction carried out outside the condenser-evaporator The head fraction from the pure argon column can also do the heat exchange relationship can be produced by first liquid cooling medium (for example outside the condenser-evaporator) in indirect heat exchange with the Head fraction brought out of the pure argon column and then in the first Subspace of the condenser-evaporator is introduced.

Durch die Aufteilung des Verdampfungsraums kann sich trotz der kostengünstigen Verwendung eines gemeinsamen Kondensator-Verdampfers in dem zweiten Teilraum die gleiche, erhöhte Sauerstoffkonzentration einstellen, wie sie sich in einem für sich betriebenen Rohargonkondensator ergeben würde. Im ersten Teilraum stellt sich dagegen eine gegenüber der ursprünglichen Zusammensetzung des Kühlmediums nur unwesentlich veränderte Konzentration ein. Der Siedepunkt der Flüssigkeit im ersten Teilraum ist also niedriger als im zweiten Teilraum. Somit ist der kostengünstige gemeinsame Kondensator-Verdampfer ohne jede äußere Regelung an die unterschiedlichen Temperaturen von Rohargonsäule und Reinargonsäule angepaßt.The division of the evaporation space can be despite the inexpensive Use of a common condenser-evaporator in the second subspace set the same, increased oxygen concentration as it is in one operated raw argon condenser would result. In the first part of the room in contrast, only one compared to the original composition of the cooling medium insignificantly changed concentration. The boiling point of the liquid in the first Subspace is therefore lower than in the second subspace. This is the most economical common condenser evaporator without any external regulation to the adapted to different temperatures of raw argon column and pure argon column.

Das flüssig verbliebene Kühlmedium kann aus dem ersten Teilraum des Kondensator- Verdampfers abgezogen werden, also mit einem relativ hohen Stickstoffgehalt. Dadurch ist eine Einspeisung an relativ hoher Stelle in die Niederdrucksäule und ein entsprechend hoher Beitrag zur Trennwirkung möglich. The cooling medium that remains in liquid can be removed from the first subspace of the condenser. Evaporator are withdrawn, that is, with a relatively high nitrogen content. As a result, there is an infeed at a relatively high point in the low pressure column and correspondingly high contribution to the separating effect possible.  

Die bisher praktizierte Kopfkühlung der Reinargonsäule mit Stickstoff wurde oftmals in eine Wärmepumpe integriert, die durch Verflüssigung von Stickstoff gegen verdampfende Sumpfflüssigkeit der Reinargonsäule Wärme vom oberen in den unteren Bereich der Reinargonsäule transportiert. Im Rahmen der Erfindung hat es sich herausgestellt, daß die Verwendung anderer Fraktionen für die Beheizung des Reinargonsäulen-Sumpfes mit Vorteilen verbunden ist.The previously practiced head cooling of the pure argon column with nitrogen was a heat pump integrated by liquefying nitrogen against evaporating swamp liquid of the pure argon column heat from the upper to the lower Area of the pure argon column. In the context of the invention, it has found that the use of other fractions for heating the Pure argon column swamp is associated with advantages.

Eine erste Variante besteht darin, daß der untere Bereich der Reinargonsäule durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Teil der Einsatzluft beheizt wird, aus der das argonangereicherte Gemisch gewonnen wird, das der Reinargonsäule zugeführt wird. Die Sumpfheizung der Reinargonsäule wird also mit Einsatzluft betrieben.A first variant is that the lower area of the pure argon column through indirect heat exchange is heated with part of the feed air from which the argon-enriched mixture is obtained, which is fed to the pure argon column. The bottom heating of the pure argon column is therefore operated with feed air.

Vorzugsweise wird dabei latente Wärme ausgetauscht, das heißt daß ein Teil der Einsatzluft bei dem indirekten Wärmeaustausch kondensiert.Preferably, latent heat is exchanged, which means that part of the Feed air condensed during indirect heat exchange.

Alternativ dazu kann die Beheizung der Reinargonsäule auch durch den Austausch fühlbarer Wärme bewerkstelligt werden, indem der untere Bereich der Reinargonsäule durch indirekten Wärmeaustausch mit einer flüssigen Fraktion aus der Drucksäule, insbesondere mit der im unteren Bereich der Drucksäule anfallenden Sumpfflüssigkeit beheizt wird. Diese Art der Beheizung der Reinargonsäule ist in der deutschen Patentanmeldung P 44 06 069.6 (internes Aktenzeichen der Anmelderin: H94116= H2017) mit gleichem Zeitrang ausführlich beschrieben.Alternatively, the pure argon column can also be heated by replacing it Sensible heat can be accomplished by using the lower area of the pure argon column by indirect heat exchange with a liquid fraction from the pressure column, in particular with the sump liquid accumulating in the lower area of the pressure column is heated. This type of heating the pure argon column is in German Patent application P 44 06 069.6 (internal file number of the applicant: H94116 = H2017) with the same seniority.

Dabei ist es günstig, wenn mindestens ein Teil flüssigen Fraktion aus der Drucksäule stromabwärts des indirekten Wärmeaustauschs zur Beheizung des unteren Bereichs der Reinargonsäule als Kühlmedium zur Kondensation der Kopffraktion(en) aus Reinargonsäule und/oder Rohargonsäule verwendet wird und damit eine gewisse Integration von Sumpfbeheizung und Kopfkühlung an der Reinargonsäule erreicht wird.It is advantageous if at least a part of the liquid fraction from the pressure column downstream of indirect heat exchange for heating the lower area the pure argon column as a cooling medium for the condensation of the top fraction (s) Pure argon column and / or raw argon column is used and thus a certain Integration of sump heating and head cooling on the pure argon column is achieved.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 20 zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention also relates to a device according to claim 20 Performing this procedure.

Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:The invention and further details of the invention are described below of embodiments shown schematically in the drawings explained. Here show:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung, Fig. 1 shows a first embodiment of the invention,

Fig. 2 den Kondensator-Verdampfer von Fig. 1 im Detail, Fig. 3 eine zweite und Fig. 2 shows the condenser-evaporator of Fig. 1 in detail, Fig. 3 shows a second and

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, sowie Fig. 4 shows a third embodiment of the method according to the invention, and

Fig. 5 und Fig. 6 die Kondensator-Verdampfer der Fig. 3 bzw. 4 im Detail. Fig. 5 and Fig. 6, the condenser-evaporator of Fig. 3 and 4 in detail.

In Fig. 1 ist das gesamte Luftzerlegungsverfahren dargestellt. Atmospärische Luft wird bei 1 angesaugt, im Luftverdichter 2 komprimiert, vorgekühlt (3), in einer Molsiebstation 4 von Kohlendioxid und Wasserdampf befreit, im Hauptwärmetauscher 5 auf etwa Taupunkt abgekühlt und schließlich über Leitung 6 in die Druckstufe 8 einer Doppelsäule 7 eingeführt. Druckstufe 8 und Niederdruckstufe 9 der Doppelsäule 7 stehen über einen Hauptkondensator 10 in wärmetauschender Verbindung. Sumpfflüssigkeit 11, 23 und flüssiger Stickstoff 12 aus der Drucksäule 8 werden mindestens zum Teil in die Niederdrucksäule 9 eingedrosselt. Die gasförmigen Produkte der Niederdrucksäule, reiner Stickstoff 14, unreiner Stickstoff 15 und gasförmiger Sauerstoff 16, werden im Hauptwärmetauscher 5 gegen zu zerlegende Luft auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt. Falls gewünscht, können auch Flüssigprodukte gewonnen werden: Stickstoff über Leitung 13 und/oder Sauerstoff 33 vom Sumpf der Niederdrucksäule 9. Insbesondere in diesem Fall wird in der Regel Kälte durch arbeitsleistende Entspannung von Prozeßströmen erzeugt, beispielsweise in einem mit Luft oder Stickstoff betriebenen Kältekreislauf mit einer, zwei oder mehr Entspannungsturbinen oder durch arbeitsleistende Entspannung von Luft auf etwa Niederdrucksäulenniveau und Direkteinspeisung der Luft in die Niederdrucksäule.The entire air separation process is shown in FIG . Atmospheric air is drawn in at 1 , compressed in the air compressor 2 , pre-cooled ( 3 ), freed of carbon dioxide and water vapor in a molecular sieve station 4 , cooled to about dew point in the main heat exchanger 5 and finally introduced via line 6 into the pressure stage 8 of a double column 7 . Pressure stage 8 and low pressure stage 9 of the double column 7 are in a heat-exchanging connection via a main condenser 10 . Bottom liquid 11 , 23 and liquid nitrogen 12 from the pressure column 8 are throttled at least in part into the low pressure column 9 . The gaseous products of the low pressure column, pure nitrogen 14 , impure nitrogen 15 and gaseous oxygen 16 , are warmed in the main heat exchanger 5 against air to be broken down to approximately ambient temperature. If desired, liquid products can also be obtained: nitrogen via line 13 and / or oxygen 33 from the bottom of the low-pressure column 9 . In this case in particular, cold is generally generated by work-relieving expansion of process streams, for example in a cooling circuit operated with air or nitrogen with one, two or more expansion turbines, or by work-relieving expansion of air to about low-pressure column level and direct feeding of the air into the low-pressure column.

An einer Zwischenstelle der Niederdrucksäule 9 wird eine argonhaltige Sauerstofffraktion 46 abgezogen und in einer Rohargonsäule 17 in am Kopf der Säule anfallendes Rohargon 18 und eine Restflüssigkeit 19 zerlegt, die - gegebenenfalls mit Hilfe einer Pumpe 20 - in die Niederdrucksäule zurückgespeist wird. Sauerstoffabgereichertes Argon (Rohargon) wird über Leitung 24 vorzugsweise in flüssigem Zustand abgezogen und als argonangereichertes Gemisch in die Reinargonsäule 25 eingespeist. Die Rohargonfraktion 24 enthält noch etwa 0,1 bis 1000 ppm, vorzugsweise weniger als 10 ppm schwererflüchtige Komponenten (vor allem Sauerstoff) und etwa 0,1 bis 5%, vorzugsweise 0,5 bis 1% leichterflüchtige Verunreinigungen (insbesondere Stickstoff).At an intermediate point of the low-pressure column 9 , an argon-containing oxygen fraction 46 is drawn off and broken down in a crude argon column 17 into crude argon 18 obtained at the top of the column and a residual liquid 19 which is fed back into the low-pressure column, possibly with the aid of a pump 20 . Oxygen-depleted argon (raw argon) is withdrawn via line 24, preferably in the liquid state, and fed into the pure argon column 25 as an argon-enriched mixture. The crude argon fraction 24 still contains about 0.1 to 1000 ppm, preferably less than 10 ppm of less volatile components (especially oxygen) and about 0.1 to 5%, preferably 0.5 to 1%, of more volatile impurities (especially nitrogen).

Vom Sumpf der Reinargonsäule 25 wird das Reinargonprodukt 26 - vorzugsweise in flüssigem Zustand - abgezogen. Das Reinargonprodukt 26 weist an Verunreinigungen noch 0,1 bis 1000 ppm, vorzugsweise weniger als etwa 1 ppm Sauerstoff und 0,05 bis 100 ppm, vorzugsweise etwa 1 ppm Stickstoff oder weniger auf. Ein Teil der in der Reinargonsäule anfallenden Kopffraktion 28, die zu 20 bis 80%, vorzugsweise etwa 40 bis 60% aus Stickstoff besteht, wird als Restgas 31 abgeführt. Letzteres kann beispielsweise in die Atmosphäre abgelassen oder einem anderen Reststrom, zum Beispiel dem Unrein-Stickstoffstrom 15 aus der Niederdrucksäule 9, zugespeist werden.The pure argon product 26 is drawn off from the bottom of the pure argon column 25 , preferably in the liquid state. The pure argon product 26 still has 0.1 to 1000 ppm of impurities, preferably less than about 1 ppm oxygen and 0.05 to 100 ppm, preferably about 1 ppm nitrogen or less. A portion of the top fraction 28 obtained in the pure argon column, which consists of 20 to 80%, preferably about 40 to 60%, nitrogen is removed as residual gas 31 . The latter can be discharged into the atmosphere, for example, or fed into another residual stream, for example the impure nitrogen stream 15 from the low-pressure column 9 .

Die Kopfkühlung der Rohargonsäule erfolgt in einem Kondensator-Verdampfer 35, in den im wesentlichen die gesamte Sumpfflüssigkeit aus der Drucksäule 8 eingeleitet wird. (Kleinere Anteil der Sumpffraktion der Drucksäule können auf anderem Weg entnommen werden, beispielsweise über einen Sicherheitsablaß.) Die Drucksäulenflüssigkeit wird über eine Leitung 11, die durch einen Unterkühlungsgegenströmer 34 und einen weiteren Wärmetauscher 27 führt, in den Verdampfungsraum des Kondensator-Verdampfers 35 eingespeist. (Der genaue Aufbau des Kondensator-Verdampfers wird unten anhand der Fig. 2 erläutert.) Gasförmiges Rohargon vom Kopf der Rohargonsäule 17 wird über Leitung 18 durch einen Wärmetauscher 21 geleitet, der im Flüssigkeitsbad des Kondensator- Verdampfers angeordnet ist. Ein Teil des im Wärmetauscher 21 gebildeten Kondensats wird als Rücklauf auf die Rohargonsäule aufgegeben, ein anderer Teil als Zwischenprodukt 24 abgeführt.The head of the crude argon column is cooled in a condenser-evaporator 35 , into which essentially all of the bottom liquid is introduced from the pressure column 8 . (Smaller portions of the bottom fraction of the pressure column can be removed in a different way, for example via a safety drain.) The pressure column liquid is fed into the evaporation space of the condenser-evaporator 35 via a line 11 which leads through a subcooling countercurrent 34 and a further heat exchanger 27 . (The exact structure of the condenser-evaporator is explained below with reference to FIG. 2.) Gaseous crude argon from the top of the crude argon column 17 is passed via line 18 through a heat exchanger 21 which is arranged in the liquid bath of the condenser-evaporator. A part of the condensate formed in the heat exchanger 21 is fed as a return to the crude argon column, another part is removed as an intermediate product 24 .

Über Leitung 30 strömt Flüssigkeit (ein Anteil von 1 bis 10%, vorzugsweise 2 bis 6% der gesamten über Leitung 11 herangeführten Menge an Kühlmedium) zu einem weiteren Wärmetauscher 29, der als Kopfkondensator für die Reinargonsäule 25 dient. Das im Wärmetauscher 29 verdampfte Kühlmedium kann über Leitung 32 in den Verdampfungsraum des Kondensator-Verdampfers 35 zurückgespeist werden. Über Leitung 28 tritt die Kopffraktion der Reinargonsäule in indirekten Wärmeaustausch mit dem Kühlmedium. Dabei gebildetes Kondensat strömt über die Verbindung 28a wieder in die Reinargonsäule 25 zurück. Der gasförmig verbleibende Rest wird über bei 31 abgezogen. Liquid flows via line 30 (a proportion of 1 to 10%, preferably 2 to 6% of the total amount of cooling medium supplied via line 11 ) to a further heat exchanger 29 , which serves as a top condenser for the pure argon column 25 . The cooling medium evaporated in the heat exchanger 29 can be fed back via line 32 into the evaporation space of the condenser-evaporator 35 . The top fraction of the pure argon column enters into indirect heat exchange with the cooling medium via line 28 . The condensate formed flows back into the pure argon column 25 via the connection 28 a. The remaining gaseous residue is withdrawn via at 31 .

Der Wärmetauscher 27 dient zum Eintrag von Wärme in den unteren Bereich der Reinargonsäule 25. Dort wird ein Teil der Sumpfflüssigkeit aus der Reinargonsäule gegen die flüssige, unter einem Druck von beispielsweise 1 bis 3 bar stehende Sumpffraktion 11 aus der Drucksäule 8 verdampft.The heat exchanger 27 serves to introduce heat into the lower region of the pure argon column 25 . There, a portion of the bottoms liquid from the pure argon column against the liquid, bar standing under a pressure of, for example, 1 to 3 bottom fraction 11 is evaporated from the pressure column. 8

Anhand von Fig. 2 wird der Aufbau des Kondensator-Verdampfers 35 im einzelnen erläutert. Die Trennwand 36 bewirkt eine Aufteilung in einen ersten Teilraum 38 und einen zweiten Teilraum 39. Die Flüssigkeits- und Gasräume der beiden Teilräume 38, 39 kommunizieren miteinander, wie in der Zeichnung durch die Zwischenräume zwischen der Trennwand 36 einerseits und dem Boden beziehungsweise dem Deckel des Kondensator-Verdampfers 35 andererseits angedeutet ist. Es besteht daher ein beschränkte Möglichkeit zum Austausch von Flüssigkeit und Dampf, allerdings stehen die beiden Teilräume nicht im thermodynamischen Gleichgewicht.The structure of the condenser-evaporator 35 is explained in detail with reference to FIG. 2. The partition wall 36 divides into a first partial space 38 and a second partial space 39 . The liquid and gas spaces of the two partial spaces 38 , 39 communicate with one another, as indicated in the drawing by the spaces between the partition 36 on the one hand and the bottom or the cover of the condenser-evaporator 35 on the other hand. There is therefore a limited possibility of exchanging liquid and vapor, but the two subspaces are not in thermodynamic equilibrium.

Sumpfflüssigkeit 11 aus der Drucksäule wird in einer ersten Variante über Leitung 11a in den ersten Teilraum 38 eingedrosselt. Ein Teil des dabei flüssig verbliebenen Anteils wird über Leitung 30 zum Wärmetauscher 29 geführt, der außerhalb des Kondensator- Verdampfers 35 angeordnet ist, und dort gegen die kondensierende Kopffraktion 28 aus der Reinargonsäule 25 verdampft. Dabei entstandenes Gas wird über die Verbindung 32 wieder in den ersten Teilraum 38 des Kondensator-Verdampfers 35 zurückgeleitet.Bottoms liquid 11 from the pressure column is throttled in a first variant, on a line 11 in the first subspace 38th A part of the remaining liquid portion is led via line 30 to the heat exchanger 29 , which is arranged outside the condenser-evaporator 35 , and evaporates there against the condensing top fraction 28 from the pure argon column 25 . The resulting gas is returned via the connection 32 into the first sub-space 38 of the condenser-evaporator 35 .

Alternativ oder zusätzlich kann Sumpfflüssigkeit aus Leitung 11 direkt in den Wärmetauscher 29 eingespeist werden, wie durch die gestrichelt dargestellte Leitung 11b angedeutet ist. Falls die gesamte Sumpfflüssigkeit auf diesem Weg geführt wird, können die Leitungen 11a und 30 entfallen. In einer dritten Variante, die in Fig. 2 nicht dargestellt ist, ist der Wärmetauscher 29 im Flüssigkeitsraum der Kondensator- Verdampfers 35, vorzugsweise im ersten Teilraum 38 angeordnet. Dabei kann auf die Zu- und Ableitungen 30, 11a, 11a für die Verdampfungsseite verzichtet werden.Alternatively or additionally, the bottom liquid may be fed directly into the heat exchanger 29 from line 11, as indicated by the dashed line b shown conduit. 11 If all of the bottom liquid is guided in this way, the lines 11 a and 30 can be omitted. In a third variant, which is not shown in FIG. 2, the heat exchanger 29 is arranged in the liquid space of the condenser-evaporator 35 , preferably in the first partial space 38 . The supply and discharge lines 30 , 11 a, 11 a for the evaporation side can be dispensed with.

Im Wärmetauscher wird Kopfgas in einer Menge kondensiert, die 0,5 bis 8%, vorzugsweise etwa 1 bis 4% der Luftmenge entspricht. Dadurch wird nur ein kleiner Teil der Sumpfflüssigkeit aus der Drucksäule verdampft. Dadurch steht die Flüssigkeit im ersten Teilraum 38 fast im Gleichgewicht mit der über Leitung 11a eingedrosselten Fraktion, weist also einen relativ hohen Stickstoffgehalt (60 bis 70%) und damit eine entsprechend niedrige Verdampfungstemperatur auf. Umgekehrt ist diese Temperatur so hoch, daß auch im ungünstigsten Fall (sehr hohe Argonkonzentration am Kopf der Reinargonsäule) kein festes Argon entstehen kann, so daß keinerlei Regelaufwand erforderlich ist. Dadurch kann die Kondensation des Kopfgases 28 der Reinargonsäule besonders effektiv durchgeführt werden.Head gas is condensed in the heat exchanger in an amount which corresponds to 0.5 to 8%, preferably about 1 to 4%, of the amount of air. As a result, only a small part of the bottom liquid is evaporated from the pressure column. This provides the liquid in the first part space 38 almost in equilibrium with the through line 11 a fraction is throttled, thus has a relatively high nitrogen content (60 to 70%) and a correspondingly low evaporation temperature. Conversely, this temperature is so high that even in the worst case (very high argon concentration at the top of the pure argon column) no solid argon can be formed, so that no control effort is required. As a result, the condensation of the top gas 28 of the pure argon column can be carried out particularly effectively.

Im Flüssigkeitsbad des zweiten Teilraums 39 ist ein weiterer Wärmetauscher 21 angeordnet, der als Kopf- und Produktkondensator für die Rohargonsäule 17, mit der er über die Kopfproduktleitung 18 und die Rücklaufleitung 18a verbunden ist. Der am Wärmetauscher 21 erzeugte Dampf wird über Leitung 40 aus dem zweiten Teilraum 39 abgezogen; die entsprechende Flüssigkeitsmenge strömt im Wege des Druckausgleichs mit dem kommunizierenden ersten Teilraum 38 von dort nach.In the liquid bath of the second compartment 39 , a further heat exchanger 21 is arranged, which is used as a top and product condenser for the crude argon column 17 , with which it is connected via the top product line 18 and the return line 18 a. The steam generated at the heat exchanger 21 is withdrawn via line 40 from the second subspace 39 ; the corresponding amount of liquid flows from there by way of pressure equalization with the communicating first subspace 38 .

Der Wärmeumsatz am Verdampfer 21 ist 10 bis 40, vorzugsweise etwa 15 bis 25-mal höher als derjenige am Wärmetauscher 29. Damit stellt sich dort eine niedrigere Stickstoffkonzentration (25 bis 40%) ein, die jedoch zur Kopfkühlung der Rohargonsäule ausreicht.The heat conversion at the evaporator 21 is 10 to 40 times, preferably about 15 to 25 times higher than that at the heat exchanger 29 . This results in a lower nitrogen concentration (25 to 40%), which is, however, sufficient to cool the head of the crude argon column.

Überschüssige Flüssigkeit fließt über eine Überlaufvorrichtung 37 ab, die im Beispiel der Fig. 2 durch ein im Verdampfungsraum der Kondensator-Verdampfers 35 angeordnetes nach oben offenes Rohr realisiert ist. Die Überlaufvorrichtung 37 ist vorzugsweise im ersten Teilraum angeordnet. Wegen der dort herrschenden Stickstoffkonzentration kann die über Leitung 22 abgezogene Flüssigkeit an einer relativ weit oben liegenden Zwischenstelle in die Niederdrucksäule 9 eingespeist werden und damit stärker zur Verbesserung der Rektifizierwirkung der NDS beitragen, als es die Flüssigkeit aus dem zweiten Teilraum 39 könnte. (Die Leitung 22a dient lediglich zur Spülung des Kondensator-Verdampfers 35. Aus ihr werden gegebenenfalls kleine Flüssigkeitsmengen abgezogen, um eine Anreicherung von schwererflüchtigen Komponenten im Flüssigkeitsbad des Kondensator-Verdampfers 35 zu verhindern.Excess liquid flows out via an overflow device 37 , which in the example of FIG. 2 is realized by an upwardly open tube arranged in the evaporation chamber of the condenser-evaporator 35 . The overflow device 37 is preferably arranged in the first partial space. Because of the nitrogen concentration prevailing there, the liquid drawn off via line 22 can be fed into the low-pressure column 9 at a relatively high intermediate point and thus contribute more to improving the rectifying effect of the NDS than the liquid from the second subspace 39 could. (The line 22a only serves to rinse the condenser-evaporator 35. Small amounts of liquid may be drawn off from it in order to prevent accumulation of less volatile components in the liquid bath of the condenser-evaporator 35 .

Die gesamte Anordnung regelt sich selbsttätig, und zwar auch dann, wenn die gesamte Sumpfflüssigkeit aus der Drucksäule 8 durch den Kondensator-Verdampfer 35 geleitet wird. Der Wärmetauscher 29 saugt über Leitung 30 die benötigte Flüssigkeitsmenge an, ebenso der Wärmetauscher 21 über die Verbindung der Flüssigkeitsbereiche der beiden Teilräume 38, 39. Die Überlaufvorrichtung 37 sorgt für einen gleichbleibenden Flüssigkeitsstand, ohne daß hierfür Regel- oder Steuereinrichtungen notwendig werden. Die überschüssige Flüssigkeit strömt bei entsprechender geodätischer Anordnung mit Hilfe des hydrostatischen Druckes über Leitung 22 zur NDS. The entire arrangement regulates itself, even if the entire bottom liquid from the pressure column 8 is passed through the condenser-evaporator 35 . The heat exchanger 29 draws in the required amount of liquid via line 30 , as does the heat exchanger 21 via the connection of the liquid areas of the two sub-spaces 38 , 39 . The overflow device 37 ensures a constant liquid level without the need for regulating or control devices. With a corresponding geodetic arrangement, the excess liquid flows with the help of the hydrostatic pressure via line 22 to the NDS.

In den Fig. 3 und 4 ist die Luftzerlegung im engeren Sinne nur angedeutet. Die nicht dargestellten Verfahrensschritte vor und um die Doppelsäule 7 entsprechen denjenigen von Fig. 1. Die übrigen Verfahrensschritte und Vorrichtungsteile sind mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen, soweit sie dort eine Entsprechung finden.In FIGS. 3 and 4, the air separation is only indicated in the strict sense. The process steps, not shown, in front of and around the double column 7 correspond to those in FIG. 1. The other process steps and device parts are provided with the same reference numerals as in FIG. 1, insofar as they find a correspondence there.

Fig. 3 zeigt einen abgewandelten Aufbau des Kondensator-Verdampfers 35 hohen Aufteilung in Teilräume. Die Funktionen der Wärmetauscher 21 und 19 von Fig. 1 werden hier durch einen gemeinsamen Wäremtauscherblock 21′ ausgeführt: Links befinden sich Passagen für Rohargon 18, in der Mitte für Kopfgas 28 aus der Reinargonsäule 25. Zusätzlich sind rechts Passagen zu Verflüssigung und/oder Unterkühlung des - hier gasförmig über Leitung 26′ abgezogenen - Reinargonsprodukts vorgesehen. (Selbstverständlich können auch Verfahren und Vorrichtung von Fig. 1 entsprechend abgewandelt werden, etwa durch zusätzliche Passagen im Wärmetauscher 29 oder 21 oder durch einen weiteren Wärmetauscherblock im Kondensator-Verdampfer 35, insbesondere im ersten Teilraum 38.) Die Überlaufvorrichtung ist hier durch eine Anordnung des Anschlusses der Flüssigkeitsleitung 22′ in Höhe des gewünschten Flüssigkeitsspiegels realisiert. Die Spülleitung (22a in Fig. 1) ist hier nicht eingezeichnet. Fig. 3 shows a modified structure of the condenser-evaporator 35 high division into sub-rooms. The functions of the heat exchangers 21 and 19 of FIG. 1 are carried out here by a common heat exchanger block 21 ': on the left there are passages for crude argon 18 , in the middle for top gas 28 from the pure argon column 25 . In addition, passages to the liquefaction and / or supercooling of the - here gaseous via line 26 '- pure argon product are provided. (Of course, the method and device of FIG. 1 can also be modified accordingly, for example by additional passages in the heat exchanger 29 or 21 or by a further heat exchanger block in the condenser-evaporator 35 , in particular in the first partial space 38. ) The overflow device is here arranged by the Connection of the liquid line 22 'realized in the amount of the desired liquid level. The flushing line ( 22 a in Fig. 1) is not shown here.

Darüber hinaus ist in Fig. 3 ein Flüssigtank 42 dargestellt, in den das verflüssigte beziehungsweise unterkühlte Reinargonprodukt 41 eingeführt wird. Die Steuer- und Regeleinrichtungen sind explizit angegeben. Dabei bedeuten:
LI Flüssigkeitsstandmessung (liquid indication)
LIC Flüssigkeitsstandmessung und -regelung (liquid indication and control)
FIC Durchstrommessung und -einstellung (flow indication and control)
PE Druckmeßstutzen (nozzle for pressure indication)
QR Analysen-Schreiber (recorder for analyzing).In addition, a liquid tank 42 is shown in FIG. 3, into which the liquefied or supercooled pure argon product 41 is introduced. The control devices are explicitly stated. Here mean:
LI liquid level measurement
LIC liquid level measurement and control
FIC flow indication and control
PE nozzle for pressure indication
QR analysis writer (recorder for analyzing).

Außerdem sind weitere, in Fig. 1 nicht dargestellte Einzelheiten, beispielsweise Entleerungsleitungen am unteren Ende von Rohargonsäule und Reinargonsäule gezeigt.In addition, further details, not shown in FIG. 1, are shown, for example drain lines at the lower end of crude argon column and pure argon column.

Die Sumpfheizung 27′ der Reinargonsäule 25 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch mit einem Teil der gereinigten und gekühlten Zerlegungsluft 6 betrieben, die über eine Leitung 43 herangeführt wird. Im indirekten Wärmeaustausch mit verdampfendem Reinargon im Sumpf der Reinargonsäule 25 kondensierte Luft strömt über dieselbe Leitung 43 wieder zurück und wird mit der übrigen zu zerlegenden Luft in die HDS 8 eingespeist. Eine Ablaßleitung 44 verhindert die Verstopfung der Sumpfheizung 27 durch nichtkondensierbare Komponenten, insbesonder Helium und Neon.The sump heater 27 'of the pure argon column 25 is operated in this embodiment by using part of the cleaned and cooled decomposition air 6 , which is brought in via a line 43 . In indirect heat exchange with evaporating pure argon in the bottom of the pure argon column 25, air condensed flows back via the same line 43 and is fed into the HDS 8 with the remaining air to be separated. A drain conduit 44 prevents the clogging of the sump heater 27 by non-condensable components, insbesonder helium and neon.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 unterscheidet sich gegenüber Fig. 3 im wesentlichen durch eine abgewandelte Ausführung des Kondensator-Verdampfers 35. Er weist, ähnlich wie derjenige der Fig. 1, eine Trennwand 36 auf, die zwischen einem ersten Teilraum 38 und einem zweiten Teilraum 39 angeordnet ist und ein Überströmen von Flüssigkeit sowie den Druckausgleich im Dampfraum ermöglicht. Der Wärmetauscher 29′′ für das Kopfgas 28 der Reinargonsäule 25 ist hier innerhalb des ersten Teilraums 38 des Kondensator-Verdampfers 35 angeordnet und enthält außerdem Passagen zur Kondensation/Unterkühlung von des Reinargonprodukts 26′. Die Leitung 22′′ zur Abführung von Flüssigkeit aus dem Verdampfungsteil des Kondensator-Verdampfers 35 ist unterhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordnet. Ein siphonartiger gekrümmter Ast 45, dessen oberes Ende sich auf der Höhe des Flüssigkeitsspiegels befindet, sorgt für einen gleichbleibenden Flüssigkeitsstand im Kondensator-Verdampfer 35.The embodiment of FIG. 4 differs from FIG. 3 essentially in a modified version of the condenser-evaporator 35 . It has, similar to that of FIG. 1, a partition wall 36 which is arranged between a first sub-space 38 and a second sub-space 39 and enables liquid to flow over and pressure equalization in the vapor space. The heat exchanger 29 '' for the top gas 28 of the pure argon column 25 is arranged here within the first subspace 38 of the condenser-evaporator 35 and also contains passages for condensation / subcooling of the pure argon product 26 '. The line 22 '' for discharging liquid from the evaporation part of the condenser-evaporator 35 is arranged below the liquid level. A siphon-like curved branch 45 , the upper end of which is at the level of the liquid level, ensures a constant liquid level in the condenser-evaporator 35 .

Claims (20)

1. Verfahren zur Gewinnung von reinem Argon, bei dem Luft in einem Rektifiziersystem mit mindestens einer Luftzerlegersäule (9) und einer Reinargonsäule (25) zerlegt wird, wobei ein argonangereichertes Gemisch (24) aus Luftgasen in die Reinargonsäule (25) eingeführt wird, die Kopffraktion (28) der Reinargonsäule (25) mindestens teilweise durch indirekten Wärmeaustausch (29, 21′, 29′′) mit einem verdampfenden Kühlmedium (11, 11b, 30) verflüssigt wird, das bei dem indirekten Wärmeaustausch (29, 21′, 29′′) entstandene Kondensat (28a) in die Reinargonsäule zurückgeleitet wird und wobei aus dem unteren Bereich der Reinargonsäule (25) ein im wesentlichen stickstofffreies Argonprodukt (26) abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der indirekte Wärmeaustausch (29, 21′, 29′′) mit einem Kühlmedium (11, 11b, 30) durchgeführt wird, das einen Sauerstoffgehalt von mindestens 10% aufweist.1. A process for the production of pure argon, in which air is broken down in a rectification system with at least one air separation column ( 9 ) and one pure argon column ( 25 ), an argon-enriched mixture ( 24 ) of air gases being introduced into the pure argon column ( 25 ) Top fraction ( 28 ) of the pure argon column ( 25 ) is at least partially liquefied by indirect heat exchange ( 29 , 21 ', 29 '') with an evaporating cooling medium ( 11 , 11 b, 30 ) which is used in the indirect heat exchange ( 29 , 21 ', 29 ′ ′) condensate ( 28 a) is returned to the pure argon column and an essentially nitrogen-free argon product ( 26 ) is drawn off from the lower region of the pure argon column ( 25 ), characterized in that the indirect heat exchange ( 29 , 21 ′, 29 '') with a cooling medium ( 11 , 11 b, 30 ) is carried out, which has an oxygen content of at least 10%. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium (11) aus dem unteren oder mittleren Bereich der beziehungsweise einer der Luftzerlegersäulen (9) abgezogen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the cooling medium ( 11 ) from the lower or middle region of the or one of the air separation columns ( 9 ) is withdrawn. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rektifiziersystem eine aus einer Drucksäule (8) und aus einer Niederdrucksäule (9) bestehende Doppelsäule (7) aufweist, wobei das Kühlmedium aus dem unteren oder mittleren Bereich der Drucksäule (8) abgezogen wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the rectification system comprises a double column ( 7 ) consisting of a pressure column ( 8 ) and a low pressure column ( 9 ), the cooling medium being drawn off from the lower or middle region of the pressure column ( 8 ) . 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Bereich der Drucksäule (8) anfallende Sumpfflüssigkeit (11) als Kühlmedium verwendet wird.4. The method according to claim 3, characterized in that in the lower region of the pressure column ( 8 ) accumulating bottom liquid ( 11 ) is used as the cooling medium. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine argonhaltige Fraktion in eine Rohargonsäule (17) eingeleitet und an deren Kopf sauerstoffabgereichertes Argon (18) gewonnen wird, wobei ein Teil des sauerstoffabgereicherten Argons (18) in indirektem Wärmeaustausch (21, 21′) mit demselben Kühlmedium (11) verflüssigt wird, das bei dem indirekten Wärmeaustausch (29, 21′, 29′′) zur teilweisen Kondensation der Kopffraktion (28) der Reinargonsäule (25) verwendet wird, und wobei dieser indirekte Wärmeaustausch (21, 21′) in einem Kondensator-Verdampfer (35) durchgeführt wird, in dessen Verdampfungsseite das Kühlmedium (11) eingespeist wird, gegen das auch die Kopffraktion (28) der Reinargonsäule (25) mindestens teilweise verflüssigt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that an argon-containing fraction is introduced into a crude argon column ( 17 ) and at the top of which oxygen-depleted argon ( 18 ) is obtained, with a portion of the oxygen-depleted argon ( 18 ) in indirect heat exchange ( 21 , 21 ') is liquefied with the same cooling medium ( 11 ) which is used in the indirect heat exchange ( 29 , 21 ', 29 '') for partial condensation of the top fraction ( 28 ) of the pure argon column ( 25 ), and this indirect heat exchange ( 21 , 21 ') is carried out in a condenser-evaporator ( 35 ), in the evaporation side of which the cooling medium ( 11 ) is fed, against which the top fraction ( 28 ) of the pure argon column ( 25 ) is at least partially liquefied. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium (11b) stromaufwärts der Einspeisung in den Kondensator-Verdampfer (35) in indirekten Wärmeaustausch (29) mit der Kopffraktion (28) der Reinargonsäule (25) gebracht wird.6. The method according to claim 5, characterized in that the cooling medium ( 11 b) is brought upstream of the feed into the condenser-evaporator ( 35 ) in indirect heat exchange ( 29 ) with the top fraction ( 28 ) of the pure argon column ( 25 ). 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der indirekte Wärmeaustausch (21′, 29′′) zwischen dem Kühlmedium (11) und der Kopffraktion (28) der Reinargonsäule (25) innerhalb des Kondensator-Verdampfers (35) durchgeführt wird.7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that the indirect heat exchange ( 21 ', 29 '') between the cooling medium ( 11 ) and the top fraction ( 28 ) of the pure argon column ( 25 ) within the condenser-evaporator ( 35 ) becomes. 8. Verfahren nach Anspruch 3 und nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß verdampftes Kühlmedium (40) von der Verdampfungsseite des Kondensator-Verdampfers (35) abgezogen und der Niederdrucksäule (9) an einer seiner Zusammensetzung entsprechenden Zwischenstelle zugeführt wird.8. The method according to claim 3 and according to one of claims 5 to 7, characterized in that evaporated cooling medium ( 40 ) is drawn off from the evaporation side of the condenser-evaporator ( 35 ) and the low-pressure column ( 9 ) is fed to an intermediate point corresponding to its composition. 9. Verfahren nach Anspruch 3 und nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine größere Menge des Kühlmediums (11) in den Kondensator-Verdampfer geleitet wird, als zur Verflüssigung der Kopffraktionen (18, 28) von Rohargonsäule (17) und Reinargonsäule (25) notwendig ist, und daß flüssig verbliebenes Kühlmedium (22, 22′, 22′′) von der Verdampfungsseite des Kondensator-Verdampfers (35) abgezogen und der Niederdrucksäule (9) an einer seiner Zusammensetzung entsprechenden Zwischenstelle zugeführt wird.9. The method according to claim 3 and according to one of claims 5 to 8, characterized in that a larger amount of the cooling medium ( 11 ) is passed into the condenser-evaporator than for liquefying the top fractions ( 18 , 28 ) of crude argon column ( 17 ) and pure argon column ( 25 ) is necessary, and that liquid cooling medium ( 22 , 22 ', 22 '') is withdrawn from the evaporation side of the condenser-evaporator ( 35 ) and fed to the low-pressure column ( 9 ) at an intermediate point corresponding to its composition. 10. Verfahren nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssig verbliebene Kühlmedium (22, 22′, 22′′) oberhalb der Stelle der Zuführung des verdampften Kühlmediums (40) in die Niederdrucksäule (9) eingespeist wird.10. The method according to claim 8 and 9, characterized in that the liquid cooling medium ( 22 , 22 ', 22 '') above the point of supply of the evaporated cooling medium ( 40 ) is fed into the low-pressure column ( 9 ). 11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen die gesamte im unteren Bereich der Drucksäule (8) anfallende Sumpfflüssigkeit als Kühlmedium (11) verwendet wird. 11. The method according to claim 9 or 10, characterized in that substantially all of the bottom liquid obtained in the lower region of the pressure column ( 8 ) is used as the cooling medium ( 11 ). 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssig verbliebene Kühlmedium (22, 22′, 22′′) über eine Überlaufvorrichtung (37, 22′, 45) abgezogen wird.12. The method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that the liquid cooling medium ( 22 , 22 ', 22 '') is withdrawn via an overflow device ( 37 , 22 ', 45 ). 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungsseite des Kondensator-Verdampfers (35) durch eine Trennwand (36) in einen ersten (38) und einen zweiten (39) Teilraum unterteilt ist, wobei die Gas- und die Flüssigkeitsräume der beiden Teilräume (38, 39) miteinander kommunizieren, das Kühlmedium (11, 11a) in den ersten Teilraum (38) eingespeist wird, der mit der Kopffraktion (28) der Reinargonsäule (25) in Wärmeaustauschbeziehung (29, 29′′) steht, und wobei der zweite Teilraum (39) in Wärmeaustauschbeziehung (21) mit dem sauerstoffabgereicherten Argon (18) aus der Rohargonsäule (17) steht.13. The method according to any one of claims 5 to 12, characterized in that the evaporation side of the condenser-evaporator ( 35 ) by a partition ( 36 ) is divided into a first ( 38 ) and a second ( 39 ) sub-space, the gas and the liquid spaces of the two partial spaces ( 38 , 39 ) communicate with one another, the cooling medium ( 11 , 11 a) is fed into the first partial space ( 38 ), which is in heat exchange relationship ( 29 , 29 ) with the top fraction ( 28 ) of the pure argon column ( 25 ) ''), And wherein the second partial space ( 39 ) is in heat exchange relationship ( 21 ) with the oxygen-depleted argon ( 18 ) from the crude argon column ( 17 ). 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssig verbliebene Kühlmedium (22, 22′′) aus dem ersten Teilraum (38) des Kondensator- Verdampfers (35) abgezogen wird.14. The method according to claim 13, characterized in that the liquid cooling medium ( 22 , 22 '') is withdrawn from the first partial space ( 38 ) of the condenser-evaporator ( 35 ). 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Bereich der Reinargonsäule (25) durch indirekten Wärmeaustausch (27′) mit einem Teil der Einsatzluft (6) beheizt wird, aus der das argonangereicherte Gemisch (24) gewonnen wird, das der Reinargonsäule (25) zugeführt wird.15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the lower region of the pure argon column ( 25 ) is heated by indirect heat exchange ( 27 ') with part of the feed air ( 6 ) from which the argon-enriched mixture ( 24 ) is obtained is that the pure argon column ( 25 ) is supplied. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Einsatzluft bei dem indirekten Wärmeaustausch (27′) kondensiert.16. The method according to claim 15, characterized in that a part of the feed air in the indirect heat exchange ( 27 ') condenses. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Bereich der Reinargonsäule (25) durch indirekten Wärmeaustausch (27) mit einer flüssigen Fraktion (11) aus der Drucksäule (8) beheizt wird.17. The method according to any one of claims 9 to 14, characterized in that the lower region of the pure argon column ( 25 ) is heated by indirect heat exchange ( 27 ) with a liquid fraction ( 11 ) from the pressure column ( 8 ). 18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil flüssigen Fraktion (11) aus der Drucksäule (8) stromabwärts des indirekten Wärmeaustauschs (27) zur Beheizung des unteren Bereichs der Reinargonsäule (25) als Kühlmedium zur Kondensation der Kopffraktion(en) (18, 28) aus Reinargonsäule (25) und/oder Rohargonsäule (17) verwendet wird. 18. The method according to claim 17, characterized in that at least a part of the liquid fraction ( 11 ) from the pressure column ( 8 ) downstream of the indirect heat exchange ( 27 ) for heating the lower region of the pure argon column ( 25 ) as a cooling medium for condensing the top fraction (s) ) ( 18 , 28 ) from pure argon column ( 25 ) and / or raw argon column ( 17 ) is used. 19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Bereich der Drucksäule (8) anfallende Sumpfflüssigkeit (11) zur Beheizung (27) des unteren Bereichs der Reinargonsäule (25) verwendet wird.19. The method according to claim 17 or 18, characterized in that in the lower region of the pressure column ( 8 ) accumulating bottom liquid ( 11 ) for heating ( 27 ) of the lower region of the pure argon column ( 25 ) is used. 20. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19 mit einem Rektifiziersystem mit mindestens einer Luftzerlegersäule (9) und einer Reinargonsäule (25), an die eine Zuführungsleitung (24) zur Einspeisung eines argonangereicherten Gemischs aus Luftgasen angeschlossen ist, wobei ein Wärmetauscher (29, 21′) über eine Dampfleitung (28) und über eine Kondensatleitung (28a) mit dem oberen Bereich der Reinargonsäule (25) verbunden ist und eine Kühlmediumsleitung (11, 11b) aufweist und wobei im unteren Bereich der Reinargonsäule (25) eine Produktleitung (26) für im wesentlichen stickstofffreies Argonprodukt angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmediumsleitung (11,11 b) mit einer Quelle für ein Kühlmedium, das einen Sauerstoffgehalt von mindestens 10% aufweist, verbunden ist.20. Device for performing the method according to one of claims 1 to 19 with a rectification system with at least one air separation column ( 9 ) and a pure argon column ( 25 ), to which a feed line ( 24 ) for feeding an argon-enriched mixture of air gases is connected, a Heat exchanger ( 29 , 21 ') is connected via a steam line ( 28 ) and via a condensate line ( 28 a) to the upper region of the pure argon column ( 25 ) and has a cooling medium line ( 11 , 11 b) and wherein in the lower region of the pure argon column ( 25) includes a product line (26) is connected for substantially nitrogen-free argon product, characterized in that the cooling medium line (11,11 b) is connected to a source of a cooling medium which has an oxygen content of at least 10%.
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