CZ169292A3 - Method of separating supplied air in a cryogenic distillation system and the system for making the same - Google Patents

Method of separating supplied air in a cryogenic distillation system and the system for making the same Download PDF

Info

Publication number
CZ169292A3
CZ169292A3 CS921692A CS169292A CZ169292A3 CZ 169292 A3 CZ169292 A3 CZ 169292A3 CS 921692 A CS921692 A CS 921692A CS 169292 A CS169292 A CS 169292A CZ 169292 A3 CZ169292 A3 CZ 169292A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
nitrogen
distillation column
rich
supply air
low pressure
Prior art date
Application number
CS921692A
Other languages
English (en)
Inventor
Rakesh Ing Agrawal
Donald Winston Ing Woodward
Arthur Ramsden Ing Smith
Connor Declan Patrick Ing O
David Miller Ing Espie
Jorge Anibal Ing Mandler
Original Assignee
Air Prod & Chem
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 Air Prod & Chem filed Critical Air Prod & Chem
Publication of CZ169292A3 publication Critical patent/CZ169292A3/cs

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04593—The air gas consuming unit is also fed by an air stream
    • F25J3/046—Completely integrated air feed compression, i.e. common MAC
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04333—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04351—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04472—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using the cold from cryogenic liquids produced within the air fractionation unit and stored in internal or intermediate storages
    • F25J3/04478—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using the cold from cryogenic liquids produced within the air fractionation unit and stored in internal or intermediate storages for controlling purposes, e.g. start-up or back-up procedures
    • F25J3/0449—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using the cold from cryogenic liquids produced within the air fractionation unit and stored in internal or intermediate storages for controlling purposes, e.g. start-up or back-up procedures for rapid load change of the air fractionation unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04527—Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general
    • F25J3/04539—Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general for the H2/CO synthesis by partial oxidation or oxygen consuming reforming processes of fuels
    • F25J3/04545—Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general for the H2/CO synthesis by partial oxidation or oxygen consuming reforming processes of fuels for the gasification of solid or heavy liquid fuels, e.g. integrated gasification combined cycle [IGCC]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04563—Integration with a nitrogen consuming unit, e.g. for purging, inerting, cooling or heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04848—Control strategy, e.g. advanced process control or dynamic modeling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/42—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/10—Mathematical formulae, modeling, plot or curves; Design methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/62—Details of storing a fluid in a tank

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Description

Vynález se týká způsobu rozdělení přiváděného vzduchu v kryo^~ genním destilaěním systému, který má alespoň jednu destilaění kolonu, ve které se vzduch rozděluje na složku bohatou kyslíkem a na složku bohatou dusíkem. Vynález se dále týká kryogenního destilaění ho systému k provádění způsobu uvedeného výše.
Dosavadní stav techniky
Jsou známy četné způsoby výroby plynů ovzduší, zvláště kyslíku, jednotkou pro kryogenní rozdělení vzduchu (ASU>, ve které je kompresor přiváděného vzduchu mechanicky spojen s plynovou spalovací turbinou. Tyto způsoby jsou popsány například v patentových spisech Spojených států amerických čísel 4,224,045 a 3,731,495.
Stoupající ceny energie způsobily rozšíření výzkumu v oblasti alternativních zdrojů energie. Jeden z výsledků této činnosti je v minulosti vyvinuté výkonové zařízení integrovaného zplynovacího kombinovaného cyklu (IGCC). Použitím směsi uhlí a kyslíku, kde čistota kyslíku je typicky vyšší než 80% objemových, IGCC vyrábí energii - elektřinu.
Protože provoz takového zařízení závisí na požadavku spotřebitele elektřiny,je třeba, aby vstup zařízení, zejména kyslíku, se měnil podle požadovaného množství elektřiny. Nepříznivě zde vzniká problém sloučením ASU pro výrobu kyslíku s IGCC majícím plynovou spalovací turbinu, jak je uvedeno v patentovém spisu Spojených států amerických číslo 4,224,045.
V zařízení IGCC, které je mechanicky spojeno s integrovaným ASU, se vzduch přiváděný pro ASU stlačuje plynovou turbinou.
Provoz a výstup plynové turbiny závisí na výstupním plynu ze spalo vání produktu zplyňovače a částečně z nízkotlaké plynné dusíkové složky z ASU. Vzniká problém, protože normální způsob provozu pro IGCC není statický. Jak bylo uvedeno, zařízení IGCC obvykle musí skokově měnit výkon odezvou na měnící se potřebu elektrické energie. Skokovou změnou výkonu zplyňovače vzniká v plynové spalovací turbině určitý provozní jev, který znamená změny tlaku stlačeného vzduchu přiváděného do ASU. Skokové změny výkonu zařízení IGCC značí buď zvýšenou nebo sníženou potřebu produktů
-2z ASU, zvláště množství kyslíku potřebného pro provoz splynovače. Také je důležité, aby během zvýšené nebo snížené výroby v jednotce rozdělení vzduchu čistota produktů zástávala stálou.
Nicméně, před vyvinutím IGCC zařízení ASU nemuselo provádět skokové změny výkonu v tak velké míře, jak to vyžaduje provoz zařízení IGCC a mohlo být tedy nyvrženo odpovídajícím způsobem.
K osvětlení problému budiž uvedeno, že během skokového snížení výkonu se od ASU žádá menší množství produktu, kapaliny v destilačních kolonách se odpařují jak klesá tlak přiváděného vzduchu ve snaze vytvořit více produktu, což je proti požadavku odběratele. Odpařená kapalina je bohatá kyslíkem, který by mohl potenciálně zhoršit čistotu dusíkového produktu. Je tedy problém, jak řídit skokové změny výkonu jednotky rozdělování vzduchu, která má proměnlivý tlak přiváděného stlačeného vzduchu, proměnlivou potřeba kyslíku a přísné požadavky na čistotu.
Podstata vynálezu
Vynález vytváří způsob rozdělení přiváděného vzduchu v kryogenním destilačním systému, který má alespoň jednu destilační kolonu, ve které se vzduch rozděluje na složku bohatou kyslíkem a na složku bohatou dusíkem, jehož podstata spočívá v tom, že pro zachování požadavků čistoty během změn výstupního množství a změn tlaku přiváděného vzduchu se Ca) odvádí a ukládá chladivo ve formě tekutiny bohaté dusíkem z destilačního systému při stoupání tlaku přiváděného vzduchu a (b) přidává se chladivo ve formě tekutiny bohaté dusíkem do destilačního systému z uložené tekutiny bohaté dusíkem při poklesu tlaku přiváděného vzduchu.
Podle výhodného provedení předloženého vynálezu kroky (a) a (b) dále zahrnují krok odvádění, ukládání a přidávání chladivá cestou refluxního proudu tekutiny bohaté kyslíkem v destilačním systému.
Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu krok ukládání chladivá obsahuje ukládání chladivá v ukládací nádobě a provádějí se další kroky regulace refluxního proudu před ukládací nádobou a regulace refluxního proudu za ukládací nádobou vzhledem ke směru proudu.
Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu krok ukládání chladivá dále obsahuje ukládání chladivá v ukládácí nádobě.
Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu
-3destilační systém je dvoukolonový systém obsahující vysokotlakou destilační kolonu, nízkotlakou destilační kolonu a refluxní cestu z vysokotlaké destilační kolony do nízkotlaké destilační kolony.
Podle dalšího výhodného provedení vynálezu krok (a) dále obsáhuje krok zmenšování proudu složky bohaté dusíkem z nízkotlaké destilační kólony úměrně proudu přiváděného vzduchu když roste jeho tlak.
Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu krok (b) dále obsahuje krok zvětšování proudu složky bohaté dusíkem z nízkotlaké destilační kolony úměrně proudu přiváděného vzduchu když klesá jeho tlak·
Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu tekutina bohatá dusíkem obsahuje alespoň 90% dusíku.
Vynález dále vytváří způáob rozdělení vzduchu v kryogenním destilačním systému majícím alespoň jednu destilaění kolonu, kde se vzduch rozděluje alespoň na složku bohatou kyslíkem a na složku bohatou dusíkem, jehož podstata spočívá v tom, že pro zachování požadavků čistoty při (1) zvětšování výstupního množství a zvyšování tlaku přiváděného vzduchu a (2) zmenšování výstupního množství a snižování tlaku přiváděného vzduchu se (a) v destilačním systému vytvoří refluxní proud tekutiny bohaté kyslíkem, (b) odvede a uloží se část tekutiny refluxního proudu bohaté dusíkem když roste výstupní množství a stoupá tlak přiváděného vzduchu a (c) do refluxního proudu se přidává část uložené tekutiny bohaté dusíkem když klesá výstupní množství a klesá tlak přiváděného vzduchu.
Podle výhodného provedení předloženého vynálezu destilační systém je dvoukolonový destilační systém obsahující vysokotlakou destilační kolonu, nízkotlakou destilační kolonu a refluxní cestu z vysokotlaké destilační kolony do nízkotlaké destilační kolony.
Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu krok (b) dále obsahuje krok zmenšení proudu složky bohaté dusíkem z nízkotlaké destilační kolony úměrně ke proudu přiváděného vzduchu když jeho tlak stoupá.
Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu krok (c) dále obsahuje krok zvětšování proudu složky bohaté dusíkem z nízkotlaké destilační kolony úměrné proudu přiváděného vzduchu když jeho tlak klesá.
Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu %
-4destilační systém je dvoukolonový destilační systém obsahující vysokotlakou destilační kolonu a nízkotlakou destilační kolonu, ve které se provádí další krok recyklace části složky bohaté.dusíkem z nízkotlaké destilační kolony do vysokotlaké destilační kolony.
Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu se provádí další krok regulace recyklace části složky bohaté dusíkem pro zachování čistoty složky bohaté dusíkem z nízkotlaké destilační kolony.
Vynález dále vytváří kryogenní destilační systém, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje alespoň jednu destilační kolonu pro rozdělení vzduchu alespoň na složku bohatou kyslíkem a na složku bohatou dusíkem pro výkonové zařízení (IGCC) integrovaného zplynovacího kombinovaného cyklu, ve kterém jsou požadavky čistoty zachovávány při změnách výstupního množství požadovaného IGCC a během změn tlaku přiváděného vzduchu, dále obsahuje prostředek pro refluxní proud pro destilační systém pro vytváření refluxního proudu tekutiny bohaté dusíkem, ukládací prostředek připojený ke prostředku pro refluxní proud pro ukládání tekutiny bohaté dusíkem
a.prostředek pro řízení refluxního proudu (1) pro odvádění tekutiny bohaté dusíkem z prostředku pro refluxní proud a ukládání, tekutiny bohaté dusíkem v ukládacím prostředku když roste výstupní množství a stoupá tlak přiváděného vzduchu a (2) pro přidávání tekutiny bohaté dusíkem z ukládacího prostředku do prostředku pro refluxní proud když klesá výstupní množství a kLesá tlak přiváděného vzduchu.
Podle výhodného provedení předloženého vynálezu ukládací prostředek obsahuje ukládací nádobu a dále obsahuje prostředek pro regulaci refluxního proudu před i za ukládací nádobou vzhledem ke směru proudu.
Vynález dále vytváří způsob rozdělení vzduchu ve dvoukolonovém kryogenním destilačním systému majícím nízkotlakou destilační kolonu, vysokotlakou destilační kolonu a refluxní proud z vysokotlaké destilační kolony do nízkotlaké destilační kolony, kde se vzduch rozděluje alespoň na složku bohatou kyslíkem a na složku bohatou dusíkem, j^hožpodst^ta^spočívá v tom, že pro po|adayky udržování či3totyZpřizměnách^yy^tupního množství-a^tíaku přiváděného vzduchu obsahuje krolcy,(a) při zvětšování kyslíkové výstupní složky se zvýší tlak přiváděného vzduchu a zmenší se proud složky bohaté dusíkem z nízkotlaké destilační kolony, čímž stoupne tlak
-5v nízkotlaké destilační koloně, (b) při zmenšení kyslíkové výstupní složky se sníží tlak přiváděného vzduchu a zvětší se proud složky bohaté dusíkem z nízkotlaké deštilační kolony, čímž klesne tlak v nízkotlaké destilační koloně, Cc) odvede se a uloží část tekutiny refluxního proudu bohatého dusíkem při zvětšení výstupního množství a stoupá tlak přiváděného vzduchu a (d) k refluxnímu proudu se přidá část uložené tekutiny bohaté dusíkem když klesá výstupní množství a klesá tlak přiváděného vzduchu·
Podle výhodného provedení předloženého vynálezu se provádí další krok měření čistoty složky bohaté kyslíkem z nízkotlaké destilační kolony a reguluje se tlak přiváděného vzduchu v závislosti na měření čistoty kyslíkové složky.
Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu se provádí další krok měření čistoty složky bohaté dusíkem z nízkotlaké destilační kolony a reguluje se část složky bohaté dusíkem z nízkotlaké destilační kolony v závislosti na měření čistoty.
Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu se provádí další krok měření čistoty refluxního proudu a reguluje se refluxní proud v závislosti na měření čistoty.
Přehled obrázků na výkresech .
Vynález je znázorněn na výkresech, kde obr.l je schematický, diagram způsobu podle předloženého vynálezu, obr.2 je schematický diagram způsobu z obr.l, ve kterém je řídicí systém znázorněn mnohem podrobněji a obr.3 je graf znázorňující podmínky při rychlém poklesu a rychlém stoupnutí požadovaného výstupního množství kyslíku a tlaku přiváděného vzduchu v závislosti na čase pro způsob podle obr.l.
Přiklad provedení vynálezu
Přehled
Pro pochopení předloženého vynálezu je důležité napřed pochopit jednotku (ASU) 10 pro rozdělení vzduchu, která má být řízena. Podle obr.l se potrubím 20 přes řídicí ventil 22 přivádí nečistot prostý stlačený vzduch do spodního konce vysokotlaké destilační kolony 20 dvoukolonového destilačního systému 24.
Ve vysokotlaké destilační koloně (HP koloně) 30 se ochlazený, nečistot prostý stlačený vzduch z potrubí 20 rozdělí v horní frakci dusíkové páry a ve spodní frakci obohacenou kyslíkem, která je kapalná. Část vysokotlaké horní frakce dusíkové páry se vede potrubím 2£ do vařáku/chladiče 2á umístěného ve spodním konci nízkotlaké
-6destilační kolony (LP kolony) 42, kde se kondenzuje nepřímou výměnou tepla s vroucím kapalným kyslíkem. Kondenzovaný kapalný dusík se vrací z vařáku/chladiče 36 potrubím 38 jako čistý reflux pro HP kolonu 30. Zbývající vysokotlaká horní frakce dusíku se z HP kolony odvádí potrubím 32 jako vysokotlaký plynný dusíkový produkt řízený regulátorem 70 průtoku a kompresorem 72. Kapalná spodní frakce obohacená kyslíkem se odvádí z HP kolony 30 potrubím 40 a ventilem 41 a vede se do střední části LP kolony 42.
Reflux pro LP kolonu 42 se vytváří odváděním kapalného dusíku z horní-střední části HP kolony 30 potrubím 44 a tento nečistý dusíkový reflux se vede do horního konce LP kolony 42. Kapalný dusíkový reflux v potrubí 44 a kapalné spodní frakce obohacená kyslíkem o sníženém tlaku v potrubí 40 se destilují pro vytvoření nízkotlakého plynného dusíkového produktu jako horní frakce a kapalného kyslíkového produktu. Dodávka tepla pro varný proces v LP koloně 42 je zajiětěna kondenzací vysokotlaké dusíkové horní frakce ve vařáku/chladiči 36.
Nízkotlaké dusíková horní frakce se odvádí z LP kolony 42 potrubím 46 jako nízkotlaký dusíkový produkt regulovaný regulátorem 74 tlaku a kompresorem 76. Část nízkotlakého dusíkového pro duktu může být recyklována potrubím 50 do střední části HP kolony 30 a zbytek, dusíkového produktu se vede do neznázorněné plynové turbiny zařízení IGCC. Z LP kolony 42 se potrubím 48 odvádí v mís tě o něco nad výtokem vařáku/chladiče 36 plynný kyslíkový produkt regulovaný regulátorem 78 průtoku a kompresorem 40.
Protože zařízení ASU je úplně zabudované do zařízení IPCC, tlak vzduchu přiváděného do ASU potrubím 20 se může měnit až na hodnotu asi 50% normálního provozního tlaku (možné až na 110 psi) tak jak proud vzduchu rychle kolísá nahoru nebo dolů v závislosti na režimu spalovací plynové turbiny. Požadavky typicky kladené na zcela vestavěné zařízení ASU jsou takové, že musí být schopno pracovat v rozsahu od 50% do 100% jmenovitého výkonu při odezvě na rychlé změny asi 3% výkonu za minutu. Například, při výkonu 2000 tun denně, musí jednotka ASU být schopna rychlé změny výkonu asi o 0,04 tuny za minutu. Kromě toho pro většinu zplynovacích aplikací mají být jakosti produktů v těchto mezích:
Plynný kyslík (GOX) Plynný dusík (HPGAN) Surový dusík (LPGAN)
95% kyslíku - 1% < 0,1% kyslíku < 1% kyslíku
-7Nicméně, protože zařízení ASU jsou typicky navrhována pro výrobu plynů ovzduší (kyslík, potrubí 48 a dusík, potrubí 22 a 4É.) v ustáleném stavu, a protože zařízení IGCC má dynamické skokové nároky, na plyny, jsou obě zařízení v zásadě neslučitelná· Řešením je zařízení ASBI, které může účinně odpovídat na skokové nároky. Nyní bude obecně popsáno, jak pracuje zařízení ASU 10 podle předloženého vynálezu v případech skoků nahoru a dolů.
Skok dolů
Snížení nároku na plynný kyslíkový produkt v potrubí 4Š se přenese do úměrného poklesu proudu stlačeného vzduchu v potrubí 20. Protože vzduch obsahuje přibližně čtyři díly dusíku a jeden díl kyslíku je proud vzduchu v potrubí 20 přibližně roven pětinásobku proudu žádaného plynného kyslíkového produktu v potrubí 4θ· Na začátku v ustáleném provozu znázorněném v obr.3, úsek 200, když proud přiváděného stlačeného vzduchu v potrubí 20 klesá s odpovídajícím snížením tlaku přiváděného vzduchu, tlak v destilačním systému. 24 klesá, jak je znázorněno úsekem 202 grafu, což způsobuje odpařování kapalin. Zvětšování množství plynů odporuje žádanému výsledku.a potenciálně působí nepříznivě na čistotu dusíkového -produktu· -EL vyrovnání je třeba,' aby v destilačním systému 24 bylo v kolonách, udržováno odpovídající množství kapaliny. Proto-aedo destilačního systému 24 zavede z ukládací nádoby 60 refluxem, potrubím 44, chladivo ve formě kapalného dusíku. Přídavný kapalný dusík kondenzuje péry kyslíku, žene je ke spodnímu konci LP kolony 42 a zachovává čistotu dusíku.
Skok nahoru
Když skok dolů přešel do ustáleného stavu provozu znázorněného úsekem 203 grafu v obr.3, zvýšení nároku na plynný kyslíkový produkt v potrubí 48 se přenese do úměrného zvětšení proudu přiváděného stlačeného vzduchu v potrubí 20, Aby se vyhovělo nároku zvětšení množství plynného kyslíkového produktu v potrubí 48. je třeba, aby se zvětšil proud přiváděného stlačeného vzduchu v potrubí 20, čímž se zvýší tlak v destilačním systému 24. jak je znázorněno úsekem 204 grafu v obr.3. Jak tlak stoupá, pára má snahu kondenzovat na kapalinu. K vyrovnání zvýšeného tlaku a kondenzace par je třeba v destilačním systému 24 v kolonách udržovat odpovídající množství kapaliny. Proto se z destilačního systému 24 odvádí potrubím £4 chladivo ve formě kapalného dusíku a ukládá '8— se v ukládací nádobě 60. čímž se zamezuje snížení čistoty produktu· Je třeba uvést, že odvádění kapalného dusíku neovlivňuje význačně teploty v destilačním systému 24« Teplota je primárně ovlivněna provozním tlakem·
Podrobný popis
Obecné řízení
Tak jak stoupá a klesá výkon neznázorněné plynové turbiny, odpovídajícím způsobem se mění tlak přiváděného stlačeného vzduchu k zařízení ASU 10 v potrubí 20» Aby zařízení ASU 10 mohlo pracovat účinně, tlak v destilačním systému 24 sleduje tlak přiváděného stlačeného vzduchu. Pro umožnění těchto změn je proud nízkotlakého dusíku v potrubí 46 z LP kolony 42 nastaven, aby zvyšoval/snižoval tlak v destilačním systému 24. Kapalina a pára v destilačním systému 24 jsou v podmínkách překypování a rosného bodu, takže teplota se mění přímo s tlakem. Pro udržení odpovídajícího množství kapaliny v koloně je do a z destilačního systému 24 přemistováno chladivo, které je obsaženo.v ukládací nádobě 60 na kapalný dusík. Ukládací nádoba 60 je připojena k. refluxní cestě nečistého dusíku potrubí 44 s jedním ventilem 52 před a druhým ventilem 54' za ukládací nádobou 60 vzhledem ke směru toku.. Ukládací nádoba 60 .
je také udržována na vysokém tlaku vytvořením proudu plynu potrubím 62 z horního konce ukládací nádoby 60 k hornímu konci HP kolony 30.
.....Jak klesnou tlaky v systému, to je jak klesne nárok na plynný kyslíkový produkt, kapalina v destilačním systému 24 se začne vypařovat na plyn a teplota v destilačním systému 24 začne klesat.
K vyrovnání se převede kapalný dusík z ukládací nádoby 60 do destilačního systému 24 zvětšením proudu do LP kolony 42 ventilem 54· Během této doby se přebytek nízkotlakého dusíkového produktu z potrubí 46 odvádí z LP kolony 42 ke snížení tlaku v koloně, a přídavný reflux udržuje čistotu nízkotlakého dusíkového produktu v potrubí 46 na žádané hodnotě.
Naopak, jak stoupají tlaky v destilačním systému 24. to je jak roste nárok na množství plynného kyslíkového produktu, začne plyn v destilačním systému 24 kondenzovat na kapalinu a teplota v destilačním systému 24 začne stoupat. K vyrovnání se převede kapalný dusík z destilačního systému 24 do ukládací nádoby 60 zmenšením proudu do LP kolony 42 potrubím 54. Během této doby se méně nízkotlakého dusíkového produktu v potrubí 46 odvádí z LP kolony 42 pro zvýšení tlaku, takže snížení v refluxu pomáhá udržovat čistotu plynného kyslíkového produktu v potrubí 48 v mezích.
-9Podrobné řízeni
Podrobnější pohled na řídicí systém odkrývá jediný přístup pro určení velikostí proudů s použitím strategie dopředně vazby založené na proudu plynného kyslíkového produktu v potrubí £8 a přídavně použitím strategie zpětné vazby založené na měřeních čistoty. Myšlenka dopředně vazby řídicího systému použitelná jak pro skok nahoru tak pro skok dolů se jeví takto:
a) Žádaná velikost přoudu plynného kyslíkového produktu v potrubí 48 je určena nárokem zařízení IGCC.
b) Nárok plynného kyslíku v potrubí £g se použije k výpočtu pomocí rovnováhy hmot žádaného proudu přiváděného vzduchu potrubím 2£ do vysokotlaké kolony 30«
c) Žízení tlaku pro LP kolonu 42 je přímo závislé-na změně tlaku přiváděného vzduchu potrubím 20: ·,··. j ApLP = *LP Δ* Pvzd (rov.l)
d) řízení čistoty pro nízkotlaký dusíkový produkt v potrubí £6 je řízeno refluxním proudem nečistého dusíku v potrubí ££. Předně refluxní proud nízkotlakého dusíku potrubím 44 z BP kolony 30« označený Ρβθζ ref> přímo úměrný měřenému proudu přiváděného vzduchu v potrubí 20, označenému Pmgj vzd. Tudíž platí
- Pneč ref ” ^neč ref · Pměř vzd (rov. 2)
Za druhé, řízení proudupro reflux nečistého dusíku potrubím £4 do LP kolony £2 je založeno na stálém poměru mezi refluxním proudem nečistého dusíku potrubím 44 a proudem nízkotlakého dusíkového produktu potrubím 46» Nicméně tento poměr je korigován během stavů náhlých skoků výkonu. Příslušný vztah je:
Poměr » Poměrss + Δ Poměr+ Δ Poměr úrovně (Rov. 3) kde &PoměrIN2 značí korekci následkem změny v recyklaci nízkotlakého dusíkového produktu v potrubí 50. Veličina L Poměr úrovně je výtok z regulátoru 124 úrovně ukládací nádoby 60 kapalného dusíku.
. V jednom alternativním provedení je proud refluxu nečistého dusíku, v potrubí. 44 do LP kolony 42 řízen analýzou složení. Provádí se měření čistoty středního bodu v LP koloně 42. Toto měření zjištuje pohyby páry, které, když je přebytek oproti předem určené hodnotě, ovládají proud přídavného kapalného dusíku z ukládací nádoby 60 pro kompenzaci snížení tlaku. Toto alternativní provedení přednostně vyžaduje analyzátor kyslíku s odpovídající odezvou a spolehlivostí.
-10e) Hladina kapalného dusíku v ukládací nádobě 60 přímo závisí na změně proudu plynného kyslíkového produktu v potrubí 48:
Δ Hladina = %adlna · Δ KQ2 (rov.4) kde i<eN2
f) Žádaná velikost proudu čistého dusíkového produktu v potrubí 32 je určena nárokem zařízení IGCC.
g) Proud recyklovaného nízkotlakého dusíkového produktu v potrubí 30 se reguluje k udržování proudu nízkotlakého dusíkového pro duktu v potrubí 46:
FReH2 “ %eN2 * FExp + FN2 + ^ReNS/AIR (FSPAIR * FAIlP ^Γον·5) je lineární zatěžovací funkce:
A %eN2 = KReN2/02 F02
Tato je regulována regulátorem 36 průtoku a ventilem 82.
h) Zpožďovací prvek popisující posunutí mezi proudem vzduchu v potrubí 20 a proudem plynného kyslíkového produktu v potrubí 4S Je: '
Λ tcLAG _ A Τ» TfílŘG frňLlA.Q -p \ U*AIR ’ KAIRa±02 “ *5lR UÁIR W kde · ^EG2· (rov.6)
i) Žízení hladiny kapalné fáze v LP koloně 42 je závislé na rovnováze chlazení v destilačním systému 24 a může být založeno buď na proudu expandéru nebo na vytváření kapalného kyslíku. Přednostní provedení provádí řízení na základě proudu expandéru.
Zpětná vazba v řídicím systému pracuje 8 použitím měření čistoty pro zvláštní plyn nebo kapalinu, to Je nízkotlaký dusíkový produkt v potrubí 46« plynný kyslíkový produkt v potrubí 48 a nečistý reflux dusíku v potrubí 44« pro přeměna velikostí proudů k docílení zachování čistoty příslušného plynu nebo kapaliny. Zvláště je použito měřidlo 132 plynného kyslíkového produktu v potrubí 48 pro přeměnu velikostí proudu regulátoru 26 pro proud přiváděného vzduchu potrubím 20. Také je použito měřidlo 150 nízkotlakého plynného dusíkového produktu v potrubí 46 pro přeměnu regulátoru 56 proudu recyklovaného proudu nízkotlakého plynného dusíkového produktu v potrubí 50. Konečně je použito měřidlo 112 čistoty nečistého refluxu dusíku v potrubí 44 pro přeměnu regulátoru 114 proudu pro proud refluxu nečistého dusíku.
Detaily tohoto řídicího systému byly vytvořeny s použitím přístrojů, které jsou v oboru školeným odborníkům dobře známé.
Přístroje, které jsou znázorněny v obr.2, jsou regulátory tlaku
-11(PIC) 2£, regulátory průtoku (FIC) 26,56.70.78.114.116.120 a 122. analytické regulátory (ARC) 112.150 a 1£2 pro regulaci čistoty, servo-ventily 22,52,82, servo-kompresory 22,26 a 80 a hlavní počítač 15 pro vzájemnou vazbu prvků a pro provádění nutných výpočtů řídicího systému pro skokové změny zátěže.
Pro lepší pochopení detailního řídicího systému a jeho vnitřních vztahů bude proveden následující popis způsobů provozu zařízení ASU 10 s konfigurací pro řízení skoků zátěže, zvláště způsobů provádění skoků, s odkazy na příslušná řízení.
Integrované zařízení ASU má tři základní provozní stavy, jsou to: (a) ustálený stav, když je zařízení ASO 10 řízeno pro dosažení proudů produktů a čistot s maximální účinností, (b) skok dolů, když zařízení ASU 10 je řízeno na.dosažení proudů produktů a čistot při poklesu nároku a poklesu tlaku vzduchu, a (c) skok nahoru, když zařízení ASU 10 je řízeno na dosažení proudů produktu a čistot během stoupajícího nároku a rostoucího tlaku vzduchu.
Ustálený stav
Podle obr.2 způsob řízení pro provoz v ustáleném stavu typicky obsahuje následující kroky* Proud stlačeného přiváděného vzduchu potrubím 20 do HP kolony 30 je regulován ventilem 22 v závislosti na nároku na plynný kyslíkový produkt v potrubí 48. Přídavně je řízení nastaveno aby udržovalo správnou čistotu plynného kyslíkového produktu v potrubí £8. Tlak v LP koloně 42 je účinně regulován řízením proudu nízkotlakého dusíkového produktu v potrubí 46 na nejvyěěí možné hodnotě v souvislosti s úbytkem tlaku na ventilu 22 nutným pro schopnost regulace. Komcentrace kyslíku v nízkotlakém dusíkovém produktu v potrubí 46 je řízena refluxním proudem nečistého dusíku v potrubí 44 v kombinaci s recyklovaným proudem nízkotlakého dusíku v potrubí 50.
Skok dolů
Obecně skok dolů v zařízení ASU 10 obsahuje snížení tlaku přiváděného vzduchu v potrubí 20, které má za následek potenciální ztrátu řízení proudu vzduchu pokud tlaky v HP koloně a v LP koloně 42 neklesnou na podobnou hodnotu. Je důležité, aby tlak v LP koloně 42 byl přesně nastaven pro daný proud přiváděného vzduchu potrubím 20 k udržování varu v LP koloně 42 pro splnění nároku na plynný kyslíkový produkt v potrubí 48.
-12Pro snížení tlaku v LP koloně 42 proud nízkotlakého dusíkového produktu v potrubí 46 během skoku dolů vzroste více než úměrně ke proudu vzduchu. Nicméně toto nastavení samotné by mělo za následek odpaření zásoby kapalného kyslíku a vzniklé pára by zhoršila čistotu nízkotlakého dusíkového produktu v potrubí 46.Jiný kritický jev tedy je možné zhoršení čistoty nízkotlakého dusíkového produktu migrací par kyslíku. Tudíž ve spojení se zvětšením proudu nízkotlakého dusíkového produktu v potrubí 46 se pro snížení tlaku v destila^čním systému 24 zvětší refluxní proud kapalného dusíku v potrubí 44 pro zvýšení potřebného chlazení destilaěního systému 24. kondenzaci kyslíkové páry a udržení čistoty nízkotlakého dusíkového produktu v potrubí 46.
Se zvláštním přihlédnutím k rovnicím, je žádaný proud plynného kyslíkového produktu v potrubí 48 určen nárokem zařízení IGCC a v tomto případě klesá· Tento klesající nárok je použit řízením 100 skoku pro výpočet předpověděné hodnoty přiváděného vzduchu v potrubí 20. Tato předpověděná hodnota se přes sečítací obvod 104 přičte k údaji zpětnovazebního měření čistoty měřidlem 152 plynného kyslíkového produktu v potrubí 48 k vypočtení předpověděné hodnoty pro regulátor 26 průtoku. Na proudu přiváděného vzduchu je závislý výpočet řízení tlaku v LP koloně 42. Změna tlaku v LP koloně 42 je přímo závislá na změně tlaku přiváděného vzduchu, viz obr.l. Protože proud přiváděného vzduchu v potrubí 20 klesá, klesá tlak v LP koloně 42. Předpověděná hodnota vypočtená použitím rov.l řízením 100 skoku se přičte přes aečítací obvod 102 k výstupu regulátoru^ který ovládá polohu ventilu 22 přiváděného vzduchu pro dosažení nejmenšího úbytku tlaku na ventilu 22 a zamezení jeho nasycení. Výstup sečítacího obvodu 102 nastavuje předpověděnou hodnotu tlaku pro regulátor 74 tlaku.
Když byl určen proud přiváděného vzduchu v potrubí 20 a bylo určeno řízení tlaku v LP koloně 42. následující parametr, který má být zachován, je čistota nízkotlakého dusíkového produktu v potrubí 46. Ta je řízena refluxním proudem nečistého dusíku v potrubí 44. Předně, refluxní proud nečistého dusíku z HP kolony 30 přímo souvisí s měřeným proudem přiváděného vzduchu, viz rov.2. Protože proud přiváděného vzduchu v potrubí 2£ klesá, bude také refluxní proud nečistého dusíku v potrubí 44 z HP kolony 30 klesat. Předpověděná hodnota vypočtená podle rov.2 řízením
-13100 skoku se přičte v sečítacím obvodu 11Q předpověděné hodnoty k recyklačnímu proudu surového dusíku z měřidla $6 a měření čistoty refluxu nečistého dusíku měřidlem 112 pro-výpočet nového refluxního proudu nečistého dusíku z HP kolony 30 řízeného ventilem 52.
Za druhé, refluxní proud nečistého dusíku do LP kolony 42 se vypočte z poměru refluxu nečistého dusíku v potrubí 41 k nízkotlakému dusíkovému produktu v potrubí 46 a z korekcí, viz rov.3. Protože proud nízkotlakého dusíkového produktu v potrubí 4É a® zvětšil úměrně ke proudu přiváděného vzduchu v potrubí 20, aby pro řízení tlaku byl udržen stálý poměr mezi refluxem nečistého dusíku v potrubí 44 anízkotlakým dusíkovým produktem v potrubí 46. vzroste reflux nečistého dusíku v potrubí.44« Protože klesl nárok na plynný kyslíkový produkt v potrubí 48, klesla také hladina v ukládací nádobě 60, viz rovnici 4, a měření této hladiny měřidlem 124 se použije jako korekce v rov.3. Tyto výpočty se použijí pro určení nové předpověděné hodnoty pro ventil 54 pro řízení refluxního proudu nečistého dusíku v potrubí 44 do LP kolony 42. Reflux je zvláště kritický v řízení poměru kapaliny k páře (LA) v horní části LP kolony 42, který ovlivňuje čistotu nízkotlakého dusíkového produktu v potrubí 46.
Je to poměrný rozdíl mezi proudem z HP kolony 30 a proudem do LP kolony 42. který ovlivňuje čistý přenos kapalného dusíku nebo chladivá z ukládací nádoby 60 do destilačního systému 24.
Skok nahoru
Pokračujme s obr.2, potom skok nahoru v zařízení ASU 10 zahrnuje zvýšeni tlaku přiváděného vzduchu v potrubí 20 do HP kolony £0. Následkem toho musí podobně stoupnout tlaky v HP koloně g O a v LP koloně 42.
Pro zvýšení tlaku v LP koloně 42 klesá během skoku nahoru proud nízkotlakého dusíkového produktu v potrubí 46 o hodnotu, která je více než úměrná proudu přiváděného vzduchu. Nicméně toto nastavení samotné by mělo za následek zvýšenou kondenzaci a snížení čistoty plynného kyslíkového produktu. Stejně jako při skoku dolů, tlak a potřeba chladivá jsou řízeny současně.
Pro vyrovnání jevů zvýšeného tlaku je sníženo chlazení v destilačním systému 24 snížením refluxu nečistého dusíku v potrubí a tím se vyhoví nároku na plynný kyslíkový produkt v potrubí při zachování čistoty plynného kyslíkového produktu.
-14Se zvláštním přihlédnutím k rovnicím je žádaný proud plynného kyslíkového produktu v potrubí 48 určen nárokem zařízení IGCC, který v tomto případě roste. Tento zvýšený nárok je použit řízením ICO skoku pro výpočet předpověděné hodnoty proudu přiváděného vzduchu potrubím 20. Tato předpověděná hodnota se přičte v sečítacím obvodu 104 předpověděné hodnoty se zpětnovazební hodnotou čistoty měřenou měřidlem 152 pro plynný kyslíkový produkt v potrubí 48, pro výpočet předpověděné hodnoty proudu pro regulátor 26 průtoku. S proudem přiváděného vzduchu souvisí výpočet řízení tlaku LP kolony 42. Změna tlaku v LP koloně 42 je přímo závislá na změně tlaku přiváděného vzduchu, viz rov.l.
Protože proud přiváděného vzduchu v potrubí 20 roste, tlak v LP koloně 42 bude stoupat. Předpověděná hodnota vypočítaná z rovnice 1 řízením 100 skoku se přičte ve sčítacím obvodu 102 předpověděné hodnoty k výstupu regulátoru, který ovládá polohu ventilu 22 přiváděného vzduchu k omezení na nejmenší míru pokles tlaku na ventilu 22 přiváděného vzduchu a k zamezení jeho nasycení. Výstup sčítacího obvodu 102 předpověděné hodnoty nastavuje předpověděnou hodnotu pro regulátor 74 tlaku.
Po určení proudu přiváděného vzduchu potrubím 20 a řízení tlaku v LP koloně 42 je další parametr, který má být udržován, čistota nízkotlakého dusíkového produktu. Tato je řízena refluxním proudem nečistého dusíku. Předně, refluxní proud nečistého dusíku z BP kolony 30 přímo závisí na měřeném proudu přiváděného vzduchu, viz rov.2. Protože proud přiváděného vzduchu v potrubí 20 roste, refluxní proud nečistého dusíku v potrubí 44 z HP kolony 30 také poroste. Předpověděná hodnota vypočítaná z rov.2 řízením 100 skoku se přičte ve sčítací jednotce 110 předpověděné hodnoty k recyklačnímu proudu surového dusíku měřenému měřidlem 56 a k výsledku měření čistoty recyklačního proudu nečistého dusíku měřidlem 112 pro výpočet nového refluxního proudu nečistého dusíku z HP kolony 30 řízeného ventilem 52.
Za druhé, refluxní proud nečistého dusíku v potrubí 44 do LP kolony 42 se vypočte z poměru refluxu nečistého dusíku v potrubí 44 k nízkotlakému dusíkovému produktu v potrubí 46, viz rov.3. Protože se proud nízkotlakého dusíkového produktu v potrubí 46 zmenšil více než úměrně ke proudu přiváděného vzduchu pro řízení tlaku pro udržení stálého poměru mezi refluxním proudem nečistého dusíku v potrubí 44 a proudem nízkotlakého dusíkového produktu v potrubí 46, bude reflux nečistého
-15dusíku v potrubí ££ klesat. Dále, protože roste nárok na plynný kyslíkový produkt v potrubí £8, bude stoupat hladina v ukládací nádobě 60, viz rov.4. Měření této hladiny měřidlem 124 je použito jako korekce v rov.3. Tyto výpočty jsou použity pro určení nové předpověděné hodnoty pro ventil 54 pro řízení refluxního toku nečistého dusíku potrubím 44 do LP kolony 42. Reflux je zvláště kritický při řízení poměru kapaliny k páře (LA) v LP koloně 42. který má také vliv na čistotu plynného kyslíkového produktu v potrubí £8.
Ještě jednou, je to poměrný rozdíl mezi proudem z HP kolony 30 a proudem do LP kolony 42. který způsobuje čistý přenos kapalného dusíku nebo chladivá z destilačního systému 24 Ido ukládací nádoby 60.
Jedno provedení zařízení ASU 10 znázorněného v-obr.2 může mít následující konstanty pro použitelné rovnice a následující ladicí parametry pro regulátory tlaku, regulátory průtoku a regulátory hladiny:
Konstanty
Název veličiny Označení Číselná hodnota Jednotky
Proud vzduchu KAir 4,902 1,75 IbmolAbciol min3·
Proud čistého N2 *N2 lbmol/lbmol
Recyklační proud N2 ^ieN2/Air 0,05 lbmol/lbmol
Tlak v LP koloně ^LP 0,486 psia/lbmol
Nečistý reflux Kneč ref 0,321 lbmol/lbmol
LIN Hladina v nádobě ^hladina 1,12 *) ft/Lbmol
*) pro ILN plochu nádoby 70,0 ft2
-16•1
Regulační smyčka
Proud vzduchu Tlak LP kolony
Nečistý reflux Proud z HP kolony
Nečistý reflux Proud z LIN nádoby
Řízení proudu expandéru
Čistota Op v kaskádě^
Čistota nečistého N£
Čistota nečistého refluxu
Hladina LIN nádoby
Hladina kapaliny HP kolony
Ventil přiváděného vzduchu otevřená smyčka
Ladicí parametry
Zisk Jednotky
Nastavení min
0,005 -0,15 0,5 1,5
0,015 1,0
4,0 1,5
2,0 1,5
4000 3^Sgiýfrakce.O2 30,0
-1000 i^i^frakce.02 15,0
1000 —jjl/fr akce. 02 5,0
-0,02 Ibmol/ 60,0
-0,2 Ibmol/ «an/ft 1,0
10,0 ^i/frakce. o tev 5,0
Ve výše uvedeném popisu se tekutina bohatá dusíkem odvádí z HP kolony 30 v místě ležícím o několik talířů od vrcholu. Alternativně může být tato tekutina odváděna z kteréhokoli vhodného místa HP kolony 30. Obecně má být obsah dusíku v této tekutině bohaté dusíkem vyšší než 90%.
Předložený vynález byl popsán ve vztahu k jednomu specifickému provedení. Toto provedení nepředstavuje omezení rozsahu předloženého vynálezu, který je nárokován v následujících patentových nárocích.

Claims (20)

1. Způsob rozdělení přiváděného ním systému, který mé alespoň jednu destilační kolonu, ve které se vzduch rozděluje na složku bohatou kyslíkem a na složku bohatou dusíkem, vyznačující se tím, že pro zachování požadavků Čistoty během změn výstupního množství a, změn tlaku přiváděného vzduchu se a) odvádí a ukládá chladivo ve formě tekutiny bohaté dusíkem z destilačního systému při stoupání tlaku přiváděného vzduchu a b) přidává se chladivo ve formě tekutiny bohaté dusíkem do destilačního systému z uložené tekutiny bohaté dusíkem při poklesu tlaku přiváděného vzduchu.
2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že kroky (a) a (b) dále zahrnují krok odvádění, ukládání a přiváděníj chládiva cestou refluxního proudu tekutiny bohaté dusíkem v destilačním systému.
3. Způsob podle bodu 2, vyznačující se tím, že krok ukládání chladivá obsahuje ukládání chladivá v ukládácí nádobě a provádějí se další kroky regulace refluxního proudu před ukládácí nádobou a regulace refluxního proudu za ukládácí nádobou vzhledem ke směru proudu.
4· Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že krok ukládání chladivá dále obsahuje ukládání chladivá v ukládácí nádobě.
5. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že destilační systém je dvoukolonový systém obsahující vysokotlakou destilační kolonu, nízkotlakou destilační kolonu a refluxní cestu z vysokotlaké destilační kolony do nízkotlaké destilační kolony.
6. Způsob podle bodu 5, vyznačující se tím, že krok (a) dále obsahuje krok zmenšování proudu složky bohaté dusíkem z nízkol tlaké destilační kolony úměrně proudu přiváděného vzduchu když roste jeho tlak.
7. Způsob podle bodu 5, vyznačující se tím, 2e krok (b) dále obsahuje krok zvětšování proudu složky bohaté dusíkem z nízkotlaké destilační kolony úměrně proudu přiváděného vzduchu když klesá jeho tlak·
8. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že tekutina bohatá dusíkem obsahuje alespoň 90% dusíku.
9. Způsob rozdělení vzduchu v kryogenním destilačním systému majícím alespoň jednu destilační kolonu, kde se vzduch rozděluje alespoň na složku bohatou kyslíkem a na složku bohatou
-18dusíkem, vyznačující se tím, že pro zachování požadavků čistoty při (1) zvětšování výstupního množství a zvyšování tlaku přiváděného vzduchu a (2) zmenšování výstupního množství a snižování tlatekutiny refluxního proudu bohaté dusíkem když roste výstupní množství a stoupá tlak přiváděného vzduchu a (c) do refluxního proudu se přidává část uložené tekutiny bohaté dusíkem když klesá výstupní množství a klesá tlak přiváděného vzduchu.
10. Způsob podle bodu 9» vyznačující se tím, že destilační systém je dvoukolonový systém obsahující vysokotlakou destilační kolonu, nízkotlakou destilační kolonu a refluxní cestu z vysokotlaké destilační kolonádo nízkotlaké destilační kolony.
11. Způsob podle bodu 10, vyznačující se tím, že krok (b) dále obsahuje krok zmenšení proudu složky bohaté dusíkem z nízkotlaké destilační kolony úměrné proudu přiváděného vzduchu když jeho tlak stoupá.
12. Způsob podle bodu 10, vyznačující se tím, že krok (c) dále obsahuje krok zvětšování proudu složky bohaté dusíkem z nízkotlaké destilační kolony úměrné proudu přiváděného vzduchu když jeho tlak klesá.
13. Způsob podle bodu 9, vyznačující se tím, že destilační systém je dvoukolonový destilační systém obsahující vysokotlakou destilační kolonu a nízkotlakou destilační kolonu, ve které se provádí další krok recyklace části složky bohaté dusíkem z nízkotlaké destilační kolony do vysokotlaké destilační kolony.
14. Způsob podle bodu 13, vyznačující se tím, že se provádí další krok regulace recyklace části složky bohaté dusíkem pro zachování čistoty složky bohaté dusíkem z nízkotlaké destilační kolony.
15· Kryogenní destilační systém vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jednu destilační kolonu pro rozdělení vzduchu alespoň na složku bohatou kyslíkem a na složku bohatou dusíkem pro výkonové zařízení (IGCC) untegrovaného zplynovacího kombinovaného cyklu, ve kterém jsou požadavky čistoty záchovány při změnách výstupního množství nárokovaného IGCC a během změn tlaku přiváděného vzduchu, dále obsahuje prostředek pro refluxní proud pro destilační systém pro vytváření refluxního proudu tekutiny bohaté dusíkem, ukládací prostředek připojený k prostředku pro refluxní proud pro ukládání tekutiny bohaté dusíkem a prostředek pro řízení refluxního •19proudu (1) pro odvádění tekutiny bohaté dusíkem zí prostředku pro ' pro refluxní proud a ukládání tekutiny bohaté dusíkem v ukládacím prostředku když roste výstupní množství a stoupá tlak přiváděného vzduchu a (2) pro přidávání tekutiny bohaté dusíkem z ukládacího prostředku do prostředku pro refluxní proud když klesá výstupní množství a klesá tlak přiváděného vzduchu.
16. KTyogenní destilační systém podle bodu 15, vyznačující se tím, že ukládaci prostředek obsahuje ukládaci nádobu a dále obsahuje prostředek pro regulaci refluxního proudu před i za ukládaci nádobou vzhledem ke směru proudu.
17. Způsob rozdělení vzduchu ve dvoukolonovém kryogenním deštilačním systému majícím nízkotlakou destilační kolonu, vysokotlakou destilační kolonu a refluxní proud z vysokotlaké destilační kolony do nízkotlaké destilační kolony, kde se vzduch rozděluje alespoň na složku bohatou kyslíkem a na složku bohatou dusíkem, vyznačující se tím, že pro požadavky udržování čistoty při změnách výstupního množství a tlaku přiváděného vzduchu obsahuje kroky (a) při zvětšování kyslíkové výstupní složky ee zvýší tlak přiváděného vzduchu a zmenší se proud složky bohaté dusíkem z nízkotlaké destilační kolony, Čímž stoupne tlak v nízkotlaké destilační koloně, (b) při zmenšení kyslíkové výstupní složky se sníží tlak přiváděného vzduchu a zvětší se proud složiy bohaté dusíkem z nízkotlaké destilační kolony, čímž klesne tlják v nízkotlaké destilační koloně, (c) odvede se a uloží se část tekutiny refluxního proudu bohatého dusíkem při zvětšovali výstupního množství a stoupá tlak přiváděného vzduchu a (d) k refluxnímu proudu se přidá část uložené tekutiny bohaté dusíkem když klesá výstupní množství a klesá tlak přiváděného vzduchu.
18. Způsob podle bodu 17, vyznačující se tím, že se provádí další krok měření čistoty složky bohaté kyslíkem z nízkotlaké destilační kolony a reguluje se tlak přiváděného vzduchu v závislosti na měření čistoty kyslíkové složky.
19. Způsob podle bodu 17, vyznačující se tím, že se provádí dalšíkrok měření čistoty složky bohaté dusíkem z nízkotlaké destilační kolony a reguluje se část složky bohaté dusíkem z nízkotlaké destilační kolony v závislosti na měření čistoty.
20. Způsob podle bodu 17, vyznačující se tím, že se provádí další krok měření čistoty refluxního proudu a reguluje se refluxní proud v závislosti na měření čistoty.
CS921692A 1991-06-20 1992-06-04 Method of separating supplied air in a cryogenic distillation system and the system for making the same CZ169292A3 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/718,504 US5224336A (en) 1991-06-20 1991-06-20 Process and system for controlling a cryogenic air separation unit during rapid changes in production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ169292A3 true CZ169292A3 (en) 1993-01-13

Family

ID=24886321

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS921692A CZ169292A3 (en) 1991-06-20 1992-06-04 Method of separating supplied air in a cryogenic distillation system and the system for making the same

Country Status (11)

Country Link
US (1) US5224336A (cs)
EP (1) EP0519688B1 (cs)
JP (1) JPH0789013B2 (cs)
AU (1) AU640571B2 (cs)
CA (1) CA2071123C (cs)
CZ (1) CZ169292A3 (cs)
DE (1) DE69201526T2 (cs)
DK (1) DK0519688T3 (cs)
ES (1) ES2072099T3 (cs)
PL (1) PL294941A1 (cs)
SK (1) SK169292A3 (cs)

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2694383B1 (fr) * 1992-07-29 1994-09-16 Air Liquide Production et installation de production d'azote gazeux à plusieurs puretés différentes.
US5251451A (en) * 1992-08-28 1993-10-12 Air Products And Chemicals, Inc. Multiple reboiler, double column, air boosted, elevated pressure air separation cycle and its integration with gas turbines
FR2696821B1 (fr) * 1992-10-09 1994-11-10 Air Liquide Procédé et installation de production d'azote ultra-pur sous pression.
FR2697620B1 (fr) * 1992-10-30 1994-12-23 Air Liquide Procédé et installation de production d'azote gazeux à débit variable.
DE4301712A1 (de) * 1993-01-22 1994-07-28 Linde Ag Anlage und Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und Flüssigkeitsverteiler für eine Stoffaustauschsäule
FR2704632B1 (fr) * 1993-04-29 1995-06-23 Air Liquide Procede et installation pour la separation de l'air.
US5301570A (en) * 1993-09-28 1994-04-12 Li Min Tsung Apparatus for connecting an auxiliary handle to a handlebar of a bicycle
US5406800A (en) * 1994-05-27 1995-04-18 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system capacity control method
US5501078A (en) * 1995-04-24 1996-03-26 Praxair Technology, Inc. System and method for operating an integrated gas turbine and cryogenic air separation plant under turndown conditions
US5740673A (en) 1995-11-07 1998-04-21 Air Products And Chemicals, Inc. Operation of integrated gasification combined cycle power generation systems at part load
US5666823A (en) 1996-01-31 1997-09-16 Air Products And Chemicals, Inc. High pressure combustion turbine and air separation system integration
FR2757282B1 (fr) * 1996-12-12 2006-06-23 Air Liquide Procede et installation de fourniture d'un debit variable d'un gaz de l'air
US6006546A (en) * 1998-04-29 1999-12-28 Air Products And Chemicals, Inc. Nitrogen purity control in the air separation unit of an IGCC power generation system
US5983668A (en) * 1998-04-29 1999-11-16 Air Products And Chemicals, Inc. Air separation unit feed flow control in an IGCC power generation system
US6202442B1 (en) * 1999-04-05 2001-03-20 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'expoitation Des Procedes Georges Claude Integrated apparatus for generating power and/or oxygen enriched fluid and process for the operation thereof
US6182471B1 (en) 1999-06-28 2001-02-06 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system for producing oxygen product at a non-constant rate
FR2811712B1 (fr) * 2000-07-12 2002-09-27 Air Liquide Installation de distillation d'air et de production d'electricite et procede correspondant
FR2825754B1 (fr) * 2001-06-08 2004-02-27 Air Liquide Procede et installation de production d'energie au moyen d'une turbine a gaz associee a une unite de separation d'air
JP4699643B2 (ja) * 2001-06-26 2011-06-15 大陽日酸株式会社 空気液化分離方法及び装置
US20030213688A1 (en) * 2002-03-26 2003-11-20 Wang Baechen Benson Process control of a distillation column
US8075646B2 (en) * 2006-02-09 2011-12-13 Siemens Energy, Inc. Advanced ASU and HRSG integration for improved integrated gasification combined cycle efficiency
FR2903483B1 (fr) * 2006-07-04 2014-07-04 Air Liquide Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique
US7686570B2 (en) * 2006-08-01 2010-03-30 Siemens Energy, Inc. Abradable coating system
JP5895896B2 (ja) * 2013-04-23 2016-03-30 Ｊｆｅスチール株式会社 精製ガス供給装置及び製造ガスの純度補償方法
JP6141092B2 (ja) * 2013-04-26 2017-06-07 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ガス化発電プラントの制御装置、ガス化発電プラント、及びガス化発電プラントの制御方法
US10114389B2 (en) * 2013-06-28 2018-10-30 Applied Materials, Inc. Method and system for controlling a flow ratio controller using feedback
US20220026145A1 (en) * 2018-10-09 2022-01-27 Linde Gmbh Method for obtaining one or more air products and air separation system
AU2019395286B2 (en) * 2018-12-15 2022-11-24 Harper Biotech Llc D/B/A Simbuka Energy, Llc Method for co-production of hyper-efficient electric power and a methane sidestream from high CO2 natural gas sources
JP7460973B2 (ja) * 2020-03-05 2024-04-03 日本エア・リキード合同会社 空気分離装置
JP7446569B2 (ja) * 2020-04-02 2024-03-11 日本エア・リキード合同会社 製品ガスの供給量調整装置およびそれを備える空気分離装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3208230A (en) * 1960-02-29 1965-09-28 Phillips Petroleum Co Automatic continuous feedback process control
US3731495A (en) * 1970-12-28 1973-05-08 Union Carbide Corp Process of and apparatus for air separation with nitrogen quenched power turbine
JPS5419165B2 (cs) * 1973-03-01 1979-07-13
JPS5832401B2 (ja) * 1976-10-04 1983-07-13 株式会社神戸製鋼所 空気分離装置の運転制御方法
US4224045A (en) * 1978-08-23 1980-09-23 Union Carbide Corporation Cryogenic system for producing low-purity oxygen
GB2125949B (en) * 1982-08-24 1985-09-11 Air Prod & Chem Plant for producing gaseous oxygen
DE3486017T3 (de) * 1983-03-08 1999-03-04 Daido Oxygen Sehr reiner Stickstoffgaserzeugungsapparat.
WO1987001185A1 (en) * 1985-08-23 1987-02-26 Daidousanso Co., Ltd. Oxygen gas production unit
DE3913880A1 (de) * 1989-04-27 1990-10-31 Linde Ag Verfahren und vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft

Also Published As

Publication number Publication date
JPH05240577A (ja) 1993-09-17
ES2072099T3 (es) 1995-07-01
DE69201526D1 (de) 1995-04-06
PL294941A1 (en) 1992-12-28
EP0519688B1 (en) 1995-03-01
AU640571B2 (en) 1993-08-26
CA2071123A1 (en) 1992-12-21
SK169292A3 (en) 1994-08-10
DE69201526T2 (de) 1995-06-29
DK0519688T3 (da) 1995-05-29
CA2071123C (en) 1996-12-03
US5224336A (en) 1993-07-06
EP0519688A1 (en) 1992-12-23
AU1823892A (en) 1992-12-24
JPH0789013B2 (ja) 1995-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CZ169292A3 (en) Method of separating supplied air in a cryogenic distillation system and the system for making the same
JP4484360B2 (ja) 気体メタンリッチ供給物を液化して液化天然ガスを得る方法
JP3065229B2 (ja) 極低温精留システムの容量制御方法
US5592834A (en) Process and installation for the separation of air
KR880001510B1 (ko) 산소막을 생산하는 공기분리 플랜트로부터 알곤을 회수하기 위한 방법 및 장치
US6006546A (en) Nitrogen purity control in the air separation unit of an IGCC power generation system
US5572874A (en) Air separation
US5471843A (en) Process and installation for the production of oxygen and/or nitrogen under pressure at variable flow rate
JP4279540B2 (ja) 空気分離装置の制御方法
CA2149253A1 (en) Process for the recovery of oxygen from a cryogenic air separation system
US5983668A (en) Air separation unit feed flow control in an IGCC power generation system
KR20140070557A (ko) 공기 분리 플랜트 제어
US5430223A (en) Process for separating higher hydrocarbons from a gas mixture
US20030213688A1 (en) Process control of a distillation column
JP3710252B2 (ja) 空気液化分離装置の制御方法
JP4803897B2 (ja) 空気液化分離装置の制御方法
JP2000180049A (ja) 空気液化分離装置およびその制御方法
JP2550205B2 (ja) 空気分離方法及び装置
Elzouka et al. Control of Heat Integrated Distillation Employed by Cryogenic Air Separation Using Decentralized Simple PID Controllers
KR20240054183A (ko) 개선된 아르곤의 회수를 위한 프로세스 및 장치
JP4944297B2 (ja) 空気液化分離装置の制御方法及び制御装置
JPH0476380A (ja) 需要変動に適した空気分離方法及び装置
JP2004198016A (ja) 深冷空気分離装置およびその運転制御方法