DD243546A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben von fluessiggaspumpen fuer tiefsiedende verfluessigte gase in luftzerlegungsanlagen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben von Fluessiggaspumpen und zur Einstellung und Haltung eines Druckniveaus von Gasen in Sauerstoff/Stickstoff-Luftzerlegungsanlagen sowie die Nutzung eines Teiles des Arbeitsdruckes des abzufuellenden Gases bzw. des Prozessgases fuer die Betaetigung der Absperrventile der Abfuelleinrichtung.

Description

Anwendung der Erfindung

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben von Flüssiggaspumpen und zur Einstellung und Haltung eines Druckniveaus von Gasen im Pumpeninnenverdichtungsstrang bei Sauerstoff/Stickstoff-Luftzerlegungsanlagen sowie die Nutzung eines Teiles des Arbeitsdruckes des abzufüllenden Gases bzw. des Prozeßgases für die Betätigung der Absperrventile der Abfülleinrichtung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Erzeugung von hochverdichtetem Sauerstoff/Stickstoff erfolgt üblicherweise über Sauerstoff/Stickstoff-Flüssiggaskolbenpumpen bzw. über Trockenlaufkolbenverdichter.

Die Verwendung von Flüssiggaspumpen setzt das Vorhandensein von Flüssig-Sauerstoff bzw. Flüssig-Stickstoff voraus, die aus einem Reservoir, das durch eine Luftzerlegungsanlage gespeist wird, durch eine Flüssiggaspumpe verdichtet, über einen mit · Fremdenergie betriebenen Verdampfer in die Gasphase überführt und zur Abfüllung beispielsweise in Druckgasbehälter geleitet wird.

Sauerstoff/Stickstoff-Kolbenverdichter kommen in solchen Fällen zur Anwendung, bei denen die LZA gasförmigen Sauerstoff bzw. Stickstoff erzeugt und diesen in Gasometern mit geringem Überdruck speichert.

Eine Kombination beider genannter Verfahren ist ebenfalls möglich, d.h. gleichzeitige Erzeugung von nahezu drucklosem Flüssig-Sauerstoff bzw. -Stickstoff sowie ebensolchem gasförmigen Sauerstoff bzw. Stickstoff und Verdichtung über Kolbenpumpen und -verdichter.

Eine weitere Möglichkeit der Erzeugung von hochverdichtetem Sauerstoff/Stickstoff bietet das sogenannte „Innenverdichtungsverfahren", bei dem der erzeugte flüssige Sauerstoff/Stickstoff in einer Flüssiggaspumpe verdichtet und in einem Wärmeübertrager mit einem äquivalenten Teil der dem Trennapparat zugeführten Prozeßluft verdampft und mit einem Temperaturniveau'zwischen ca. O⁰C bis 30⁰C der Abfüllvorrichtung zugeführt wird.

Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der Nutzung der Verdampfungsenergie des Flüssigproduktes für die erforderliche Abkühlung der Prozeßluft für den Zerlegungsprozeß.

Um zu hohe Temperaturschwankungen, die Druckschwankungen proportional sind, im Wärmeübertrager und somit am Eintritt in die untere Rektifikationssäule, die zu Schwankungen der Produktgase führen, zu vermeiden, darf der Druck des Sauerstoffs bzw. Stickstoffs in dem Verdampfungs-Wärmeübertrager nicht zu großen Schwankungen unterliegen, was bei Füllvorgängen zu beachten und durch besondere Vorrichtungen zu gewährleisten ist. Bekannte techn. Lösungen sind hierzu die Verwendung von Regelkreisen zur erforderlichen Druckkonstanthaltung bzw. von zusätzlichen Pufferbatterien oder -Behältern, die mit ihrem gespeicherten Volumen bei Umschaltvorgängen von der gefüllten Flaschen batterie zur noch ungefüllten eine Druckabsenkung auf einen unzulässigen niederen Druck verhindern.

Bezüglich der Betätigung der Umschaltventile der Abfüllstränge der Abfüllvorrichtung ist bekannt, daß dieser Arbeitsgang vor Ort unmittelbar durch Handbedienung und durch Antrieb mit Hilfsenergie vorgenommen wird, wobei die Hilfsenergie zusätzlich bereitgestellt werden muß.

Ziel der Erfindung

Zweck der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben von Flüssiggaspumpen für tiefsiedende verflüssigte Gase, wie Sauerstoff und Stickstoff zu schaffen, bei dem der apparative und der energetische Aufwand, insbesondere die Aufwendungen für die Steuer- und Regelungstechnik wesentlich gesenkt werden können.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben von Flüssiggaspumpen für tiefsiedende verflüssigte Gase, wie Sauerstoff und Stickstoff zu schaffen, in dem das im Verfahren vorhandene Prozeßgas als Arbeitsgas für das Betreiben der Steuer- und Regeleinrichtung für den Abfüllvorgang eingesetzt werden und daß das für die Regelung des Luftzerlegungsverfahrens notwendige minimalste Druckniveau für den Pumpengegendruck eingestellt wird.

Merkmale der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben von Flüssiggaspumpeh für tiefsiedende verflüssigte Gase für Sauerstoff oder Stickstoff so gestaltet wird, daß das abzufüllende tiefsiedende verflüssigte Gas erwärmt und gasförmig einer Drosseleinrichtung 16 zugeführt und in dieser auf kritischen/überkritischen Druck des Sauerstoffs oder Stickstoffs gehalten und daß das in diesem Druckbereich befindliche Gas gleichzeitig als Steuer-Arbeitsgas den pneumatischen Absperrventilen 19; 22 zugeführt wird.

Die Lösung beinhaltet außerdem eine Vorrichtung für das Steuern des Abfüllvorganges, indem der Arbeitsdruck der Leitung 18 angezapft und zum Öffnen und Schließen der Absperrventile 19; 22 über Rückschlagventil 23, Druckminderer 24, Wegeventil 25; 26 zu den Arbeitsmembranen der Absperrventile 19; 22 geführt wird.

Ausführungsbeispiel

In Abb. 1 ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dargestellt.

Von einem Prozeßluftverdichter 1 wird atmosphärische Luft verdichtet, in der Molekularsiebanlage 2 gereinigt sowie getrocknet und dem Wärmeübertragersystem 3 zugeführt. Ein Teilstrom der Prozeßluft wird nach teilweiser Abkühlung in einer Expansionsmaschine 4 unter Abgabe äußerer Arbeit entspannt, während der andere Teilstrom weiter abkühlt, teilweise verflüssigt und durch Drosselung entspannt wird. Beide Teilströme werden der Rektifikationsstufe höheren Druckes 5 einer zweistufigen Rektifikationssäule 6 zugeführt.

Die Zerlegung des Einlaufproduktes erfolgt in eine Stickstofffraktion und eine sauerstoffreiche Sumpffraktion. Die Stickstofffraktion wird über Leitung 7 abgezogen und dem oberen Teil der Rektifikationsstufe niederen Druckes 8 zur Rücklaufbildung zugeführt. Über Leitung 9 wird die Sumpffraktion der Rektifikationsstufe höheren Druckes entnommen und im unteren Bereich der Rektifikationsstufe niederen Druckes 8 als Rücklaufflüssigkeit aufgegeben.

Über Leitung 10 wird gasförmiger Stickstoff mit einem Sauerstoffgehalt von ca. 4Vol.-% abgezogen, im Wärmeübertrager 11 sowie im Wärmeübertrager 3 erwärmt. Ein Teilstrom des Stickstoffes wird über Leitung 12 der Molekularsiebbatterie unter Erwärmung in einer nicht dargestellten elektrischen Heizung als Regeneriergas zugeführt.

Durch Leitung 14 wird flüssiger Sauerstoff bzw. Stickstoff über den Wärmeübertrager 11 zur Unterkühlung abgeführt und der Flüssiggaspumpe 15 zugeführt, die den flüssigen Sauerstoff bzw. Stickstoff über dem Wärmeübertrager 3, in dem der Flüssig-Sauerstoff/Stickstoff in die Gasphase überführt wird, gegen die Drosseleinrichtung 16 auf ein entsprechendes Druckniveau bis zum kritischen oder überkritischen Druck des Sauerstoff/Stickstoff fördert. Über das Rückschlagventil 17, die Leitung 18, das pneumatisch arbeitende Absperrventil 19 gelangt der Sauerstoff/Stickstoff in den Abfüllstrang 20 und über die Flaschenabsperrventile 21 in die nichtdargestellten Druckbehälter.

Das für den Membranstellantrieb des Absperrventils 19 benötigte Arbeitsgas wird der Leitung 18 entnommen und über das Rückschlagventil 23, dem Druckminderer 24 und dem Wegeventil 25 der Arbeitsmembran des Absperrventils 19 zum Öffnen und Offenhalten des Ventils zugeführt.

Während des Füllvorganges der Druckbehälter des Abfüllstrang^ä 20 ist das Wegeventil 26 für das Absperrventil 22 durch Zwangsverriegelung geschlossen, so daß das Absperrventil 22 ebenfalls geschlossen ist und der Abfüllstrang 27 für die nächste Füllung von Druckbehältern vorbereitet werden kann.

Wird nicht die volle Menge an hochverdichtetem Sauerstoff/Stickstoff benötigt, so besteht die Möglichkeit einer Reduzierung der Sauerstoff/Stickstoff-Menge über die Pumpe 15 und die Speicherung der Differenzmenge zur vollen Anlagenleistung in dem Flüssigtank 28. Da dem Kältehaushalt der Anlage diese Wärmemenge entzogen wird, ist es erforderlich, diesen mit einem erhöhten Prozeßluftdruck durch den Kolbenverdichter 1 auszugleichen.

Bei größeren Änderungen der Fahrweise der Luftzerlegungsanlage zu einem anderen Betriebspunkt, z. B. von Gasfahrweise zur Teilflüssigfahrweise wobei der über die Pumpe geförderte Anteil stark reduziert wird, sind an der Drosseleinrichtung entsprechende Nachregulierungen erforderlich, um ein zweckmäßigerweise über dem kritischen Druck liegendes Druckniveau zu gewährleisten.

Die Veränderung des Betriebsregimes der LZA, ist von der Höhe des eingestellten Druckes bei Förderung der Pumpe mit voller Anlagenleistung vom anfänglichen Druck in den Druckbehältern abhängig. Beträgt der erforderliche Flaschendruck bei einer Sauerstoffabfüllung z. B. 22MPa(U), so kann der anfängliche Druck der Flüssiggaspumpe auf 15MPa(U) eingestellt werden. Der Druck der Pumpe erhöht sich erst, wenn der Druck in den Druckbehältern in etwa ebenfalls 15MPa (Ü) erreicht hat und steigt analog bis zur Erreichung des Enddruckes der Behälter, zusätzlich erhöht durch den Druckverlust der Festdrossel und der Rohrleitungen mit den entsprechenden Armaturen.

Verändert man das Fahrregime der Anlage derart, daß 50% des erzeugten Produktgases flüssig gespeichert werden, so fördert die Pumpe also nur noch 50% der Menge, d.h. der Druck würde bei Beginn der Füllung ebenfalls nur noch ca. 50% des vorher eingestellten betragen, also ca. 7,5MPa (Ü). Dieser Druck liegt über dem kritischen des Sauerstoffs, so daß im Falle der Sauerstoffabfüllung die Einstellung der Drosseleinrichtung beibehalten werden kann und erst bei weiterer Verminderung der Fördermenge der Pumpe eine Nachstellung zweckmäßig ist.

Bei einer sehr kurzen Leitungsführung ohne ausreichendes Puffervolumen ist es möglich, im Strang des Arbeitsgases für die Absperrventile der Füllstränge ein Puffergefäß 32 zu installieren bzw. das Arbeitsgas vor der Drosseleinrichtung zu entnehmen.

Eine weitere Möglichkeit zur Bedienung der Ventile ist die Nutzung von Prozeßluft nach der MS-Batterie, das einen Speicher auffüllt und diesen kontinuierlich, entsprechend der Entnahme speist.

Bei einer geplanten bzw. nichtgeplanten Stillsetzung der Luftzerlegungsanlage ist es möglich, bis zur Wiederinbetriebnahme der Anlage bzw. bis zum Verbrauch der gespeicherten Flüssig-Sauerstoff-Menge im Flüssigtank 28 über die Pumpe 29 den durch Fremdenergie (Dampf, elektr. Energie) betriebenen O₂-Verdampfer30 und das Rückschlagventil 31 über die Leitung 18 die Abfüllvorgänge fortzusetzen.

Claims (2)

1. Verfahren zum Betreiben von Flüssiggaspumpen für tiefsiedende verflüssigte Gase, bei dem das Gas in flüssiger Form aus einer zweistufigen Luftzerlegungsanlage entnommen, unterkühlt, verdichtet, in einem Wärmeübertrager in die Gasphase überführt und in Gasbehälter abgefüllt wird, gekennzeichnet dadurch, daß dieses Gas einer Drosseleinrichtung (16) zugeführt und in dieser auf kritischen oder überkritischen Druck des Sauerstoffs oder Stickstoffs gehalten wird und daß das in diesem Druckbereich befindliche Gas als Steuer- bzw. Arbeitsdruck für die pneumatischen Absperrventile (19; 22) genutzt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Arbeitsdruck der Leitung (18) angezapft und zum Öffnen und Schließen der Absperrventile (19; 22) über Rückschlagventil (23), Druckminderer (24) und über Wegeventil (25; 26) zu den Arbeitsmembranen der Absperrventile (19; 22) geführt wird.

Hierzu 1 Seite Zeichnung