DE10047102A1 - Regelverfahren für eine Tieftemperatur-Rektifikationsanlage - Google Patents
Regelverfahren für eine Tieftemperatur-RektifikationsanlageInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Kapazität einer Tieftemperatur-Rektifikationsanlage, bei dem ein Fluid in eine bei höherem Druck arbeitende Kolonne (1) einer Tieftemperatur-Rektifikationsanlage eingeleitet wird, welche die bei höherem Druck arbeitende Kolonne (1) und eine bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne (2) aufweist, und bei dem Flüssigkeit von dem Sumpf der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne (1) in die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne (2) geleitet wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der Flüssigkeit, die aus dem Sumpf der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne (1) entnommen wird und der bei niedrigem Druck arbeitenden Kolonne (2) zugeführt wird, über eine Durchflussregelung (4) geregelt wird, wobei eine Stellgröße für die Durchflussregelung (4) auf eine gewünschte Durchflussmenge eingestellt ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Kapazität einer Tieftemperatur-
Rektifikationsanlage, bei dem ein Fluid in eine bei höherem Druck arbeitende Kolonne
einer Tieftemperatur-Rektifikationsanalge eingeleitet wird, welche die bei höherem
Druck arbeitende Kolonne und eine bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne
aufweist, und bei dem Flüssigkeit von dem Sumpf der bei höherem Druck arbeitenden
Kolonne in die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne geleitet wird.
Bekannt sind Regelverfahren zur Änderung der Kapazität einer Tieftemperatur-
Rektifikationsanlage, bei denen in der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne ein
Sollwerts für den Sumpfpegel als Stellgröße eingestellt wird. Durch Änderung des
Sollwerts des Sumpfpegels wird die Anlage auf eine geänderte Menge an Einsatzfluid
eingestellt. Dis Änderung der Kapazität wird auch Lastwechsel genannt. Bei einer mit
einem Lastwechsel einhergehenden Änderung der Menge des Einsatzfluids tritt in der
Rektifikationskolonne vorübergehend eine Änderung des Verhältnisses von Flüssigkeit
zu Dampf (F/D-Verhältnis) auf. Diese Änderung zieht eine unerwünschte Änderung der
Reinheit der Produkte nach sich. Die bekannten Regelverfahren haben daher zum Ziel,
das F/D-Verhältnis möglichst konstant zu halten, so dass die Produkte der
Rektifikationsanlage für verschiedene Lastfälle der Anlage die gleiche Reinheit
aufweisen. Dies wird bei allen bekannten Verfahren durch eine Regelung des
Sumpfpegels erreicht, die den Pegelstand als Stellgröße benutzt. Derartige
Regelverfahren sind beispielsweise aus den Druckschriften EP 0 684 436 oder US 3,912,476
bekannt.
Darüber hinaus ist es bekannt, zum Konstanthalten des F/D-Verhältnisses
Pufferspeicher einzusetzen. Diese Methode ist jedoch mit einem erheblichen baulichen
Aufwand verbunden.
Bekannt ist außerdem, dass nicht nur bei Kapazitätsänderungen Maßnahmen ergriffen
werden müssen, um das F/D-Verhältnis konstant zu halten, sondern auch bei
auftretenden Betriebsstörungen. Beispielsweise führen Schwankungen in der
Luftmenge bei einer Luftzerlegungsanlage zu unterschiedlichen Flüssigkeitszuläufen in
den Sumpf der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne. Bei der bekannten
Sumpfstandregelung, die den Sumpfstand konstant hält, wird die geänderte
Flüssigkeitszulaufmenge auch als ebenso geänderte Flüssigkeitsablaufmenge
weitergegeben. Das heißt, das aus dem Sumpf der bei höherem Druck arbeitenden
Kolonne variable Stöme in die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne. Dies wirkt
sich in der bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne negativ aus, weil die variable
Flüssigkeitsaufgabe die Rektifikation stört.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Verfügung zu
steilen, das eine Tieftemperatur-Rektifikation mit gleichbleibender Produktreinheit bei
Lastwechsel, wie auch bei Betriebsstörungen mit schwankender Einsatzfluidmenge
gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Menge der Flüssigkeit,
die aus dem Sumpf der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne entnommen wird und
der bei niedriegerem Druck arbeitenden Kolonne zugeführt wird, über eine
Durchflussregelung geregelt wird, wobei eine Stellgröße für die Durchflussregelung auf
eine gewünschte Durchflussmenge eingestellt ist. Dabei ist als Durchflussregelung
bevorzugt eine FIC-Einheit (Flow Indicated Control) als Regelungskomponente
eingesetzt. Diese Einheit weist üblicherweise einen Durchflussmesser, sowie
mindestens ein mit dem Durchflussmesser über eine Regelungsleitung verbundenes,
ansteuerbares Ventil auf.
Bevorzugt ist die Tieftemperatur-Rektifikationsanlage eine Tieftemperatur-
Rektifikationsanlage zur Luftzerlegung. Besonders bevorzugt wird zur Erhöhung der
Betriebssicherheit zusätzlich zur Durchflussregelung ein Sumpfpegelanzeiger (Level
lndicator) eingesetzt, dessen Zweck darin besteht, die Überschreitung eines
festgelegten Maximalwerts für den Sumpfpegel anzuzeigen, sowie die Unterschreitung
eines festgelegten Minimalwerts. Zweckmäßigerweise wird bei den beschriebenen
Unter- bzw. Überschreitungen ein Warnsignal abgegeben.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Tieftemperatur-
Rektifikationsanlage zusätzlich zu der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne und der
bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne eine Argonkolonne mit einem
Kopfkondensator aufweist und Flüssigkeit von dem Sumpf der bei höherem Druck
arbeitenden Kolonne in den Kopfkondensator und von dem Kopfkondensator in die bei
niedrigerem Druck arbeitende Kolonne geleitet wird, wobei die Menge der Flüssigkeit,
die aus dem Sumpf der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne entnommen wird,
mittels einer Durchflussregelung geregelt wird, wobei ein Ventil angesteuert wird, das
die Menge an zuzuführendem Fluid in die bei niedriegerem Druck arbeitende Kolonne
bestimmt, und ein Ventil angesteuert wird, das die entsprechende Menge an Fluid in
den Kopfkondensator der Argonkolonne eintreten lässt.
Besonders vorteilhaft wird der Öffnungsgrad der beiden Ventile mittels einer Split-
Range-Regelung vorgegeben. Dabei erfolgt eine Aufteilung der aus dem Sumpf
entnommenen Flüssigkeitsmenge. Vorteilhaft wird die Verteilung der Menge auf die
beiden Ventile in Anteilen vorgegeben. Bei einer Änderung der Durchflussmenge
passen sich die Ventilstellungen entsprechend ihrer Anteile automatisch an.
Zweckmäßigerweise werden der Sumpf und das anschließende Leitungsnetz in der bei
höherem Druck arbeitenden Kolonne, sowie gegebenenfalls im Kopfkondensator der
Argonkolonne als Flüssigkeitspuffer bei Laständerungen eingesetzt. Damit wird das
konstanthalten des F/D-Verhältnisses erleichtert. Mit Vorteil wird auch eine
Kombination von beidem als Pufferspeicher eingesetzt.
Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass auch bei Schwankungen der
Einsatzfluidmenge nur eine konstante Flüssigkeitsmenge aus dem Sumpf der bei
höherem Druck arbeitenden Kolonne entnommen wird. Dadurch bleibt die
Flüsigkeitsaufgabe in die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne konstant und
ungestört. Die Rektifikation in der bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne bleibt
unverändert gut. Die Produktreinheit bleibt erhalten. Die Änderung der
Einsatzfluidmenge macht sich jeweils nur in einer Änderung des Sumpfpegels
bemerkbar, der somit in bestimmten Grenzen fallen oder steigen kann, ohne dass das
störende Auswirkungen auf die Rektifikation hat.
Des Weiteren ist eine Durchflussregelung eine einfach, mit geringem Aufwand an
Bauteilen zu realisierende, zuverlässige Regelungsmethode.
Im folgenden soll die Erfindung anhand von in den Figuren schematisch dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert werden:
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Tieftemperatur-Rektifikationsanlage, die zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine FIC-Regelung
aufweist.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt einer Tieftemperatur-Rektifikationsanlage mit
Argonkolonne, wobei zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens eine FIC-Regelung vorgesehen ist, die zwei Ventile
ansteuert.
Im einzelnen ist in der Fig. 1 eine bei höherem Druck arbeitende Kolonne 1, eine bei
niedrigerem Druck arbeitende Kolonne 2, ein Unterkühler 3, sowie eine FIC-Regelung
4 (Flow Indicated Control 4), ein Ventil 5, sowie eine Regelungsleitung 6 gezeigt. Die
aus dem Sumpf der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne 1 entnommene
Flüssigkeit wird über den Unterkühler 3 zu der FIC-Regelung 4 geleitet, die einen
Durchflussmesser aufweist. Der Durchfluss und die sich daraus ergebende
Einspeisung über das Ventil 5 in die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne 2 wird
so geregelt, dass das F/D-Verhältnis in der Kolonne 2 auch bei sich ändernder
Einsatzluftmenge konstant bleibt. Mit besonderem Vorteil wird der Durchfluss des
Fluids gemessen nachdem das Fluid den Unterkühler 3 passiert hat. Zur Erhöhung der
Sicherheit ist im Bereich des Sumpfes der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne 1
vorteilhaft ein Sumpfpegelanzeiger 7 (Level Indicator 7) angebracht, der bei
Überschreitung eines festgelegten Maximalwerts für den Sumpfpegel sowie bei
Unterschreitung eines festgelegten Minimalwerts ein Signal abgibt.
Die Fig. 2 zeigt zusätzlich zu den bereits im Abschnitt über die Fig. 1 beschriebenen
Komponenten eine Argonkolonne 8, einen Kopfkondensator 9 der Argonkolonne 8,
sowie eine zweite Regelungsleitung 10, die ein zweites Ventil 11 ansteuert, durch das
die Zufuhrmenge an Fluid in den Kopfkondensator 9 der Argonkolonne 8 eingespeist
wird. Die FIC-Regelung 4 ist in diesem Beispiel als Split-Range-Regelung 4 ausgeführt,
wodurch sichergestellt ist, dass die Aufteilung der aus dem Sumpf entnommenen
Flüssigkeitsmenge auf die beiden Ventile 5, 11 bei einer Änderung der
Durchflussmenge durch die FIC-Einheit so angepasst wird, dass sich die
Ventilstellungen entsprechend ihren Fluidanteilen automatisch nachregeln.
Claims (4)
1. Verfahren zur Regelung der Kapazität einer Tieftemperatur-Rektifikationsanlage,
bei dem ein Fluid in eine bei höherem Druck arbeitende Kolonne (1) einer
Tieftemperatur Rektifikationsanlage eingeleitet wird, welche die bei höherem
Druck arbeitende Kolonne (1) und eine bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne
(2) aufweist, und bei dem Flüssigkeit von dem Sumpf der bei höherem Druck
arbeitenden Kolonne (1) in die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne (2)
geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der Flüssigkeit, die aus
dem Sumpf der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne (1) entnommen wird und
der bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne (2) zugeführt wird, über eine
Durchflussregelung (4) geregelt wird, wobei eine Stellgröße für die
Durchflussregelung (4) auf eine gewünschte Durchflussmenge eingestellt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tieftemperatur-
Rektifikationsanlage eine Tieftemperatur-Rektifikationsanlage zur Luftzerlegung
ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Tieftemperatur-Rektifikationsanlage zusätzlich zu der bei höherem Druck
arbeitenden Kolonne (1) und der bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne (2)
eine Argonkolonne (8) mit einem Kopfkondensator (9) aufweist und Flüssigkeit von
dem Sumpf der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne (1) in den
Kopfkondensator (9) und von dem Kopfkondensator (9) in die bei niedrigerem
Druck arbeitende Kolonne (2) geleitet wird, wobei die Menge der Flüssigkeit, die
aus dem Sumpf der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne (1) entnommen wird,
mittels einer Durchflussregelung (4) geregelt wird, wobei ein Ventil (5) angesteuert
wird, das die Menge an zuzuführendem Fluid in die bei niedrigerem Druck
arbeitende Kolonne (2) bestimmt, und ein Ventil (11) angesteuert wird, das die
entsprechende Menge an Fluid in den Kopfkondensator (9) der Argonkolonne (8)
eintreten lässt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsgrad der
beiden Ventile (5, 11) mittels einer Split-Range-Regelung (4) vorgegeben wird.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |