DE10147047A1 - Zwei-oder Drei-Turbinen-Kreislauf zur Erzeugung eines Flüssigkeitsprodukts - Google Patents

Zwei-oder Drei-Turbinen-Kreislauf zur Erzeugung eines Flüssigkeitsprodukts

Info

Publication number
DE10147047A1
DE10147047A1 DE10147047A DE10147047A DE10147047A1 DE 10147047 A1 DE10147047 A1 DE 10147047A1 DE 10147047 A DE10147047 A DE 10147047A DE 10147047 A DE10147047 A DE 10147047A DE 10147047 A1 DE10147047 A1 DE 10147047A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pressure
stream
partial
partial stream
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10147047A
Other languages
English (en)
Inventor
Herbert Ing Grad Schoenecker
Juergen Voit
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Priority to DE10147047A priority Critical patent/DE10147047A1/de
Publication of DE10147047A1 publication Critical patent/DE10147047A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0012—Primary atmospheric gases, e.g. air
    • F25J1/0015—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
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0035—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work
    • 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
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0035—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work
    • F25J1/0037—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work of a return stream
    • 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
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/004—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by flash gas recovery
    • 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
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0201—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using only internal refrigeration means, i.e. without external refrigeration
    • F25J1/0202—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using only internal refrigeration means, i.e. without external refrigeration in a quasi-closed internal refrigeration loop
    • 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
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
    • F25J1/0234—Integration with a cryogenic air separation 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
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0285—Combination of different types of drivers mechanically coupled to the same refrigerant compressor, possibly split on multiple compressor casings
    • F25J1/0288—Combination of different types of drivers mechanically coupled to the same refrigerant compressor, possibly split on multiple compressor casings using work extraction by mechanical coupling of compression and expansion of the refrigerant, so-called companders
    • 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
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0294—Multiple compressor casings/strings in parallel, e.g. split arrangement
    • 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
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/04218—Parallel arrangement of the main heat exchange line in cores having different functions, e.g. in low pressure and high pressure cores
    • F25J3/04224—Cores associated with a liquefaction or refrigeration cycle
    • 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
    • F25J3/04357—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 and comprising a gas work expansion loop
    • 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
    • F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F25J3/04393—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using multiple or multistage gas work expansion
    • 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
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/04—Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop
    • F25J2270/06—Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop with multiple gas expansion loops

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)

Abstract

Das Verfahren dient zur Erzeugung eines Flüssigkeitsprodukts, insbesondere von Stickstoff. Ein Gasstrom (1) wird in einem Kreislaufverdichter (2; 2a, 2b) verdichtet. Ein erster Teilstrom (104, 104', 105) des im Kreislaufverdichter verdichteten Gasstroms (4) wird auf eine erste Temperatur (T1) abgekühlt (5; 5a) und in einer warmen Entspannungsmaschine (106), arbeitsleistend auf einen ersten Druck (p1) entspannt. Ein zweiter Teilstrom (203, 204) des im Kreislaufverdichter verdichteten Gasstroms (4) wird auf eine zweite Temperatur (T2) abgekühlt, die niedriger als die erste Temperatur ist (T2 < T1). Anschließend wird er in einer kalten Entspannungsmaschine (205), arbeitsleistend auf einen zweiten Druck (p2) entspannt, der niedriger als der erste Druck ist (p2 < p1). Mindestens ein Teil des entspannten ersten Teilstroms (107) und/oder des entspannten zweiten Teilstroms (206) wird zum Kreislaufverdichter (2; 2a, 2b) zurückgeführt (108, 208). Ein dritter Teilstrom (300, 301) des im Kreislaufverdichter verdichteten Gasstrom (4) wird gegen mindestens einen Teil des entspannten ersten Teilstroms und/oder des entspannten zweiten Teilstroms abgekühlt (5; 5a, 5b), verflüssigt (302) und als Flüssigprodukt (304) abgezogen. Der zweite Druck (p2) liegt höchstens 2 bar über dem Atmosphärendruck.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Flüssigprodukts, insbesondere von Stickstoff, bei dem ein Gasstrom in einem Kreislaufverdichter verdichtet, ein erster Teilstrom des im Kreislaufverdichter verdichteten Gasstroms auf eine erste Temperatur abgekühlt und in einer warmen Entspannungsmaschine arbeitsleistend auf einen ersten Druck entspannt wird, ein zweiter Teilstrom des im Kreislaufverdichter verdichteten Gasstroms auf eine zweite Temperatur abgekühlt wird, die niedriger als die erste Temperatur ist, und in einer kalten Entspannungsmaschine arbeitsleistend auf einen zweiten Druck entspannt wird, der niedriger als der erste Druck ist, wobei mindestens ein Teil des entspannten ersten Teilstroms und/oder des entspannten zweiten Teilstroms zum Kreislaufverdichter zurückgeführt wird, und bei dem ein dritter Teilstrom des im Kreislaufverdichter verdichteten Gasstroms gegen mindestens einen Teil des entspannten ersten Teilstroms und/oder des entspannten zweiten Teilstroms abgekühlt, verflüssigt und als Flüssigprodukt abgezogen wird.
Derartige Verflüssigungs-Prozesse sind aus DE 37 32 364 A und EP 661505 A bekannt. Es handelt sich dabei um Stickstoff-Kreisläufe, die mit einem Zwei-Säulen-Luftzerleger verbunden sind. Wie bei solchen Verfahren allgemein üblich, liegt der Austrittsdruck der beiden Entspannungsmaschinen (Turbinen) etwa auf dem Niveau des Betriebsdrucks der Hochdrucksäule des Luftzerleger, also bei 5 bar oder höher.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das wirtschaftlich besonders günstig zu betreiben ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der zweite Druck (Austrittsdruck der kalten Turbine) höchstens 2 bar höher als der Atmosphärendruck ist. Vorzugsweise ist der zweite Druck größer als der Atmosphärendruck, liegt aber weniger als 1 bar über dem Atmosphärendruck. Typische absolute Werte für den Austrittsdruck der kalten Turbine liegen im Bereich von 1, 2 bis 1,5 bar.
Durch den besonders niedrigen Austrittsdruck entsteht ein entsprechend hohes Druckgefälle an der kalten Entspannungsmaschine. Damit ergibt sich eine besonders hohe Kälteleistung. Selbstverständlich muss der zum Kreislaufverdichter zurückgeführte Anteil des zweiten Teils des Kreislaufstroms auch entsprechend höher rückverdichtet werden. Im Rahmen der Erfindung hat sich herausgestellt, dass sich dennoch insgesamt eine Erhöhung der Effizienz des Kreislaufsystems ergibt.
Es ist günstig, wenn der zweite Teilstrom mindestens teilweise in flüssigem Zustand aus der kalten Entspannungsmaschine austritt und mindestens ein Teil des zweiten Teilstroms als Flüssigprodukt abgezogen wird. Hierzu können beispielsweise der verflüssigte dritte Teilstrom und der aus der kalten Entspannungsmaschine kommende zweite Teilstrom in einen gemeinsamen Abscheider (Phasentrenner) eingeleitet werden. Die Flüssigphase aus dem Abscheider - oder ein Teil davon - wird dann als Flüssigprodukt gewonnen; der gasförmige Anteil aus dem Abscheider wird angewärmt und zum Kreislaufverdichter zurückgeführt.
Die in den Entspannungsmaschinen erzeugte mechanische Energie kann dadurch genutzt werden, dass der erste und/oder der zweite Teilstrom zwischen Kreislaufverdichter und Entspannungsmaschine in einem oder mehreren Nachverdichtern nachverdichtet werden, wobei der oder die Nachverdichter insbesondere mit einer oder den Entspannungsmaschinen mechanisch gekoppelt sind. Vorzugsweise ist jede der beiden Entspannungsmaschinen mit je einem Nachverdichter (Booster) gekoppelt. Die beiden Nachverdichter können entweder seriell geschaltet sein und beispielsweise den ersten und den zweiten Teilstrom gemeinsam oder auch nur einen von beiden vom Austrittsdruck des Kreislaufverdichters auf einen noch höheren Druck bringen. Alternativ können die beiden Nachverdichter parallel geschaltet sein und beispielsweise jeweils einen der beiden genannten Teilströme nachverdichten. In allen Fällen wird der dritte Teilstrom ("Drosselstrom") mit einem der beiden anderen Teilströme oder beiden gemeinsam nachverdichtet.
Vorzugsweise ist der Kreislaufverdichter mehrstufig ausgeführt, und der entspannte erste Teilstrom wird zu einer Zwischenstufe des Kreislaufverdichters zurückgeführt.
Das Kreislaufsystem ist vorzugsweise mit einem Rektifiziersystem verbunden, das mindestens zwei Säulen (eine Hochdruckstufe und eine Niederdruckstufe) aufweist, insbesondere mit einem Zwei-Säulen-Tieftemperatur-Luftzerleger zur Erzeugung von Stickstoff. In diesem Fall ist es günstig, wenn der Gasstrom der Niederdruckstufe des Zwei-Säulen-Rektifiziersystems entnommen wird. Auf die sonst übliche direkte Einspeisung von Gas aus der Hochdruckstufe kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ganz oder teilweise verzichtet werden.
Die arbeitsleistende Entspannung des zweiten Teilstroms kann auch in zwei oder mehr Stufen mit oder ohne Zwischenanwärmung durchgeführt werden.
Das Verfahren kann auch als Drei- oder Mehr-Turbinen-System ausgebildet sein, indem ein vierter Teilstrom unter einer dritten Temperatur, die zwischen der ersten und der zweiten Temperatur liegt, einer dritten Entspannungsmaschine zugeführt und darin arbeitsleistend auf einen dritten Druck entspannt wird. Der dritte Druck kann etwa gleich dem ersten oder zweiten Druck oder aber auch verschieden von diesen beiden Drücken sein. Die dritte Entspannungsmaschine kann beispielsweise mit der ersten oder der zweiten Entspannungsmaschine in Serie geschaltet sein, wobei zwischen den beiden seriell verbundenen Entspannungsmaschinen eine Zwischenanwärmung gegen den dritten Teilstrom vorgenommen werden kann.
Alle drei Entspannungsmaschinen sind vorzugsweise mit einem Nachverdichter gekoppelt. Die drei Nachverdichter können seriell, parallel oder gemischt seriell und parallel verbunden sein. Im letzteren Fall wird beispielsweise der Gesamtstrom zunächst durch einen ersten Nachverdichter und anschließend mindestens teilweise in zwei Zweigen durch zwei andere, parallel geschaltete Nachverdichter geführt.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand 3 von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 ein Zwei-Turbinen-System gemäß der Erfindung und
Fig. 2 ein Drei-Turbinen-System gemäß der Erfindung.
Die Entspannungsmaschinen sind bei beiden Ausführungsbeispielen als Turbinen ausgebildet. In den beiden Zeichnungen tragen die einander entsprechenden Schritte und Bauteile dieselben Bezugszeichen.
Bei dem System von Fig. 1 wird über Leitung 1 ein Gasstrom einem mehrstufigen Kreislaufverdichter 2 zugeführt. Der Gasstrom 1 stammt aus der Niederdruckstufe eines Zwei-Säulen-Luftzerlegers (nicht dargestellt) und steht unter einem Druck zwischen beispielsweise 1,0 bar und 1,4 bar, insbesondere bei etwa 1,05 bar. Der Kreislaufverdichter kann aus vier bis zehn Stufen bestehen; in dem konkreten Beispiel von Fig. 1 ist er siebenstufig ausgebildet. Er weist eine Nachkühlung 3 auf, sowie - entsprechend der Anzahl seiner Stufen - eine oder mehrere Kühlstufen zur Zwischenkühlung (nicht dargestellt).
Der in dem Kreislaufverdichter verdichtete Gasstrom 4 steht beispielsweise unter einem Druck von 28 bis 32 bar, (vorzugsweise etwa 30 bar) und wird in einen ersten Teil 100, der den ersten und den dritten Teilstrom enthält, sowie in einen zweiten Teil 200, der den zweiten Teilstrom darstellt, aufgeteilt. Der erste Teil 100 wird in einem ersten Nachverdichter 101 weiter (auf zum Beispiel 62 bis 72 bar, vorzugsweise etwa 69 bar) verdichtet und anschließend in einem Nachkühler 102 abgekühlt. Er tritt in Form des ersten Teilstroms 104 und des dritten Teilstroms 300 am warmen Ende in einen Kreislauf-Wärmetauscher 5 ein.
Der erste Teilstrom 104 wird bei einer ersten Temperatur T1 (beispielsweise 270 bis 290 K, vorzugsweise etwa 285 K) wieder aus dem Kreislauf-Wärmetauscher 5 entnommen (Leitung 105) und strömt einer warmen Turbine 106 zu. Dort wird er arbeitsleistend auf einen ersten Druck p1 entspannt, der etwa gleich dem Eintrittsdruck einer Zwischenstufe des Kreislaufverdichters 2 ist (im Beispiel 1,5 bis 4,5 bar, vorzugsweise etwa 2 bar). Anschließend tritt er über Leitung 107 am kalten Ende in den Kreislauf-Wärmetauscher 5 ein, wird wieder auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und schließlich dem Eintritt der Zwischenstufe des Kreislaufverdichters 2 zugeführt (108).
Der zweite Teilstrom 200 durchströmt einen zweiten Nachverdichter 201 und dessen Nachkühler 202 und wird über Leitung 203 unter einem Druck von zum Beispiel 50 bis 60 bar, vorzugsweise etwa 55 bar zum warmen Ende des Kreislauf-Wärmetauschers 5 geführt. Bei einer Zwischentemperatur T2, die niedriger als die Temperatur T1, aber höher als die Austrittstemperatur der warmen Turbine 106 ist, (T2 beträgt beispielsweise 150 bis 170 K, vorzugsweise etwa 160 K) wird der zweite Teilstrom 204 einer kalten Turbine 205 zugeleitet und arbeitsleistend auf den Druck entspannt, der in einem Abscheider 310 herrscht (beispielsweise 1,0 bis 1,4 bar, vorzugsweise etwa 1,1 bar). Aus der kalten Turbine tritt ein Zwei-Phasen-Gemisch mit einem Flüssiganteil von beispielsweise 10 bis 20 mol%, vorzugsweise 14 bis 18 mol% aus, das über Leitung 206 in den Abscheider 310 eingeleitet wird. Der Gasanteil strömt über Leitung 207 zurück zum Kreislaufverdichter 2, der Flüssiganteil wird als Flüssigprodukt 304 abgezogen.
Der dritte Teilstrom 300 durchströmt den Kreislauf-Wärmetauscher 5 bis zu dessen kalten Ende, wird auf einen Druck von 1,0 bis 1,4 bar, vorzugsweise etwa 1,1 bar abgedrosselt (302) und dabei teilverflüssigt, und tritt über Leitung 303 in den Abscheider 310 ein. Aus dem Abscheider 310 wird das Flüssigprodukt 304 entnommen und mindestens teilweise einem Produkttank 308 zugeführt. Ein Teil kann auch in das Rektifiziersystem zurückgeleitet werden (nicht dargestellt). Das Flashgas aus der Drosselung 302 wird über die Leitungen 207 und 208 durch den Kreislauf- Wärmetauscher 5 zum Eintritt der ersten Stufe des Kreislaufverdichters 2 zurückgeführt.
Die beiden Turbinen 106, 205 sind mit jeweils einem der Nachverdichter 101, 201 über eine gemeinsame Welle gekoppelt. Beide Turbinen können je nach Druckgefälle ein- oder mehrstufig sein. Um das Druckgefälle der warmen (106) oder der kalten (205) Turbine an eine Baugruppe anzupassen, kann der erste Teilstrom (100, 104) oder der zweite Teilstrom (200) einer Zwischenstufe des Kreislaufverdichters (2) entnommen werden.
In Fig. 2 sind zwei Stufen-Gruppen 2a, 2b des Kreislaufverdichters separat dargestellt, zusammen mit einem Zwischenkühler 3a und einem Nachkühler 3b.
Außerdem wird der Kreislauf-Wärmetauscher durch zwei Blöcke 5a, 5b gebildet.
Der Gesamtstrom 4, der aus dem Kreislaufverdichter 2b austritt, wird in einem ersten Nachverdichter 101' weiter auf einen Zwischendruck (35 bis 45 bar, vorzugsweise etwa 41 bar) verdichtet. Stromabwärts eines Nachkühlers 102' wird der Gasstrom 7 unter diesem Zwischendruck in den ersten Teilstrom 104' und einen Strom 8 aufgeteilt.
Nach Abkühlung auf eine erste Zwischentemperatur T1 im Kreislauf-Wärmetauscher 5a wird der erste Teilstrom 105 zur warmen Entspannungsturbine 106 geleitet und dort auf etwa den Eintrittsdruck der zweiten Stufen-Gruppe 2b des Kreislaufverdichters entspannt (2 bis 8 bar, vorzugsweise etwa 5 bar). Der entspannte erste Teilstrom 107 wird in das kalte Ende des Blocks 5a des Kreislauf-Wärmetauschers eingeführt, auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und über Leitung 108 mit dem Gas vermischt, das aus der ersten Stufen-Gruppe 2a des Kreislaufverdichters austritt.
Der Rest 8 des Gasstroms umfasst den zweiten und den dritten Teilstrom. Der Strom 8 fließt, aufgeteilt in die Zweige 9a und 9b, durch die beiden parallel geschalteten Nachverdichter 201', 301. Nach Wiedervereinigung der beiden Zweige an der Stelle 10 erfolgt eine Nachkühlung 11 und die Einführung in den Kreislauf-Wärmetauscher 5a über Leitung 12.
Der zweite Teilstrom 305 wird bei einer dritten Zwischentemperatur T3 aus dem Strom 13 abgezweigt und in einer mittleren Turbine 306 auf etwa den Eintrittsdruck der kalten Turbine 205 entspannt. Der zwischenentspannte zweite Teilstrom 307 wird im Block 5b des Kreislauf-Wärmetauschers auf die Zwischentemperatur T2 angewärmt.
Anschließend strömt er zur kalten Entspannungsturbine 205 und wird dort auf etwa den Eintrittsdruck der ersten Stufengruppe 2a des Kreislaufverdichters entspannt (Zahlenwerte siehe Fig. 1). Der entspannte zweite Teilstrom 206 fließt wie der in 302 gedrosselte dritte Teilstrom 301, 303 in den Abscheider 310. Das Flashgas strömt über die Leitungen 207 und 208 zum Kreislaufverdichter 2a, 2b zurück. Diesem Strom kann zusätzlich Stickstoff 20 aus der Hochdrucksäule des Luftzerlegers hinzugefügt werden.
Die Nachverdichter 101', 201' und 301 sind wie dargestellt unmittelbar mechanisch mit den Turbinen 106, 205 beziehungsweise 306 gekoppelt.
Die Eintrittstemperaturen der Turbinen können in der Ausführungsvariante von Fig. 2 beispielsweise folgende Werte annehmen:
T1 (Turbine 106): 240 bis 300 K, vorzugsweise etwa 270 K
T2 (Turbine 205): 130 bis 150 K, vorzugsweise etwa 140 K
T3 (Turbine 306): 150 bis 190 K, vorzugsweise etwa 170 K
Die Austrittstemperaturen liegen zum Beispiel in den folgenden Bereichen:
Turbine 106: 150 bis 190 K, vorzugsweise etwa 167 K
Turbine 205: 73 bis 85 K, vorzugsweise etwa 80 K
Turbine 306: 110 bis 150 K, vorzugsweise etwa 130 K

Claims (6)

1. Verfahren zur Erzeugung eines Flüssigprodukts, insbesondere von Stickstoff, bei dem ein Gasstrom (1) in einem Kreislaufverdichter (2; 2a, 2b) verdichtet, ein erster Teilstrom (104, 104', 105) des im Kreislaufverdichter verdichteten Gasstroms (4) auf eine erste Temperatur (T1) abgekühlt (5; 5a) und in einer warmen Entspannungsmaschine (106) arbeitsleistend auf einen ersten Druck (p1) entspannt wird, ein zweiter Teilstrom (203, 204) des im Kreislaufverdichter verdichteten Gasstroms (4) auf eine zweite Temperatur (T2) abgekühlt wird, die niedriger als die erste Temperatur ist (T2 < T1), und in einer kalten Entspannungsmaschine (205) arbeitsleistend auf einen zweiten Druck (p2) entspannt wird, der niedriger als der erste Druck ist (p2 < p1), wobei mindestens ein Teil des entspannten ersten Teilstroms (107) und/oder des entspannten zweiten Teilstroms (206) zum Kreislaufverdichter (2; 2a, 2b) zurückgeführt (108, 208) wird, und bei dem ein dritter Teilstrom (300, 301) des im Kreislaufverdichter verdichteten Gasstroms (4) gegen mindestens einen Teil des entspannten ersten Teilstroms und/oder des entspannten zweiten Teilstroms abgekühlt (5; 5a, 5b), verflüssigt (302) und als Flüssigprodukt (304) abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Druck (p2) höchstens 2 bar über dem Atmosphärendruck liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilstrom (206) mindestens teilweise in flüssigem Zustand aus der kalten Entspannungsmaschine (205) austritt und mindestens ein Teil des zweiten Teilstroms als Flüssigprodukt (304) abgezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Teilstrom zwischen Kreislaufverdichter und Entspannungsmaschine in einem oder mehreren Nachverdichtern (101, 201; 101', 201') nachverdichtet werden, wobei der oder die Nachverdichter (101, 201; 101', 201') insbesondere mit einer oder den Entspannungsmaschinen (106, 205) mechanisch gekoppelt sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislaufverdichter (2; 2a, 2b) mehrstufig ausgeführt ist und der entspannte erste Teilstrom (107) zu einer Zwischenstufe des Kreislaufverdichters zurückgeführt (108) wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom (1) der Niederdruckstufe eines Zwei-Säulen-Rektifiziersystems entnommen wird, das eine Hochdruckstufe und eine Niederdruckstufe aufweist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilstrom (305) unter einer dritten Temperatur (T3), die zwischen der ersten und der zweiten Temperatur liegt (T1 < T3 < T2), einer dritten Entspannungsmaschine (306) zugeführt und darin arbeitsleistend auf einen dritten Druck (p3) entspannt wird, der etwa gleich dem Eintrittsdruck der kalten Turbine (205) ist.
DE10147047A 2000-11-20 2001-09-25 Zwei-oder Drei-Turbinen-Kreislauf zur Erzeugung eines Flüssigkeitsprodukts Withdrawn DE10147047A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10147047A DE10147047A1 (de) 2000-11-20 2001-09-25 Zwei-oder Drei-Turbinen-Kreislauf zur Erzeugung eines Flüssigkeitsprodukts

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10057459 2000-11-20
DE10147047A DE10147047A1 (de) 2000-11-20 2001-09-25 Zwei-oder Drei-Turbinen-Kreislauf zur Erzeugung eines Flüssigkeitsprodukts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10147047A1 true DE10147047A1 (de) 2002-07-04

Family

ID=7663928

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10147047A Withdrawn DE10147047A1 (de) 2000-11-20 2001-09-25 Zwei-oder Drei-Turbinen-Kreislauf zur Erzeugung eines Flüssigkeitsprodukts

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10147047A1 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010058277A2 (en) * 2008-11-18 2010-05-27 Air Products And Chemicals, Inc. Liquefaction method and system
WO2012013231A3 (en) * 2010-07-28 2013-04-25 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated liquid storage
WO2014006426A3 (en) * 2012-07-06 2015-08-06 Highview Enterprises Limited Method and apparatus for cooling in liquefaction process
US10876433B2 (en) 2016-02-02 2020-12-29 Highview Enterprises Limited Power recovery
CN114234556A (zh) * 2022-02-24 2022-03-25 杭州制氧机集团股份有限公司 一种回收液氧冷量的升压汽化装置及其使用方法

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010058277A3 (en) * 2008-11-18 2011-10-13 Air Products And Chemicals, Inc. Liquefaction method and system
CN102334001A (zh) * 2008-11-18 2012-01-25 气体产品与化学公司 液化方法和系统
US8464551B2 (en) 2008-11-18 2013-06-18 Air Products And Chemicals, Inc. Liquefaction method and system
US8656733B2 (en) 2008-11-18 2014-02-25 Air Products And Chemicals, Inc. Liquefaction method and system
WO2010058277A2 (en) * 2008-11-18 2010-05-27 Air Products And Chemicals, Inc. Liquefaction method and system
CN103270381B (zh) * 2010-07-28 2016-04-13 气体产品与化学公司 一种用于使气体液化的系统和工艺
WO2012013231A3 (en) * 2010-07-28 2013-04-25 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated liquid storage
CN103270381A (zh) * 2010-07-28 2013-08-28 气体产品与化学公司 集成液体存储器
RU2531099C1 (ru) * 2010-07-28 2014-10-20 Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. Комплексное хранение жидкости
WO2014006426A3 (en) * 2012-07-06 2015-08-06 Highview Enterprises Limited Method and apparatus for cooling in liquefaction process
JP2015531047A (ja) * 2012-07-06 2015-10-29 ハイヴュー・エンタープライゼズ・リミテッド 液化プロセスにおける冷却のための方法及び装置
CN104870920A (zh) * 2012-07-06 2015-08-26 高维有限公司 用于液化过程中的冷却的方法和设备
AU2013285183B2 (en) * 2012-07-06 2016-11-24 Highview Enterprises Limited Method and apparatus for cooling in liquefaction process
GB2503764B (en) * 2012-07-06 2017-08-23 Highview Entpr Ltd Method and apparatus for cooling in liquefaction process
CN104870920B (zh) * 2012-07-06 2017-10-03 高维有限公司 用于液化过程中的冷却的方法和设备
JP2017223436A (ja) * 2012-07-06 2017-12-21 ハイヴュー・エンタープライゼズ・リミテッド 液化プロセスにおける冷却のための方法及び装置
US10876433B2 (en) 2016-02-02 2020-12-29 Highview Enterprises Limited Power recovery
CN114234556A (zh) * 2022-02-24 2022-03-25 杭州制氧机集团股份有限公司 一种回收液氧冷量的升压汽化装置及其使用方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0093448B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von gasförmigem Sauerstoff unter erhöhtem Druck
EP3175192B1 (de) Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungsanlage
EP1067345B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP1994344A1 (de) Vefahren und vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft
EP3179187B1 (de) Verfahren zur gewinnung eines flüssigen und eines gasförmigen, sauerstoffreichen luftprodukts in einer luftzerlegungsanlage und luftzerlegungsanlage
EP1139046A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung eines Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE102010052545A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung eines gasförmigen Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP1074805B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Sauerstoff unter überatmosphärischem Druck
EP2313724A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft
EP2963369B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft
EP3924677A1 (de) Verfahren und anlage zur bereitstellung eines oder mehrerer sauerstoffreicher, gasförmiger luftprodukte
EP0795727A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Verflüssigung eines tiefsiedenden Gases
DE19537913A1 (de) Dreifachsäulenverfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE10147047A1 (de) Zwei-oder Drei-Turbinen-Kreislauf zur Erzeugung eines Flüssigkeitsprodukts
EP1586838A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur variablen Erzeugung eines Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE19720453A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Stickstoff durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP1189001B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung hoch reinen Stickstoffs durch Tieftemperatur-Luftzerlegung
EP1199532A1 (de) Drei-Säulen-System zur Tieftemperatur-Zerlegung von Luft
EP3671085A1 (de) Anordnung und verfahren zum rückgewinnen von verdichtungswärme aus luft, die in einer luftbearbeitungsanlage verdichtet und bearbeitet wird
EP4127583B1 (de) Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft
DE102010055448A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
WO2023030689A1 (de) Verfahren zur gewinnung eines oder mehrerer luftprodukte und luftzerlegungsanlage
DE19545777C1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Verflüssigung eines tiefsiedenden Gases, insbesondere von Stickstoff
EP0775880A2 (de) Doppelsäulenverfahren und -vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE3216502A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von gasfoermigem sauerstoff unter erhoehtem druck

Legal Events

Date Code Title Description
8139 Disposal/non-payment of the annual fee