DE10158328A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von flüssigem Sauerstoff und flüssigem Stickstoff - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von flüssigem Sauerstoff und flüssigem Stickstoff

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Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur gleichzeitigen oder aufeinander folgenden Erzeugung von flüssigem Sauerstoff und flüssigem Stickstoff. Zu verflüssigendes Gas (Sauerstoff und/oder Stickstoff 1, 1a) wird in einem Verflüssigungs-Wärmetauscher (41) durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Kreislaufmedium (40) verflüssigt. Das Kreislaufmedium wird in einem Kältekreislauf verdichtet (3, 9), abgekühlt (13), arbeitsleistend entspannt (14, 24) und mindestens teilweise verflüssigt, wieder angewärmt (13) und der Verdichtung (3, 9) zugeführt (6, 7, 15, 25, 27, 34, 35). Das Kreislaufmedium weist einen Argongehalt von mindestens 10 Mol.-% auf.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichzeitigen oder aufeinander folgenden Erzeugung von flüssigem Sauerstoff und flüssigem Stickstoff, bei dem zu verflüssigendes Gas in einem Verflüssigungs-Wärmetauscher durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Kreislaufmedium verflüssigt wird, wobei das Kreislaufmedium in einem Kältekreislauf verdichtet, abgekühlt, arbeitsleistend entspannt und mindestens teilweise verflüssigt, wieder angewärmt und der Verdichtung zugeführt wird.
  • Stickstoff-Verflüssigungsverfahren mit Kältekreislauf sind allgemein bekannt, zum Beispiel aus DE 25 48 222 B, DE 37 32 364 A, EP 316768 A, DE 40 30 750 A, DE 43 03 771 A, DE 44 18 435 A, EP 795727 A oder EP 949471 A. Aus US 5678425 ist außerdem bekannt, ein derartiges Verfahren in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen zu betreiben. Im einen Betriebszustand wird ausschließlich Flüssigstickstoff produziert, im anderen Flüssigstickstoff und Flüssigsauerstoff. In beiden Fällen wird Luft als Kreislaufmedium eingesetzt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine entsprechende Vorrichtung anzugeben, die für die Produktion von flüssigem Sauerstoff und flüssigem Stickstoff geeignet sind und einen besonders niedrigen Energieverbrauch aufweisen. Die Verflüssigung von Sauerstoff und Stickstoff kann dabei entweder gleichzeitig oder zeitlich versetzt in verschiedenen Betriebszuständen erfolgen.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Kreislaufmedium einen Argongehalt von mindestens 10 mol% aufweist.
  • Durch den Verzicht auf die Verwendung von Luft oder im Wesentlichen reinem Stickstoff als Kreislauf-Fluid kann der Kälteerzeugungs- und Verflüssigungsprozess optimal an das zu verflüssigende Gas angepasst werden, um einen möglichst geringen Energieverbrauch bei der Verflüssigung zu erzielen. Gleichzeitig oder zu verschiedenen Zeitpunkten (erster und zweiter Betriebszustand) können dabei in derselben Anlage unterschiedliche Flüssigprodukte gewonnen werden (Stickstoff und Sauerstoff), ohne dass bei der Wirtschaftlichkeit des Prozesses Abstriche gemacht werden müssen. Beispielsweise wird bei der Erzeugung von flüssigem Sauerstoff 5% weniger Energie verbraucht, wenn als Kreislaufmedium Argon oder ein Argon und Sauerstoff enthaltendes Gemisch anstelle von Stickstoff verwendet wird.
  • Vorzugsweise weist das Kreislaufmedium einen Argongehalt von mindestens 50 mol%, insbesondere mindestens 80 mol%, insbesondere mindestens 95 mol%, auf. Es kann beispielsweise durch gasförmiges Roh- oder Reinargon aus einer Tieftemperatur- Luftzerlegungsanlage oder durch eine entsprechende Flüssigkeit aus einem Speichertank gebildet werden.
  • In einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Sauerstoff und Stickstoff gleichzeitig als zu verflüssigende Gase in den Verflüssigungs- Wärmetauscher eingeleitet. Der Verflüssigungs-Wärmetauscher enthält also getrennte Gruppen von Passagen für Sauerstoff und Stickstoff.
  • Gemäß einer zweiten Variante der Erfindung wird in einem ersten Betriebszustand Sauerstoff als zu verflüssigendes Gas in den Verflüssigungs-Wärmetauscher eingeleitet und in einem zweiten Betriebszustand wird Stickstoff als zu verflüssigendes Gas in den Verflüssigungs-Wärmetauscher eingeleitet. Der Verflüssigungs- Wärmetauscher braucht hier nur eine Gruppe von Passagen für zu verflüssigendes Gas aufzuweisen, die zwischen Sauerstoff und Stickstoff umgeschaltet werden.
  • Das zu verflüssigende Gas wird vorzugsweise in beiden Betriebszuständen aus einer Luftzerlegungsanlage, insbesondere einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage, entnommen.
  • Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Erzeugung von flüssigem Sauerstoff und/oder flüssigem Stickstoff gemäß den Patentansprüchen 6 bis 9.
  • Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiele, das in der Zeichnungen schematisch dargestellt ist, näher erläutert.
  • Zu verflüssigendes Gas 1 wird unter etwa atmosphärischem Druck in einen Verflüssigungs-Wärmetauscher 41 eingeführt und dort verflüssigt. Über Leitung 2 wird das Flüssigprodukt einem Verbraucher und/oder einem Flüssigtank zugeleitet.
  • In einem Kältekreislauf wird ein Kreislaufmedium 35 unter etwa atmosphärischem Druck einem Feedgas-Verdichter 3 mit Nachkühler 4 zugeführt und dort auf einen Zwischendruck von beispielsweise 3 bis 8 bar, vorzugsweise 4 bis 6 bar komprimiert. Unter diesem Druck werden zwei weitere Ströme 6, 7 des Kreislaufmediums zugemischt. Der kombinierte Gasstrom 8 wird in einem Kreislauf-Verdichter 9 mit Nachkühler 10 auf einen hohen Druck von beispielsweise 24 bis 33 bar, vorzugsweise 26 bis 31 bar verdichtet.
  • Ein erster Teilstrom 12 des Hochdruckgases 11 wird in einem Kreislauf- Wärmetauscher 13 auf eine erste Zwischentemperatur abgekühlt und anschließend in einer warmen Turbine 14 arbeitsleistend auf etwa den Zwischendruck entspannt. Der entspannte erste Teilstrom des Kreislaufmediums strömt über die Leitungen 15, 7 und 8 durch den Kreislauf-Wärmetauscher 13 zum Eintritt des Kreislauf-Verdichters 9 zurück.
  • Ein zweiter (22) und dritter (23) Teilstrom des Hochdruckgases 11 werden zunächst gemeinsam (16) in den seriell geschalteten Nachverdichtern 17, 19 mit Nachkühlern 18, 20 auf einen noch höheren Druck von beispielsweise 50 bis 70 bar, vorzugsweise 60 bis 65 bar gebracht, der in Leitung 21 herrscht. Anschließend wird der zweite Teilstrom 22 im Kreislauf-Wärmetauscher 13 auf eine zweite, niedrigere Zwischentemperatur abgekühlt und anschließend in einer kalten Turbine 24 arbeitsleistend auf etwa den Zwischendruck entspannt. Das dabei entstandene Zwei- Phasen-Gemisch 25 wird in einen Zwischendruck-Abscheider (Phasentrenner) 26 eingeführt. Dampf aus dem Zwischendruck-Abscheider 26 strömt über die Leitungen 27, 6 und 8 durch den Kreislauf-Wärmetauscher 13 zum Eintritt des Kreislauf- Verdichters 9 zurück.
  • Der dritte Teilstrom 23 wird bis zum kalten Ende des Kreislauf-Wärmetauschers 13 geführt, anschließend auf etwa den Zwischendruck drosselentspannt (28) und über Leitung 29 in den Zwischendruck-Abscheider (Phasentrenner) 26 eingeleitet. Die Flüssigkeit 30 wird weiter auf etwa Atmosphärendruck entspannt (31) und in einem Niederdruck-Abscheider 32 einer weiteren Phasentrennung unterworfen. Die verbleibende Flüssigkeit 40 strömt in den Verflüssigungs-Wärmetauscher 41, während das Flashgas über die Leitungen 34, 35 und 2 durch den Kreislauf-Wärmetauscher 13 zum Eintritt des Feedgas-Verdichters 3 zurückfließt.
  • Das flüssige Kreislaufmedium 40 wird in dem Verflüssigungs-Wärmetauscher im Wesentlichen vollständig verdampft. Das dabei gebildete Gas 42 strömt über die Leitungen 43 34, 35 und 2 durch den Kreislauf-Wärmetauscher 13 zum Eintritt des Feedgas-Verdichters 3 zurück. Verluste an Kreislaufmedium werden über die Leitungen 44 und/oder 45 aufgefüllt, indem von Zeit zu Zeit warmes Kreislaufmedium 44 oder kaltes Kreislaufmedium 45 - zum Beispiel aus einem Tank oder einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage - zugeführt wird.
  • In einer ersten Variante weist der Verflüssigungs-Wärmetauscher 41 lediglich eine Gruppe von Verflüssigungspassagen auf. In einem ersten Betriebszustand wird gasförmiger Sauerstoff - zum Beispiel aus einem Tank oder einer Tieftemperatur- Luftzerlegungsanlage - über Leitung 1 zum Verflüssigungs-Wärmetauscher 41 geführt und damit in Leitung 2 flüssiger Sauerstoff erzeugt. Mit einem Umschaltvorgang (gegebenenfalls mit Spülung der Leitungen 1, 2) kann in einen zweiten Betriebszustand gewechselt werden, in dem Leitung 1 mit einer Quelle für gasförmigen Stickstoff verbunden ist, die sich beispielsweise ebenfalls in einer Tieftemperatur- Luftzerlegungsanlage befindet. In diesem zweiten Betriebszustand wird dann in Leitung 2 flüssiger Stickstoff erzeugt. Das Kreislaufmedium hat in beiden Betriebszuständen die gleiche Zusammensetzung.
  • Die gestrichelt dargestellten Leitungen 1a und 2a sind für eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendig, in der gleichzeitig flüssiger Sauerstoff (Leitungen 1, 2) und flüssiger Stickstoff (Leitungen 1a, 2a) gewonnen wird.

Claims (9)

1. Verfahren zur gleichzeitigen oder aufeinander folgenden Erzeugung von flüssigem Sauerstoff und flüssigem Stickstoff, bei dem zu verflüssigendes Gas (1, 1a) in einem Verflüssigungs-Wärmetauscher (41) durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Kreislaufmedium (40) verflüssigt wird, wobei das Kreislaufmedium in einem Kältekreislauf verdichtet (3, 9), abgekühlt (13), arbeitsleistend entspannt (14, 24) und mindestens teilweise verflüssigt, wieder angewärmt (13) und der Verdichtung (3, 9) zugeführt (6, 7, 15, 25, 27, 34, 35) wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreislaufmedium einen Argongehalt von mindestens 10 mol% aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreislaufmedium einen Argongehalt von mindestens 50 mol%, insbesondere mindestens 80 mol%, insbesondere mindestens 95 mol%, aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Sauerstoff und Stickstoff gleichzeitig als zu verflüssigende Gase in den Verflüssigungs- Wärmetauscher (41) eingeleitet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Betriebszustand Sauerstoff als zu verflüssigendes Gas (1) in den Verflüssigungs-Wärmetauscher (41) eingeleitet wird und in einem zweiten Betriebszustand Stickstoff als zu verflüssigendes Gas (1) in den Verflüssigungs- Wärmetauscher (41) eingeleitet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zu verflüssigende Gas (1, 1a) aus einer Luftzerlegungsanlage, insbesondere einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage, entnommen wird.
6. Vorrichtung zur gleichzeitigen oder aufeinander folgenden Erzeugung von flüssigem Sauerstoff und flüssigem Stickstoff mit einem ersten Einlass (1, 1a) für Sauerstoffgas und/oder Stickstoffgas, der mit einem Verflüssigungs- Wärmetauscher (41) zur Verflüssigung durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Kreislaufmedium (40) verbunden ist, mit einem Kältekreislauf, der einen Kreislauf-Verdichter (3, 9) zur Verdichtung eines Kreislaufmediums, eine Entspannungsmaschine (14, 24) zur arbeitsleistenden Entspannung und einen Kreislauf-Wärmetauscher (13, 213) zur Anwärmung von entspanntem Kreislaufmedium aufweist und mit dem Verflüssigungs-Wärmetauscher (41) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältekreislauf mit einer Quelle für ein Kreislaufmedium verbindbar ist, das einen Argongehalt von mindestens 10 mol% ausweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen zweiten Einlass für Sauerstoffgas und/oder Stickstoffgas, der mit dem Verflüssigungs-Wärmetauscher (41) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum umschaltbaren Verbinden des ersten Einlasses mit einer Quelle für Sauerstoffgas und einer Quelle für Stickstoffgas.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Einlass und/oder der zweite Einlass mit einer Produktleitung einer Luftzerlegungsanlage, insbesondere einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage, verbunden ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3285028A (en) * 1964-01-06 1966-11-15 Air Prod & Chem Refrigeration method
US4345925A (en) * 1980-11-26 1982-08-24 Union Carbide Corporation Process for the production of high pressure oxygen gas
GB8900675D0 (en) * 1989-01-12 1989-03-08 Smith Eric M Method and apparatus for the production of liquid oxygen and liquid hydrogen
EP0816784A1 (de) * 1996-06-26 1998-01-07 Crio & Eng S.r.l. Vorrichtung zur Fraktionierung von Luft oder Sauerstoffstickstoff Gasgemischen zur Gewinnung von Stickstoff und Sauerstoff oder von Stickstoff
US6076372A (en) * 1998-12-30 2000-06-20 Praxair Technology, Inc. Variable load refrigeration system particularly for cryogenic temperatures

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