DE102006032731A1 - Verfahren und Anlage zur Luftzerlegung - Google Patents

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Abstract

Bei dem Verfahren und der Anlage zur Luftzerlegung, wird Luft verdichtet und mindestens teilweise einer Zerlegungseinheit (10) zugeführt (9). Der Zerlegungseinheit (10) werden mindestens ein stickstoffangereicherter Strom und mindestens ein sauerstoffangereicherter Strom entnommen. Ein Teil der verdichteten Luft (4) und/oder des stickstoffangereicherten Stroms als Instrumentenluftstrom (7) wird einem Instrumentenluftsystem zugeführt (14). Der Instrumentenluftstrom (7) wird mindestens teilweise in einen Gasdruckspeicher (8) eingeleitet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Luftzerlegung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Bei der Zerlegungseinheit handelt es sich vorzugsweise um eine Tieftemperatur-Rektifikation mit einer, zwei oder mehr Trennsäulen. Alternativ ist die Erfindung auch auf nicht-kryogene Systeme zur Luftzerlegung, etwa mittels Adsorption oder Diffusion anwendbar.
  • Verfahren und Vorrichtungen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft sind zum Beispiel aus Hausen/Linde, Tieftemperaturtechnik, 2. Auflage 1985, Kapitel 4 (Seiten 281 bis 337) bekannt. Die Zerlegungseinheit kann dabei als Einsäulensystem zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung ausgebildet sein, als Zweisäulensystem (zum Beispiel als klassisches Linde-Doppelsäulensystem), oder auch als Drei- oder Mehrsäulensystem. Es kann zusätzlich zu den Kolonnen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung weitere Vorrichtungen zur Gewinnung anderer Luftkomponenten, insbesondere von Edelgasen aufweisen, beispielsweise eine Argongewinnung.
  • Häufig wird in einer derartigen Zerlegungseinheit oder ihrem Umfeld trockenes Druckgas benötigt, zum Beispiel als Energielieferanten für pneumatische Antriebe von Armaturen oder als Schutz- oder Sperrgas für Stell-, Steuer- oder Überwachungseinrichtungen. Dieses trockene Druckgas wird allgemein als "Instrumentenluft" bezeichnet. Es besteht häufig tatsächlich aus trockener Luft und wird dann aus der Einsatzluft der Zerlegungseinheit abgezweigt; es kann jedoch auch ein stickstoffangereichertes Zerlegungsprodukt als Instrumentenluft eingesetzt werden.
  • Dies ist grundsätzlich günstig, weil auf separate Apparate zur Erzeugung von Instrumentenluft weitgehend verzichtet werden kann, indem die entsprechenden Verdichtungs- und gegebenenfalls Trocknungseinrichtungen der Zerlegungseinheit mitgenutzt werden. Dabei tritt jedoch das Problem auf, dass bei einem Ausfall dieser Einrichtungen auch keine Instrumentenluft mehr zur Verfügung steht.
    •
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, auch bei einem Ausfall der Zerlegungseinheit eine weitere Versorgung der Instrumentenluftverbraucher zu gewährleisten.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Instrumentenluftstrom mindestens teilweise in einen Gasdruckspeicher eingeleitet wird. In dem Gasdruckspeicher wird mindestens ein Teil der Instrumentenluft unter einem Druck gespeichert, der höher als der Betriebsdruck des sonstigen Instrumentenluftsystems ist. Fällt die Zufuhr von Instrumentenluft aus (beispielsweise durch einen Ausfall der Zerlegungseinheit), kann für einen gewissen Zeitraum die Instrumentenluft aus dem Gasspeicher entnommen werden und steht für eine geordnete Abschaltung des Gesamtsystems zur Verfügung. Der Zeitraum, über den eine solche Notversorgung mit Instrumentenluft aufrechterhalten werden kann, wird durch die Druckdifferenz zwischen Instrumentenluft- und Speicherdruck und durch das Volumen des Gasdruckspeichers bestimmt.
  • Im Normalbetrieb kann die Instrumentenluft sowohl aus dem Gasdruckspeicher entnommen als auch stromaufwärts des Gasdruckspeichers aus der Speiseleitung für den Gasdruckspeicher entnommen werden.
  • Durch die erfindungsgemäße Druckspeicherung von Instrumentenluft wird außerdem der Aufwand für das Engineering und die Verrohrung vermindert. Das Konzept ist für eine Vielzahl von Zerlegungseinheiten, insbesondere von Luftzerlegungsanlagen einsetzbar.
  • Für die Befüllung des Gasdruckspeichers wird ein gegenüber dem Druck des Instrumentenluftsystems erhöhter Druck benötigt. Es ist vorteilhaft, wenn dazu der Instrumentenluftstrom stromaufwärts des Druckspeichers in einem Instrumentenluftverdichter verdichtet wird. Der Instrumentenluftverdichter kann beispielsweise stromabwärts eines Hauptluftverdichters für die Zerlegungs- und Instrumentenluft und oder einer Einrichtung zur Luftreinigung, insbesondere zur Wasser- und/oder Kohlendioxidentfernung angeordnet sein.
  • Vorzugsweise wird Instrumentenluftverdichter außerdem Luft verdichtet, die in die Zerlegungseinheit eingeführt wird. Falls die Instrumentenluft durch Stickstoff gebildet wird, dient der Instrumentenluftverdichter zusätzlich zur Kompression eines stickstoffangereicherten Produkt- oder Zwischenproduktstroms der Zerlegungseinheit. Auf diese Weise wird der Instrumentenluftverdichter gleichzeitig für die Zwecke der Zerlegungseinheit genutzt. Dadurch können entsprechende separate Anlagenteile und auch Energie eingespart werden. Durch einen entsprechend hohen Druck kann das geometrische Volumen des Gasdruckspeichers relativ gering gehalten werden. Der Gasdruckspeicher wird mit einem Druck von beispielsweise 5 bis 100 bar, vorzugsweise 30 bis 78 bar gefüllt.
  • Der Instrumentenluftverdichter kann insbesondere zur Nachverdichtung eines Teils der Zerlegungsluft auf einen besonders hohen Druck genutzt werden, mit dem ein flüssig auf Druck gebrachten Produktstrom der Zerlegungseinheit durch indirekten Wärmeaustausch verdampft oder (bei überkritischem Druck) pseudo-verdampft wird (so genannte Innenverdichtung). Bei der Verwendung von Stickstoff als Instrumentenluft kann Instrumentenluftverdichter gleichzeitig als Kreislaufverdichter oder Produktverdichter verwendet werden.
  • Es ist günstig, wenn der Instrumentenluftverdichter durch Energie angetrieben wird, die in der Zerlegungseinheit selbst erzeugt wird, indem ein Prozessstrom der Zerlegungseinheit arbeitsleistend entspannt wird und die bei der arbeitsleistenden Entspannung erzeugte mechanische Energie zum Antrieb des Instrumentenluftverdichters eingesetzt wird, insbesondere durch mechanische Kopplung des Instrumentenluftverdichters und der entsprechenden Entspannungsmaschine. Bei dem Prozessstrom handelt es sich beispielsweise um die Einsatzluft der Zerlegungseinheit oder einen Teil davon oder um einen stickstoff- oder sauerstoffangereicherten Produkt-, Zwischenprodukt- oder Restgasstrom aus einer der Kolonnen der Zerlegungseinheit.
  • Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß Patentanspruch 5.
    •
  • Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, bei dem die Zerlegungseinheit durch eine Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage gebildet wird.
  • Luft 1, die in einem Hauptluftverdichter (nicht dargestellt) auf einen Druck von beispielsweise 6 bar verdichtet wurde und unter diesem Druck in einer Luftreinigungseinheit (nicht dargestellt) von Wasserdampf und Kohlendioxid gereinigt wurde, wird in einem Instrumentenluftverdichter 2 weiter auf einen Druck von beispielsweise 30 bar komprimiert und anschließend einer Nachkühlung 3 unterworfen. Erfindungsgemäß wird ein erster Teil der Hochdruckluft 4 über ein Regelventil 5 und eine Rückschlagklappe 6 als Instrumentenluftstrom 7 in einen Gasdruckspeicher 8 eingeleitet. Die aktuell benötigte Instrumentenluft kann grundsätzlich über Leitung 14 aus dem Gasdruckspeicher entnommen und über ein Instrumentenluftsystem den entsprechenden Verbrauchern wie Armaturen etc. zugeleitet werden. Günstiger ist es jedoch im Allgemeinen, die im laufenden Betrieb verwendete Instrumentenluft stromaufwärts des Verdichters 2 über Leitung 15 abzuzweigen und dem Instrumentenluftsystem zuzuführen. Die Leitung 7 wird dann lediglich zur Befüllung des Gasdruckspeichers benutzt und nicht ständig betrieben.
  • Der Rest 9 der Hochdruckluft 4 wird in eine Coldbox 10 eingeleitet, in der sich die kalten Teil der Zerlegungseinheit befinden, in diesem Beispiel insbesondere ein Hauptwärmetauscher, eine Hochdruckkolonne, eine Niederdruckkolonne, ein als Kondensator-Verdampfer ausgebildeter Hauptkondensator und eine als Turbine 11 ausgebildete Entspannungsmaschine (in der Regel in einem separaten Turbinenkasten). In der Turbine 11 wird ein Prozessstrom 12 der Zerlegungseinheit arbeitsleistend entspannt, insbesondere ein abgekühlter Teilstrom der Hochdruckluft 9. Die Turbine 11 ist über eine gemeinsame Welle 13 mit dem Instrumentenluftverdichter 2 mechanisch gekoppelt. Auf diese Weise wird mindestens ein Teil der bei der arbeitsleistenden Entspannung erzeugten mechanischen Energie zum Antrieb des Instrumentenluftverdichters 2 verwendet.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Luftzerlegung, bei dem – Luft verdichtet, mindestens teilweise einer Zerlegungseinheit (10) zugeführt (9) wird, – der Zerlegungseinheit (10) mindestens ein stickstoffangereicherter Strom und mindestens ein sauerstoffangereicherter Strom entnommen werden und – ein Teil der verdichteten Luft (1) und/oder des stickstoffangereicherten Stroms als mindestens ein Instrumentenluftstrom (7, 14; 15) einem Instrumentenluftsystem zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der oder ein Instrumentenluftstrom (7) mindestens teilweise in einen Gasdruckspeicher (8) eingeleitet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Instrumentenluftstrom (7) stromaufwärts des Druckspeichers (8) in einem Instrumentenluftverdichter (2) verdichtet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Instrumentenluftverdichter (2) außerdem Luft, die in die Zerlegungseinheit (10) eingeführt (9) wird, oder ein stickstoffangereicherter Produkt- oder Zwischenproduktstrom verdichtet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Prozessstrom (12) der Zerlegungseinheit (10) arbeitsleistend entspannt (11) wird und die bei der arbeitsleistenden Entspannung (11) erzeugte mechanische Energie zum Antrieb des Instrumentenluftverdichters (2) eingesetzt wird.
  5. Vorrichtung zur Luftzerlegung, mit – einer Zerlegungseinheit (10) zur Erzeugung mindestens eines stickstoffangereicherten Stroms und mindestens eines sauerstoffangereicherten Stroms, – einem Hauptluftverdichter zur Verdichtung von Luft – mit Mitteln (9) zum Zuführen mindestens eines Teils der im Hauptluftverdichter verdichteten Luft zur Zerlegungseinheit (10), – mit Mitteln (7, 14; 15) zur Zuführung mindestens eines Teils der im Hauptluftverdichter verdichteten Luft (1) und/oder des stickstoffangereicherten Stroms als mindestens ein Instrumentenluftstrom zu einem Instrumentenluftsystem, gekennzeichnet durch einen Gasdruckspeicher (8) und Mittel (7) zur Einleitung ein mindestens eines Teils des oder eines Instrumentenluftstroms in den Gasdruckspeicher (8).
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