DE102007027819A1 - Verfahren zum Abkühlen kryogener Gaszerlegungseinheiten - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abkühlen einer kryogenen Gaszerlegungseinrichtung (Gaszerleger) (M, K), in der im Normalbetrieb aus einem Kohlenmonoxid (CO) enthaltenden Synthesegas (132, 204) eine CO-Fraktion (113, 234) abgetrennt wird, die nach Verdichtung in einem Verdichter (CO-Verdichter) (C', C'') als CO-Produkt (195, 271) abgegeben wird. Komponenten des Gaszerlegers werden mittels wenigstens eines Kühlkreislaufs kontrolliert abgekreitgestelltes Kreislaufmedium (101, 201) zirkuliert, wobei der CO-Verdichter (C', C'') zur Verdichtung und Komponenten des Gaszerlegers, die im Normalbetrieb des Gaszerlegers zur kälteleistenden Entspannung von Stoffströmen dienen, zur kälteleistenden Entspannung des Kreislaufmediums verwendet werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abkühlen einer kryogenen Gaszerlegungseinrichtung (Gaszerleger), in der im Normalbetrieb aus einem Kohlenmonoxid (CO) enthaltenden Synthesegas eine CO-Fraktion abgetrennt wird, die nach Verdichtung in einem Verdichter (CO-Verdichter) als CO-Produkt abgegeben wird.
  • Durch unterschiedliche Erzeugungsmethoden, wie z. B. katalytische Dampfreformierung oder Partielle Oxidation, werden aus kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsstoffen, wie Erdgas, Flüssiggas, Naphta, Schweröl oder Kohle sog. Synthesegase erzeugt, die zum größten Teil aus H2 und CO bestehen, aber auch Methan (CH4), Wasser (H2O), Kohlendioxid (CO2) und andere Komponenten, wie z. B. Stickstoff und Argon enthalten. Aus den Synthesegasen werden durch Reinigung und Zerlegung vor allem CO und H2 als Produkte gewonnen, die in der Industrie in vielfältiger Weise weiter verwendet werden. Zur Abtrennung und Reinigung der beiden Synthesegaskomponenten H2 und CO werden großtechnisch vor allem kryogene Verfahren eingesetzt, wobei das Synthesegas als Einsatz einer in einer wärmeisolierenden Einhausung (Cold-Box) angeordneten kryogenen Gaszerlegungseinrichtung (Gaszerleger) zugeführt wird. Die im Gaszerleger erzeugten Gasfraktionen können entweder direkt als Produkte weiter geführt oder durch nachfolgende Behandlungsschritte, wie z. B. Verdichtung oder Feinreinigung in einem Molsieb, zu Produkten umgesetzt werden.
  • Häufig arbeiten derartige Gaszerleger entweder nach dem Kondensationsverfahren oder als Methanwäsche. In beiden Verfahren wird das zu trennende Synthesegas abgekühlt, teilweise verflüssigt und durch entsprechende Trennschritte, wie z. B. Destillation, in verschiedene Fraktionen zerlegt. Die kalten Trennprodukte werden im Gegenstrom zu abzukühlenden Stoffströmen geleitet und angewärmt. Zum Abkühlen einer solchen Anlage auf Betriebstemperatur wird eine erhebliche Kältemenge benötigt; aber auch während des Betriebes ist ein ständiger Kältebedarf, z. B. zur Deckung von Austausch- und Isolationsverlusten, vorhanden. Die benötigte Kältemenge wird durch Drosselentspannung von verdichteten Stoffströmen erzeugt oder, wirtschaftlicher, durch adiabate Entspannung in einer Entspannungsturbine. Eine weitere Möglichkeit für die Deckung des Kältebedarfs ist die Zuführung von flüssigem Stickstoff (LN2).
  • Bei der Inbetriebnahme eines derartigen Gaszerlegers – sei es nach einer Neuinstallation, einer Reparatur oder einer routinemäßigen Anlagenwartung –, ist es notwendig, den Gaszerleger kaltzufahren, d. h. die in der Cold-Box angeordneten Komponenten von Umgebungs- auf Betriebstemperatur abzukühlen. Hierzu wird nach dem Stand der Technik Synthesegas mit einem gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten Druck in den Gaszerleger eingebracht und dort kälteleistend entspannt. So lange der Gaszerleger seine Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat, erfüllt er seine Trennaufgabe nur unzureichend oder gar nicht. Entsprechend wird das eingeleitete Synthesegas nur unvollständig oder überhaupt nicht aufgetrennt. Von den während des Kaltfahrens aus dem Synthesegas erzeugten Gasfraktionen genügt keine den Produktanforderungen, die an die im Normalbetrieb erzeugten Gasfraktionen gestellt werden, weswegen sie verworfen und z. B. in einer Fackel verbrannt werden.
  • Bei der Abkühlung bilden sich aufgrund von Temperaturunterschieden unvermeidlich Spannungen in den Komponenten aus, die bei Plattenwärmetauschern u. U. zu Schäden führen können. Um das Schadensrisiko zu minimieren, wird die Abkühlung daher langsam und kontrolliert durchgeführt. In der Praxis dauert das Kaltfahren eines Gaszerlegers daher oft länger als einen Tag.
  • Nach dem Stand der Technik kann ein Gaszerleger nur dann kaltgefahren werden, wenn Synthesegas in ausreichender Menge zur Verfügung steht. Praktisch bedeutet dies, dass die Einrichtungen zur Synthesegaserzeugung bereits in Betrieb sein müssen, bevor mit dem Kaltfahren eines Gaszerlegers begonnen werden kann. Wäre es möglich, die beiden Einrichtungen parallel in Betrieb nehmen zu können, so ließen sich die Zeit und die Betriebskosten für die Inbetriebnahme einer Synthesegasanlage erheblich verringern.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das es erlaubt, einen Gaszerleger zur Auftrennung von Synthesegas ohne den Einsatz von Synthesegas zumindest bis auf eine Temperatur nahe seiner Betriebstemperatur abzukühlen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Komponenten des Gaszerlegers mittels wenigstens eines Kühlkreislaufs kontrolliert abgekühlt werden, in welchem ein unabhängig von Synthesegas bereitgestelltes Kreislaufmedium zirkuliert, wobei der CO-Verdichter zur Verdichtung und Komponenten des Gaszerlegers, die im Normalbetrieb des Gaszerlegers zur kälteleistenden Entspannung von Stoffströmen dienen, zur kälteleistenden Entspannung des Kreislaufmediums verwendet werden.
  • Die physikalischen Eigenschaften von Stickstoff und Kohlenmonoxid sind sehr ähnlich. Es ist daher ohne weiters möglich, z. B. Verdichter, Entspannungsturbinen oder Drosselorgane, die auf einen Betrieb mit Kohlenmonoxid ausgelegt sind, mit Stickstoff zu betreiben. Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht daher vor, dass als Kreislaufmedium Stickstoff verwendet wird.
  • Häufig sind Gaszerleger zur Zerlegung von Synthesegas mit einer Entspannungsturbine ausgestattet, in der im Normalbetrieb Kohlenmonoxid kälteleistend entspannt wird. Weist ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren abzukühlender Gaszerleger eine derartige Entspannungsturbine auf, so sieht eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung vor, dass zumindest ein Teil des eingesetzten Kreislaufmediums über die Entspannungsturbine geleitet und dabei kälteleistend entspannt wird.
  • Umfasst ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren abzukühlender Gaszerleger ein Drosselorgan, über welches im Normalbetrieb ein Stoffstrom kälteleistend entspannt wird, so sieht eine andere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass zumindest ein Teil des eingesetzten Kreislaufmediums über das Drosselorgan kälteleistend entspannt wird.
  • Eine Trennkolonne oder ein Abscheider, die Teil eines Gaszerlegers sind, weisen im Normalbetrieb in ihrem unteren Bereich Flüssigkeitsvolumina auf, die u. a. als Flüssigkeitsverschlüsse dienen. Als solche sorgen sie dafür, dass aus der Trennkolonne oder dem Abscheider nur Flüssigkeiten und keine gasförmigen Stoffströme nach unten abgezogen werden. Beispielsweise verhindert das aus flüssigem Kohlenmonoxid und Methan bestehende Stoffgemisch im Sumpf der H2-Strippkolonne in einer Methanwäsche, dass Wasserstoff zum CO-Verdichter gelangt (durchbricht) und dort aufgrund seines geringen Molekulargewichtes zu Problemen führt (z. B. sog. "Pumpen" bei Turboverdichtern). Eine zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungemäßen Verfahrens sieht daher vor, dass der Gaszerleger zumindest solange ausschließlich über Kühlkreisläufe gekühlt wird, bis zumindest in einer der Anlagenkomponenten, die im Normalbetrieb mit einem Flüssigkeitsverschluss nach unten verschlossen ist, sich kondensiertes Kreislaufmedium in einer Menge angesammelt hat, die ausreicht, um die Anlagenkomponente mit einem aus Kreislaufmedium bestehenden Flüssigkeitsverschluss nach unten zu verschließen, ehe Synthesegas in die Anlage eingespeist wird.
  • In Wärmetauschern, zumal dann, wenn sie als vakuumgelötete Plattenwärmetauscher ausgeführt sind, können bereits geringe Temperaturunterschiede zu Spannungen führen, die die zulässigen Höchstwerte überschreiten und zu Schäden an den Wärmetauschern führen. Umfasst ein abzukühlender Gaszerleger Wärmetauscher, so ist besonders darauf zu achten, dass die Abkühlung möglichst gleichmäßig durchgeführt wird und die auftretenden Temperaturdifferenzen möglichst gering sind. Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht daher vor, dass jede Passage eines Wärmetauschers Teil eines Kühlkreislaufs ist und mit Kreislaufmedium durchströmt und dabei abgekühlt oder angewärmt wird. Ist es nicht möglich oder apparativ zu aufwendig, eine Passage eines Wärmetauschers in einen Kühlkreislauf einzubinden, so sieht eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass diese Passage von einer aus einem Kühlkreislauf abgezweigten Teilmenge des Kreislaufmediums (Schleichmenge) durchströmt wird, die anschließend zur Fackel oder zur Atmosphäre geleitet wird.
  • Umfasst der abzukühlende Gaszerleger wenigstens einen Wärmtauscher mit einer Wärmetauscherpassage, durch die im Normalbetrieb Synthesegas geführt und dabei abgekühlt wird, so sieht eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass zumindest ein Teil des im CO-Verdichter verdichteten Kreislaufmediums über die Wärmetauscherpassage des zu zerlegenden Synthesegases durch den Wärmetauscher geführt und dabei abgekühlt wird.
  • Enthält der abzukühlende Gaszerleger wenigstens einen Wärmtauscher mit einer Wärmetauscherpassage, durch die im Normalbetrieb eine aus dem Synthesegas abgetrennte Fraktionen geführt und dabei angewärmt wird, so sieht eine andere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass Kreislaufmedium über die Wärmetauscherpassage der aus dem Synthesegas abgetrennten Fraktion durch den Wärmetauscher geführt und dabei angewärmt wird.
  • Handelt es sich bei der aus dem Synthesegas abgetrennten Fraktion um Wasserstoff, so wird das im Wärmetauscher angewärmte Kreislaufmedium vorzugsweise über die Mitteldruckschiene in den CO-Verdichter zurückgeleitet. Handelt es sich bei der aus dem Synthesegas abgetrennten Fraktion um ein Restgas, so wird das im Wärmetauscher angewärmte Kreislaufmedium bevorzugt über die Niederdrucksektion in den CO-Verdichter zurückgeleitet.
  • Wird in dem abzukühlenden Gaszerleger im Normalbetrieb eine Wasserstofffraktion aus dem Synthesegas abgetrennt, so sieht eine andere zweckmäßige Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass Kreislaufmedium durch die Wärmetauscherpassagen der Wasserstofffraktion geführt, dabei angewärmt und vorzugsweise über die Mitteldruckschiene in den CO-Verdichter zurückgeleitet wird.
  • Eine weitere zweckmäßige Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass Kreislaufmedium durch die Wärmetauscherpassagen von aus dem Synthesegas abgetrenntem Restgas geführt, dabei angewärmt und vorzugsweise über die Niederdrucksektion in den CO-Verdichter zurückgeleitet wird.
  • Um die Abkühlgeschwindigkeit gegebenenfalls zu erhöhen und/oder um den Abkühlvorgang besser kontrollieren zu können, sieht eine zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass flüssiger Stickstoff (LN2) dem Gaszerleger von außen zugeführt und mit vorzugsweise geregeltem Massenstrom in einen Kühlkreislauf eingespeist wird.
  • Umfasst der abzukühlende Gaszerleger Plattenwärmetauscher, so ist bei der Abkühlung besonders darauf zu achten, dass die Abkühlgeschwindigkeiten und die Temperaturdifferenzen die zulässigen Grenzwerte nicht überschreiten. Eine zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht daher vor, dass die Einspeisung von LN2 in den Kältekreislauf temperaturgeregelt erfolgt, wobei die maximal erlaubten Temperaturdifferenzen und Abkühlgeschwindigkeiten an den Plattenwärmetauschern berücksichtigt werden.
  • Mit besonderem Vorteil wird das erfindungsgemäße Verfahren zu Abkühlung von Gaszerlegern eingesetzt, die als Methanwäschen als Kondensationsprozess ausgeführt sind.
  • Im Folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren anhand zweier, in den 1 und 2 schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
  • In beiden Ausführungsbeispielen werden kryogene Gaszerlegungseinrichtungen über Kühlkreisläufe abgekühlt, in denen als Kreislaufmedium Stickstoff eingesetzt wird.
  • In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Kaltfahren einer Methanwäsche M beschrieben, in der im Normalbetrieb aus einem Wasserstoff (H2), Methan (CH4) und Kohlenmonoxid (CO) enthaltenden Synthesegas eine CO-Fraktion in Produktreinheit gewonnen wird, welche anschließend im CO-Verdichter C', der auch als Kreislaufverdichter für einen CO-Kühlkreislauf dient, auf Produktdruck verdichtet wird.
  • Nach dem Trocknen und Inertisieren der Komponenten der Methanwäsche M, die zum größten Teil in der Cold-Box CB' angeordnet sind, wird zunächst ein erster Stickstoff-Kühlkreislauf eingestellt. Über die Leitung 101 und das Regelventil a' wird gasförmiger Stickstoff (GN2 Make-up) über die Saugseite dem Produktverdichter C' zugeführt, den er, nach Verdichtung auf Betriebsdruck in den beiden Verdichtersektionen C11 und C12, über Leitung 102 verlässt. Über Leitung 103 wird der verdichtete Stickstoff anschließend in den in der Cold-Box CB' angeordneten und als vakuumgelöteter Plattenwärmetauscher ausgeführten Wärmetauscher E11 eingeleitet, aus dem er über einen Seitenabzug 161 wieder abgezogen und über Leitung 104 dem Wärmetauscher E12 zugeleitet wird. Der Stickstoff verlässt den Wärmetauscher E12 über Leitung 105 und wird in die beiden Teilströme 106 und 107 aufgeteilt. Der Teilstrom 106 wird über das Drosselorgan b' kälteleistend entspannt und in den Abscheider D weiter geführt, während der Teilstrom 107 über das Drosselorgan c' ebenfalls kälteleistend entspannt wird, bevor der CH4/CO-Trennkolonne T3 aufgegeben wird. Ein Teil des in den Abscheider D eingeleiteten Stickstoffs wird über Leitung 108 abgeführt, mit einem vom Kopf der CH4/CO-Trennkolonne T3 abgezogenen Stickstoffstrom 109 vereinigt und über Leitung 110 weitergeleitet. Aus dem Abscheider D wird seitlich ein weiterer Stickstoffstrom 111 über das Drosselorgan d' abgezogen und mit dem Stickstoffstrom 110 zum Stickstoffstrom 112 vereinigt. Der Stickstoffstrom 112 wird schließlich dem kalten Ende des Wärmetauschers E11 zugeleitet und über Leitung 113 zur Niederdruckseite des CO-Verdichters C' zurückgeführt.
  • Nach der Einstellung des ersten, wird ein zweiter Stickstoff-Kühlkreislauf eingestellt. Hierzu wird ein Teil des verdichteten Stickstoffs 103 über Leitung 161 seitlich aus dem Wärmetauscher E11 abgezogen, über Leitung 121 und das Absperrorgan e' im Bypass an der Entspannungsturbine X vorbeigeführt und schließlich über Leitung 162 in den Wärmetauscher E11 zurückgeleitet, wo er in die zwei Teilströme 122 und 123 aufgeteilt wird. Während der Teilstrom 122 zur Saugseite der Verdichtersektion C11 zurückgeführt wird, wird der Teilstrom 123 über das Drosselorgan f' kälteleistend entspannt und in den Abscheider D – und damit in den ersten Stickstoff-Kühlkreislauf – eingeleitet.
  • Im nächsten Verfahrensschritt wird ein dritter Stickstoff-Kühlkreislauf eingestellt. Hierzu wird über die Leitung 131 und das Absperrorgan g' ein Teil des verdichteten Stickstoffs 103 abgezweigt und über die für das aufzutrennende Synthesegas bestimmte Passage durch den Wärmetauscher E11 geleitet. Am kalten Ende des Wärmetauschers E1 wird der Stickstoffstrom über Leitung 133 abgezogen und der Methan-Waschkolonne T1 in ihrem unteren Bereich aufgegeben, in der er nach oben strömt. Über Leitung 134 wird der Stickstoff vom Kopf der Methan-Waschkolonne T1 abgezogen und zurück zum kalten Ende des Wärmetauchers E11 geleitet, den er auf der für den aus dem Synthesegas abzutrennenden Wasserstoff vorgesehenen Passage durchströmt. Vom warmen Ende des Wärmetausuchers E11 wird der Stickstoff des dritten Kühlkreislaufs über die Leitungen 135 und 136 abgezogen und über das Regelorgan h' sowie die Leitung 122 zur Saugseite der Verdichtersektion C12 zurückgeführt.
  • Durch das Öffnen der Regelventile i', j', k' und l' strömt ein Teil des über Leitung 133 der Methan-Waschkolonne T1 zugeführten Stickstoffs über die Leitungen 141 und 142 sowie 143 über den Sumpfraum aus der Methan-Waschkolonne T1 ab und in die H2-Strippkolonne T2 über, aus der es über Leitung 144 wieder abgezogen wird. Der Stickstoffstrom 144 wird in die beiden Teilströme 145 und 146 aufgeteilt, von denen der erste Teilstrom 145 über das Absperrorgan k' direkt in die CH4/CO-Trennkolonne T3 eingeleitet wird, während der zweite Teilstrom 146 zunächst durch den Wärmetauscher E12 geführt wird, bevor auch er über Leitung 147 in die CH4/CO-Trennkolonne T3 – und damit in den ersten Stickstoff-Kühlkreislauf – gelangt.
  • Um auch die für das aus dem Synthesegas abzutrennende Restgas vorgesehenen Passage durch den Wärmetauscher E11 in die Abkühlprozedur mit einzubeziehen, werden die Regelventile m', n', o', p' und q' geöffnet. Der hierdurch über Leitung 151 vom Kopf der Methan-Waschkolonne T1 abströmende Stickstoff wird mit dem über die Leitungen 152 aus der Wasserstoff-Stripkolonne T2 abströmenden Stickstoff zum Stickstoffstrom 153 zusammengeführt, der schließlich mit dem über Leitung 154 vom Kopf der Wasserstoff-Stripkolonne T2 zugeführten Stickstoffstrom 155 vereinigt und zum kalten Ende des Wärmetauschers E11 geleitet wird. Aus der Restgasleitung 156 wird der Stickstoff über Leitung 157 in den Stickstoffstrom 113 eingespeist, mit dem er zur Saugseite des Verdichters C gelangt.
  • Sobald alle Stickstoff-Kühlkreisläufe eingestellt sind, wird die Kälteleistung durch Starten der Entspannungsturbine X erhöht. Anstatt über den Regelventil e' im Turbinenbypass, wird nun der Stickstoff über die Entspannungsturbine X kälteleistend entspannt und über Leitung 162 in den Kreislauf zurückgeführt.
  • Um die Abkühlgeschwindigkeit zu erhöhen, wird flüssiger Stickstoff (LN2) von jenseits der Anlagengrenzen der Methanwäsche M über Leitung 171 und das Regelorgan r' am kalten Ende des Wärmetauschers E11 in den Stickstoffstrom 112 eingespeist. Die LN2-Einspeisung erfolgt vorzugsweise temperatur- oder mengengeregelt, wobei die maximal zulässigen Temperaturdifferenzen und Abkühlgeschwindigkeiten am Wärmetauscher E11 in die Regelgröße eingehen. Sofern es die Druckverhältnisse erlauben, sind LN2-Einspeisungen auch an anderen Punkten der Methanwäsche M möglich.
  • Durch Trimmen der verschiedenen Stickstoffwege wird versucht, die Anlagenkomponenten möglichst gleichmäßig abzukühlen. Durch Regulierung der Leistung der Entspannungsturbine X und/oder der Menge des zugeführten LN2 171, kann die Abkühlgeschwindigkeit eingestellt werden. Ein automatisiertes Abkühlen ist dann möglich, wenn die Stickstoffströme geregelt werden, und dies auf Basis der kritischen Temperaturdifferenzen und Abkühlgeschwindigkeiten der abzukühlenden Anlagenkomponenten erfolgt.
  • Die Leitungen 181, 182, 183, 184, 185 und 186 sowie die mit ihnen in Verbindung stehenden Wärmetauscher E12 und E13, können nicht mit den über den CO-Verdichter C' angetriebenen Stickstoff-Kühlkreisläufen gekühlt werden. Um auch diese Anlagenteile abzukühlen, werden Entleerungen und/oder Fackelanschlüsse (nicht dargestellt) soweit geöffnet, dass eine Abkühlung mit einer ausreichend hohen Rate gewährleistet wird. Die sich hierbei ergebenden Stickstoffverluste werden durch Zuführung von gasförmigem Stickstoff über Leitung 101 ausgeglichen.
  • Mit fortschreitender Abkühlung der Methanwäsche M, beginnt ein Teil des über die Synthesegaspassage durch den Wärmetauscher E11 geführten Stickstoffs auszukondensieren. Die Abkühlung mit Stickstoff-Kühlkreisläufen wird vorzugsweise so lange fortgesetzt, bis sich im Sumpfraum der Methan-Waschkolonne T1 eine ausreichend große Menge an flüssigem Stickstoff (Flüssigkeitsverschluss) angesammelt hat, um einen Gasdurchbruch über den Sumpfraum der Methan-Waschkolonne T1 zum CO-Verdichter C' zu verhindern. Nach dem Schließen der Ventile g', h' und q', wird Synthesegas über das Absperrorgan s' und die Leitung 132 zugeführt. Durch das Synthesegas bzw. durch die aus dem Synthesegas gewonnenen Zerlegungsprodukte (CO, H2, Methan, Restgas), wird der Stickstoff allmählich ersetzt. Nach Einregulierung der Methanwäsche auf Teillast, wird die Stickstoffzufuhr über die Leitungen 101 und 171 reduziert bzw. gestoppt. Die Absperrorgane t', u' und v' werden geöffnet, so dass Zerlegungsprodukte aus der Methanwäsche M über die Leitungen 135, 156 und 195 abgeführt werden können. Bis zum Erreichen der Betriebstemperatur besitzen die aus dem Synthesegas erzeugten Zerlegungsprodukte keine Produktqualität und werden daher verworfen.
  • Zweckmäßiger Weise wird die Abkühlung über Stickstoff-Kühlkreisläufe so lange fortgesetzt, und mit der Zuführung von Synthesegas zur Methanwäsche M so lange gewartet, bis sich auch im Sumpfraum der CH4/CO-Trennkolonne T3 flüssiger Stickstickstoff angesammelt hat und für die Abkühlung der Methanpumpe P1 genutzt werden kann. Sofern die Methanpumpe P1 und die zu ihr gehörigen Anlagenteile für einen Betrieb mit flüssigem Stickstoff ausgelegt sind, kann die Methanpumpe P1 bereits jetzt betrieben und ein LN2-Kreislauf eingestellt werden, der die Leitungen 191, 192, 193 und 194 mit einbezieht. Nach Zuführung von Synthesegas wird der Stickstoff durch Methan ersetzt.
  • In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Kaltfahren eines nach dem Kondensationsprinzip arbeitenden Gaszerlegers K beschrieben, in dem im Normalbetrieb aus einem Wasserstoff- und Kohlenmonoxid enthaltenden Synthesegas eine Kohlenmonoxidfraktion in Produktreinheit gewonnen wird, die anschließend im CO-Verdichter C'' zu einem Kohlenmonoxidprodukt verdichtet wird. Ein derartiger Gaszerleger weist im Normalbetrieb keinen CO-Kühlkreislauf auf; der CO-Verdichter C'' ist einen reiner Produktverdichter. Während des Abkühlens wird der CO-Verdichter C'' jedoch zum Antrieb von Stickstoff-Kühlkreisläufen verwendet.
  • Nach dem Trocknen und Inertisieren der Komponenten des Gaszerlegers K, die zum größten Teil in der Cold-Box CB'' angeordnet sind, wird zunächst ein erster Stickstoff-Kühlkreislauf eingestellt. Über die Leitung 201 und das Regelventil a'' wird gasförmiger Stickstoff (GN2-Make-up) über die Niederdruckseite dem Produktverdichter C'' zugeführt, den er, nach Verdichtung auf Betriebsdruck in den beiden Verdichtersektionen C21 und C22, über Leitung 202 verlässt. Über Leitung 203, das Regelorgan b'' und die Zuführleitung 204 für das zu zerlegende Synthesegas, wird der verdichtete Stickstoff anschließend in den als vakuumgelöteter Plattenwärmetauscher ausgeführten Wärmetauscher E21 eingeleitet, aus dem er über Leitung 205 abgezogen und dem, ebenfalls als vakuumgelöteter Plattenwärmetauscher ausgeführten Warmtaucher E22 an dessen warmem Ende zugeführt wird. Vom kalten Ende des Wärmetauschers E22 wird der Stickstoff über Leitung 206 abgezogen und in den Abscheider D1 eingeleitet. Über Leitung 207 wird der Stickstoff vom Kopf des Abscheiders D1 abgeführt und an dessen kaltem Ende dem Wärmetauscher E22 zugeleitet, von dessen warmer Ende er über Leitung 208 zum kalten Ende des Wärmetauschers E21 gelangt. Aus dem Wärmetauscher E21 wird der Stickstoff schließlich über Leitung 209 weiter geleitet und über das Absperrorgan c'' sowie die Leitung 210 zur Saugseite der Verdichtersektionen C22 geführt.
  • Unmittelbar nach der Einstellung des ersten, wird ein zweiter Stickstoff-Kühlkreislauf eingestellt. Hierzu wird ein Teil des in den Abscheider D1 über Leitung 206 eingeleiteten Stickstoffs über Leitung 221 nach unten abgezogen und in die beiden Teilströme 222 und 223 aufgeteilt. Der erste Teilstrom 222 wird über das Drosselorgan d'' entspannt und direkt zum Kopf der H2-Strippkolonne T geführt, während der zweite Teilstrom 223, nach Entspannung über das Drosselorgan e'', zunächst im Wärmetauscher E22 gegen abzukühlende Stickstoffströme angewärmt und erst dann über Leitung 224 der H2-Strippkolonne T in ihrem mittleren Bereich aufgegeben wird. Aus dem Sumpfraum der H2-Strippkolonne T wird der Stickstoffstrom über Leitung 225 abgezogen und, nach Abkühlung gegen anzuwärmende Stickstoffströme im Wärmetauscher E22, über Leitung 226 weiter geführt, bevor er in die beiden Teilströme 227 und 228 aufgeteilt wird. Der Teilstrom 227 wird über das Drosselorgan f'' kälteleistend entspannt und im Wärmetauscher E22 gegen abzukühlende Stickstoffströme angewärmt. Über Leitung 229 wird der angewärmte Stickstoffstrom anschließend in den Wärmetauscher E21 geführt und dort weiter angewärmt, ehe er über Leitung 230 der Saugseite der Verdichtersektion C22 zugeführt wird. Der Teilstrom 228, der über das Drosselorgan g'' auf einen niedrigeren Druck als der Teilstroms 227 entspannt wird, wird in den Abscheider D2 eingeleitet, wo eine evtl. vorhandene Flüssigphase von der Gasphase getrennt wird. Aus dem Abscheider D22 wird der kalte Stickstoff über die beiden Leitungen 231 und 232 in den Wärmetauscher E22 geleitet und dort gegen abzukühlende Stickstoffströme angewärmt bzw. verdampft und angewärmt. Der angewärmte Stickstoffstrom wird anschließend über Leitung 233 in den Wärmetauscher E21 geführt und dort weiter angewärmt, ehe er über Leitung 234 der Saugseite der Verdichtersektion C21 zugeführt wird.
  • Vom Kopf der H2-Strippkolonne T wird anschließend ein Stickstoffstrom 241 abgezogen, der über das Drosselorgan h'' kälteleistend entspannt und in den Wärmtauscher E22 eingeleitet wird. Den Wärmetauscher E22, genauso wie den Wärmetauscher E21, in den er über die Leitung 242 eingeleitet wird, durchströmt der Stickstoffstrom auf der für das bei der Synthesegaszerlegung anfallende Restgas vorgesehenen Passage und wird dabei angewärmt. Aus dem Wärmetauscher E21 wird der angewärmte Stickstoffstrom über die Leitungen 243 und 244 sowie über das Absperrorgan i'' der Niederdruckseite des Verdichters C'' zugeführt.
  • Die Leitungen 251 und 252 sowie der mit ihnen in Verbindung stehende Bereich des Wärmetauschers E22 können nicht mit den über den Verdichter C'' angetriebenen Stickstoff-Kühlkreisläufen gekühlt werden. Um auch diese Anlagenteile abzukühlen, werden Entleerungen und/oder Fackelanschlüsse (nicht dargestellt) soweit geöffnet, dass eine Abkühlung mit einer ausreichend hohen Rate gewährleistet wird. Die sich hierbei ergebenden Stickstoffverluste werden durch Zuführung von gasförmigem Stickstoff über Leitung 201 ausgeglichen.
  • Sobald das kalte Ende des Wärmetauschers E22 auf eine Temperatur abgekühlt ist, die ausreichend niedrig ist, um die maximal zulässigen Temperaturdifferenzen nicht zu überschreiten, wird zur Erhöhung der Abkühlgeschwindigkeit flüssiger Stickstoff (LN2) von jenseits der Anlagengrenzen dem Gaszerleger K über Leitung 261 zugeführt und in die zwei Teileströme 262 und 263 aufgeteilt. Der Teilstrom 262 wird über das Regelorgan j'' dem entspannten Stickstoffstrom 228 zudosiert, während der Teilstrom 263 über das Regelorgan k'' direkt dem kalten Ende des Wärmetauschers E22 zugeleitet wird. Die LN2-Einspeisung erfolgt vorzugsweise temperatur- oder mengengeregelt, wobei die maximal zulässigen Temperaturdifferenzen und Abkühlgeschwindigkeiten am Wärmetauscher E22 in die Regelgröße eingehen.
  • Mit fortschreitender Abkühlung des Gaszerlegers K beginnt ein Teil des über die Synthesegaspassage durch den Wärmetauscher E22 geführten Stickstoffs auszukondensieren. Die Abkühlung mit Stickstoff-Kühlkreisläufen wird vorzugsweise so lange fortgesetzt, bis sich im Abscheider D1 und/oder im Sumpfraum der H2-Strippkolonne T eine ausreichend große Menge an flüssigem Stickstoff (Flüssigkeitsverschluss) angesammelt hat, um einen Gasdurchbruch zum CO-Verdichter C'' zu verhindern. Nach dem Schließen der Ventile b'', c'' und i'', wird Synthesegas über das Absperrorgan l'' und die Leitung 204 zugeführt. Durch das Synthesegas bzw. durch die aus dem Synthesegas gewonnenen Zerlegungsprodukte, wird der Stickstoff allmählich ersetzt. Nach Einregulierung des Gaszerlegers K auf Teillast, wird die Stickstoffzufuhr über die Leitungen 201 und 262 reduziert bzw. gestoppt. Die Absperrorgane m'', n'' und o'' werden geöffnet, so dass Zerlegungsprodukte aus dem Gaszerleger K über die Leitungen 209, 243 und 271 abgeführt werden können. Bis zum Erreichen der Betriebstemperatur besitzen die aus dem Synthesegas erzeugten Zerlegungsprodukte keine Produktqualität und werden daher verworfen.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Abkühlen einer kryogenen Gaszerlegungseinrichtung (Gaszerleger), in der im Normalbetrieb aus einem Kohlenmonoxid (CO) enthaltenden Synthesegas eine CO-Fraktion abgetrennt wird, die nach Verdichtung in einem Verdichter (CO-Verdichter) als CO-Produkt abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass Komponenten des Gaszerlegers mittels wenigstens eines Kühlkreislaufs kontrolliert abgekühlt werden, in welchem ein unabhängig von Synthesegas bereitgestelltes Kreislaufmedium zirkuliert, wobei der CO-Verdichter zur Verdichtung und Komponenten des Gaszerlegers, die im Normalbetrieb des Gaszerlegers zur kälteleistenden Entspannung von Stoffströmen dienen, zur kälteleistenden Entspannung des Kreislaufmediums verwendet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kreislaufmedium Stickstoff verwendet wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Gaszerleger eine Entspannungsturbine umfasst, in welcher im Normalbetrieb Kohlenmonoxid kälteleistend entspannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des eingesetzten Kreislaufmediums über die Entspannungsturbine kälteleistend entspannt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Gaszerleger ein Drosselorgan umfasst, über welches im Normalbetrieb ein Stoffstrom kälteleistend entspannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des eingesetzten Kreislaufmediums über das Drosselorgan kälteleistend entspannt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Gaszerleger wenigstens einen Wärmtauscher mit einer Wärmetauscherpassage umfasst, durch die im Normalbetrieb Synthesegas geführt und dabei abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des im CO-Verdichter verdichteten Kreislaufmediums über die Wärmetauscherpassage des zu zerlegenden Synthesegases durch den Wärmetauscher geführt und dabei abgekühlt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Gaszerleger wenigstens einen Wärmtauscher mit einer Wärmetauscherpassage umfasst, durch die im Normalbetrieb eine aus dem Synthesegas abgetrennte Fraktionen geführt und dabei angewärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Kreislaufmedium über Wärmetauscherpassage der aus dem Synthesegas abgetrennten Fraktion durch den Wärmetauscher geführt und dabei angewärmt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der im Normalbetrieb aus dem Synthesegas abgetrennten Fraktion um Wasserstoff handelt, und das Kreislaufmedium nach der Anwärmung im Wärmetaucher vorzugsweise über die Mitteldruckschiene in den CO-Verdichter zurückgeleitet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der im Normalbetrieb aus dem Synthesegas abgetrennten Fraktion um ein Restgas handelt, und das Kreislaufmedium nach der Anwärmung im Wärmetaucher vorzugsweise über die Niederdrucksektion in den CO-Verdichter zurückgeleitet wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Gaszerleger wenigstens einen Behälter (Trennkolonne, Abscheider) umfasst, der im Normalbetrieb durch einen Flüssigkeitsverschluss nach unten abgedichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaszerleger zumindest solange ausschließlich über Kühlkreisläufe gekühlt wird, bis in dem Behälter verflüssigtes Kreislaufmedium in ausreichender Menge vorliegt, um als Flüssigkeitsverschluss zu dienen.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass flüssiger Stickstoff (LN2) dem Gaszerleger von außen zugeführt und in einen Kühlkreislauf eingespeist wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Abkühlung eines als Methanwäsche ausgeführten Gaszerlegers verwendet wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Abkühlung eines als Kondensationsprozess ausgeführten Gaszerlegers verwendet wird.
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