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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Mit
besonderem Vorteil wird das erfindungsgemäße Verfahren zu Abkühlung von
Gaszerlegern eingesetzt, die als Methanwäschen als Kondensationsprozess
ausgeführt
sind.
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Im
Folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren
anhand zweier, in den 1 und 2 schematisch
dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert werden.
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In
beiden Ausführungsbeispielen
werden kryogene Gaszerlegungseinrichtungen über Kühlkreisläufe abgekühlt, in denen als Kreislaufmedium Stickstoff
eingesetzt wird.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.