DE102009060842A1 - Luftzerlegungsanlage und Verfahren zum Betreiben derselben - Google Patents

Luftzerlegungsanlage und Verfahren zum Betreiben derselben Download PDF

Info

Publication number
DE102009060842A1
DE102009060842A1 DE102009060842A DE102009060842A DE102009060842A1 DE 102009060842 A1 DE102009060842 A1 DE 102009060842A1 DE 102009060842 A DE102009060842 A DE 102009060842A DE 102009060842 A DE102009060842 A DE 102009060842A DE 102009060842 A1 DE102009060842 A1 DE 102009060842A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
air separation
nitrogen
cleaning device
product
air
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Withdrawn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
DE102009060842A
Other languages
English (en)
Inventor
Benjamin R. Halde
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 DE102009060842A priority Critical patent/DE102009060842A1/de
Publication of DE102009060842A1 publication Critical patent/DE102009060842A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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
    • F25J3/04151Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04163Hot end purification of the feed air
    • F25J3/04169Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities
    • F25J3/04181Regenerating the adsorbents
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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
    • F25J3/04006Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04012Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling
    • F25J3/04018Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling of main feed air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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
    • F25J3/04006Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04012Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling
    • F25J3/0403Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling of nitrogen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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
    • F25J3/04006Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04109Arrangements of compressors and /or their drivers
    • F25J3/04115Arrangements of compressors and /or their drivers characterised by the type of prime driver, e.g. hot gas expander
    • F25J3/04121Steam turbine as the prime mechanical driver
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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
    • F25J3/04151Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04157Afterstage cooling and so-called "pre-cooling" of the feed air upstream the air purification unit and main heat exchange line
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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
    • F25J3/04521Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04563Integration with a nitrogen consuming unit, e.g. for purging, inerting, cooling or heating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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
    • F25J3/04521Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04563Integration with a nitrogen consuming unit, e.g. for purging, inerting, cooling or heating
    • F25J3/04575Integration with a nitrogen consuming unit, e.g. for purging, inerting, cooling or heating for a gas expansion plant, e.g. dilution of the combustion gas in a gas turbine
    • F25J3/04581Hot gas expansion of indirect heated nitrogen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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
    • F25J3/04763Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04775Air purification and pre-cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/30Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a washing, e.g. "scrubbing" or bubble column for purification purposes
    • F25J2205/32Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a washing, e.g. "scrubbing" or bubble column for purification purposes as direct contact cooling tower to produce a cooled gas stream, e.g. direct contact after cooler [DCAC]
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/30Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a washing, e.g. "scrubbing" or bubble column for purification purposes
    • F25J2205/34Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a washing, e.g. "scrubbing" or bubble column for purification purposes as evaporative cooling tower to produce chilled water, e.g. evaporative water chiller [EWC]
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/60Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using adsorption on solid adsorbents, e.g. by temperature-swing adsorption [TSA] at the hot or cold end
    • F25J2205/66Regenerating the adsorption vessel, e.g. kind of reactivation gas
    • F25J2205/70Heating the adsorption vessel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/70Steam turbine, e.g. used in a Rankine cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2260/00Coupling of processes or apparatus to other units; Integrated schemes
    • F25J2260/30Integration in an installation using renewable energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)

Abstract

Eine Luftzerlegungsanlage (1), welche zumindest ein Stickstoffprodukt liefert, weist eine regenerierbare Rohluftreinigungsvorrichtung (6) und einen solarthermischen Erhitzer (16) zum Erhitzen des Stickstoffprodukts auf. Das Erhitzen erfolgt mindestens auf eine Regenerierungstemperatur der Rohluftreinigungsvorrichtung (6). Es ist eine Verrohrung (17, 18) zum Zuführen des erhitzten Stickstoffprodukts als Spülgas an die Rohluftreinigungsvorrichtung (6) vorgesehen.
Ein Verfahren zum Betreiben einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage (1) umfasst: Erhitzen des Stickstoffproduktes auf mindestens eine Regenerierungstemperatur der Rohluftreinigungsvorrichtung (6), und Zuführen des erhitzten Stickstoffprodukts als Spülgas an die Rohluftreinigungsvorrichtung (6) zum Regenerieren derselben.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftzerlegungsanlage sowie ein Verfahren zum Betreiben derselben.
  • Bei der Luftzerlegung nach dem Linde-Verfahren wird die Luft als Gasgemisch aus Stickstoff, Sauerstoff, Argon und weiteren Edelgasen verflüssigt und mittels Rektifikation in ihre Bestandteile getrennt. Das entsprechende hochreine Sauerstoffprodukt wird beispielsweise in sekundären industriellen Anlagen wie Raffinerien, Hochöfen und dergleichen verwendet. Der ebenfalls entstehende hochreine Stickstoff wird als Produkt, beispielsweise für Inertisierungen, bereitgestellt oder wird wieder ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben.
  • Übliche Roh- oder Umgebungsluft muss vor der Prozessierung in einer Luftzerlegungsanlage gereinigt, getrocknet und vorgekühlt werden, da Unreinheiten wie Staub, Kohlendioxid, Wasserdampf oder Kohlenwasserstoffe das Rektifikationsverfahren stören können. Angesaugte Rohluft wird dabei häufig durch Absorbtionsmittel geleitet, die Wasserdampf, Kohlendioxyd und auch Kohlenwasserstoffspuren aus der Luft absorbieren und verhältnismäßig reine Prozessluft für den Luftverflüssigungs- und Rektifikationsprozess liefern. Derartige Rohluftreinigungsvorrichtungen können meist regeneriert werden, indem über die Absorbtionsmittel heißes Spülgas geleitet wird, welches die absorbierten Schmutzstoffe herauslöst und ein regeneriertes Absorbtionsmittel hinterlässt.
  • In der Vergangenheit sind insbesondere sogenannte Molekularsiebadsorber eingesetzt worden, die natürliche und synthetische Zeolithe und ein gutes Absorbtionsvermögen für Gase, Dämpfe und gelöste Stoffe mit bestimmten Molekülgrößen haben.
  • Allerdings sind auch andere Materialien als Molekularsiebe verwendbar, welche eine große innere Oberfläche und im Wesentlichen einheitliche Porendurchmesser haben. Durch die Einstellung der Porendurchmesser kann die Filterwirkung für bestimmte Verunreinigungen, insbesondere in der Ansaugluft für den Luftreinigungsprozess eingestellt werden.
  • Die Regeneration derartiger Molekularsiebadsorber in Luftzerlegungsanlagen erfolgt in der Regel mit Stickstoff, der der Luftzerlegungsanlage entnommen wird. Dieser Stickstoff muss dann jedoch auf eine Regenerierungstemperatur von etwa 170 bis 250°C gebracht werden. Dazu wurden in der Vergangenheit elektrische Heizer eingesetzt. Das Erhitzen des Stickstoffs als Regenerationsgas oder Spülgas für die Molekularsiebadsorber mittels elektrischer Energie verursacht jedoch hohe Kosten und erfordert aufwendige elektrische Erhitzer. Auch die Erzeugung entsprechender elektrischer Energie am Standort der jeweiligen Luftzerlegungsanlage ist häufig aufwendig.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, günstigere Maßnahmen für einen Luftzerlegungsprozess bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Luftzerlegungsanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Luftzerlegungsanlage gemäß Patentanspruch 6 gelöst.
  • Demgemäß weist eine vorgeschlagene Anlage, z. B. eine Luftzerlegungsanlage, die zumindest ein Produkt, wie z. B. ein Stickstoffprodukt, liefert, eine regenerierbare Reinigungsvorrichtung und einen solarthermischen Erhitzer auf. Der solarthermische Erhitzer ist geeignet, das Stickstoffprodukt auf mindestens eine Regenerierungstemperatur der Reinigungsvorrichtung zu erhitzen. Es ist eine Verrohrung zum Zuführen des erhitzten Stickstoffprodukts als Spülgas an die Reinigungsvorrichtung vorgesehen.
  • Ferner sieht ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage, insbesondere einer Luftzerlegungsanlage, insbesondere einer vorgenannten Luftzerlegungsanlage, die mindestens ein Produkt (z. B. Stickstoffprodukt) liefert und eine regenerierbare Reinigungsvorrichtung aufweist, die Schritte vor: solarthermisches Erhitzen des Stickstoffproduktes auf mindestens eine Regenerierungstemperatur der Reinigungsvorrichtung, und Zuführen des erhitzten Produktes als Spülgas an die Reinigungsvorrichtung zum Regenerieren derselben.
  • Als Reinigungsvorrichtung kommt zum Beispiel eine Rohluftreinigungsvorrichtung in Frage. Die Erfindung betrifft jegliche Vorrichtungen, Anlagen oder Verfahren, bei denen solarthermisch gewonnene Wärme zum Regenerieren von regenerierbaren Medien eingesetzt wird.
  • Grundsätzlich kann die Reinigungsvorrichtung flüssige oder feste Waschmmittel, wie Absorberschüttungen enthalten. Der Begriff Reinigungsvorrichtung wird hier Synonym für einen technischen Anlageteil verwendet.
  • Häufig werden Luftzerlegungsanlagen in geographischen Regionen aufgebaut, in denen hohe kontinuierliche Sonneneinstrahlung prinzipiell die Erhitzung von Gasen oder Fluiden ermöglicht. Es ist nun vorgesehen, entsprechende Solarenergie durch Erwärmen des Stickstoffproduktes aus dem Luftzerlegungsprozess einzusetzen, um das notwendige Spülgas für die Regenerierung der Rohluftreinigungsvorrichtung, die beispielsweise Molekularsiebadsorber aufweisen kann, zu erzeugen. Dies hat den Vorteil, dass keine weiteren energetisch ineffizienten Erhitzungsvorrichtungen, wie elektrische Erhitzer verwendet werden müssen.
  • Als Regenerierungstemperatur kommt je nach verwendetem regenerierbarem Adsorptionsmittel der Rohluftreinigungsvorrichtung eine Temperatur von 100 bis 120°C in Frage. Der Regene rierungsprozess kann jedoch auch bei höheren Temperaturen des erhitzten Stickstoffs als Spülgas vollzogen werden. Oberhalb der Regenerierungstemperatur werden die in dem Molekularsieb adsorbierten Moleküle wieder herausgelöst, sodass nach der Regenerierung die Poren erneut frei und zugänglich sind, sodass im erneuten Betrieb die Adsorptionswirkung und damit die Reinigungseigenschaften für angesaugte Rohluft erneut optimal vorliegt.
  • Die Luftzerlegungsanlage kann ferner mit einer Wärmespeichereinrichtung zum Speichern für die thermische Energie des erhitzten Stickstoffproduktes ausgestattet werden. Beispielsweise im Nachtbetrieb oder bei Abschattungen der Sonne ermöglicht eine Wärmespeichereinrichtung daher einen Pufferbetrieb, selbst wenn solare Energie vorübergehend nicht abgegriffen werden kann. Die Wärmespeicherung kann z. B. durch keramisches Material erfolgen, das erhitzt wird und im Wärmespeicher isoliert vorliegt. Eine Wärmespeicherung kann z. B. nach dem Cowper-Prinzip erfolgen.
  • Auch ohne Wärmespeicher kann die Anlage betrieben werden. Man kann während der Nacht zum Beispiel das eingesetzte Wärmemedium oder das zu regenerierende Mittel auch elektrisch erhitzen.
  • Bei einer Variante der Anlage bzw. des Verfahrens wird die Solarenergie nur mittelbar zum Erhitzen des Spülmittels verwendet. Zum Beispiel wird zunächst auf bekanntem Wege Solarstrom erzeugt, der als Energiequelle zum Erhitzen des Regeneriergases oder Spülmittels dient oder auch direkt zum Erhitzen der Reinigungsvorrichtung eingesetzt wird.
  • Darüber hinaus kann die Luftzerlegungsanlage eine Energieumsetzungseinrichtung zum Umwandeln der thermischen Energie des erhitzten Stickstoffproduktes in andere Energieformen aufweisen. Bei solarthermischen Erhitzern kann das Wärmemedium, welches im vorliegenden Fall vorzugsweise das Stickstoffpro dukt ist, 700 bis 1100°C haben. Insofern kann diese überschüssige Wärmeenergie, welche nicht für einen Regenerierungsprozess der Rohluftreinigungsvorrichtung (bei etwa 220°C) notwendig ist, zur Energieerzeugung verwendet werden. Dabei ist es insbesondere möglich, eine Pumpe, einen Kompressor und/oder ein Gebläse der Luftzerlegungsanlage zumindest vorübergehend mit Energie zu betreiben, welche die Energieumsetzungseinrichtung aus der thermischen Energie des erhitzten Stickstoffproduktes erzeugt. Die Energieumsetzungseinrichtung kann einen Dampferhitzer mit einer Turbine umfassen, um z. B. elektrische Energie zu erzeugen. Es kann auch direkt Prozessdampf über einen Wärmetauscher mit dem erhitzten Stickstoffprodukt erzeugt werden.
  • Vorzugsweise ist für die Luftzerlegungsanlage eine Regelungseinrichtung, wie beispielsweise ein Leitstellenrechner vorgesehen, welche Armaturen der Verrohrung der Luftzerlegungsanlage steuert, dass dem erhitzten Stickstoffprodukt durch die Wärmespeichereinrichtung und/oder die Energieumsetzungseinrichtung derart thermische Energie entzogen wird, dass die thermische Restenergie des Stickstoffprodukts noch einer Temperatur entspricht, die oberhalb der Regenerierungstemperatur ist. Damit wird gewährleistet, dass stets ein Stickstoffprodukt, welches als Spülgas geeignet ist, vorliegt. Der in dem erhitzten Stickstoffprodukt vorliegende und über die Regenerationstemperatur hinausgehende Energiegehalt kann anderweitig für eine Energieerzeugung verwendet werden.
  • Da die Luftzerlegungsanlage in der Regel kontinuierlich betrieben wird, bietet es sich an, die Rohluftreinigungsvorrichtung mit mehreren zeitlichen alternierend betreibbaren Molekularsiebadsorbern auszustatten. Es ist dann möglich, ein erstes Molekularsieb in einem Filter- oder Normalbetriebsmodus mit den Verunreinigungen der angesaugten Rohluft zu beladen, während ein zweites Molekularsieb gleichzeitig durch Spülen mit geeignetem Spülgas regeneriert wird. Somit liegt für den Luftzerlegungsprozess immer ein regeneriertes Moleku larsieb bzw. eine Rohluftreinigungsvorrichtung vor.
  • Die der Rohluftreinigungsvorrichtung entnommene gereinigte Rohluft wird in der Regel als Prozessluft im Gegenstrom mit dem Stickstoffprodukt aus einem Luftzerlegungsprozess gekühlt. Dazu wird häufig ein Hauptwärmetauscher in der entsprechenden Coldbox verwendet.
  • In einer Variante der Luftzerlegungsanlage umfasst der solarthermische Erhitzer mindestens einen Heliostaten. Heliostaten weisen beispielsweise runde oder rechteckige Spiegelflächen auf, die Sonneneinstrahlung auf einen Wärmeabsorber lenken, der dann besonders hoher Strahlungsenergie ausgesetzt ist und ein Medium wie beispielsweise Stickstoff erhitzt. Häufig sind die Heliostaten mit einer zumindest zweiachsigen Motorik versehen und können dem Sonnenstand optimiert ausgerichtet werden.
  • Es können auch andere bekannte solarthermische Kraftwerke eingesetzt werden. Zum Beispiel sind Niedertemperatursysteme mit Rinnen zur Erwärmung eines Wärmemediums bekannt. Öl- oder Wasserverdampfer können auch eingesetzt werden.
  • Bei verschiedenen Betriebsmodi eines Verfahrens zum Betreiben einer Luftzerlegungsanlage werden einer oder mehrere der folgenden Schritte durchgeführt:
    • – Erzeugen von Prozessdampf mit dem erhitzten Stickstoff zum Antreiben mindestens einer Pumpe, eines Kompressors und/oder eines Gebläses der Luftzerlegungsanlage oder einer Turbine zur Stromerzeugung;
    • – Speichern von thermischer Energie des erhitzten Stickstoffproduktes in einem Wärmespeicher;
    • – Erhitzen von Stickstoffprodukten mit dem Wärmespeicher und Zuführen des mit dem Wärmespeicher erhitzten Stickstoffpro dukts als Spülgas an die Rohluftreinigungsvorrichtung zum Regenerieren derselben; und/oder
    • – Umleiten des Stickstoffproduktes aus einem Wärmetauscher der Luftzerlegungsanlage zu der Rohluftreinigungsvorrichtung vor dem solarthermischen Erhitzten zum Kühlen der Rohluftreinigungsvorrichtung.
  • Vorzugsweise werden mehrere Molekularsiebadsorber als Rohluftreinigungsvorrichtung verwendet, welche abwechselnd in einem Filterbetriebsmodus zum Reinigen von Umgebungsluft zu Prozessluft für einen Luftzerlegungsprozess und in einem Regenerierungsbetriebsmodus mit dem Spülgas regeneriert werden.
  • Es ist ferner denkbar, Stickstoffprodukt, welches einer Verdunstungskühleinrichtung der Luftzerlegungsanlage zugeführt und entnommen wird, solarthermisch zu erhitzen. Neben der Trocknung und Reinigung durch die Rohluftreinigungsvorrichtung wird zum Bereitstellen von Prozessluft für den Luftzerlegungsprozess meist auch gereinigte Luft gekühlt und erst dann dem Wärmetauscher der Anlage zugeführt. Dabei kommen Verdunstungskühler, bei denen meist Wasser verdunstet wird, zum Einsatz. Verdunstungskühler werden auch als EVC (Evaporation Cooler) bezeichnet.
  • In einer Variante der Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt vorgesehen, welches die Durchführung eines entsprechenden Verfahrens zum Betreiben einer Luftzerlegungsanlage auf einer programmgesteuerten Rechner- oder Steuereinrichtung veranlasst. Als programmgesteuerte Rechner- oder Steuereinrichtung kommt zum Beispiel ein PC oder ein Rechner einer Leitwarte zur Steuerung und Regelung von Anlagen, insbesondere Luftzerlegungsanlagen, in Frage, auf dem entsprechende Software installiert ist. Das Computerprogrammprodukt kann beispielsweise in der Art eines Datenträgers wie zum Beispiel USB-Stick, Floppy-Disk, CD-ROM, DVD implementiert werden oder auch auf einer Servereinrichtung als herunterladbare Pro grammdatei implementiert sein.
  • Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale, Verfahrensschritte oder Aspekte. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
  • Es zeigt dabei:
  • 1: eine schematische Darstellung einer ersten Variante einer Luftzerlegungsanlage mit solarthermischer Spülgaserhitzung;
  • 2: eine schematische Darstellung einer zweiten Variante einer Luftzerlegungsanlage mit solarthermischer Spülgaserhitzung;
  • 3: schematische Darstellungen von beispielhaften solarthermischen Erhitzern;
  • 49: Verfahrensfließbilder einer beispielhaften Luftzerlegungsanlage in verschiedenen Betriebsmodi;
  • 10: eine schematische Darstellung einer dritten Variante einer Luftzerlegungsanlage mit solarthermischer Spülgaserhitzung; und
  • 11: eine schematische Darstellung einer vierten Variante einer Luftzerlegungsanlage mit solarthermischer Spülgaserhitzung.
  • In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Variante einer Luftzerlegungsanlage mit solarthermischer Spülgaserhitzung.
  • Die Luftzerlegungsanlage 1 verarbeitet Umgebungsluft und liefert durch rektifikative Luftzerlegung ein Stickstoffprodukt an einer Leitung 15 und ein flüssiges Sauerstoffprodukt an einer Leitung 13. Die Luftzerlegungsanlage 1 hat dazu eine Coldbox 2, welche den rektifikativen Luftzerlegungsprozess durchführt. Allgemein erfolgt die Luftzerlegung nach dem entsprechenden Linde-Verfahren, indem zunächst die Umgebungsluft angesaugt wird, was mit dem Ansaugrohr 3 erfolgt und auf etwa 6 bar mit einem Kompressor 4 verdichtet wird. Anschließend ist eine Luftleitung 5 vorgesehen, die die verdichtete Rohluft einer Rohluftreinigungsvorrichtung 6 zuführt.
  • Die verdichtete Luft kann ferner mit Wasser vorgekühlt werden und in der Rohluftreinigungsvorrichtung von Staub, Kohlendioxid, Wasserdampf und weiteren Kohlenwasserstoffen gereinigt werden. Dazu sind insbesondere Molekularsiebadsorber geeignet. Wie bereits einleitend erläutert wurde, lassen sich Molekularsiebadsorber durch Spülen mit einem erhitzten Spülfluid oder -Gas regenerieren, d. h. wiederverwenden.
  • Entsprechend vorbereitete Prozessluft, also gereinigte, getrocknete und vorgekühlte Umgebungsluft, wird über eine Leitung 7 dem Hauptwärmetauscher 8 der Luftzerlegungsanlage 1 zugeführt. Die Verflüssigung der Prozessluft erfolgt durch einen Wärmeaustauschprozess in dem Wärmetauscher 8, wobei die vorgekühlte verdichtete Luft im Gegenstrom mit bereits entspannten Gasströmen auf eine Temperatur von etwa –180°C gebracht wird. Über die Leitung 9 wird diese unter Druck stehende Luft einem Expansionsventil 10 zugeführt und dadurch entspannt. Beim Entspannen in dem Expansionsventil 10 oder auch einer Expansionsturbine kühlt sich die Luft derart ab, dass sie sich zumindest teilweise verflüssigt und über eine Leitung 12 der Rektifikationssäule oder -kolonne 11 zugeführt wird.
  • In dem mehrstufigen Rektifikationsprozess in der Kolonne oder Säule 11 rieselt flüssige Luft über mehrere Siebe im Gegenstrom mit nicht-verflüssigter aufsteigender gasförmiger Luft nach unten. Die sauerstoffangereicherte Flüssigkeit sammelt sich am Boden der Kolonne, während siedender Stickstoff am Kopf der Kolonne abgreifbar ist. Es können auch Druck- und Niederdruckkolonnen-Kombinationen eingesetzt werden. Jedoch ergibt sich immer am Fuß der Kolonne eine Fraktion mit flüssigem Sauerstoff, der über eine Leitung 13 abgeführt werden kann und am Kopf der Kolonne gasförmiger Stickstoff (GAN), der über die Leitung 14 dem Hauptwärmetauscher zur Gegenstromkühlung zugeführt wird.
  • Das Stickstoffprodukt kann dem Hauptwärmetauscher 8 entnommen werden und beispielsweise an einen Abnehmer geliefert werden. Da jedoch, wie eingangs erläutert wurde, die Absorber der Rohluftreinigungsvorrichtung 6 regelmäßig regeneriert werden müssen, wird vorgeschlagen, zumindest einen Teil des Stickstoffproduktes abzuzweigen und solarthermisch zu erhitzen. Dazu wird das Stickstoffprodukt einem solarthermischen Erhitzer 16 zugeführt, der intensiver Sonneneinstrahlung 20 ausgesetzt ist. Durch den solarthermischen Erhitzer 16, der beispielsweise als volumetrischer Empfänger ausgeführt sein kann, wird ein Spülfluid an der Leitung 17 erzeugt, das mindestens Temperaturen von 170 bis 250°C erreicht und daher oberhalb der Regenerationstemperatur der Rohluftreinigungsvorrichtung 6 vorliegt. Es kann optional ferner ein Gebläse in dem Kreislauf für die Erhitzung des Stickstoffproduktes, also an der Leitung 15 oder 17, vorgesehen werden.
  • In einem entsprechenden Regenerierungsbetriebsmodus durchfließt das Spülgas, also der erhitzte Stickstoff, die Molekularsiebe in der Reinigungsvorrichtung 6, tritt anschließend an der Leitung 18 aus und kann an die Atmosphäre 19 abgeblasen werden. Bei der in 1 dargestellten Luftzerlegungsanlage 1 werden keine zusätzlichen elektrischen Heizer benötigt, die das Spülgas, z. B. Stickstoffprodukt, auf die für die Regenerierung der Molekularsiebe notwendige Regenerierungstemperatur bringen. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass aufgrund der Sonneneinstrahlung und Auslegung des solarthermischen Erhitzers 16 Temperaturen von 700 bis 1100°C für den Stickstoff erzielt werden. Es ist daher auch möglich, den erhitzten Stickstoff als Wärmemedium zu verwenden und für weitere Energieerzeugung einzusetzen.
  • In der 2 ist eine zweite Variante einer Luftzerlegungsanlage mit solarthermischer Spülgaserhitzung schematisch dargestellt. 2 ist insbesondere eine Kombination aus zwei Molekularsiebadsorbern 6A, 6B als Rohluftreinigungsanlage und Verdunstungskühler detaillierter angegeben. Die Luftzerlegungsanlage 101 umfasst im Wesentlichen Stufen zur Vorverdichtung der Luft über einen Kompressor 4, Kühlung, Reinigung und Trocknung der Luft mittels Kühler 22, 24 und Molekularsiebadsorbern 6A, 6B, einen Hauptwärmetauscher 8 und eine Coldbox 35 für den eigentlichen Prozess der Luftzerlegung.
  • Darüber hinaus ist ein Stickstoffproduktkreislauf vorgesehen, in dem Stickstoffprodukt solarthermisch erhitzt wird, um als Spülgas für die Regenerierung der Molekularsiebe 6A, 6B verwendet zu werden.
  • Die Luftzerlegungsanlage 101 hat somit ein Ansaugrohr 3 für Umgebungsluft. Diese wird in einem Filter 21 gefiltert und dem Luftverdichter oder Kompressor 4 zugeführt. Die kompri mierte Luft wird über eine Leitung 5 einem Direktkontaktkühler 22 zugeführt, der die vorgekühlte Luft 9 an einer Leitung 29 zur Reinigung derselben einer Molekularsiebanordnung 6A, 6B zuleitet. Bei einem Verdunstungskühler 24 wird zunächst Wasser über eine Wasserleitung 23 eingeleitet, was üblicherweise in einem Stickstoffgegenstrom abgekühlt wird. Am Fuß des ersten sogenannten Rieselverdunstungskühlers 24 wird das Wasser an einer Leitung 25 abgegriffen und über eine Pumpe 26 und einer Leitung 27 zu dem Direktkontaktkühler 22 geführt. Dort wird die komprimierte Luft mit dem gekühlten Wasser in direktem Kontakt auf niedrigere Temperaturen gebracht. Das Wasser wird am Fuß des Direktkontaktkühlers 22 an einer Leitung 28 abgeleitet.
  • Die Luftleitung 29 ist über jeweils ein Regelventil 30, 31 an ein jeweiliges Molekularsieb 6A, 6B geführt. Ausgangsseitig des jeweiligen Molekularsiebes 6A, 6B ist ferner ein weiteres Regelventil 69, 70 vorgesehen, mittels derer über die Leitung 7 die gereinigte Luft als Prozessluft dem Wärmetauscher 8 zugeführt werden kann. Wie bereits hinsichtlich der 1 erläutert wurde, liefert die Coldbox 35 gasförmiges Stickstoffprodukt an einer Leitung 14, die im Gegenstrom mit der verdichteten Prozessluft durch den Wärmetauscher 8 geleitet wird. Die durch den Wärmetauscher 8 geleitete Prozessluft wird über die Leitung 9 der Coldbox 35 zugeführt. Es ist hier vorgesehen, das Stickstoffprodukt an der Leitung 15 abzuzweigen und einem solarthermischen Erhitzer 16 zuzuleiten. Das dann als Spülgas vorliegende erhitzte Stickstoffprodukt wird über die Leitung 17 aus dem Wärmetauscher oder der solarthermischen Erhitzungseinrichtung 16 abgeleitet.
  • Bei der Luftzerlegungsanlage 101 wird in einem Normalbetrieb die angesaugte Rohluft über die Leitung 29 und eines der beiden Regelventile 30, 31 durch einen der beiden Molekularsiebadsorber 6A, 6B geführt und damit gereinigt. Beispielsweise sind die Regelventile 30 und 69 geöffnet, sodass die zu verflüssigende Luft über die Leitung 29 und 7 durch den ersten Molekularsiebadsorber 6A geführt und gereinigt wird. Gleichzeitig kann der zweite Molekularsiebadsorber 6B regeneriert werden. Somit sind in diesem Regenerierungsbetriebsmodus die Regelventile 31 und 70 für die Luft an der Leitung 29 bzw. 7 geschlossen. Ferner ist das Regelventil 33 geschlossen, also undurchlässig für den erhitzten Stickstoff als Spülgas, und das Regelventil 32 ist geöffnet, sodass das oberhalb einer Regenerierungstemperatur vorliegende Spülgas durch das zweite Molekularsieb 6B geführt wird und einen Regenerierungsprozess einleitet. Das Spülgas wird dabei in einer Strömungsrichtung durch den jeweiligen Molekularsiebadsorber 6B entgegengesetzt der im Normalbetrieb vorliegenden Strömungsrichtung der für den Luftzerlegungsprozess vorgesehenen Luft geleitet. Das dann mit den Beladungen des Molekularsiebs 6B beaufschlagte Spülgas wird über eine Leitung 18 der Atmosphäre 19 abgeführt.
  • Nachdem der Regenerationsprozess für das zweite Molekularsieb 6B abgeschlossen ist, können die Ventile 30, 32 und 69 geschlossen werden, also fluidundurchlässig geregelt werden, und die Regelventile 33, 31 und 70 geöffnet werden, also fluiddurchlässig gemacht werden. In diesem folgenden Betriebsmodus durchläuft die zu reinigende Luft durch die Leitung 29 und 7 das zweite dann regenerierte Molekularsieb 6B, während das erste Molekularsieb 6A durch Spülgas über die Leitung 17 das Regelventil 33 und die Leitung 18 an die Atmosphäre 19 regeneriert wird. So ist ein kontinuierlicher Betrieb der Luftzerlegungsanlage 101 gewährleistet.
  • Zudem wird durch die solarthermische Erhitzung des Stickstoffs keine zusätzliche Energiequelle wie z. B. elektrischer Strom benötigt. Die Steuerung der angedeuteten Regelventile 3033, 69, 70 kann über eine Leitstellenrecheneinrichtung 100 erzielt werden, die beispielsweise geeignete Steuersignale CT an die Regelventile führt. In den folgenden Darstellungen ist eine entsprechende Leitstelleneinrichtung 100 nicht weiter dargestellt.
  • In der 3 sind Beispiele für solarthermische Erhitzer schematisch dargestellt. 3A zeigt einen Solarturm 60, an dessen Kopf ein Wärmeabsorber 37 vorgesehen ist. Dem Wärmeabsorber wird konzentrierte solare Strahlung 20 über Heliostaten 67 zugeleitet. Die Heliostaten 67 weisen runde oder eckige Spiegelflächen auf, die die Sonnenstrahlung 20 auf den auch als Receiver bezeichneten Erhitzer 37 leiten. In den 3B und 3C sind mögliche geometrische Anordnungen aus Feldern von Heliostaten erläutert. Der solarthermische Erhitzer ist beispielsweise in der 3B von einem sogenannten Rundfeld 68 von Heliostaten 67 teilweise umgeben. Die Heliostaten können zusätzlich mit einer zwei- oder mehrachsigen Motorik ausgestattet werden, sodass immer eine konzentrierte Zuleitung der Sonneneinstrahlung auf den Erhitzer oder Receiver 37 gewährleistet ist. In einer alternativen Anordnung der Heliostaten 67 ist in der 3C ein Rundfeld 68 dargestellt.
  • Im Receiver, der als volumetrischer Receiver 37 ausgeführt sein kann, sind keramische Elemente von dem Stickstoff umströmt, wobei die Keramikelemente, die durch Absorbtion der Sonneneinstrahlung erhitzt werden, Wärme an das Stickstoffmedium abgeben. Dabei werden Temperaturen von 700 bis 1100°C erzielt. Die Keramikelemente sind zum Beispiel in einem Strömungskanal hinter einem Quarzglas vorgesehen, welche von dem Stickstoff durchströmt wird, und diesen von der Atmosphäre trennt. Für volumetrische Receiver zur solarthermischen Erhitzung eines Mediums, wie insbesondere Stickstoff, sind weitere Ausführungsformen bekannt, auf die hier nicht näher eingegangen werden soll.
  • Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass der Prozessstickstoff aus einem Luftzerlegungsprozess einer Luftzerlegungsanlage abgezweigt wird und solarthermisch auf hohe Temperaturen um etwa 1000°C gebracht wird.
  • In den folgenden 4 bis 10 sind Verfahrensfließbilder einer beispielhaften Luftzerlegungsanlage in verschiedenen Betriebsmodi dargestellt. Die Luftzerlegungsanlage 102 ist jeweils im Ausschnitt dargestellt und betrifft insbesondere den Spülgaskreislauf zur Regenerierung von Molekularsiebadsorbern 6A, 6B.
  • Die Luftzerlegungsanlage 102 hat einen Hauptwärmetauscher 8, dem an der Stickstoffleitung 15 ein Stickstoffprodukt entnommen werden kann. Der Zerlegungsanlage 102 sind zwei Molekularsiebadsorber 6A, 6B, beispielsweise volumetrische Receiver 16A, 16B, 16C als solarthermische Erhitzer, eine Energiewandlereinrichtung 37 und ein Wärmespeicher 36 zugeordnet. Die jeweiligen Verrohrungen oder Verleitungen sind in den folgenden Figuren nicht mit Bezugszeichen versehen worden. Der jeweilige Fluidfluss kann durch Einstellung oder Regelung der Armaturen und insbesondere der Regelventile 3033, 3850 bestimmt werden. In den Figuren sind entsprechende Fluidpfade, welche durch die Steuerung der Armaturen entstehen, gestrichelt dargestellt.
  • Bei dem in der 4 dargestellten Normalbetriebsmodus der Luftzerlegungsanlage 102 sind die Regelventile 39, 40, 41, 42, 44, 48, 49 und 51 geöffnet, erlauben also einen Fluiddurchfluss. Die übrigen Regelventile 30, 43, 45, 46, 47, 50 sind hingegen geschlossen. Somit wird das Stickstoffprodukt aus der Stickstoffleitung 15 dem Erhitzer 16A, 16B, 16C zugeführt und dort auf Temperaturen von oberhalb von 1000°C erhitzt. Der erhitzte Stickstoff durchfließt einerseits den Wärmespeicher 36, der beispielsweise als Cowper-Wärmespeicher ausgeführt sein kann, und andererseits den Energiewandler 37. Der Energiewandler 37 kann beispielsweise einen Wärmetauscher umfassen, der Prozessdampf erzeugt. Dazu ist in der 4 eine Pumpe 61 dargestellt, die Wasser in den Verdampfer und den Prozessdampf dann in einen sekundären Dampfkreislauf ableitet. Der entsprechende Dampf kann als Antriebsenergie für Produktverdampfer oder Kompressoren in der Coldbox oder ande ren Anlageteilen der Luftzerlegungsanlage 102 verwendet werden. Es ist auch möglich, mithilfe einer Dampfturbine elektrische Energie zu erzeugen, die für den Betrieb von Anlageteilen verwendet wird.
  • Die Ventile und Wärmetauscher der Wärmespeicher 36 und des Energiewandlers 37 sind derart geregelt, dass am Ventil 48, also zum Eintritt in die Molekularsiebe, der erhitzte Stickstoffstrom eine Temperatur von etwa 200°C aufweist. Die übrige in dem Stickstoff vorliegende thermische Energie, welche durch das Erhitzen im solarthermischen Erhitzer 16A, 16B, 16C erzeugt wurde, wird in den Pufferbehälter bzw. Wärmespeicher 36 und den Wasserdampfsekundärkreislauf über den Wärmetauscher 37 abgegeben. Somit gelingt es, die Molsiebe 6A, 6B mit dem etwa 200 bis 250°C vorliegenden Stickstoff als Spülgas zu regenerieren. Anschließend erfolgt eine Ableitung über das Ventil 49 und 51 in die Atmosphäre 19. Der Normalbetriebsmodus, wie er in 4 angedeutet ist, bietet sich an, wenn solare Strahlung zur thermischen Nutzung zur Verfügung steht.
  • Nach Abschluss des Regenerierungsprozesses müssen die Molsiebe wieder auf Normaltemperatur abgekühlt werden. Der entsprechende Vorgang ist in 5 beispielhaft dargestellt. Nach Abgriff des Stickstoffproduktes an der Leitung 15 aus dem Hauptwärmetauscher 8 wird der bei etwa 20 bis 25°C vorliegende Stickstoff zunächst über das Ventil 38 durch die Molekularsiebadsorber 6A, 6B zu deren Kühlung geführt. Erst anschließend wird der nunmehr bereits geringfügig erwärmte Stickstoff über die Regelventile 49, 46 und 40 dem solarthermischen Erhitzer 16A, 16B, 16C zugeführt. Anschließend wird, wie in der 5 durch die gestrichelten Linien dargestellt ist, der auf etwa 1000°C erhitzte Stickstoff dem Wärmespeicher 36 und dem Energiewandler bzw. dem Wärmetauscher 37 zugeführt. Der im Wesentlichen seine Wärmeenergie abgegebene Stickstoff wird anschließend über das Ventil 47 in die Atmosphäre 19 abgeblasen.
  • Nach dem Regenerieren und Wiederabkühlen der Molsiebabsorber 6A, 6B erfolgt erneut ein Druckaufbau für den Luftverflüssigungsprozess mit der angesaugten Umgebungsluft. Beim Druckaufbau, im Parallelbetrieb und beim Druckabbau wird üblicherweise der Stickstoff aus der Coldbox an der Leitung 15 nicht verwendet. Konventionell wird dieser direkt in die Atmosphäre abgeblasen. Die Verrohrung und Einstellung des Wärmetauschers 36, des solarthermischen Erhitzers 16A, 16B, 16C und des Wärmetauschers 37 ermöglichen allerdings die Verwendung des Stickstoffs zur Energieerzeugung.
  • In der 6 ist ein Betriebsmodus dargestellt, in dem die Molsiebe 6A, 6B nicht zur Regenerierung oder zum Abkühlen mit Stickstoff umspült werden müssen. Entsprechend sind die Regelventile 38, 48, 50, 49, 51, 46 und 45 geschlossen. Das Stickstoffprodukt wird durch die Ventile 39 und 40 zu dem solarthermischen Erhitzer 16A, 16B geführt und anschließend durch den Wärmetauscher 37 und den Wärmespeicher 36 geleitet. Schließlich wird er über das Ventil 47 in die Atmosphäre 19 abgeblasen.
  • Üblicherweise wird der Regenerierungsbetriebsmodus, also ein Aufheizen des jeweiligen Molekularsiebes zur Regenerierung etwa 80 Minuten dauern. Die Kühlphase, in der der Stickstoff aus dem Wärmetauscher zum Abkühlen des aufgeheizten und regenerierten Molekularsiebes verwendet wird, dauert bis zu 160 Minuten. In der Übergangsphase zum Druckabbau und -aufbau beim Wechsel der jeweiligen Molekularsiebadsorber entsteht ein Zeitraum von 30 bis 40 Minuten, in denen Stickstoff wie in der 6 dargestellt ist, als Wärmemedium verwendet wird.
  • Da nicht immer ausreichende solare Strahlung zum Erhitzen des Stickstoffs zum Spülgas vorliegt, kann in einem Pufferbetriebsmodus die benötigte Wärmeenergie zum Erhitzen des Stickstoffs auf eine Temperatur oberhalb der Regenerierungstemperatur des Molekularsiebadsorbers durch den Wärmespeicher 36 erfolgen. In der 7 ist der entsprechende Betriebsmodus im Pufferbetrieb dargestellt. Dies kann z. B. während des Nachtbetriebs oder bei starker Bewölkung notwendig sein.
  • Das Stickstoffprodukt wird einer Leitung 15 aus dem Wärmetauscher 8 abgeführt und über ein Regelventil 39, 45 im Wärmespeicher 36 zugeführt. Dort erhitzt sich der Stickstoff auf hohe Temperaturen, wie beispielsweise > 900°C. Im weiteren Kreislauf durchströmt der aufgeheizte Stickstoff das Regelventil 43, den Wärmetauscher 37 und liefert beispielsweise Prozessdampf, der für weitere Energieversorgung oder -Erzeugung verwendet werden kann. Dabei werden die Ventile so eingestellt, dass nur überschüssige Wärme dem Stickstoff entzogen wird, sodass dieser noch beim Eintritt in die Molekularsiebe 6A, 6B die notwendige Regenerierungstemperatur aufweist. Erst nach Durchströmen der Molekularsiebe 6A, 6B erfolgt eine Abblasung des mit der Beladung der Molekularsiebe beaufschlagten Stickstoffs über das Ventil 50 in die Atmosphäre 19. Im Vergleich zum Tagesbetrieb, wie er in der 4 erläutert wurde, strömt die abgegriffene Stickstoffmenge zunächst vollständig durch den Wärmespeicher und den Verdampfer bzw. Wärmetauscher 37.
  • Auch im Pufferbetriebsmodus ist anschließend eine Kühlung der Molekularsiebe mit dem Stickstoff notwendig. Dazu wird, wie in der 8 angedeutet ist, Stickstoff vom Wärmetauscher an der Leitung 15 abgegriffen und über das Ventil 38 direkt den Molekularsiebadsorbern 6A, 6B zugeführt. Anschließend wird das leicht erwärmte Stickstoffprodukt über die Ventile 49, 46, 45 zunächst durch den Wärmespeicher 36 geleitet, der den Stickstoff auf etwa > 900°C erhitzt, sodass dieser über das Ventil 43 zum Verdampfer bzw. Energiewandler 47 geführt werden kann und dort seine weitere Wärmeenergie abgibt. Anschließend wird der als Wärmemedium verwendete Stickstoff über das Ventil 47 in die Atmosphäre 19 abgeleitet.
  • In dem Übergangsbetrieb zwischen Abkühlung und erneuter Rege nerierung eines der Molekularsiebe 6A, 6B, wie es in 9 dargestellt ist, wird der Stickstoff nicht durch den solarthermischen Erhitzer 16A, 16B, 16C geführt, sondern über die Ventile 39, 45 dem Wärmespeicher 36 und anschließend durch den Verdampfer 37 geführt. Wie bei dem hinsichtlich der 7 bis 9 erläuterten Pufferbetrieb erfolgt das Aufheizen des Stickstoffs lediglich durch den Wärmespeicher 36. Somit wird der vorhandene Stickstoff in der Anlage nicht ungenutzt in die Atmosphäre 19 abgeblasen, wie dies üblicherweise der Fall ist.
  • In der 10 ist eine dritte Variante der Luftzerlegungsanlage mit solarthermischer Spülgaserhitzung gezeigt. Bei der Luftzerlegungsanlage 103 der 10 ist ein weiterer Stickstoffkreislauf vorgesehen, der gestrichpunktet dargestellt ist. Es sind im Wesentlichen dieselben Elemente wie hinsichtlich der 4 bis 9 erläutert wurde, vorhanden, auf die nicht weiter eingegangen werden soll. Zusätzlich wird das Stickstoffprodukt solarthermisch erhitzt, welches beispielsweise wie in der 2 dargestellt wurde, einem Verdunstungskühler (EVC = Evaporation Cooler) zugeführt wird. Durch die Verwendung auch dieses sonst ungenutzten Stickstoffs, der konventionellerweise nach dem Durchlauf des entsprechenden Verdunstungskühlers in die Atmosphäre gelangt, kann die thermische Leistung der Anlage erhöht werden.
  • Es ist daher ein separater Solarerhitzer 16C vorgesehen, durch den Stickstoffgas geleitet wird, welches zuvor einen der Luftzerlegungsanlage zugehörigen Evaporation Cooler durchlaufen hat. Anschließend wird, wie in der 10 gezeigt, der erhitzte und wegen des Durchlaufs durch den Evaporation Cooler unreine Stickstoff dem Wärmespeicher 30 und dem Verdampfer bzw. Wärmetauscher 37 zugeführt. Anschließend erfolgt eine Abblasung in die Atmosphäre 19. Dieser zusätzliche Wärmekreislauf erhöht die maximal mögliche thermische Energie, welche solarthermisch erzeugt werden kann.
  • Üblicherweise beträgt die Menge an ungenutztem Stickstoff in bezug auf die dem Hauptkompressor 4 (siehe 2) zugeführte Luftmenge 35 bis 40 Die zur Generierung der Molekularsiebe 6A, 6B abgezweigte Reinstickstoffmenge beträgt üblicherweise 20% an der durch den Hauptkompressor 4 beförderten Luftmenge. Die Berücksichtigung auch des unreinen Stickstoffs der zum Betrieb des Verdunstungskühlers 20 (2) verwendet wird bei der solarthermischen Energiegewinnung und erhöht somit die maximale Energierückgewinnung erheblich. Durch entsprechende Regelung oder Steuerung der in der 10 dargestellten Armaturen bzw. Regelventile 3033, 3860 können unter Hinzunahme des Kreislaufs mit unreinem Stickstoff ähnliche analoge Betriebsmodi, wie hinsichtlich der 4 bis 9 erläutert wurde, durchgeführt werden.
  • In der 11 ist eine weitere Variante einer Luftzerlegungsanlage dargestellt, die eine erhöhte zurückgewonnene Energie durch einen Stickstoffkreislauf hat. In der Ausführung für eine Luftzerlegungsanlage 104 der 11 wird Stickstoff, der durch den solarthermischen Erhitzer 16A, 16B, 16C erhitzt wurde und den Wärmespeicher sowie den Verdampfer 37 durchlaufen hat, erneut dem solaren Erhitzer 16A, 16B, 16C zurückgeführt. Unabhängig von der durch den Hauptwärmetauscher 8 geführten Stickstoffmenge kann daher ein relativ großes Stickstoffvolumen permanent im Kreis gefahren werden. Dazu wird der erhitzte Stickstoff nach dem Durchlauf der Energiewandlungseinrichtung 37 und/oder des Wärmespeichers 36 über die gestrichpunktete Leitung mittels der Turbine oder dem Gebläse 62 erneut über das Regelventil 40 den solarthermischen Erhitzern 16A, 16B, 16C zugeführt. Der Verdichter 62 kann z. B. über eine mit Wasserdampf getriebene Turbine 63 betrieben werden, die in dem Prozessdampfkreislauf aus dem Wärmetauscher bzw. dem Energiewandler 37, dem Wärmetauscher 65 und dem Gebläse 64 vorgesehen ist.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert wurde, kann sie vielfältig modifi ziert werden. Es ist z. B. möglich, abweichend von den dargestellten Prozessdampfkreisläufen zur Energieumwandlung direkt Stickstoff bei einem erhöhten Druckniveau zu verwenden. Dann ist beispielsweise der Einsatz einer Gasturbine anstelle eines Dampfkreislaufs möglich. Dadurch kann ein Verdampfer 37 für den beispielhaft erläuterten Wasserdampfprozess eingespart werden.
  • Die beschriebene Erfindung betrifft grundsätzlich die Verwendung von solarthermisch gewonnenen Wärmemedien zum Behandeln von weiteren Medien. In dieser Beschreibung sind nur beispielhaft Gastrocknungsanlagen, Luftzerlegungsanlagen, Stahlwerke oder andere chemietechnische Anlagen genannt. Auch lebensmitteltechnische Anlagen können mit der vorgeschlagenen solarthermisch gewonnenen Wärme betrieben werden. Als Wärmemedium sind Fluide, wie Gase oder Flüssigkeiten denkbar. Es seien neben Stickstoff auch Butan oder Methan genannt. Vorzugsweise werden jedoch trockene oder inerte Gase als Wärmemedium verwendet (z. B. Luft oder Edelgase).
  • Es ist auch möglich, bei der Projektierung der Luftzerlegungsanlage und insbesondere der Coldbox den Prozessdruck in einer Niederdruckkolonne anzupassen, um Druckverluste durch die zusätzlichen Armaturen zum Abgriff des Stickstoffs aus dem Hauptwärmetauscher zu kompensieren. Ferner können zusätzliche Gebläse zum Aufrechterhalten eines entsprechenden Drucks und einer Fließgeschwindigkeit für die vorliegenden Fluide ergänzt werden. Es ist ferner möglich, Stickstoff aus der Druckkolonne auf einen benötigten Druck zu entspannen, wie beispielsweise 2 bis 300 mBar, und dann dem solarthermischen Kreislauf zuzuführen.
  • Typische Temperaturen für Stickstoffprodukte aus der Coldbox bzw. dem Hauptwärmetauscher liegen bei etwa 20°C. Um einen Adsorber in dem Molsieb zu Heizen bzw. zu Regenerieren, sollte das Stickstoffprodukt als Spülgas eine Temperatur von etwa 200 bis 300°C aufweisen. Nach dem Spülen und Regenerieren wird, wie bereits beschrieben, der Stickstoff auch zum Kühlen des Molsiebs auf niedrigere Temperaturen verwendet. Dabei bestehen Temperaturen von typischerweise 30 bis 100°C.
  • In Puffersystemen nach dem Cowperprinzip werden sogenannte Winderhitzer verwendet, die Keramiken wie Magnesiaziegel aufweisen, welche Speichertemperaturen von 1200°C erzielen.
  • Die beschriebene Erfindung umfasst insbesondere die im Folgenden mit römischen Nummern aufgelisteten Aspekte einer Luftzerlegungsanlage und eines Verfahrens zum Betreiben einer Luftzerlegungsanlage:
    • I. Luftzerlegungsanlage 1, welche zumindest ein Stickstoffprodukt liefert, mit einer regenerierbaren Rohluftreinigungsvorrichtung 6, einem solarthermischen Erhitzer 16 zum Erhitzen des Stickstoffprodukts auf mindestens eine Regenerierungstemperatur der Rohluftreinigungsvorrichtung 6 und einer Verrohrung 17, 18 zum Zuführen des erhitzten Stickstoffprodukts als Spülgas an die Rohluftreinigungsvorrichtung 6.
    • II. Luftzerlegungsanlage 1 nach Aspekt I, wobei eine Wärmespeichereinrichtung 36 zum Speichern für die thermische Energie des erhitzten Stickstoffprodukts vorgesehen ist.
    • III. Luftzerlegungsanlage 1 nach Aspekt I oder II, wobei eine Energieumsetzungseinrichtung 37 der thermischen Energie des erhitzten Stickstoffprodukts vorgesehen ist.
    • IV. Luftzerlegungsanlage 1 nach Aspekt III, wobei mindestens eine Pumpe, ein Kompressor und/oder ein Gebläse der Luftzerlegungsanlage zumindest vorübergehend mit Energie betrieben ist, welche durch die Energieumsetzungseinrichtung 37 aus der thermischen Energie des erhitzten Stickstoffprodukts umgewandelt ist.
    • V. Luftzerlegungsanlage 1 nach einem der Aspekte II–IV, wo bei eine Regelungseinrichtung 100 vorgesehen ist, welche Armaturen 3033, 3860, 69, 70 der Verrohrung derart steuert, dass dem erhitzten Stickstoffprodukt durch die Wärmespeichereinrichtung 36 und/oder die Energieumsetzungseinrichtung 37 thermische Energie derart entzogen wird, dass eine thermische Restenergie des Stickstoffproduktes einer Temperatur entspricht, welche oberhalb der Regenerierungstemperatur ist.
    • VI. Luftzerlegungsanlage 1 nach einem der Aspekte I–V, wobei die Rohluftreinigungsvorrichtung 6 ein Adsorptionsmittel aufweist, welches durch eine Spülung mit dem Spülgas, welches zumindest die Regenerierungstemperatur aufweist, regenerierbar ist.
    • VII. Luftzerlegungsanlage 1 nach Aspekt VI, wobei die Rohluftreinigungsvorrichtung mehrere, alternierend betreibbare Molekularsiebadsorber 6A, 6B aufweist.
    • VIII. Luftzerlegungsanlage 1 nach einem der Aspekte I–VII, wobei die Luftzerlegungsanlage 1 eine Coldbox mit einem Wärmetauscher 8 aufweist, welcher durch die Rohluftreinigungsvorrichtung 6 gereinigte Rohluft als Prozessluft im Gegenstrom mit dem Stickstoffprodukt aus einem Luftzerlegungsprozess 2 kühlt.
    • IX. Luftzerlegungsanlage 1 nach einem der Aspekte I–VIII, wobei der solarthermischen Erhitzer 16 einen Heliostaten 67 umfasst.
    • X. Verfahren zum Betreiben einer Luftzerlegungsanlage 1, welche zumindest ein Stickstoffprodukt liefert und welche eine regenerierbare Rohluftreinigungsvorrichtung 6 aufweist, umfassend: solarthermisches Erhitzen des Stickstoffprodukts auf mindestens eine Regenerierungstemperatur der Rohluftreinigungsvorrichtung 6; und Zuführen des erhitzten Stickstoffprodukts als Spülgas an die Rohluftreinigungsvorrichtung 6 zum Regenerieren derselben.
    • XI. Verfahren nach Aspekt X, umfassend: Erzeugen von Prozessdampf mit dem erhitzten Stickstoff zum Antreiben mindestens einer Pumpe, eines Kompressors und/oder eines Gebläses der Luftzerlegungsanlage 1 oder einer Turbine zur Stromerzeugung.
    • XII. Verfahren nach Aspekt X oder XI, umfassend: Speichern von thermischer Energie des erhitzten Stickstoffprodukts in einem Wärmespeicher 36.
    • XIII. Verfahren nach Aspekt XII, ferner umfassend: Erhitzen von Stickstoffprodukt mit dem Wärmespeicher 36; und Zuführen des erhitzten Stickstoffprodukts als Spülgas an die Rohluftreinigungsvorrichtung 6 zum Regenerieren derselben.
    • XIV. Verfahren nach einem der Aspekte X–XIII, wobei durch das Erzeugen von Prozessdampf und/oder Speichern der thermischen Energie dem erhitzten Stickstoffprodukt derart thermische Energie entzogen wird, dass eine thermische Restenergie des Stickstoffproduktes einer Temperatur entspricht, welche oberhalb der Regenerierungstemperatur ist.
    • XV. Verfahren nach einem der Aspekte X–XIV, ferner umfassend: Umleiten des Stickstoffprodukts aus einem Wärmetauscher 8 der Luftzerlegungsanlage 1 zu der Rohluftreinigungsvorrichtung 1 vor dem solarthermischen Erhitzen zum Kühlen der Rohluftreinigungsvorrichtung 6.
    • XVI. Verfahren nach einem der Aspekte X–XV, wobei mehrere Molekularsiebadsorber 6A, 6B als Rohluftreinigungsvorrichtung 6 verwendet werden, welche abwechselnd in einem Filterbe triebsmodus zum Reinigen von Umgebungsluft zu Prozessluft für einen Luftzerlegungsprozess 2 und in einem Regenerierungsbetriebsmodus mit dem Spülgas regeneriert werden.
    • XVII. Verfahren nach einem der Aspekte X–XVI, wobei ferner Stickstoffprodukt, welches einer Verdunstungskühleinrichtung 22, 24 der Luftzerlegungsanlage 1 zugeführt und entnommen wird, solarthermisch erhitzt wird.
  • 1
    Luftzerlegungsanlage
    2
    Coldbox
    3
    Luftleitung
    4
    Kompressor
    5
    Luftleitung
    6
    Rohluftreinigungsvorrichtung
    6A, 6B
    Molekularsiebadsorber
    7
    Prozessluftleitung
    8
    Wärmetauscher
    9
    Prozessluftleitung
    10
    Expansionsventil
    11
    Rektfikationssäule
    12
    Leitung
    13
    Flüssigsauerstoffleitung
    14, 15
    Stickstoffleitung
    16
    Solarerhitzer
    17
    Spülgasleitung
    18
    Stickstoffableitung
    19
    Atmosphärenübergang
    20
    Sonneneinstrahlung
    21
    Filter
    22
    Verdunstungskühler
    23
    Wasserleitung
    24
    Verdunstungskühler
    25
    Wasserleitung
    26
    Pumpe
    27
    Wasserleitung
    28
    Ableitung
    29
    Luftleitung
    30–33
    Regelventil
    34
    Stickstoffleitung
    35
    Luftzerlegungsprozess
    36
    Wärmespeicher
    37
    Energieumsetzer
    38–60
    Regelventil
    61
    Kompressor
    62
    Gebläse
    63
    Turbinengenerator
    64
    Verdichter
    65
    Turbine
    66
    Solarturm
    67
    Heliostat
    68
    Heliostatenfeld
    69, 70
    Regelventil
    100
    Leitstellenrechner
    101–104
    Luftzerlegungsanlage
    CT
    Steuersignale
    GAN
    gasförmiges Stickstoffprodukt
    LOX
    flüssiges Sauerstoffprodukt

Claims (10)

  1. Anlage, insbesondere Luftzerlegungsanlage (1), welche zumindest ein Produkt, insbesondere ein Stickstoffprodukt, liefert, mit einer regenerierbaren Reinigungsvorrichtung (6), einem solarthermischen Erhitzer (16) zum Erhitzen des Produkts auf mindestens eine Regenerierungstemperatur der Reinigungsvorrichtung (6) und einer Verrohrung (17, 18) zum Zuführen des erhitzten Produkts als Spülmittel an die Reinigungsvorrichtung (6).
  2. Luftzerlegungsanlage (1) nach Anspruch 1, wobei eine Wärmespeichereinrichtung (36) zum Speichern für die thermische Energie des erhitzten Stickstoffprodukts vorgesehen ist.
  3. Luftzerlegungsanlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Energieumsetzungseinrichtung (37) der thermischen Energie des erhitzten Stickstoffprodukts vorgesehen ist.
  4. Luftzerlegungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 1–3, wobei die Reinigungsvorrichtung (6) ein Adsorptionsmittel aufweist, welches durch eine Spülung mit dem Spülgas, welches zumindest die Regenerierungstemperatur aufweist, regenerierbar ist.
  5. Luftzerlegungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die Luftzerlegungsanlage (1) eine Coldbox mit einem Wärmetauscher (8) aufweist, welcher durch die Reinigungsvorrichtung (6) gereinigte Rohluft als Prozessluft im Gegenstrom mit dem Stickstoffprodukt aus einem Luftzerlegungsprozess (2) kühlt.
  6. Verfahren zum Betreiben einer Luftzerlegungsanlage (1), welche zumindest ein Stickstoffprodukt liefert und welche eine regenerierbare Reinigungsvorrichtung (6) aufweist, umfassend: solarthermisches Erhitzen des Stickstoffprodukts auf mindestens eine Regenerierungstemperatur der Rohluftreinigungsvorrichtung (6); und Zuführen des erhitzten Stickstoffprodukts als Spülgas an die Reinigungsvorrichtung (6) zum Regenerieren derselben.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, umfassend: Erzeugen von Prozessdampf mit dem erhitzten Stickstoff zum Antreiben mindestens einer Pumpe, eines Kompressors und/oder eines Gebläses der Luftzerlegungsanlage (1) oder einer Turbine zur Stromerzeugung.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, umfassend: Speichern von thermischer Energie des erhitzten Stickstoffprodukts in einem Wärmespeicher (36).
  9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend: Erhitzen von Stickstoffprodukt mit dem Wärmespeicher (36); und Zuführen des erhitzten Stickstoffprodukts als Spülgas an die Reinigungsvorrichtung (6) zum Regenerieren derselben.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6–9, ferner umfassend: Umleiten des Stickstoffprodukts aus einem Wärmetauscher (8) der Luftzerlegungsanlage (1) zu der Reinigungsvorrichtung (1) vor dem solarthermischen Erhitzen zum Kühlen der Reinigungsvorrichtung (6).
DE102009060842A 2008-12-29 2009-12-29 Luftzerlegungsanlage und Verfahren zum Betreiben derselben Withdrawn DE102009060842A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009060842A DE102009060842A1 (de) 2008-12-29 2009-12-29 Luftzerlegungsanlage und Verfahren zum Betreiben derselben

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008055171.6 2008-12-29
DE102008055171 2008-12-29
DE102009060842A DE102009060842A1 (de) 2008-12-29 2009-12-29 Luftzerlegungsanlage und Verfahren zum Betreiben derselben

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102009060842A1 true DE102009060842A1 (de) 2010-07-01

Family

ID=42221149

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102009060842A Withdrawn DE102009060842A1 (de) 2008-12-29 2009-12-29 Luftzerlegungsanlage und Verfahren zum Betreiben derselben

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102009060842A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104019629A (zh) * 2014-05-14 2014-09-03 中国海洋石油总公司 一种可与接收站冷能供应相匹配的空气分离方法
EP3767561A1 (de) * 2019-07-17 2021-01-20 Linde GmbH Verfahren zum modellieren eines herstellungsprozesses einer verfahrenstechnischen vorrichtung

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104019629A (zh) * 2014-05-14 2014-09-03 中国海洋石油总公司 一种可与接收站冷能供应相匹配的空气分离方法
CN104019629B (zh) * 2014-05-14 2016-01-06 中国海洋石油总公司 一种可与接收站冷能供应相匹配的空气分离方法
EP3767561A1 (de) * 2019-07-17 2021-01-20 Linde GmbH Verfahren zum modellieren eines herstellungsprozesses einer verfahrenstechnischen vorrichtung
WO2021008730A1 (de) * 2019-07-17 2021-01-21 Linde Gmbh Verfahren zum modellieren eines herstellungsprozesses einer verfahrenstechnischen vorrichtung

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60123374T3 (de) Verfahren zum Betrieb eines Temperaturwechsel-Adsorptionssystems und entsprechende Vorrichtung
DE102005051952B3 (de) Verfahren zur Herstellung von Methan und flüssigem Kohlendioxid aus Raffinerie- und/oder Biogas
EP1724542B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Produkten aus Synthesegase
WO2010086039A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum abtrennen von kohlendioxid aus einem abgas einer fossilbefeuerten kraftwerksanlage
DE102008012735B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Abscheidung von Fremdgasen aus einem reduzierenden Nutzgas durch dampfbetriebene Druckwechseladsorption
EP2503271A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung eines kohlendioxidhaltigen Gasstroms
DE102005025651A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Produkten aus Synthesegas
DE102005009393A1 (de) Verfahren zur Adsorberregenerierung
DE102009039898A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung eines kohlendioxidhaltigen Gasstroms
KR102027584B1 (ko) 기체 처리용 용매를 냉각시키는 시스템 및 방법
DE102009060842A1 (de) Luftzerlegungsanlage und Verfahren zum Betreiben derselben
WO2009118274A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum abtrennen von kohlendioxid aus einem abgas einer fossilbefeuerten kraftwerksanlage
DE3504368A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum gewinnen von inertgas
EP1961697A1 (de) Erzeugung von Produkten aus Raffinerieabgasen
DE102005046790A1 (de) Verfahren zur Reinigung eines Gasgemisches
WO2009118227A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum abtrennen von kohlendioxid aus einem abgas einer fossilbefeuerten kraftwerksanlage
DE4017611A1 (de) Verfahren zur verfluessigung von gasen
EP0225864A1 (de) Verfahren zum Trennen von Gasgemischen, sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
EP1519781B1 (de) Anlageneinheit zur desorption von kohlendioxid aus methanol
WO2009118225A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum abtrennen von kohlendioxid aus einem abgas einer fossilbefeuerten kraftwerksanlage
DE102009035389A1 (de) Verfahren zur Schadstoffentfernung aus Kohlendioxid und Vorrichtung zur dessen Durchführung
DE955867C (de) Verfahren zum Trennen eines verdichteten, wasserstofreichen Gasgemisches
CN215855947U (zh) 一种脱除原料煤层气中重烃的装置
DE19538614A1 (de) Verfahren und Anlage zum Aufbereiten von stickstoffhaltigem Erdgas
EP3640571A1 (de) Verfahren und anordnung zur gewinnung eines sauerstoffreichen luftprodukts

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20120703