DE102010034802A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft - Google Patents

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Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft. Einsatzluft wird in einem Luftverdichter auf einen Gesamtdruck (pG) verdichtet. Drei Teilströme der in dem Luftverdichter verdichteten Einsatzluft werden unter unterschiedlichen Drücken in einem Hauptwärmetauscher abgekühlt und in ein Destilliersäulen-System eingeleitet. Mindestens ein Produktstrom wird aus dem Destilliersäulen-System abgezogen. Ein erster Teilstrom der Einsatzluft wird unter einem ersten Druck (p1) in das Destilliersäulen-System eingeleitet. Ein zweiter Teilstrom der Einsatzluft wird unter einem zweiten Druck (p2) in das Destilliersäulen-System eingeleitet, der höher als der erste Druck (p1) ist. Ein dritter Teilstrom der Einsatzluft wird unter einem dritten Druck (p3) in den Hauptwärmetauscher eingeleitet, der höher als der zweite Druck (p1) ist. Der erste Teilstrom wird vor seiner Einleitung in das Destilliersäulen-System arbeitsleistend entspannt. Der Gesamtdruck (pG) ist mindestens gleich dem dritten Druck (p3). Der erste Teilstrom wird vor seiner arbeitsleistenden Entspannung auf eine erste hohe Temperatur angewärmt, die deutlich über der Umgebungstemperatur liegt, und unter dieser ersten hohen Temperatur der arbeitsleistenden Entspannung in einer ersten Heißgasturbine zugeleitet. Der zweite Teilstrom wird vor seiner Einleitung in das Destilliersäulen-System auf eine zweite hohe Temperatur angewärmt, die deutlich über der Umgebungstemperatur liegt, und unter dieser zweiten hohen Temperatur einer arbeitsleistenden Entspannung in einer zweiten Heißgasturbine zugeleitet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, bei dem die Einsatzluft in einem Luftverdichter auf einen Gesamtdruck (pG) verdichtet und anschließend in drei Teilströme aufgeteilt wird, die in der Anlage auf drei unterschiedlichen Druckniveaus genutzt werden.
  • Ein derartiges Verfahren ist aus DE 19609490 A1 bekannt. Hier wird die Gesamtluft in dem Luftverdichter auf das mittlere Druckniveau (p2) verdichtet. Der dritte Teilstrom wird separat auf das obere Druckniveau (p3) nachverdichtet. Der erste Teilstrom wird in einer kryogenen Turbine arbeitsleistend auf das untere Druckniveau (p1) entspannt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die wirtschaftlich besonders günstig zu betreiben sind, insbesondere eine besonders günstige Energiebilanz aufweisen.
  • Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Es werden also die beiden Teilströme niedrigeren Druckniveaus (der erste und der zweite Teilstrom) in zwei Heißgasturbinen arbeitsleistend entspannt. Dabei werden sie stromabwärts der Verdichtung auf den Gesamtdruck auf eine hohe Temperatur angewärmt, die deutlich über der Umgebungstemperatur liegt. Darunter wird hier eine Temperatur verstanden, die mindestens 30 K, vorzugsweise mindestens 50°K, höchst vorzugsweise mindestens 100 K über der Umgebungstemperatur liegt. Die Eintrittstemperaturen der beiden Heißgasturbinen liegen beispielsweise im Bereich von bis K, vorzugsweise zwischen und K. Die Eintrittstemperaturen der beiden Heißgasturbinen (die erste und die zweite hohe Temperatur) können gleich oder verschieden sein. Jede Heißgasturbine kann ein- oder mehrstufig ausgeführt sein.
  • Der ”Luftverdichter” wird vorzugsweise durch einen dedizierten Luftverdichter für die Luftzerlegungsanlage gebildet, der – bis auf geringe Anteile, die als Instrumentenluft genutzt werden – ausschließlich diese Luftzerlegungsanlage versorgt. Alternativ kann der ”Luftverdichter” aber auch der Verdichter einer Gasturbine oder eines zentralen Druckluftsystems sein, der außer der Luftzerlegungsanlage weitere Druckluftverbraucher versorgt.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der Gesamtdruck mindestens 1 bar höher als der zweite (mittlere) Druck. Vorzugsweise ist er gleich dem dritten Druck, also dem höchsten Wert, unter dem Luft in der Luftzerlegungsanlage verarbeitet wird. Im Einzelfall kann der Gesamtdruck auch zwischen dem zweiten und dem dritten Druck liegen; der dritte Teilstrom muss dann stromaufwärts seiner Einleitung in den Hauptwärmetauscher entsprechend nachverdichtet werden.
  • Drücke werden hier als ”gleich” bezeichnet, wenn der Druckunterschied zwischen den entsprechenden Stellen nicht größer als die natürlichen Leitungsverluste sind, die durch Druckverluste in Rohrleitungen, Wärmetauschern, Kühlern, Adsorbern etc. sind.
  • Die für den Ausgleich von Austauschverlusten und eine mögliche Flüssigproduktion erforderlich Kälte kann auf übliche Weise durch die arbeitsleistende Entspannung eines oder mehrere Prozessströme bei tiefer Temperatur (unterhalb der Umgebungstemperatur) erzeugt werden.
  • Es ist außerdem günstig, wenn die verdichtete Einsatzluft unter dem Gesamtdruck einer Reinigungseinrichtung zugeleitet wird, bevor sie in die drei Teilströme aufgeteilt wird, insbesondere nachdem sie eine Vorkühlungseinrichtung durchlaufen hat.
  • Als Reinigungseinrichtung wird vorzugsweise eine Molekularsiebstation mit mindestens zwei umschaltbaren Behältern eingesetzt. Dadurch wird kann eine gemeinsame Reinigungseinrichtung für die gesamte Zerlegungsluft eingesetzt werden. Der Betrieb unter dem relativ hohen Gesamtdruck, der vorzugsweise etwa gleich dem dritten Druck ist, erlaubt eine kompakte und kostengünstige Konstruktion der Reinigungseinrichtung.
  • Die ”Vorkühlungseinrichtung” umfasst insbesondere einen Direktkontaktkühler eingesetzt, in dem die verdichtete Einsatzluft im direkten Gegenstrom mit Wasser abgekühlt wird. Stromaufwärts der Vorkühlungseinrichtung kann sich ein klassischer Nachkühler befinden, in der die verdichtete Einsatzluft in indirektem Wärmeaustausch mit Kühlwasser abgekühlt wird. Vorzugsweise ist stromabwärts jeder Verdichterstufe ein derartiger Nachkühler vorgesehen.
  • Die beiden Heißgasturbinen können parallel oder seriell angeordnet sein. Im Falle einer parallelen Anordnung wird der erste Teilstrom ausschließlich durch die erste Heißgasturbine und der zweite Teilstrom ausschließlich durch die zweite Heißgasturbine geführt. Bei der seriellen Verschaltung strömen der erste und der zweite Teilstrom gemeinsam durch die zweite Heißgasturbine, anschließend werden erster und zweiter Teilstrom voneinander verzweigt und nur der erste Teilstrom durchströmt auch die erste Heißgasturbine.
  • Es ist günstig, wenn die erste und/oder die zweite Heißgasturbine mit einem Generator gekoppelt ist. Vorzugsweise sind beide Heißgasturbinen mit je einem Generator gekoppelt. Dadurch wird die in den Heißgasturbinen erzeugte mechanische Energie unmittelbar in elektrische Energie umgesetzt. Diese kann exportiert oder zum Antrieb von Maschinen in der Luftzerlegungsanlage oder benachbarter Anlagen genutzt werden.
  • Die Erfindung ist insbesondere auf Verfahren anwendbar, bei dem das Destilliersäulen-System zwei oder mehr Säulen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung aufweist, insbesondere eine Hochdrucksäule und eine Niederdrucksäule. In diesem Fall wird mindestens ein Teil der verdichteten Einsatzluft in die Hochdrucksäule eingeleitet, wobei der Gesamtdruck (pG) mindestens 1 bar höher, insbesondere mindestens 5 bar höher, als der Betriebsdruck der Hochdrucksäule ist. Während bei solchen Prozessen üblicherweise die Gesamtluft nur auf etwa Hochdrucksäulendruck verdichtet wird, wird hier ein höherer Gesamtdruck gewählt; er vorzugsweise gleich dem dritten Druck.
  • Die Erfindung ist besonders vorteilhaft auf Verfahren anzuwenden, bei denen Niederdrucksäule einen Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer aufweist, der als Kondensator-Verdampfer ausgebildet ist und einen Verdampfungsraum und einen Verflüssigungsraum aufweist, wobei ein Teilstrom der verdichteten Einsatzluft in den Verdampfungsraum des Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfers eingeleitet wird. (Solche Verfahren werden auch als Zwei-Kondensator-Verfahren bezeichnet, weil sie in der Regel einen zweiten Kondensator-Verdampfer aufweisen, der als Kopfkondensator der Hochdrucksäule dient und insbesondere mit einer Zwischenflüssigkeit der Niederdrucksäule oder mit Sumpfflüssigkeit der Hochdrucksäule gekühlt wird.)
  • Bei einem derartigen Prozess ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der dritte Teilstrom unter dem dritten Druck in den Verflüssigungsraum des Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfers eingeleitet wird. Das obere Druckniveau – und damit vorzugsweise auch der Gesamtdruck – richten sich in diesem Fall nach dem für den Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer benötigten Druck. Die übrigen Ströme werden entsprechend in den Heißgasturbinen entspannt.
  • Bei dem Verfahren mit luftbeheiztem Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer kann auch ein Druckproduktstrom durch Innenverdichtung gewonnen werden, indem ein flüssiger Produktstrom aus dem Destilliersäulen-System entnommen, in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck (pH) gebracht, unter diesem erhöhten Druck (pH) in indirektem Wärmeaustausch mit dem unter dem dritten Teilstrom verdampft oder pseudo-verdampft und angewärmt und schließlich als gasförmiger Druckproduktstrom abgezogen wird. Dabei werden
    • – der dritte Teilstrom stromabwärts des indirekten Wärmeaustauschs mit dem flüssigen Produktstrom entspannt und in überwiegend flüssigem Zustand in das Destilliersäulen-System eingeleitet,
    • – der zweite Teilstrom in überwiegend gasförmigem Zustand in den Verflüssigungsraum des Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfers eingeleitet und
    • – der erste Teilstrom in überwiegend gasförmigem Zustand in die Hochdrucksäule eingeleitet.
  • In dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens richtet sich also das obere Druckniveau (dritter Druck) nach dem für die Innenverdichtung benötigten Druck, der mittlerer (zweite) Druck ist gleich dem Druck des Verdampfungsraums des Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfers und der untere (erste) Druck gleich dem Betriebsdruck der Hochdrucksäule.
  • ”In überwiegend gasförmigem/flüssigem Zustand” bedeutet hier, dass sich mehr als 50 mol-% des Stroms in dem entsprechenden Aggregatzustand befinden.
  • Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann sowohl auf Zwei- oder Mehr-Säulen-Verfahren sowohl mit als auch ohne luftbeheizte Niederdrucksäule-Sumpfheizung angewendet werden, also insbesondere auch auf solche mit klassischem Hauptkondensator, der gleichzeitig als Sumpfheizung der Niederdrucksäule und Kopfkühlung der Hochdrucksäule wirkt. Dabei liefert wie oben der dritte Teilstrom die Wärme zur Verdampfung beziehungsweise Pseudo-Verdampfung des flüssig abgezogenen Produktstroms und wird stromabwärts des indirekten Wärmeaustauschs mit dem flüssigen Produktstrom entspannt und in überwiegend flüssigem Zustand in das Destilliersäulen-System eingeleitet. Außerdem werden
    • – der zweite Teilstrom in überwiegend gasförmigem Zustand in die Hochdrucksäule eingeleitet und
    • – der erste Teilstrom in überwiegend gasförmigem Zustand in die Niederdrucksäule eingeleitet.
  • Auch in dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens richtet sich also das obere Druckniveau (dritter Druck) nach dem für die Innenverdichtung benötigten Druck. Der mittlere (zweite) Druck ist jedoch gleich dem Betriebsdruck der Hochdrucksäule und der untere (erste) Druck gleich dem Betriebsdruck der Niederdrucksäule.
  • Hier richtet sich also wiederum das obere Druckniveau (dritter Druck) nach dem für die Innenverdichtung benötigten Druck, der mittlere (zweite) Druck liegt auf dem Niveau des Hochdrucksäulendrucks und der untere (erste) Druck auf Niederdrucksäulenniveau.
  • Selbstverständlich können auch zwei oder mehr Produktströme gleicher oder unterschiedlicher Zusammensetzung mittels Innenverdichtung als gasförmige Druckprodukte gewonnen werden. Der dritte Druck richtet sich dann in der Regel nach dem höchsten Innverdichtungsdruck beziehungsweise nach der höchsten (Pseudo-)Verdampfungstemperatur der innenverdichteten Produktströme.
  • Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 10. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann durch die folgenden Merkmale ergänzt werden, die einzeln unabhängig voneinander oder in beliebiger Kombination angewendet werden können.
  • Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:
  • 1 und 2 schematische Darstellungen des Funktionsprinzips der Erfindung mit paralleler beziehungsweise serieller Anordnung der beiden Heißgasturbinen,
  • 3 ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Destilliersäulen-System im Rahmen der Erfindung, das als Zwei-Kondensator-System (dual reboiler process) mit gasförmiger Sauerstoffproduktentnahme ausgeführt ist,
  • 4 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Destilliersäulen-System, das mit Flüssigproduktion ausgeführt ist,
  • 5 ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem flüssig auf Druck gebrachter Sauerstoff in einem Nebenkondensator verdampft wird, und
  • 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer zusätzlichen Säule zur Erhöhung der Sauerstoffreinheit.
  • Atmosphärische Luft 1 wird als Einsatzluft von einem Luftverdichter (2) angesaugt und auf einen ”Gesamtdruck” pG verdichtet. Der Luftverdichter 2 weist vorzugsweise mehrere Stufen auf, wobei zwischen jeweils zwei Stufen und stromabwärts der Endstufe je ein Nachkühler (3) angeordnet ist (in der Zeichnung vereinfacht als ”MAC Unit” dargestellt). Die auf den Gesamtdruck pG verdichtete Einsatzluft 4 wird in einem Direktkontaktkühler (Precooling Unit) 5 weiter abgekühlt. Die gekühlte Einsatzluft 6 wird in einer Reinigungseinrichtung 7, die durch ein Paar umschaltbarer Molekularsieb-Adsorber gebildet wird, von Wasser und Kohlendioxid gereinigt.
  • Die gereinigte Einsatzluft 8 befindet sich immer noch auf dem Gesamtdruck pG (abzüglich der Druckverluste stromabwärts des Luftverdichters 2) und wird anschließend in einen ersten Teilstrom 9/12, einen zweiten Teilstrom 13/16 und einen dritten Teilstrom 17 aufgeteilt. Der erste Teilstrom 9 wird in einem Wärmetauscher 10 auf eine erste hohe Temperatur erwärmt und anschließend in einer ersten Heißgasturbine 11 arbeitsleistend auf einen ”ersten Druck” p1 entspannt. Der zweite Teilstrom 13 wird parallel dazu in einem Wärmetauscher 14 auf eine zweite hohe Temperatur erwärmt und anschließend in einer zweiten Heißgasturbine 15 arbeitsleistend auf einen ”zweiten Druck” p2 entspannt, der größer als der erste Druck p1 ist. Der dritte Teilstrom bleibt auf einem ”dritten Druck” der etwa gleich dem Gesamtdruck pG ist. Alle drei Luftströme 12, 16 und 17 werden anschließend in einem Hauptwärmetauscher abgekühlt und einem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung zugeleitet (in 1 nicht dargestellt).
  • Zur Anwärmung des ersten und des zweiten Teilstroms wird vorzugsweise Rest- oder Abwärme eingesetzt, die ansonsten nicht verwertet werden kann. Zum Beispiel können ein oder mehrere Restströme aus einer benachbarten Anlage, insbesondere derjenigen, in der mindestens ein Produkt des Destilliersäulen-Systems verbraucht wird, als Wärmeträger in den Wärmetauschern 10 und 14 eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann Luft von den Zwischenstufen oder der Endstufe des Luftverdichters 2 als Wärmeträger verwendet werden; einer der Wärmetauscher 10, 14 oder beide stellen dann gleichzeitig einen Nachkühler 3 des Luftverdichters 2 dar.
  • Die Details des Direktkontaktkühlers 5 und der Reinigungseinrichtung 7 können so ausgeführt sein, wie es in der deutschen Patentanmeldung 10 200 90 14 557 und den dazu korrespondierenden Anmeldungen beziehungsweise in WO 2010017968 A1 oder DE 10 2007 014 643 A1 im Detail gezeigt ist.
  • 2 unterscheidet sich von 1 dadurch, dass die beiden Heißgasturbinen 211, 215 und mit den dazugehörigen Wärmetauscher 201, 214 seriell statt parallel verbunden sind. Der erste und der zweite Teilstrom werden zunächst gemeinsam in der zweiten HTG 215 vom Gesamtdruck auf den zweiten Druck entspannt und anschließend in den ersten Teilstrom 13 und den zweiten Teilstrom 16 verzweigt. Die erste HTG 211 entspannt dann vom zweiten auf den ersten Druck.
  • 3 zeigt ein Destilliersäulen-System stromabwärts des nicht dargestellten Hauptwärmetauschers. Es besteht aus einer Hochdrucksäule 20 einer zweiteiligen Niederdrucksäule 21a, 21b und zwei Kondensator-Verdampfern, nämlich einem Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer 22 und einem Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer 23.
  • Ein gasförmiger Niederdruckluftstrom (LP-AIR) 24 unter einem ersten Druck wird direkt in die Niederdrucksäule 21a eingeleitet. Ein Mitteldruckluftstrom 25 (MP-AIR) wird in überwiegend gasförmigem Zustand der Hochdrucksäule 20 unter einem zweiten Druck unmittelbar über ihrem Sumpf zugeführt. Ein Hochdruckluftstrom 26 (HP-AIR) unter einem dritten Druck wird in den Verflüssigungsraum des Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfers 23 geleitet und dort mindestens teilweise kondensiert. Der daraus resultierende kondensierte Hochdruckluftstrom 26 wird in einem Drosselventil 27 auf den ersten Druck entspannt und schließlich in überwiegend flüssigem Zustand der Hochdrucksäule 20 an einer geeigneten Zwischenstelle zugeführt. Ein Teil 28 der flüssigen Luft wird sofort wieder entnommen, in einem Unterkühlungs-Gegenströmer 29 abgekühlt und schließlich über Leitung 30 und Drosselventil in die Niederdrucksäule 21a eingespeist. Gasförmiger Stickstoff 32 vom Kopf der Hochdrucksäule 20 wird im Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer 22 mindestens teilweise kondensiert. Der dabei gewonnene flüssige Stickstoff wird zu einem ersten Teil 33 als Rücklauf auf die Hochdrucksäule 20 aufgegeben. Der Rest 34 strömt über den Unterkühlungs-Gegenströmer 29, Leitung 35 und Drosselventil 36 zum Kopf der Niederdrucksäule 21a und wird dort als Rücklauf eingesetzt.
  • Die Sumpfflüssigkeit 37 der Hochdrucksäule 20 wird ebenfalls durch den Unterkühler 29 geführt und über Leitung 38 und Drosselventil 39 in die Niederdrucksäule 21a. Aus dem Sumpfbereich der Niederdrucksäule 21b wird gasförmiger Sauerstoff 40 abgezogen und als gasförmiges Produkt (GOX) dem Hauptwärmetauscher (nicht dargestellt) zugeleitet. Über Leitung 42 wird ein Spülstrom (Purge) kontinuierlich oder diskontinuierlich aus dem Sumpf der Niederdrucksäule 21b abgezogen. Unreiner Stickstoff 41 vom Kopf der Niederdrucksäule 21a wird im Unterkühlungs-Gegenströmer 29 angewärmt und strömt ebenfalls weiter zum HET (UN2).
  • Gemäß der Erfindung werden die Teilströme der Luft aus den 1 und 2 – jeweils nach Durchlaufen des nicht dargestellten Hauptwärmetauschers in dem Destilliersäulen-System der 3 eingesetzt. Es entsprechen einander in diesem Sinne:
    Figur 1/2 Figur 3
    Erster Teilstrom 12 Niederdruckluftstrom (LP-AIR) 24
    Zweiter Teilstrom 16 Mitteldruckluftstrom 25 (MP-AIR)
    Dritter Teilstrom 17 Hochdruckluftstrom 26 (HP-AIR)
  • 4 entspricht in weiten Teilen 3. Zusätzlich zum gasförmigen Sauerstoff 40 werden auch flüssiger Sauerstoff 50, 51 vom Sumpf der Niederdrucksäule und flüssiger Stickstoff vom Kopf der Niederdrucksäule als Endprodukte gewonnen. Der Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer ist hier nicht wie in 2 als Badverdampfer ausgeführt, sondern als Fallfilmverdampfer. Eine Pumpe 53 dient gleichzeitig zum Transport des Flüssigsauerstoffprodukts 50, 51 und zur Aufrechterhaltung eines ausreichenden Flüssigkeitsumlaufs über Leitung 54 und die Verdampfungspassagen des Fallfilmverdampfers.
  • Auch 5 entspricht weitgehend 3. Hier wird das Sauerstoffprodukt 60 ausschließlich flüssig abgezogen und in einer Pumpe 61 auf einen in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck pH gebracht, unter diesem erhöhten Druck pH in einem Nebenkondensator 62 in indirektem Wärmeaustausch mit einem Höchstdruckluftstrom (HHP-AIR) 63 verdampft. Die dabei verflüssigte Luft 64 wird in die Hochdrucksäule eingedrosselt. Der gasförmige Sauerstoff 40 aus dem Nebenkondensator wird wie in 3 zum Hauptwärmetauscher geführt, allerdings nicht drucklos, sondern unter dem erhöhten Druck pH.
  • Die Zuordnung der Druckniveaus und der Teilströme der Einsatzluft aus den 1 beziehungsweise 2 ist in 5 anders als in 3:
    Figur 1/2 Figur 5
    Erster Teilstrom 12 Mitteldruckluftstrom 25 (MP-AIR)
    Zweiter Teilstrom 16 Hochdruckluftstrom 26 (HP-AIR)
    Dritter Teilstrom 17 Höchstdruckluftstrom (HHP-AIR) 63
  • Der direkt in die Niederdrucksäule eingespeiste Niederdruckluftstrom (LP-AIR) 24 stammt in 5 aus einer kryogenen Turbine, die mit einem Teilstrom des ersten, zweiten oder dritten Teilstroms beaufschlagt wird.
  • Auch das Verfahren der 6 basiert im zu großen Teilen auf demjenigen der 3. Außerdem ist hier eine Zusatzsäule 70 mit einem weiteren Kondensator-Verdampfer 71 im Sumpf vorgesehen, die sozusagen die Niederdrucksäule 21b nach unten erweitert. Hier strömt der Hochdruckluftstrom 26 (HP-AIR) durch den Verflüssigungsraum des weiteren Kondensator-Verdampfers 71. Der Mitteldruckluftstrom 25 (MP-AIR) wird in zwei Unterströme 24a, 24b aufgeteilt, von denen der erste wie in 3 direkt der Hochdrucksäule zugeleitet wird; der zweite Unterstrom 24b wird in den Verflüssigungsraum des Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfers 23 geleitet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19609490 A1 [0002]
    • DE 102009014557 [0034]
    • WO 2010017968 A1 [0034]
    • DE 102007014643 A1 [0034]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei dem – Einsatzluft in einem Luftverdichter auf einen Gesamtdruck (pG) verdichtet wird, – drei Teilströme der in dem Luftverdichter verdichteten Einsatzluft unter unterschiedlichen Drücken in einem Hauptwärmetauscher abgekühlt und in ein Destilliersäulen-System eingeleitet werden und – mindestens ein Produktstrom aus dem Destilliersäulen-System abgezogen wird, wobei – ein erster Teilstrom der Einsatzluft unter einem ersten Druck (p1) in das Destilliersäulen-System eingeleitet wird, – ein zweiter Teilstrom der Einsatzluft unter einem zweiten Druck (p2) in das Destilliersäulen-System eingeleitet wird, der höher als der erste Druck (p1) ist, und – ein dritter Teilstrom der Einsatzluft unter einem dritten Druck (p3) in den Hauptwärmetauscher eingeleitet wird, der höher als der zweite Druck (p1) ist, – wobei der erste Teilstrom vor seiner Einleitung in das Destilliersäulen-System arbeitsleistend entspannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – der Gesamtdruck (pG) mindestens gleich dem dritten Druck (p3) ist, – der erste Teilstrom vor seiner arbeitsleistenden Entspannung auf eine erste hohe Temperatur angewärmt wird, die deutlich über der Umgebungstemperatur liegt, und unter dieser ersten hohen Temperatur der arbeitsleistenden Entspannung in einer ersten Heißgasturbine zugeleitet wird und – der zweite Teilstrom vor seiner Einleitung in das Destilliersäulen-System auf eine zweite hohe Temperatur angewärmt wird, die deutlich über der Umgebungstemperatur liegt, und unter dieser zweiten hohen Temperatur einer arbeitsleistenden Entspannung in einer zweiten Heißgasturbine zugeleitet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verdichtete Einsatzluft unter dem Gesamtdruck einer Reinigungseinrichtung zugeleitet wird, bevor sie in die drei Teilströme aufgeteilt wird, insbesondere nachdem sie eine Vorkühlungseinrichtung durchlaufen hat.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Heißgasturbine parallel oder seriell angeordnet sind.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Heißgasturbine mit einem Generator gekoppelt ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Destilliersäulen-System eine Hochdrucksäule und eine Niederdrucksäule aufweist und mindestens ein Teil der verdichteten Einsatzluft in die Hochdrucksäule eingeleitet wird, wobei der Gesamtdruck (pG) mindestens 1 bar höher, insbesondere mindestens 5 bar höher, als der Betriebsdruck der Hochdrucksäule ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdrucksäule einen Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer aufweist, der als Kondensator-Verdampfer ausgebildet ist und einen Verdampfungsraum und einen Verflüssigungsraum aufweist, wobei ein Teilstrom der verdichteten Einsatzluft in den Verflüssigungsraum des Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfers eingeleitet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Teilstrom unter dem dritten Druck in den Verflüssigungsraum des Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfers eingeleitet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein flüssiger Produktstrom aus dem Destilliersäulen-System entnommen, in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck (pH) gebracht, unter diesem erhöhten Druck (pH) in indirektem Wärmeaustausch mit dem unter dem dritten Druck stehenden dritten Teilstrom verdampft oder pseudo-verdampft und angewärmt und schließlich als gasförmiger Druckproduktstrom abgezogen wird, wobei – der dritte Teilstrom stromabwärts des indirekten Wärmeaustauschs mit dem flüssigen Produktstrom entspannt und in überwiegend flüssigem Zustand in das Destilliersäulen-System eingeleitet wird, – der zweite Teilstrom in überwiegend gasförmigem Zustand in den Verflüssigungsraum des Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfers eingeleitet wird und – der erste Teilstrom in überwiegend gasförmigem Zustand in die Hochdrucksäule eingeleitet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein flüssiger Produktstrom aus dem Destilliersäulen-System entnommen, in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck (pH) gebracht, unter diesem erhöhten Druck (pH) in indirektem Wärmeaustausch mit dem unter dem dritten Druck stehenden dritten Teilstrom verdampft oder pseudo-verdampft und angewärmt und schließlich als gasförmiger Druckproduktstrom abgezogen wird, wobei – der dritte Teilstrom stromabwärts des indirekten Wärmeaustauschs mit dem flüssigen Produktstrom entspannt und in überwiegend flüssigem Zustand in das Destilliersäulen-System eingeleitet wird, – der zweite Teilstrom in überwiegend gasförmigem Zustand in die Hochdrucksäule eingeleitet wird und – der erste Teilstrom in überwiegend gasförmigem Zustand in die Niederdrucksäule eingeleitet wird.
  10. Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft – mit einem Luftverdichter zum Verdichten von Einsatzluft auf einen Gesamtdruck (pG), – Mittel zum Abkühlen von drei Teilströmen der in dem Luftverdichter verdichteten Einsatzluft unter unterschiedlichen Drücken in einem Hauptwärmetauscher und zum Einleiten der abgekühlten Teilströme in ein Destilliersäulen-System eingeleitet werden, – mit Mitteln zum Abziehen mindestens eines Produktstroms aus dem Destilliersäulen-System, – mit Mitteln zum Einleiten eines ersten Teilstroms der Einsatzluft unter einem ersten Druck (p1) in das Destilliersäulen-System, – mit Mitteln zum Einleiten eines zweiten Teilstroms der Einsatzluft unter einem zweiten Druck (p2) in das Destilliersäulen-System, der höher als der erste Druck (p1) ist, – mit Mitteln zum Einleiten eines dritten Teilstroms der Einsatzluft unter einem dritten Druck (p3) in den Hauptwärmetauscher, der höher als der zweite Druck (p1) ist, – mit Mitteln zum arbeitsleistenden Entspannen des ersten Teilstroms vor seiner Einleitung in das Destilliersäulen-System, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass im Normalbetrieb der Anlage – der Gesamtdruck (pG) mindestens gleich dem dritten Druck (p3) ist, – der erste Teilstrom vor seiner arbeitsleistenden Entspannung auf eine erste hohe Temperatur angewärmt wird, die deutlich über der Umgebungstemperatur liegt, und unter dieser ersten hohen Temperatur der arbeitsleistenden Entspannung in einer ersten Heißgasturbine zugeleitet wird und – der zweite Teilstrom vor seiner Einleitung in das Destilliersäulen-System auf eine zweite hohe Temperatur angewärmt wird, die deutlich über der Umgebungstemperatur liegt, und unter dieser zweiten hohen Temperatur einer arbeitsleistenden Entspannung in einer zweiten Heißgasturbine zugeleitet wird.
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