DE102011003391A1 - Plant has shut-off valve that is provided to prevent fluid communication between cryogenic temperature region and high temperatures region - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zum kryotechnischen Verflüssigen eines Einsatzgasstroms sowie ein Reinigungsverfahren für eine derartige Anlage.The present invention relates to a plant for the cryogenic liquefaction of a feed gas stream and a cleaning method for such a plant.
Stand der TechnikState of the art
Kryogene Verflüssiger, also Anlagen zur Verflüssigung von Gasen wie Helium, Wasserstoff, Neon und dergleichen, sind seit langem bekannt. Derartige Anlagen werden in der Regel laufend mit mehr oder weniger stark durch Fremdgase verunreinigtem Prozessgas beaufschlagt. Ein im Einsatzgasstrom vorgeschalteter Reiniger entfernt diese Fremdgase weitestgehend. Verbleibende Reste frieren in der Anlage im Verflüssigungsbetrieb aus.Cryogenic condenser, so plants for the liquefaction of gases such as helium, hydrogen, neon and the like, have long been known. Such systems are usually continuously exposed to more or less contaminated by foreign gases process gas. A cleaner upstream of the feed gas stream removes these foreign gases as far as possible. Remaining residues freeze in the plant in the liquefaction mode.
Diese Fremdgase weisen einen höheren Schmelz- und/oder Siedepunkt auf als das zu verflüssigende Gas, frieren oder kondensieren daher bei den verwendeten Temperaturen aus, und gefährden damit insbesondere Expansionsstufen einer entsprechenden Anlage. Derartige, nachfolgend als ”kryogen angereicherte Verunreinigungen” bezeichnete Kontaminationen blockieren im Extremfall Leitungen im Verflüssiger und bewirken hierdurch einen Anlagenstillstand. Jedenfalls verliert, auch in weniger schweren Fällen, eine Verflüssigeranlage mit der Zeit durch zunehmende Kontamination an Leistung und/oder nimmt eine Reinheit des jeweiligen Produkts über die Zeit ab.These foreign gases have a higher melting and / or boiling point than the gas to be liquefied, freeze or condense therefore at the temperatures used, and thus jeopardize in particular expansion stages of a corresponding system. Such contaminants, hereinafter referred to as "cryogenically enriched impurities", in extreme cases block lines in the condenser and thereby cause a plant shutdown. In any case, even in less severe cases, a condenser plant loses power over time due to increasing contamination and / or decreases in purity of the respective product over time.
Wenngleich im Rahmen der nachfolgenden Erläuterungen im wesentlichen auf Anlagen bzw. Verfahren zur Verflüssigung von Helium Bezug genommen wird, sei zu verstehen gegeben, dass entsprechende Vorrichtungen unter Ausnutzung vergleichbarer Vorteile auch in Anlagen zur Verflüssigung anderer Gase, wie beispielsweise der oben genannten, zum Einsatz kommen können. Auch seien im Rahmen dieser Anmeldung unter der Bezeichnung ”kryogen angereicherte Verunreinigungen” neben festen, also ausgefrorenen, Kontaminationen auch auskondensierte Kontaminationen verstanden, welche in gleicher Weise eine Anlagenleistung herabsetzen können.Although reference is made in the following explanations essentially to plants or processes for the liquefaction of helium, it is to be understood that corresponding devices using comparable advantages in plants for the liquefaction of other gases, such as those mentioned above, are used can. Also be understood in the context of this application under the name "cryogenic enriched impurities" in addition to solid, so frozen, contaminants and condensed contaminants, which can reduce the performance of a plant in the same way.
Zunehmend mit kryogen angereicherten Verunreinigungen beaufschlagte Verflüssigeranlagen müssen periodisch gereinigt werden. Größere Anlagen weisen hierzu häufig parallele Wechselbett-Adsorber auf. Bei Aufreicherung in einem der Betten kann dieses abgesperrt und auf das andere Bett umgeschaltet werden. Durch Analytik wird jeweils die verbleibende Standzeit überwacht und eine kontrollierte Regeneration vorgenommen.Increasingly contaminated with cryogenically enriched contaminants condenser systems must be cleaned periodically. Larger systems often have parallel alternating bed adsorbers for this purpose. When Aufreicherung in one of the beds this can be locked and switched to the other bed. Through analysis, the remaining service life is monitored and a controlled regeneration is performed.
Bei kleineren Anlagen wird jedoch aus Kostengründen in der Regel auf einen derartigen Wechselbetrieb verzichtet. Noch einfachere Anlagen weisen auch keinen Adsorber zur Reinigung des Prozessgases auf, so dass Restverunreinigungen in der Anlage ausfrieren können. Hinzu kommt, daß solche kleineren Anlagen üblicherweise diskontinuierlich betrieben werden. Liegt ausreichend verflüssigtes Produkt vor, wird die Anlage abgestellt und wärmt sich auf. Die angereicherten Verunreinigungen gehen wieder in Gasphase und verteilen sich auf die gesamte Anlage. Um eine schleichende Anreicherung und den damit einhergehenden Leistungsverlust zu minimieren, wir regelmäßig ein großer Teil des Prozessgases abgeblasen. Eine entsprechende Anlage ist daher wartungsintensiv und führt zu Produktverlusten.For smaller systems, however, is usually dispensed with such a change operation for cost reasons. Even simpler systems also have no adsorber for cleaning the process gas, so that residual impurities can freeze in the system. In addition, such smaller systems are usually operated discontinuously. If there is enough liquefied product, the system is turned off and warms up. The enriched impurities go back into gas phase and spread over the entire system. In order to minimize creeping accumulation and the associated power loss, we regularly blow off a large part of the process gas. A corresponding system is therefore maintenance-intensive and leads to product losses.
Vor diesem Hintergrund besteht daher der Bedarf nach einfachen und kostengünstigen Möglichkeiten zum kryotechnischen Verflüssigen von Gasen oder Gasgemischen, welche geeignet sind, die genannten Nachteile zu überwinden.Against this background, there is therefore a need for simple and cost-effective possibilities for the cryogenic liquefaction of gases or gas mixtures which are suitable for overcoming the disadvantages mentioned.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung eine Anlage zur kryotechnischen Verflüssigung eines Einsatzgasstroms mit wenigstens einem in einem Verflüssigungsbetrieb der Anlage auf kryogenen Temperaturen gehaltenen Bereich und wenigstens einem in einem Verflüssigungsbetrieb der Anlage auf höheren Temperaturen gehaltenen Bereich, sowie ein Verfahren zum Entfernen kryogen angereicherter Verunreinigungen aus einer derartigen Anlage jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor.Against this background, the present invention proposes a system for the cryogenic liquefaction of a feed gas stream with at least one held in a liquefaction operation of the system at cryogenic temperatures and at least one held in a liquefaction operation of the plant at higher temperatures range, and a method for removing cryogenically enriched impurities Such a system each with the features of the independent claims before.
Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.Preferred embodiments are the subject of the respective subclaims and the following description.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Eine erfindungsgemäß vorgeschlagene Anlage sieht Absperrmittel vor, welche dafür eingerichtet sind, eine im Verflüssigungsbetrieb vorhandene Fluidkommunikation zwischen wenigstens einem im Verflüssigungsbetrieb auf kryogenen Temperaturen gehaltenen Bereich und wenigstens einem im Verflüssigungsbetrieb auf höheren Temperaturen gehaltenen Bereich im Stillstandsbetrieb bzw. bei Anlagenstillstand zu unterbinden.An inventively proposed system provides shut-off, which are adapted to prevent existing in the liquefaction fluid communication between at least one held in the liquefaction at cryogenic temperatures and at least one held in the liquefaction at higher temperatures range in standstill operation or plant shutdown.
Die vorliegende Erfindung geht dabei von der Feststellung aus, dass sich bei Unterbrechung des Verflüssigungsbetriebs eines kryogenen Verflüssigers dieser naturgemäß aufwärmt und die Aufwärmung dabei besonders schnell im Bereich tiefer Temperaturen, im Rahmen der vorliegenden Anmeldung als ”auf kryogenen Temperaturen gehaltener Bereich” bezeichnet, vor sich geht. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die spezifische Wärmekapazität der in diesem Bereich verwendeten Werkstoffe in der Regel sehr gering ist.The present invention is based on the finding that, when the liquefaction operation of a cryogenic condenser is interrupted, it naturally warms up and the warm-up in this case is particularly fast in the low-temperature range within the scope of the present invention Signed as "cryogenic temperatures" area called, going on. This is because the specific heat capacity of the materials used in this area is usually very low.
Bei Anlagen, welche entweder keinen Adsorber oder aber einen Adsorber ohne Absperrarmaturen besitzen, werden im Rahmen eines Reinigungsschritts über die Betriebsdauer in diesem Bereich angereicherte Fremdgase von Zeit zu Zeit verdampft. Hierzu wird in der Regel die gesamte Anlage erwärmt. Die Verunreinigungen werden dabei ungünstigerweise ins Prozessgas, d. h. in das Gasvolumen des Verflüssigers, freigesetzt. Hierdurch ergibt sich eine Kontamination des Gesamtsystems, weil in sämtlichen kommunizierenden, also in Fluidkommunikation stehenden, Volumina der Anlage der Grad der Verunreinigung ansteigt.In systems which either have no adsorber or an adsorber without shut-off valves, enriched foreign gases are vaporized from time to time as part of a cleaning step over the operating period in this area. For this purpose, the entire system is usually heated. The impurities are unfavorably into the process gas, d. H. in the gas volume of the condenser, released. This results in a contamination of the entire system, because in all communicating, so in fluid communication, volumes of the system, the degree of contamination increases.
Der warme Prozessraum, im Rahmen dieser Anmeldung als ”auf höheren Temperaturen gehaltener Bereich” bezeichnet, bestimmt in der Regel das geometrische Volumen der entsprechenden Anlage und umfasst dabei ca. 6/7 des Gesamtvolumens aller Rohrleitungen und Komponenten. Gleichzeitig liegt in dem auf höheren Temperaturen gehaltenen Bereich in der Regel sehr sauberes Prozessgas vor. Der Gasinhalt dieses Bereichs ist jedoch aufgrund der niedrigeren Dichte der enthaltenen Gase gering und beträgt nur ca. ein Drittel des Gesamtinhalts einer derartigen Anlage.The warm process space, in the context of this application referred to as "held at higher temperatures range", usually determines the geometric volume of the corresponding system and includes about 6/7 of the total volume of all piping and components. At the same time, very clean process gas is usually present in the region held at higher temperatures. However, the gas content of this area is low due to the lower density of the gases contained and is only about one third of the total content of such a plant.
Umgekehrt ist das geometrische Volumen des auf kryogenen Temperaturen gehaltenen Bereichs deutlich geringer und beträgt nur ca. ein Siebtel des Gesamtvolumens der Anlage. Der auf kryogenen Temperaturen gehaltene Bereich beinhaltet jedoch aufgrund der dort vorliegenden niedrigen Temperaturen und der damit viel größeren mittleren Dichte der entsprechenden Gase bis zu ca. 2/3 des Gesamtgasinhalts. Sämtliche Verunreinigungen werden jedoch hier wieder freigesetzt. Es gelangt damit eine relativ große Gasmenge in einem relativ kleinen Volumen zur Freisetzung und verunreinigt den das geometrische Volumen definierenden, auf höheren Temperaturen gehaltenen Bereich beträchtlich.Conversely, the geometric volume of the cryogenic temperature range is significantly lower and is only about one-seventh of the total volume of the plant. However, due to the low temperatures and the much higher average density of the corresponding gases, the range kept at cryogenic temperatures contains up to 2/3 of the total gas content. However, all impurities are released here again. It thus reaches a relatively large amount of gas in a relatively small volume for release and contaminates the geometric volume defining, held at higher temperatures range considerably.
Die Kontamination des im Verflüssigungsbetrieb auf höheren Temperaturen gehaltenen Bereichs bzw. des darin vorliegenden Prozessgases oder Endprodukts könnte in herkömmlichen Anlagen dadurch vermieden werden, dass sämtliches Gas oder hieraus verflüssigte Komponenten bei der Erwärmung des auf kryogenen Temperaturen gehaltenen Bereichs abgeblasen werden. Das Prozessgas ist jedoch in der Regel zu wertvoll, um einen derartigen Schritt vorzunehmen.The contamination of the liquefied at higher temperatures held range or the process gas or end product present therein could be avoided in conventional systems in that all gas or liquefied components are blown off when heating the held at cryogenic temperatures range. However, the process gas is usually too valuable to take such a step.
Wie auch im Folgenden näher erläutert, stellt die vorliegende Erfindung in Form der Absperrmittel eine einfache, zuverlässige Lösung dieser Kontaminationsprobleme bereit.As also explained in more detail below, the present invention in the form of shut-off means provides a simple, reliable solution to these contamination problems.
Die vorliegende Erfindung geht ferner davon aus, dass üblicherweise verwendete Kompressoren, die regelmäßig in dem im Verflüssigungsbetrieb auf höheren Temperaturen gehaltenen Bereich vorgesehen sind, üblicherweise einen definierten Wiederanlaufdruck erfordern. Wird verunreinigtes Prozeßgas großteils abgeblasen, so muß dieses durch sauberes Gas ersetzt werden. Damit geht ein Teil der Verflüssigerleistung verloren.The present invention further contemplates that commonly used compressors that are regularly provided in the region held at higher temperatures in liquefaction operation typically require a defined restart pressure. If polluted process gas is largely blown off, it must be replaced by clean gas. This part of the condenser is lost.
Beim erneuten Starten eines entsprechenden Verflüssigers bilden Expansionsstufen, beispielsweise Expansionsturbinen, über weite Temperaturbereiche den kältesten Punkt der Anlage. Verunreinigungen frieren in dieser Phase bevorzugt hier aus. Aufgrund der Anreichung der Fremdgase im Prozessgas werden die Expansionsstufen akut gefährdet. Die Anlage verliert daher in immer kürzerer Zeit an Leistung; unter Umständen droht ein Stillstand aufgrund Versagen einer Expansionsstufe.When a corresponding condenser is restarted, expansion stages, for example expansion turbines, form the coldest point of the system over wide temperature ranges. Impurities freeze in this phase preferably here. Due to the enrichment of the foreign gases in the process gas, the expansion stages are acutely endangered. The system therefore loses power in ever shorter time; Under certain circumstances, a standstill threatens due to failure of an expansion stage.
Auch diese Probleme werden durch die vorliegende Erfindung sicher und kostengünstig gelöst.These problems are solved safely and inexpensively by the present invention.
Mit besonderem Vorteil umfassen die kryogenen Temperaturen einer derartigen Anlage einen Temperaturbereich von –270°C bis 0°C, insbesondere von –200°C bis –50°C. Die höheren Temperaturen umfassen vorzugsweise einen Temperaturbereich von 0°C bis 100°C, insbesondere von 10°C bis 50°C. Eine entsprechende Anlage kann daher zur Verflüssigung der zuvor genannten Gase verwendet werden.With particular advantage, the cryogenic temperatures of such a system include a temperature range of -270 ° C to 0 ° C, in particular from -200 ° C to -50 ° C. The higher temperatures preferably comprise a temperature range from 0 ° C to 100 ° C, especially from 10 ° C to 50 ° C. A corresponding system can therefore be used for liquefying the aforementioned gases.
Mit besonderem Vorteil sind die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Absperrmittel als Absperrventil, insbesondere als automatisch arbeitendes Absperrventil, ausgebildet oder weisen ein solches auf. Durch die Bereitstellung eines derartigen Ventils wird in besonders vorteilhafter Weise ermöglicht, automatisch, also ohne dass ein zusätzlicher Benutzereingriff erforderlich wäre, die Fluidkommunikation zwischen dem wenigstens einen im Verflüssigungsbetrieb auf kryogenen Temperaturen gehaltenen Bereich und dem wenigstens einen im Verflüssigungsbetrieb auf höheren Temperaturen gehaltenen Bereich zu unterbinden. Dies kann beispielsweise bei einem beabsichtigten oder unbeabsichtigten Aufwärmen des auf kryogenen Temperaturen gehaltenen Bereichs oder bei einem beabsichtigten oder unbeabsichtigten Druckabfall erfolgen. Hierzu können entsprechende Sensoren oder Messeinrichtungen vorgesehen sein. Eine Einbindung in eine, beispielsweise softwaremäßig definierte, Reinigungsroutine kann ebenfalls vorteilhaft sein.With particular advantage, the shut-off means proposed according to the invention are designed as shut-off valves, in particular as automatic shut-off valves, or have such a shut-off valve. The provision of such a valve makes it possible in a particularly advantageous manner, automatically, so without additional user intervention would be required to prevent the fluid communication between the at least one held in the liquefaction at cryogenic temperatures range and the at least one held in the liquefaction at higher temperatures range , This can be done, for example, in the event of an intentional or unintentional warming up of the area held at cryogenic temperatures or in the case of an intended or unintentional pressure drop. For this purpose, corresponding sensors or measuring devices can be provided. An integration into a, for example, software-defined, cleaning routine can also be advantageous.
Vorteilhaft kann auch sein, die Absperrmittel mit einer Steuereinrichtung auszustatten, welche für eine Ansteuerung der Absperrmittel auf Grundlage von Anlagenkenngrößen, eines definierten Ablaufs und/oder von Benutzereingaben eingerichtet ist. Eine derartige Steuereinrichtung kann beispielsweise auf Grundlage eines von einem Benutzer angeforderten Reinigungsprogramms arbeiten, das im Rahmen eines definierten Ablaufs von einzelnen Reinigungsschritten beispielsweise eine Betätigung der Absperrmittel und ein definiertes Aufwärmen des in Betrieb auf kryogenen Temperaturen gehaltenen Bereichs vorgibt. It may also be advantageous to equip the shut-off means with a control device which is set up for triggering the shut-off means on the basis of system characteristics, a defined sequence and / or user inputs. Such a control device may, for example, operate on the basis of a cleaning program requested by a user, which, for example, prescribes actuation of the shut-off means and defined heating of the area held in operation at cryogenic temperatures within the scope of a defined sequence of individual cleaning steps.
Wie erwähnt, ist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anlage mit besonderem Vorteil zur kryotechnischen Verflüssigung eines wenigstens teilweise mit gasförmigen Verunreinigungen beaufschlagten Einsatzgasstroms eingerichtet. Eine entsprechende Anlage muss dabei nicht mit einem System zur Vorreinigung eines Einsatzgasstroms ausgestattet sein, was die Erstellungs- und/oder Wartungskosten signifikant verringert. Insbesondere in kleineren Anlagen, welche vor Ort zur Bedienung eines Bedarfs an verflüssigten Gasen, beispielsweise zur Verwendung als Kältemittel, eingesetzt werden, sind die vorgeschlagenen Maßnahmen daher vorteilhaft.As mentioned, the system proposed according to the invention is particularly advantageously designed for the cryogenic liquefaction of an at least partially charged with gaseous impurities feed gas stream. A corresponding system does not have to be equipped with a system for pre-cleaning a feed gas stream, which significantly reduces the creation and / or maintenance costs. In particular, in smaller plants, which are used locally to service a need for liquefied gases, for example for use as a refrigerant, the proposed measures are therefore advantageous.
Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn der auf kryogenen Temperaturen gehaltene Bereich wenigstens einen kryogen arbeitenden Wärmetauscher aufweist und in dem auf höheren Temperaturen gehaltenen Bereich wenigstens ein Verdichter und/oder wenigstens ein Filter und/oder wenigstens ein Adsorber bereitgestellt ist. Wie erwähnt, kann dabei durch die vorgeschlagenen Absperrmittel eine Kontamination des auf höheren Temperaturen gehaltenen Bereichs, welcher ein signifikant größeres geometrisches Volumen aufweist als der auf kryogenen Temperaturen gehaltene Bereich, sicher vermieden werden.It is particularly advantageous if the region held at cryogenic temperatures has at least one cryogenically operating heat exchanger and in the region held at higher temperatures at least one compressor and / or at least one filter and / or at least one adsorber is provided. As mentioned, the proposed shut-off means can reliably avoid contamination of the region held at higher temperatures, which has a significantly larger geometric volume than the region which is kept at cryogenic temperatures.
Insbesondere können die erfindungsgemäßen Maßnahmen dann ihre vorteilhafte Wirkung entfalten, wenn es sich bei der Anlage um eine Anlage zur Helium-, Wasserstoff- oder Neonverflüssigung handelt. Entsprechende Anlagen sind besonders häufig vor Ort (in Form sogenannter On-Site-Anlagen) bereitgestellt, so dass eine Wartung, beispielsweise von Adsorbern, hier nicht stets gewährleistet ist.In particular, the measures according to the invention can then develop their advantageous effect if the plant is a plant for helium, hydrogen or neon liquefaction. Corresponding systems are particularly often provided on site (in the form of so-called on-site systems), so that maintenance, for example of adsorbers, is not always guaranteed here.
Zu dem erfindungsgemäß ebenfalls vorgeschlagenen Verfahren zum Entfernen kryogen angereicherter Verunreinigungen aus einer entsprechenden Anlage sei auf die zuvor erläuterten Merkmale und Vorteile ausdrücklich verwiesen. Ein entsprechendes Verfahren beinhaltet insbesondere, durch die Absperrmittel eine Fluidkommunikation zwischen dem wenigstens einen im Verflüssigungsbetrieb auf kryogenen Temperaturen gehaltenen Bereich und dem wenigstens einen im Verflüssigungsbetrieb auf höheren Temperaturen gehaltenen Bereich zu unterbinden und dann den zuvor, also im Verflüssigungsbetrieb, auf kryogenen gehaltenen Bereich auf eine höhere Temperatur anzuwärmen. Wie erwähnt, kann ein entsprechendes Verfahren mit besonderem Vorteil in einem Steuergerät implementiert sein und, z. B. auf Grundlage einer Benutzeranforderung, automatisch abgearbeitet werden.For the method according to the invention also proposed for removing cryogenically enriched impurities from a corresponding system, reference is expressly made to the features and advantages explained above. A corresponding method includes, in particular, to prevent fluid communication between the at least one region held in the liquefaction operation at cryogenic temperatures and the at least one liquefaction operation at higher temperatures and then the previously held in cryogenic operation, cryogenic on a range to heat higher temperature. As mentioned, a corresponding method can be implemented with particular advantage in a control unit and, for. B. based on a user request, be processed automatically.
Ein entsprechendes Verfahren kann auch beinhalten, einen Betriebsdruck in dem wenigstens einen auf kryogenen Temperaturen gehaltenen Bereich zu verringern und den Betriebsdruck in dem wenigstens auf einen auf höheren Temperaturen gehaltenen Bereich aufrecht zu erhalten. Hierdurch kann mit besonderem Vorteil auf einen erneuten Druckaufbau in dem auf höheren Temperaturen gehaltenen Bereich verzichtet werden, wodurch Wartezeiten vermieden werden, die anderenfalls bis zur Einstellung eines Vordrucks für einen oder mehrere dort vorgesehene Kompressoren benötigt würden. Sauberes Prozeßgas bleibt dem Produktstrom, statt als Ersatz in den Kältekreislauf zu fließen.A corresponding method may also include reducing an operating pressure in the at least one cryogenically maintained range and maintaining the operating pressure in the range maintained at least at higher temperatures. This can be dispensed with particular advantage to a new pressure build-up in the held at higher temperatures range, thereby waiting times are avoided, which would otherwise be needed to set a form for one or more provided there compressors. Clean process gas remains with the product stream instead of flowing into the refrigeration cycle as a replacement.
Wie erwähnt, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere für bei kryogenen Temperaturen als Feststoffe vorliegende Gase, jedoch in gleicher Weise auch für entsprechende Flüssigkeiten. Bei bisher bekannten Systemen, beispielsweise zur Verflüssigung von Helium, konnte zwischen einem vollständigen Speichern des Heliums im sauberen System mit Folge einer stetigen Anreicherung von gasförmigen Verunreinigungen oder einem Abblasen von maximal 50 Prozent des aufgewärmten Gases in die Rückgewinnung gewählt werden. Im letzteren Fall war in der Regel vorgesehen, das aufgewärmte, in die Rückgewinnung eingeblasene Gas anschließend wieder den gesamten Reinigungsprozess durchlaufen zu lassen. Hierdurch konnte jedoch lediglich eine Verdünnung von Verunreinigungen im sauberen System auf 50 Prozent erreicht werden. Durch die Implementierung der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es hingegen möglich, weniger als nur ca. 10 Prozent des Gasinhalts im System in die Rückgewinnung gelangen zu lassen: Das relativ saubere Prozessgas im warmen Prozessraum bleibt bei hohem Druck erhalten. Der kalte Prozessraum kann sofort beispielsweise nach Abschalten der Anlage in einen Reingaspuffer entladen werden, da eine Erwärmung noch nicht stattgefunden hat. Bei aktiviertem Absperrmittel kann sich dieser Raum aufwärmen, und die Verunreinigungen werden freigesetzt. Dieses nun stark verschmutzte Prozessgas kann in das Gasrückgewinnungssystem überführt werden.As mentioned, the inventive method is particularly suitable for gases present as solids at cryogenic temperatures, but in the same way also for corresponding liquids. In systems known hitherto, for example for the liquefaction of helium, it has been possible to choose between a complete storage of the helium in the clean system with the consequence of a steady accumulation of gaseous impurities or a blow off of maximally 50 percent of the heated gas into the recovery. In the latter case, it was generally intended to then pass the warmed-up, blown into the recovery gas back through the entire cleaning process. As a result, only a dilution of impurities in the clean system to 50 percent could be achieved. By implementing the measures according to the invention, however, it is possible to get less than just about 10 percent of the gas content in the system in the recovery: The relatively clean process gas in the warm process chamber is maintained at high pressure. The cold process room can be unloaded immediately, for example, after switching off the system in a clean buffer, since a warming has not yet occurred. When the shut-off device is activated, this space can warm up and the contaminants are released. This now heavily contaminated process gas can be transferred to the gas recovery system.
Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass die, zweckmäßigerweise in dem auf höheren Temperaturen gehaltenen Bereich vorgesehenen Absperrmittel kostengünstig und einfach in entsprechenden Anlagen nachgerüstet werden können, wodurch sich ein signifikanter Kostenvorteil gegenüber Großanlagen mit kryogenen Absperramaturen und Wechselbettadsorbern ergibt. Die Erfindung kann daher einfach und praktisch in bestehenden Anlagen implementiert werden.In this case, it is particularly advantageous that the shut-off means provided, expediently in the region held at relatively high temperatures, are cost-effective and simple in corresponding ones Equipment can be retrofitted, resulting in a significant cost advantage over large systems with cryogenic Absperramaturen and Wechselbettadsorbern results. The invention can therefore be easily and practically implemented in existing plants.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.
Figurenbeschreibungfigure description
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der einzigen
Die Anlage weist einen kälteisolierten Bereich bzw. eine Coldbox
Ein zu verflüssigender, entsprechend druckbeaufschlagter Einsatzgasstrom E, vorzugsweise Roh-Helium mit gasförmigen Verunreinigungen, wird der Anlage
Anschließend gelangt der Einsatzgasstrom E in die Coldbox
Als Kältemittel für die vier Wärmetauscher
Nach dem Durchlaufen des Ausfrier- bzw. Kondensationsreinigungssystems
In einem ersten Wärmetauscher
In einem zweiten Wärmetauscher
Ein weiterer Teil des abzukühlenden Stroms wird nach dem dritten Wärmetauscher über einen Abzweig dem Ausfrier- bzw. Kondensationsreinigungssystem
Der Rest des abzukühlenden Stroms durchläuft sämtliche Wärmetauscher
Eine nicht auskondensierte, gasförmige Fraktion des abzukühlenden Stroms wird im Gegenstrom durch die Wärmetauscher
Gemäß der Ausführungsform ist ein, vorzugsweise automatisch schaltendes, Absperrventil
Für eine Reinigung wird zunächst das sich in dem auf kryogenen Temperaturen gehaltenen Bereich der Coldbox
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