-
Die Erfindung betrifft ein Verrohrungsmodul für wenigstens einen Wärmetauscher einer Luftzerlegungsanlage, eine Luftzerlegungsanlage mit einem derartigen Verrohrungsmodul sowie ein Verfahren zur Erstellung einer Luftzerlegungsanlage.
-
Stand der Technik
-
Bei atmosphärischer Luft handelt es sich um ein Gasgemisch, das sich im Wesentlichen aus Stickstoff (78%), Sauerstoff (21%) und Argon (0,9%) zusammensetzt. Die verbleibenden 0,1% umfassen hauptsächlich Kohlendioxid sowie als weitere Komponenten die Edelgase Neon, Helium, Krypton und Xenon.
-
Anlagen zur rektifikatorischen Luftzerlegung (nachfolgend kurz ”Luftzerlegungsanlagen”) sind bekannt. Sie werden zur Herstellung von gasförmigem Sauerstoff und Stickstoff sowie ggf. von Flüssigsauerstoff, Flüssigstickstoff und der genannten Edelgase eingesetzt. Die Luftzerlegung umfasst als wesentliche Schritte die Verdichtung, Vorkühlung, Aufreinigung, Abkühlung und Rektifikation.
-
Die Verdichtung erfolgt beispielsweise in mehrstufigen Turbokompressoren mit Zwischen- und Nachkühlung auf einen Druck von ca. 6 bar. Vor dem Eintritt der Luft in den Verdichter können Staubpartikel in sogenannten Intensivfiltern entfernt werden.
-
Zur anschließenden Vorkühlung können mit Wasser betriebene Direktkontaktkühler eingesetzt werden, in denen zudem eine teilweise Auswaschung wasserlöslicher Verunreinigungen erfolgen kann. Das verwendete Wasser kann beispielsweise in Rieselverdunstungskühlern gegen Stickstoffrestgas aus der Rektifikation (nachfolgend auch als ”Kühlstickstoff” bezeichnet) rückgekühlt werden.
-
Die Aufreinigung der vorgekühlten Luft erfolgt i. d. R. in Molekularsiebadsorbern. In diesen werden Feuchtigkeit, Kohlendioxid und Kohlenwasserstoffe entfernt.
-
Zur Verflüssigung wird die derart aufgereinigte Luft in Wärmetauschern auf ca. –175°C abgekühlt. Die Abkühlung erfolgt durch internen Wärmeaustausch im Gegenstrom zu in der Anlage erzeugten kalten Gasströmen. Auch hier wird i. d. R. zumindest Stickstoffrestgas aus der Rektifikation verwendet. Bei einer anschließenden Expansion kühlt sich die Luft durch den Joule-Thomson-Effekt weiter ab und verflüssigt sich.
-
Die eigentliche Zerlegung (Rektifikation) der Luft erfolgt in Trennsäulen (Rektifikationskolonnen), wobei zunächst eine sauerstoffreiche Sumpffraktion und eine stickstoffreiche Kopffraktion erzeugt werden. Je nach der erforderlichen Reinheit der Endprodukte und/oder den zu erzeugenden Gasen können unterschiedliche Säulenkonfigurationen verwendet werden. Beispielsweise können zwei Trennsäulen in Form sogenannter Mitteldruck- und Niederdrucksäulen oder entsprechende Doppelsäulen zum Einsatz kommen. Edelgase wie Argon und/oder Neon können durch nachgeschaltete Trennsäulen und Verfahrensschritte erzeugt werden. Die Rektifikation kann auch beispielsweise die Verflüssigung von Reinstickstoff gegen verdampfenden Sauerstoff und dessen Rückführung in die Trennsäule umfassen. Entsprechende Anlagen können auch weitere Vorrichtungen wie z. B. Zusatzverdichter, Expansionsturbinen, Hochdruckwärmetauscher, Innenverdichtungspumpen und/oder Flüssigkeitsabscheider aufweisen.
-
Luftzerlegungsanlagen setzen sich damit aus einem sogenannten warmen Teil, der die Komponenten für die Verdichtung, die Vorkühlung und die Aufreinigung enthält, sowie einem sogenannten kalten Teil mit Wärmetauscher(n) und Trennsäule(n) zusammen. Die Komponenten im kalten Teil können in einer oder in mehreren sogenannten Coldboxen angeordnet sein. Hierbei handelt es sich um verkleidete Stahlrahmen, die mit Isoliermaterial wie Perlit gefüllt sind, um einen Wärmeeintrag aus der Umgebung zu reduzieren. Idealerweise ist das Innere einer Coldbox wartungsfrei. Wartungsbedürftige Komponenten können zu diesem Zweck vom Isoliermaterial abgeschottet und von außen zugänglich angeordnet werden. Ventile können nach außen geführt werden, damit beispielsweise deren Antriebe zugänglich sind. Ein Eindringen von Feuchtigkeit kann durch eine Spülung mit Stickstoff verhindert werden.
-
Je nach Größe der Anlage können mehrere Komponenten in einer gemeinsamen Coldbox integriert sein. Bei kleineren Anlagen werden dabei beispielsweise der oder die Hauptwärmetauscher und die Trennsäule(n) in einer Coldbox zusammengefasst, in größeren Anlagen werden diese auf mehrere Coldboxen verteilt. Große Anlagen können auch mehrere Wärmetauscherblöcke, z. B. in Coldboxen, umfassen. Auch weitere Coldboxen, beispielsweise mehrere Säulenboxen und/oder Argonboxen (in Anlagen zur Argongewinnung) können vorgesehen sein.
-
In einer Luftzerlegungsanlage gewonnener gasförmiger Sauerstoff und Stickstoff kann in ein Rohrleitungsnetz eingespeist und direkt zum Verbraucher geleitet werden. Sauerstoff, Stickstoff und Argon in flüssiger Form werden in Speichertanks zwischengelagert und in Tankwagen zum Einsatzort transportiert.
-
Entsprechende Luftzerlegungsanlagen sollten vorzugsweise am Verwendungsort für die jeweiligen Gase vorhanden sein, also z. B. in der Nähe von Raffinerien oder Erdöllagerstätten, um die Transportwege für die genannten Fluide möglichst kurz zu halten.
-
Die Montage von Luftzerlegungsanlagen erfolgt dabei i. d. R. aus vorgefertigten Bauteilen. Dies ist jedoch häufig problematisch, da ausreichend qualifiziertes Personal zur Montage entweder nicht verfügbar oder teuer ist. Insbesondere betrifft dies die Anbindung der Wärmetauscher. Daher besteht der Bedarf nach Verbesserungen, die eine zuverlässigere und einfachere Erstellung von Luftzerlegungsanlagen ermöglichen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verrohrungsmodul für wenigstens einen Wärmetauscher einer Luftzerlegungsanlage, eine Luftzerlegungsanlage mit einem derartigen Verrohrungsmodul sowie ein Verfahren zur Erstellung einer Luftzerlegungsanlage mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Bevorzugte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
-
Vorteile der Erfindung
-
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verrohrungsmodul ermöglicht den Ersatz der üblicherweise für die (Haupt-)Wärmetauscher in Luftzerlegungsanlagen erforderlichen sogenannten Headerverrohrung. Die Headerverrohrung dient üblicherweise zur Anbindung der Hauptwärmetauscher bzw. Hauptwärmetauscherblöcke an den erläuterten warmen Teil der Anlage und ist auf der Oberseite der Wärmetauscher angeordnet.
-
Die Erstellung der Headerverrohrung erweist sich insbesondere dann als aufwendig, wenn für eine Luftzerlegungsanlage mehrere Hauptwärmetauscherblöcke vorgesehen sind, wie unten näher erläutert. In diesem Fall müssen die Rohrleitungen auf entsprechenden Hauptwärmetauscherblöcken bzw. der sie einschließenden Coldboxen am Erstellungsort der Luftzerlegungsanlage zusammengeführt werden, um jeweils eine Anbindung an gemeinsame Fluidleitungen herzustellen. Eine Vorfertigung der Headerverrohrung an sich ist nur schwer möglich, da die Toleranzen in der Praxis häufig zu groß sind. Mit anderen Worten kann beispielsweise ein Hauptwärmetauscherblock nur kaum in der Präzision erstellt werden, die eine direkte Anpassung einer oder mehrerer vorgefertigter Headerleitungen erlaubt. Die direkt in die Hauptwärmetauscherblöcke mündenden Rohrleitungen, entsprechende Sammler sowie die Übergabeleitungen zur Anbindung weiterer Komponenten, beispielsweise der vorgeschalteten Komprimierungs- und Reinigungseinrichtungen wie oben erläutert, müssen daher sehr aufwendig auf der Baustelle gefertigt werden.
-
Im Gegensatz dazu schlägt die Erfindung vor, die genannten Rohrleitungen vom Dach des oder der Wärmetauscher bzw. der entsprechenden Coldboxen in ein Verrohrungsmodul in Form eines sogenannten Piping Skids zu verlegen. Dieser kann senkrecht neben dem oder den Hauptwärmetauscher(n) angeordnet werden. Am Erstellungsort der Luftzerlegungsanlage müssen dann nur noch Anschlussverbindungen zwischen Wärmetauscher(n) und Verrohrungsmodul gefertigt werden, um eine Verbindung mit den jeweiligen Fluidleitungen herzustellen. Dies erweist sich i. d. R. als unkritisch im Vergleich zu der zuvor erläuterten Individualfertigung.
-
Im Gegensatz zu einer wie oben erwähnten vorgefertigten Headerverrohrung erlaubt das Verrohrungsmodul, die verbindenden Rohrleitungen zwischen den jeweiligen Anschlüssen (Anschlussstutzen) von Wärmetauscher(n) und Verrohrungsmodul dreidimensional anzupassen. Vorteilhafterweise weist das Verrohrungsmodul dabei mit Anschlüssen des wenigstens einen Wärmetauschers korrespondierende und mit diesen koppelbare Anschlüsse an seiner Oberseite auf.
-
Ein erfindungsgemäßes Verrohrungsmodul kann vollständig vorgefertigt, also z. B. gestrichen, druckgetestet, isoliert, instrumentiert und verkabelt werden. Am Fertigungsort stehen auch i. d. R. entsprechende Prüf- und Überwachungseinrichtungen zur Verfügung, die eine Sicherheitsabnahme am Fertigungsort erlauben. Hierdurch kann vermieden werden, dass beispielsweise Schäden oder Fertigungsfehler erst am Erstellungsort der Luftzerlegungsanlage entdeckt werden, was aufwendige Reparaturen oder, im Extremfall, Rücktransporte erforderlich macht.
-
Durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verrohrungsmoduls kann auch die Planung und Konzeption einer Luftzerlegungsanlage signifikant verbessert werden. Das erfindungsgemäße Verrohrungsmodul strukturiert das Layout einer entsprechenden Anlage und gibt ein eindeutiges Konzept vor. Dies ermöglicht eine weitgehende Erstellung aus standardisierten Modulen mit entsprechend zueinander passenden Anschlüssen im Sinne eines beliebig erweiterbaren Baukastenprinzips.
-
Insbesondere für Raffinerien, die Erdöltertiärförderung (Enhanced Oil Recovery) und Stahlwerke werden beträchtliche Mengen von Reingasen benötigt. Der Luftdurchsatz der größten Anlagen zur Erzeugung von Stickstoff für die Enhanced Oil Recovery beträgt ca. 500.000 Normkubikmeter Luft pro Stunde, für Raffinerien sind Anlagen mit Produktionsvolumina von ca. 860.000 Normkubikmetern Sauerstoff pro Stunde im Bau. Für Anlagen mit einem Luftdurchsatz von zumindest 200.000 Normkubikmetern Luft pro Stunde sind erfindungsgemäße Verrohrungsmodule problemlos transportierbar.
-
Die Hauptwärmetauscher für Anlagen derartiger Größe können in der erforderlichen Leistungsfähigkeit nur an wenigen spezialisierten Fertigungsorten hergestellt werden. Dies ist auch durch die Herstellungstechnik für derartige Vorrichtungen bedingt. Besonders vorteilhaft für die genannten Anlagen sind insbesondere vakuumgelötete Aluminiumplatten-Wärmetauscher. Die Herstellung derartiger Wärmetauscher erfolgt in Vakuumöfen ohne den Einsatz von Flussmitteln. Diese Technik erfordert einen hohen Grad an Fertigungsqualität, da das Lot, das hierbei zum Fügen verwendet wird, in seinem Schmelzpunkt nur gering von jenem der zu fügenden Materialien abweicht.
-
Um eine maximale Leistungsfähigkeit zu erzielen, sind jedoch auch bei der Verrohrung entsprechend hohe Anforderungen an die Montagequalität einzuhalten. Insbesondere eine unsachgemäße Verschweißung kann die Leistungsfähigkeit der Wärmetauscher, und damit der gesamten Luftzerlegungsanlage, signifikant beeinträchtigen. Insbesondere die erforderliche spannungsfreie Montage der Rohre bereitet Schwierigkeiten. Im Extremfall können beträchtliche Schäden auftreten.
-
Das erfindungsgemäße Verrohrungsmodul vereinfacht die Verrohrung derartiger Wärmetauscher signifikant, so dass das eingesetzte Personal nicht in dem Umfang qualifiziert sein muss, wie dies herkömmlicherweise erforderlich ist, oder aber hochqualifiziertes Personal nur für einen kürzeren Zeitraum eingesetzt werden muss.
-
Wie bereits teilweise angesprochen, ist ein erfindungsgemäßes Verrohrungsmodul vorteilhafterweise zur Anbindung wenigstens zweier Wärmetauscher ausgebildet. Dies ermöglicht eine besonders flexible Erstellung von Luftzerlegungsanlagen, die an die jeweils bestehenden Leistungsanforderungen angepasst werden können.
-
Für jede Gasanwendung existiert eine optimale Wirtschaftlichkeit der Gasversorgung, die von zahlreichen Randbedingungen abhängig ist. Die rektifikatorische Luftzerlegung ist i. d. R. bereits ab einem Bedarf von 200 Normkubikmetern Stickstoff bzw. 1.000 Normkubikmetern Sauerstoff pro Stunde sinnvoll. Von diesen Werten bis hin zu den zuvor erwähnten Maximalleistungen ergibt sich eine sehr große Bandbreite an Produktionsvolumina, die von Luftzerlegungsanlagen abgedeckt werden muss. Insbesondere die verwendeten Hauptwärmetauscher können jedoch bisher nicht in beliebiger Größe erstellt werden. Auch unterhalb der durch mechanische Grenzen definierten Maximalgröße erweist sich die Herstellung sehr großer Wärmetauscher häufig als wirtschaftlich nicht sinnvoll. In diesen Fällen ist es erforderlich, mehrere Hauptwärmetauscher oder Hauptwärmetauscherblöcke (z. B. angeordnet in entsprechenden Coldboxen) zu verwenden und gemeinsam mit Luft aus dem warmen Bereich der Anlage zu versorgen. Gerade in derartigen Fällen ist ein Verrohrungsmodul mit einer entsprechenden Anschlussmöglichkeit für mehrere Wärmetauscher sinnvoll.
-
Vorteilhafterweise sind hierzu die erfindungsgemäßen Verrohrungsmodule mit wenigstens einem Fluidverteiler ausgestattet. Unter einem ”Fluidverteiler” sei dabei eine Rohranordnung verstanden, die die Anbindung von Anschlüssen mehrerer Wärmetauscher oder mehrerer Anschlüsse eines Wärmetauschers an eine gemeinsame Leitung erlaubt. Ein Fluidverteiler trägt dabei dazu bei, mehrere Sätze von Anschlüssen entsprechend den jeweils anzubindenen Wärmetauschern bereitzustellen.
-
Auch ein derartiger Fluidverteiler kann vorteilhafterweise als Modul ausgebildet sein. Ein Verrohrungsmodul kann daher beispielsweise am Fertigungsort aus einem Grundmodul und einem entsprechenden Fluidverteilermodul zusammengesetzt werden. Das Grundmodul beinhaltet sinnvollerweise auch noch Bauteile, die herkömmlicherweise im Feld auf der Baustellen montiert werden. Dies ermöglicht eine weitgehende Serien- und Vorfertigung entsprechender Module, die dann lediglich noch nach Bedarf montiert werden müssen. Hierdurch wird eine effiziente und zeitnahe Erstellung von Verrohrungsmodulen ermöglicht.
-
Vorteilhafterweise ist für jeden Wärmetauscher ein separater Anschlusssatz vorgesehen, der zumindest eine Zuleitung für komprimierte, vorgereinigte und vorgekühlte Luft und eine Abführleitung für Kühlstickstoff umfasst. Die in den erläuterten Luftzerlegungsanlagen verwendeten Wärmetauscher weisen eine Reihe von Leitungen auf, die Fluidströme in beiden Richtungen durch die Wärmetauscher führen. Die Leitungen enden an der Oberseite der Wärmetauscher in einem oder in mehreren Anschlussstutzen. Mehrere Anschlussstutzen werden in dem erläuterten Fluidverteiler, der erfindungsgemäß einen Teil des Verrohrungsmoduls darstellt, zusammengefasst. Hierzu sind die genannten Zu- und Abführleitungen vorgesehen.
-
Den Hauptwärmetauscher durchlaufen in Luftzerlegungsanlagen der eingangs erläuterten Art üblicherweise auch entsprechende Produktströme, die im Gegenstrom zu der aus dem warmen Teil der Anlage eingespeisten Luft durch den Hauptwärmetauscher geführt werden. Somit kann ein Anschlussatz auch weitere Abführleitungen, beispielsweise für Sauerstoff, Produktstickstoff und/oder Edelgase umfassen. Ist in der Luftzerlegungsanlage ein zusätzlicher Hochdruckwärmetauscher vorgesehen (der an einen entsprechenden Nach- bzw. Kreislaufverdichter anzubinden ist), können auch hierfür entsprechende Leitungen in einem Leitungssatz vorgesehen sein.
-
In entsprechenden Anschlusssätzen sind vorteilhafterweise die entsprechenden Anschlüsse räumlich so angeordnet, dass eine möglichst einfache und direkte Anbindung des oder der Wärmetauscher gewährleistet ist. Die räumliche Anordnung kann dabei derart normiert werden, dass eine Vielzahl von unterschiedlichen Modulen – im Sinne des oben erwähnten Baukastenprinzips – ohne aufwendige Anpassungen miteinander verbunden werden kann. Die räumliche Anordnung erlaubt jedoch eine dreidimensionale Anpassung entsprechender Verbindungsleitungen zumindest in gewissem Umfang, um z. B. Toleranzen von Modulen und Fundamenten ausgleichen zu können.
-
Zur Verbindung des Verrohrungsmoduls mit dem oder den Wärmetauscher(n) können daher ihrerseits vorgefertigte Anschlussrohre, ggf. mit entsprechend normierten Flanschen, verwendet werden. Dies reduziert die erforderlichen Montageschritte. Auch diese sind jedoch noch zumindest in gewissem Umfang anpassbar.
-
Ein erfindungsgemäßes Verrohrungsmodul umfasst vorteilhafterweise auch brandgeschützte Sauerstoffübergabeventile. Entsprechend erforderliche Brandabschottungseinrichtungen können ebenfalls zusammen mit den übrigen Komponenten des Verrohrungsmoduls vorgefertigt und damit in vorgefertigter und ggf. entsprechend geprüfter Form an den Erstellungsort der Luftzerlegungsanlage verbracht werden. Die übliche Abschottung mit einer Betonmauer entfällt.
-
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist ein erläutertes Verrohrungsmodul, ggf. mit einem zuvor erläuterten integrierten und/oder modular ausgebildeten Fluidverteiler, zur senkrechten Anordnung neben dem wenigstens einen Wärmetauscher bzw. einem entsprechenden Wärmetauscherblock ausgebildet. Dies ermöglicht einerseits eine platzsparende Verrohrung eines oder mehrerer Wärmetauscher und andererseits eine einfache Vorfertigung und einen unproblematischen Transport. Senkrecht anordenbare Verrohrungsmodule können in einer Horizontalrichtung flach ausgebildet und daher liegend vorgefertigt werden. Der erforderliche Montageraum ist daher gegenüber herkömmlichen Anordnungen beträchtlich reduziert.
-
Die erfindungsgemäß ebenfalls vorgesehene Luftzerlegungsanlage profitiert von den zuvor erläuterten Vorteilen, auf die daher ausdrücklich verwiesen werden kann.
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erstellung einer Luftzerlegungsanlage umfasst eine Bereitstellung wenigstens eines Wärmetauschers und eines erfindungsgemäßen Verrohrungsmoduls sowie die Anbindung des wenigstens einen Wärmetauschers an das Verrohrungsmodul. Vorzugsweise sind die genannten Komponenten vorgefertigt. Hieraus ergeben sich ebenfalls die erwähnten Vorteile.
-
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.
-
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der beigefügten Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnung
-
1 zeigt eine Luftzerlegungsanlage gemäß dem Stand der Technik in stark vereinfachter, schematischer Darstellung.
-
2 zeigt ein Verrohrungsmodul mit zwei Wärmetauschern gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.
-
Ausführungsform(en) der Erfindung
-
In den Figuren tragen gleiche oder gleichwirkende Elemente ggf. identische Bezugszeichen und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert.
-
1 zeigt eine Luftzerlegungsanlage gemäß dem Stand der Technik in stark vereinfachter, schematischer Darstellung. Diese ist insgesamt mit 100 bezeichnet. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Anbindung eines Wärmetauscherblocks 1 in einer derartigen Luftzerlegungsanlage 100.
-
Dem Wärmetauscherblock 1, der einen oder mehrere Wärmetauscher in einer entsprechenden Coldbox umfassen kann, wird ein gestrichelt dargestellter Luftstrom zugeführt, der zuvor in einem Verdichter 2 verdichtet und in einem Adsorber 3 aufgereinigt wurde. Zusätzliche Einrichtungen wie Filter und dergleichen sind nicht dargestellt. Wenngleich in 1 nur ein Adsorber 3 dargestellt ist, umfasst eine Luftzerlegungsanlage 100 üblicherweise mehrere Adsorber 3, die im Wechselbetrieb gefahren und entsprechend regeneriert werden können.
-
In dem Wärmetauscher 1 wird die zugeführte, komprimierte und aufgereinigte Luft im Gegenstrom mit kaltem, gasförmigem Stickstoff GAN vom Kopf einer nachfolgend erläuterten Trennsäule 5 gekühlt.
-
Der bis nahe Verflüssigungstemperatur abgekühlte Luftstrom wird nachfolgend in einem Expansionsventil 4 entspannt und in teilweise flüssiger Form in einen mittleren Bereich der Trennsäule 5 eingespeist. Eine entsprechende Anlage kann zusätzlich eine Nachverdichtung eines (Teil-)Luftstroms und eine Abkühlung in einem Hochdruckwärmetauscher umfassen. Auch dies ist der Übersicht halber nicht dargestellt. Wie bereits erläutert, können anstatt einer einzigen Trennsäule 5, wie in 1 dargestellt, auch mehrere hintergenandergeschaltete Trennsäulen, Doppelsäulen und dergleichen eingesetzt werden.
-
Für die Zerlegung der verflüssigten Luft werden die unterschiedlichen Siedepunkte ihrer Bestandteile genutzt. In der Trennsäule 5 rieselt die flüssige Luft hierzu über eine Anzahl von stark vereinfacht dargestellten Siebböden im Gegenstrom zu nicht verflüssigter, aufsteigender Luft nach unten. Die Flüssigkeit wird hierbei auf den Böden gestaut und von aufsteigenden Dampfblasen durchströmt. Aus dem Gasstrom verflüssigt sich dabei vor allem der höher siedende Sauerstoff, während aus den Flüssigkeitstropfen bevorzugt der tiefer siedende Stickstoff verdampft. Am kalten Kopf der Trennsäule 5 sammelt sich aus diesem Grund gasförmiger Stickstoff GAN und am wärmeren Boden flüssiger Sauerstoff LOX.
-
Zur weiteren Aufreinigung der Fraktionen wird der flüssige Sauerstoff LOX vom Boden der Trennsäule 5 in einem Verdampfer 6 verdampft, der gasförmige Stickstoff wird in einem sogenannten Kopfkondensator 7 verflüssigt. Der verdampfte, gasförmige Sauerstoff GOX und der verflüssigte Stickstoff LIN werden wieder der Trennsäule 5 zugeführt, wo die Rektifikation wiederholt wird, bis die gewünschte Reinheit erreicht ist.
-
Entsprechend reine Fluide können vom Boden bzw. Kopf der Trennsäule 5 entnommen und zur Weiterverwendung in Flüssigtanks 8, 9 gelagert werden.
-
Der Trennsäule 5 kann ferner beispielsweise eine Sauerstoff-Argon-Mischung O/Ar entnommen werden, aus der in einem separaten Verfahren in einer weiteren Säule hochreines Argon gewonnen werden kann. Auch für die Gewinnung der Edelgase Xenon, Krypton, Helium und/oder Neon werden separate Säulen benötigt.
-
Zur Kühlung von neu angesaugter Luft (siehe oben) wird ein Teil des gewonnenen Stickstoffs GAN entnommen und zum Wärmetauscher 1 zurückgeführt.
-
2 zeigt ein Verrohrungsmodul mit zwei Wärmetauschern gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung. Das Verrohrungsmodul ist insgesamt mit 10 bezeichnet, ein Wärmetauscherblock, der die zwei Wärmetauscher 1a und 1b enthält, ist wie in 1 mit 1 bezeichnet. Wenngleich in der 2 nur zwei Wärmetauscher 1a und 1b dargestellt sind, kann die Erfindung auch mit mehr als zwei oder nur einem Wärmetauscher realisiert werden. Der Wärmetauscherblock 1 kann beispielsweise in Form einer Coldbox ausgebildet sein, wie eingangs erläutert.
-
Das Verrohrungsmodul 10 kann aus einem Grundmodul 11 und einem Fluidverteilermodul 12 aufgebaut sein, die über eine geeignete Verbindung 13 miteinander verbunden sind. In dem Grundmodul 11 können zentrale Komponenten wie entsprechende Ventile 14 angeordnet sein. In der 2 ist hierbei nur eine Leitung in dem Grundmodul 11 dargestellt, die sich in dem Fluidverteilermodul 12 in zwei Leitungen aufteilt. Wie erläutert, werden ein Wärmetauscherblock 1 bzw. die darin angeordneten Wärmetauscher 1a bzw. 1b in der Praxis jedoch von mehreren unterschiedlichen Fluidströmen Im Gegenstrom zueinander durchströmt, so dass auch die genannten Leitungen in Mehrzahl vorhanden sind. Wie erläutert, ist dabei pro anzuschließendem Wärmetauscher 1a bzw. 1b ein Satz Anschlüsse in dem Fluidverteilermodul 12 vorgesehen.
-
Das Verrohrungsmodul 10 kann ferner – in dem Hauptmodul 11 und/oder dem Fluidverteilermodul 12 – wenigstens einen Druck-, Temperatur- und/oder Druchflussregler 15 aufweisen. Nicht dargestellt sind beispielsweise brandgeschützte Sauerstoffventile.
-
Das Fluidverteilermodul 12 weist, wie erwähnt, einen Satz Anschlüsse 12a bzw. 12b für die anzuschließenden Wärmetauscher 1a bzw. 1b auf. Diese können sehr einfach mit korrespondierenden Anschlüssen 12a' bzw. 12b' an den anzuschließenden Wärmetauschern 1a bzw. 1b verbunden werden.
