DE102012017488A1

DE102012017488A1 - Method for building air separation plant, involves selecting air separation modules on basis of product specification of module set with different air pressure requirements

Info

Publication number: DE102012017488A1
Application number: DE201210017488
Authority: DE
Inventors: Stefan Lochner
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2014-03-06

Abstract

The method involves selecting air separation modules (11,12,13) on the basis of a product specification of a module set (1) with different air pressure requirements. A compressor module (2) is provided for compressing the air requirements of all the air separation modules of the module set. The compressor module is provided with compressed air (AIR) to provide a pressure, which is above the operating pressure of the high pressure column. The two of the air separation modules are adapted to different or variable amounts of liquid and gaseous nitrogen product (LOX) or oxygen product (GOX). An independent claim is included for a method for operating an air separation plant.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung einer Luftzerlegungsanlage, eine mittels eines derartigen Verfahrens erstellte Luftzerlegungsanlage und ein zugehöriges Betriebsverfahren.The present invention relates to a method for producing an air separation plant, an air separation plant created by means of such a method and an associated operating method.

Stand der TechnikState of the art

Die Herstellung von Sauerstoff und Stickstoff bzw. entsprechender sauerstoff- und stickstoffreicher Gemische erfolgt üblicherweise durch Tieftemperaturrektifikation von Luft in Luftzerlegungsanlagen (LZA) mit an sich bekannten Destillationssäulensystemen. Diese können als Zweisäulensysteme, insbesondere als klassische Doppelsäulensysteme, aber auch als Drei- oder Mehrsäulensysteme ausgebildet sein. Zusätzlich können auch Vorrichtungen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere der Edelgase Krypton, Xenon und/oder Argon, vorgesehen sein.The production of oxygen and nitrogen or corresponding oxygen and nitrogen-rich mixtures is usually carried out by cryogenic rectification of air in air separation plants (LZA) with known distillation distillation systems. These can be designed as two-column systems, in particular as classic double-column systems, but also as three-column or multi-column systems. In addition, devices for obtaining further air components, in particular the noble gases krypton, xenon and / or argon, may also be provided.

Entsprechende Verfahren und Vorrichtungen sind beispielsweise bekannt aus Hausen, Helmuth; Linde, Hermann: Tieftemperaturtechnik – Erzeugung sehr tiefer Temperaturen, Gasverflüssigung und Zerlegung von Gasgemischen. 2. Aufl. Berlin: Springer, 1985 und Kerry, Frank G.: Industrial Gas Handbook – Gas Separation and Purification. Boca Raton: CRC Press, 2006 .Corresponding methods and devices are known, for example Hausen, Helmuth; Linde, Hermann: Low-temperature technology - Generation of very low temperatures, gas liquefaction and decomposition of gas mixtures. 2nd edition Berlin: Springer, 1985 and Kerry, Frank G .: Industrial Gas Handbook - Gas Separation and Purification. Boca Raton: CRC Press, 2006 ,

Doppelsäulensysteme umfassen eine Hochdrucksäule und einer Niederdrucksäule zur Trennung von Sauerstoff und Stickstoff. Die Hochdrucksäule arbeitet bei einem Betriebsdruck von beispielsweise 5 bis 7 bar, die Niederdrucksäule bei einem Betriebsdruck von beispielsweise 1 bis 2 bar. Hierbei, und bei den nachfolgend angegebenen Drücken, handelt es sich um Absolutdrücke. Hochdrucksäule und Niederdrucksäule können auch zumindest teilweise baulich voneinander getrennt sein. Es handelt sich in diesem Fall um die erwähnten Zweisäulensysteme.Double column systems include a high pressure column and a low pressure column for separation of oxygen and nitrogen. The high-pressure column operates at an operating pressure of for example 5 to 7 bar, the low-pressure column at an operating pressure of for example 1 to 2 bar. Here, and at the pressures given below, these are absolute pressures. High-pressure column and low-pressure column can also be at least partially structurally separated. These are in this case the mentioned two-column systems.

Sind Drei- oder Mehrsäulensysteme zur Trennung von Sauerstoff und Stickstoff vorgesehen, wird im Rahmen dieser Anmeldung die Säule mit dem jeweils höchsten Betriebsdruck als ”Hochdrucksäule” bezeichnet. Die Säule, der ein flüssiger sauerstoffreicher Strom mit beispielsweise mehr als 99 mol-% Sauerstoff entnommen werden kann, wird im Sprachgebrauch dieser Anmeldung dann als ”Niederdrucksäule” bezeichnet.If three-column or multi-column systems are provided for separating oxygen and nitrogen, the column with the highest operating pressure is referred to as "high-pressure column" in the context of this application. The column from which a liquid oxygen-rich stream with, for example, more than 99 mol% of oxygen can be taken off, is then referred to in the language of this application as a "low pressure column".

In der vorliegenden Anmeldung werden Stoffe und Stoffgemische auch als ”Ströme” und ”Fraktionen” bezeichnet. Ein Strom wird üblicherweise als Fluid in einer hierfür eingerichteten Leitung geführt. Eine Fraktion bezeichnet üblicherweise einen aus einem Ausgangsgemisch abgetrennten Anteil eines Ausgangsgemischs. Eine Fraktion kann jederzeit einen entsprechenden Strom bilden, wenn sie entsprechend geführt wird. Ein Strom kann umgekehrt beispielsweise zur Bereitstellung eines Ausgangsgemischs dienen, aus welchem eine Fraktion abgetrennt werden kann.In the present application substances and mixtures are also referred to as "streams" and "fractions". A stream is usually routed as fluid in a conduit designed for this purpose. A fraction usually denotes a portion of a starting mixture separated from a starting mixture. A political group can generate a corresponding current at any time if it is managed accordingly. Conversely, for example, a stream can serve to provide a starting mixture from which a fraction can be separated.

Ein Strom oder eine Fraktion kann reich oder arm an einer oder an mehreren enthaltenen Komponenten sein, wobei ”reich” für einen Anteil von mehr als 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 99%, 99,5% oder 99,9% und ”arm” für einen Anteil von weniger als 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, 1%, 0,5% oder 0,1%, jeweils auf molarer, Gewichts- und/oder Volumenbasis, stehen kann. Eine Fraktion oder ein durch diese gebildeter Strom kann ferner bezüglich einer Komponente gegenüber einem Ausgangsgemisch angereichert oder abgereichert sein, wobei ”angereichert” für wenigstens den 1,5-fachen, 2-fachen, 3-fachen, 5-fachen, 10-fachen oder 100-fachen Gehalt und ”abgereichert” für höchstens den 0,75-fachen, 0,5-fachen, 0,25-fachen, 0,1-fachen oder 0,01-fachen Gehalt, jeweils bezogen auf den entsprechenden Gehalt im jeweiligen Ausgangsgemisch, stehen kann. Die Begriffe ”angereichert” und ”abgereichert” umfassen auch Wertebereiche, beispielsweise mit den genannten Werten als Ober- und Untergrenzen.A stream or fraction may be rich or poor in one or more of its constituents, with "rich" accounting for greater than 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 99%, 99.5%. or 99.9% and "poor" for less than 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, 1%, 0.5% or 0.1%, respectively, in molar, weight and% / or volume basis, can stand. A fraction or stream formed thereby may also be enriched or depleted of a component relative to a starting mixture, with "enriched" for at least 1.5 times, 2 times, 3 times, 5 times, 10 times or 100-fold content and "depleted" for not more than 0.75 times, 0.5 times, 0.25 times, 0.1 times or 0.01 times the content, in each case based on the corresponding content in the respective Starting mixture, can stand. The terms "enriched" and "depleted" also include ranges of values, for example, with the stated values as upper and lower limits.

Die Anforderungen industrieller Verbraucher an LZA unterscheiden sich mitunter beträchtlich. So sind in bestimmten Einsatzszenarien ausgesprochene Gasanlagen erforderlich, in denen bevorzugt oder ausschließlich gasförmige Produkte, beispielsweise Sauerstoff und/oder Stickstoff in unterschiedlichen Reinheitsgraden und mit unterschiedlichen Drücken, gewonnen werden können. Andere Anwendungen erfordern hingegen Flüssigprodukte und damit ausgesprochene Flüssiganlagen. In wieder anderen Szenarien ist die Produktion sowohl flüssiger als auch gasförmiger Produkte, gegebenenfalls in variablen Anteilen und Reinheiten, erwünscht.The demands of industrial consumers on LZA vary considerably. Thus, in certain application scenarios pronounced gas systems are required in which preferred or exclusive gaseous products, such as oxygen and / or nitrogen in different degrees of purity and with different pressures, can be obtained. Other applications, however, require liquid products and thus pronounced liquid systems. In still other scenarios, the production of both liquid and gaseous products, optionally in variable proportions and purities, is desired.

Die Kälte kann in entsprechenden Anlagen durch die isentrope Entspannung in Turbinen erzeugt werden. Der Strom durch die Turbinen wird durch Verdichtung erzeugt. Insbesondere dann, wenn Flüssigprodukte, beispielsweise flüssiger Sauerstoff und/oder Stickstoff, entnommen werden, wird dem System eine beträchtliche Kältemenge entzogen. Diese Kältemenge muss der LZA, in der Regel in Form von Verdichterleistung, zusätzlich zugeführt werden.The cold can be generated in corresponding plants by the isentropic relaxation in turbines. The flow through the turbines is generated by compression. In particular, when liquid products, such as liquid oxygen and / or nitrogen, are removed, a considerable amount of cold is withdrawn from the system. This amount of refrigerant must be added to the LZA, usually in the form of compressor capacity.

Herkömmliche LZA können zur Verdichtung der eingesetzten Luft daher einen Hauptverdichter (Main Air Compressor, MAC) und wenigstens ein Nachverdichter (Booster Air Compressor, BAC) aufweisen. Im MAC wird die insgesamt eingesetzte Luftmenge auf einen ersten Druck, beispielsweise den Betriebsdruck der Hochdrucksäule, verdichtet, im BAC erfolgt eine Nachverdichtung eines Teils hiervon, abhängig von der erforderlichen Kälteleistung aber auch ggf. beträchtlich mehr, auf einen zweiten, höheren Druck. Die für den MAC erforderliche Verdichterleistung richtet sich in herkömmlichen Anlagen dabei nach der insgesamt eingesetzten Luftmenge, die für den BAC erforderliche Verdichterleistung nach der Menge der auf den zweiten Druck zu verdichtenden Luft, die überwiegend für die zusätzliche Kälteproduktion benötigt wird. Diese Luft wird in der LZA kälteleistend von dem zweiten Druck auf den Betriebsdruck der Hochdrucksäule entspannt, beispielsweise in einer Expansionsturbine.Conventional LZA can therefore have a main compressor (MAC) and at least one booster air compressor (BAC) for compressing the air used. In the MAC, the total amount of air used is compressed to a first pressure, for example the operating pressure of the high-pressure column, in the BAC, a redensification of a part takes place thereof, depending on the required cooling capacity but also possibly considerably more, to a second, higher pressure. The compressor power required for the MAC in conventional systems depends on the total amount of air used, the compressor capacity required for the BAC according to the amount of air to be compressed to the second pressure, which is mainly needed for the additional cooling production. This air is relaxed in the LZA cold from the second pressure on the operating pressure of the high-pressure column, for example in an expansion turbine.

Bei Anlagen, die auch Gas durch Innenverdichtung (IV) produzieren, wird der sogenannte Drosselstrom, der hierbei zur Verdampfung verwendet wird, ebenfalls über den BAC erzeugt. Ein derartiger Drosselstrom existiert auch bei reinen Flüssiganlagen, bei IV-Anlagen ist er jedoch entsprechend größer.In systems that also produce gas by internal compression (IV), the so-called inductor current, which is used here for evaporation, also generated by the BAC. Such a choke current also exists in pure liquid systems, in IV systems, however, it is correspondingly larger.

Wenn, wie oben erläutert, der LZA größere Mengen an Flüssigprodukten entnommen werden sollen, steigen die Leistungsanforderungen an den BAC, weil dieser entsprechend größere Mengen auf den zweiten Druck verdichteter Luft liefern muss. Je nach dem geforderten Verhältnis der zu entnehmenden flüssigen und gasförmigen Produkte zueinander (hier auch als ”Produktsplits” bezeichnet), gegebenenfalls der erforderlichen Reinheit und dem Gesamtdurchsatz, sind daher für unterschiedliche Anlagen jeweils angepasste MAC/BAC-Kombinationen erforderlich. Wird nachträglich eine höhere Flüssigproduktmenge gefordert, muss ein anderer BAC verwendet werden.If, as explained above, larger quantities of liquid products are to be withdrawn from the LCPs, the performance requirements of the BACs increase because they must supply correspondingly larger quantities to the second pressure of compressed air. Depending on the required ratio of the liquid and gaseous products to be taken from each other (also referred to herein as "product splits"), if necessary, the required purity and the total throughput, respectively adapted MAC / BAC combinations are required for different systems. If a higher quantity of liquid product is subsequently required, another BAC must be used.

MAC und BAC müssen in entsprechenden Anlagen daher spezifisch auf die jeweiligen Produkte und deren Produktionsraten ausgelegt werden. Die Erfindung will hier eine Verbesserung schaffen, die insbesondere die Erstellung von LZA mit unterschiedlichen und/oder veränderlichen Produktsplits verbessert.MAC and BAC must therefore be designed in specific plants specifically for the respective products and their production rates. The invention seeks here to provide an improvement which in particular improves the creation of LZA with different and / or variable product splits.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erstellung einer LZA, eine mittels eines derartigen Verfahrens erstellte LZA und ein entsprechendes Betriebsverfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, the present invention proposes a method for creating a LZA, an LZA created by means of such a method and a corresponding method of operation with the features of the independent patent claims. Preferred embodiments are the subject of the respective subclaims and the following description.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass, wenngleich die eigentliche Luftzerlegung in einer LZA in teilweise beträchtlich unterschiedlich aufgebauten, konfigurierten und/oder betriebenen Luftzerlegungseinheiten erfolgt, die Versorgung dieser Luftzerlegungseinheiten mit verdichteter Luft mit weitgehend standardisierten bzw. modularisierten Verdichtereinheiten erfolgen kann.The invention is based on the recognition that, although the actual air separation takes place in a LZA in partially considerably differently constructed, configured and / or operated air separation units, the supply of air separation units with compressed air can be done with largely standardized or modularized compressor units.

Eine ”Luftzerlegungseinheit”, die vorteilhafterweise als Luftzerlegungsmodul bereitgestellt wird, bezeichnet im Rahmen dieser Anmeldung eine mit verdichteter Luft versorgte Einheit einer LZA, in die verdichtete Luft eingespeist wird. Ein solches Luftzerlegungsmodul ist nur zur Zerlegung dieser verdichteten Luft, also in der Regel nicht mehr für eine Vorreinigung und/oder eine noch wesentliche Verdichtung derselben, eingerichtet. Eine gewisse Verdichtung von Teilströmen kann jedoch auch noch in dem Luftzerlegungsmodul erfolgen, beispielsweise in mit Expandern gekoppelten Boostern. Ein Luftzerlegungsmodul umfasst zumindest einen Wärmetauscher, darunter den hinlänglich bekannten Hauptwärmetauscher, und das erläuterte Destillationssäulensystem. Je nach Konfiguration können weitere Vorrichtungen, beispielsweise Kondensatorverdampfer, Abscheider, Mischsäulen, Pumpen, Kaltverdichter, Expander und dergleichen umfasst sein. Eine Luftzerlegungseinheit bzw. ein Luftzerlegungsmodul kann beispielsweise auch Vorrichtungen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere der Edelgase Krypton, Xenon und/oder Argon, umfassen.An "air separation unit", which is advantageously provided as an air separation module, in the context of this application designates a compressed air-supplied unit of an LZA, into which compressed air is fed. Such an air separation module is only for the decomposition of this compressed air, so usually no longer for a pre-cleaning and / or a significant compression of the same, set up. However, some compression of partial flows can also take place in the air separation module, for example in boosters coupled with expanders. An air separation module comprises at least one heat exchanger, including the well-known main heat exchanger, and the illustrated distillation column system. Depending on the configuration, further devices may be included, for example condenser evaporators, separators, mixing columns, pumps, cold compressors, expanders and the like. An air separation unit or an air separation module can, for example, also comprise devices for obtaining further air components, in particular the noble gases krypton, xenon and / or argon.

Ein derartiges Luftzerlegungsmodul weist jedoch vorzugsweise selbst keine mit externer Energie angetriebene Maschine zur Verdichtung von Luft auf. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise ausschließlich eine Verdichtereinheit vorgesehen und eingerichtet.However, such an air separation module preferably does not itself have an external energy driven machine for compressing air. For this purpose, preferably only one compressor unit is provided and set up.

Eine solche ”Verdichtereinheit”, die vorteilhafterweise als Verdichtermodul bereitgestellt wird, ist im Sprachgebrauch dieser Anmeldung eine Einheit, die die Luft für eine Luftzerlegungseinheit bzw. ein Luftzerlegungsmodul in komprimierter Form bereitstellen kann. Sie stellt vorzugsweise die einzige Einheit einer entsprechend erstellten LZA dar, die eine mit externer Energie angetriebene Maschine zur Verdichtung von Luft aufweist. Während in herkömmlichen Anlagen, wie erläutert, hierzu MAC/BAC-Kombinationen zum Einsatz kommen, wird die vorliegende Erfindung vorzugsweise unter Verwendung von Hochdruckverfahren bzw. Hochdruckverdichtern (High Air Pressure, HAP) realisiert, wie unten näher erläutert. Ein Verdichtermodul kann auch geeignete Vorrichtungen zur Aufreinigung der eingesetzten Luft wie Filter und/oder Molekularsiebadsorber umfassen und/oder an diese angebunden werden.Such a "compressor unit", which is advantageously provided as a compressor module, in the parlance of this application is a unit that can provide the air for an air separation unit or an air separation module in compressed form. It is preferably the only unit of a suitably made LZA that has an external energy driven machine for compressing air. While in conventional systems, as explained, MAC / BAC combinations are used for this purpose, the present invention is preferably realized using high-pressure methods (high-air pressure, HAP), as explained in more detail below. A compressor module may also include and / or be connected to suitable devices for purifying the air used, such as filters and / or molecular sieve adsorbers.

LZA der eingangs genannten Art weisen regelmäßig auch eine Vorkühlvorrichtung auf, in der die verdichtete Einsatzluft stromaufwärts einer entsprechenden Reinigungsvorrichtung durch direkten oder indirekten Wärmeaustausch, beispielsweise mit Kühlwasser, abgekühlt wird, um die Verdichtungswärme zu entfernen. Auch eine entsprechende Vorkühlvorrichtung kann von einem erläuterten Verdichtermodul umfasst sein und/oder an dieses angebunden werden.LZA the aforementioned type regularly also have a precooling in which the compressed feed air upstream of a corresponding cleaning device by direct or indirect heat exchange, for example with cooling water, is cooled to remove the heat of compression. A corresponding pre-cooling device may also be included in and / or connected to an illustrated compressor module.

Vorzugsweise umfasst, wie erläutert, das Verdichtermodul die einzige mit externer Energie angetriebene Maschine zur Verdichtung von Luft einer entsprechend erstellten LZA dar. Unter einer ”einzigen Maschine” wird hier beispielsweise ein einstufiger oder mehrstufiger Verdichter verstanden, dessen Stufen alle mit dem gleichen Antrieb verbunden sind, wobei alle Stufen in demselben Gehäuse untergebracht oder mit demselben Getriebe verbunden sind. In diesem Luftverdichter wird vorzugsweise die gesamte Einsatzluft auf einen Druck verdichtet, der beispielsweise deutlich über dem dem Betriebsdruck der Hochdrucksäule liegt, wie unten erläutert.Preferably, as explained, the compressor module comprises the only external energy driven machine for compressing air of a correspondingly created LZA. A "single machine" is here understood, for example, as a single-stage or multi-stage compressor whose stages are all connected to the same drive , wherein all stages are housed in the same housing or connected to the same gear. In this air compressor, the total feed air is preferably compressed to a pressure which, for example, is significantly higher than the operating pressure of the high-pressure column, as explained below.

Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Erstellung einer LZA vor, bei dem auf Grundlage wenigstens einer Produktvorgabe, die die LZA erfüllen soll, aus einem bereitgestellten Modulsatz von gegebenenfalls weiter konfigurierbaren Luftzerlegungsmodulen mit unterschiedlichen Druckluftanforderungen ein Luftzerlegungsmodul ausgewählt und mit einem ebenfalls bereitgestellten Verdichtermodul, das die Druckluftanforderungen aller Luftzerlegungsmodule des Modulsatzes erfüllen kann, gekoppelt wird.The invention proposes a method for creating a LZA, in which, based on at least one product specification, which is to fulfill the LZA, selected from a provided set of optionally further configurable air separation modules with different compressed air requirements an air separation module and with a likewise provided compressor module, the compressed air requirements all air separation modules of the module set can meet is coupled.

Eine ”Produktvorgabe” stellt eine Anforderung an eine zu erstellende LZA dar, die diese bedienen können muss. Beispielsweise kann eine Produktvorgabe einen zu erzielenden Produktsplit zwischen flüssigen und gasförmigen Sauerstoff- und/oder Stickstoffprodukten und/oder deren erforderlicher Reinheit und/oder eine Vorgabe bezüglich eines Gesamtdurchsatzes der Anlage darstellen. Wie erläutert, richtet sich die Konfiguration einer LZA, und damit eines erfindungsgemäß verwendbaren Luftzerlegungsmoduls, nach den zu erzeugenden Produkten, deren Menge, deren Aggregatzustand und der erforderlichen Reinheit. Diese Produktvorgaben erfordern ihrerseits aufgrund der unterschiedlichen Ausführung der LZA bzw. ihrer Luftzerlegungseinheit oder eines entsprechenden Luftzerlegungsmoduls bei herkömmlichen MAC/BAC-Verfahren jeweils unterschiedlichen Luftmengen und/oder Luftmengenverhältnisse bei den unterschiedlichen Drücken. Diese Anforderungen werden im Rahmen dieser Anmeldung als ”Druckluftanforderungen” bezeichnet.A "product specification" represents a requirement for an LZA to be created, which must be able to serve it. For example, a product specification can represent a product split to be achieved between liquid and gaseous oxygen and / or nitrogen products and / or their required purity and / or a specification with regard to a total throughput of the plant. As explained, the configuration of an LZA, and thus of an air separation module usable according to the invention, depends on the products to be produced, their quantity, their state of aggregation and the required purity. These product specifications require in turn due to the different design of the LZA or their air separation unit or a corresponding air separation module in conventional MAC / BAC process each different air volumes and / or air flow ratios at the different pressures. These requirements are referred to in this application as "compressed air requirements".

Das erfindungsgemäß verwendete Verdichtermodul kann, wie erläutert, vorzugseweise alle möglichen Druckluftanforderungen aller Luftzerlegungsmodule eines verwendeten Modulsatzes von Luftzerlegungsmodulen erfüllen. Hierzu sind das Verdichtermodul und die Luftzerlegungsmodule vorteilhafterweise so konfiguriert, dass sich hiermit eine LZA erstellen lässt, die mit einem HAP-Verfahren betrieben wird.As explained, the compressor module used according to the invention can preferably fulfill all possible compressed air requirements of all air separation modules of a module set of air separation modules used. For this purpose, the compressor module and the air separation modules are advantageously configured so that this can be used to create a LZA, which is operated by a HAP method.

Entsprechende HAP-Verfahren in unterschiedlichen Ausführungsformen und weitere Aspekte sind bekannt aus WO 2007/104449 A1 (entspricht US 2009/188280 A1 ), DE 10 2007 014 643 A1 , EP 2 015 012 A2 ( US 2009/064714 A1 ), DE 20 2009 010 874 U1 , WO 2011/110301 A2 , EP 2 466 236 A1 ( US 2012/131952 A1 ), EP 2 469 205 A1 , US 5 398 514 A , EP 0 504 029 B1 ( US 5 329 776 A ), EP 0 611 218 B1 ( US 5 426 947 A ), US 5 475 980 A , WO 2004/099690 A1 ( US 2009/078001 A1 ) und WO 2004/099691 A1 ( US 2006/277944 A1 ).Corresponding HAP methods in different embodiments and further aspects are known from WO 2007/104449 A1 (equivalent to US 2009/188280 A1 ) DE 10 2007 014 643 A1 . EP 2 015 012 A2 ( US 2009/064714 A1 ) DE 20 2009 010 874 U1 . WO 2011/110301 A2 . EP 2 466 236 A1 ( US 2012/131952 A1 ) EP 2 469 205 A1 . US 5,398,514 A . EP 0 504 029 B1 ( US 5,329,776 A ) EP 0 611 218 B1 ( US 5 426 947 A ) US Pat. No. 5,475,980 . WO 2004/099690 A1 ( US 2009/078001 A1 ) and WO 2004/099691 A1 ( US 2006/277944 A1 ).

In HAP-Verfahren wird die gesamte der LZA zugeführte Luft auf einen Druck oberhalb des erläuterten Betriebsdrucks der Hochdrucksäule verdichtet, der nachfolgend auch als ”Einspeisedruck” bezeichnet wird. Bei HAP-Verfahren ist dieser Einspeisedruck, auf den die gesamte der LZA zugeführte Luft verdichtet wird, ”deutlich höher” als der Betriebsdruck der Hochdrucksäule. Dies bedeutet hier, dass die Druckdifferenz zwischen dem Einspeisedruck und dem Betriebsdruck der Hochdrucksäule nicht nur dem natürlichen Druckabfall durch Leitungen, Wärmetauscher und andere Apparate entspricht, sondern mindestens 1 bar, insbesondere mindestens 3 bar, vorzugsweise mindestens 5 bar beträgt. Die Druckdifferenz zwischen dem Einspeisedruck und dem Betriebsdruck der Hochdrucksäule beträgt beispielsweise 5 bis 25 bar oder 7 bis 15 bar. Ein entsprechendes Verdichtermodul kann beispielsweise dafür eingerichtet sein, Druckluft mit einem Druck von 11 bis 30 bar, insbesondere von 16 bis 22 bar, bereitzustellen.In HAP process, the entire air supplied to the LZA is compressed to a pressure above the illustrated operating pressure of the high-pressure column, which is also referred to below as "feed pressure". In HAP processes, this feed pressure, to which the entire air supplied to the LZA is compressed, is "significantly higher" than the operating pressure of the high-pressure column. This means here that the pressure difference between the feed pressure and the operating pressure of the high-pressure column not only corresponds to the natural pressure drop through lines, heat exchangers and other equipment, but at least 1 bar, in particular at least 3 bar, preferably at least 5 bar. The pressure difference between the feed pressure and the operating pressure of the high-pressure column is for example 5 to 25 bar or 7 to 15 bar. A corresponding compressor module, for example, be adapted to provide compressed air at a pressure of 11 to 30 bar, in particular from 16 to 22 bar.

Ein erfindungsgemäßes einsetzbares Verdichtermodul kann entsprechende Druckluftanforderungen bedienen. Die Leistung kann über die externe Energiezufuhr eingestellt werden. Bei geringem oder fehlendem Bedarf an flüssigen Produkten, und damit bei einer Auswahl eines entsprechenden Luftzerlegungsmoduls, kann ein erfindungsgemäßes einsetzbares Verdichtermodul damit auch nur geringere Drücke liefern.An inventive usable compressor module can serve corresponding compressed air requirements. The power can be adjusted via the external power supply. With little or no need for liquid products, and thus with a selection of a corresponding air separation module, an inventive usable compressor module can thus deliver even lower pressures.

Wie erläutert, erfordern unterschiedliche Produktvorgaben gegebenenfalls unterschiedliche Anforderungen an die verwendeten Anlagenkonzepte. Im Folgenden werden rein beispielhaft und ohne Einschränkung der Allgemeinheit entsprechende Anlagenkonzepte vorgestellt und erläutert. Hierbei wird insbesondere auf Doppel- bzw. Zweisäulenverfahren Bezug genommen, die Erfindung kann jedoch auch mit anderen Destillationssäulensystemen verwendet werden. Die Verfahren können durch die Auswahl eines entsprechenden Luftzerlegungsmoduls aus einem Modulsatz und die Anbindung an das verwendbare Verdichtermodul, das alle die Druckluftanforderungen aller Luftzerlegungsmodule des Modulsatzes erfüllen kann, realisiert werden. Die Erfindung ermöglicht daher eine besonders einfache, kostengünstige und rasche Erstellung von Luftzerlegungsanlagen und erlaubt hinsichtlich des Verdichtermoduls eine weitgehende Serienfertigung mit entsprechenden Kostenvorteilen.As explained, different product specifications may require different requirements for the system concepts used. In the following, by way of example and without restricting the general public, corresponding plant concepts are presented and explained. Reference is made in particular to double or two-column methods, but the invention can also be used with other distillation column systems. The methods can be characterized by the selection of a corresponding air separation module a module set and the connection to the usable compressor module, which can meet all the compressed air requirements of all air separation modules of the module set, can be realized. The invention therefore makes possible a particularly simple, cost-effective and rapid creation of air separation plants and, with regard to the compressor module, permits extensive mass production with corresponding cost advantages.

In entsprechenden Luftzerlegungsmodulen wird die verdichtete Luft beispielsweise auf eine Temperatur nahe ihrem Taupunkt abgekühlt und bei entsprechendem Druck in die Hochdrucksäule eingespeist. In einem HAP-Verfahren wird die Luft dabei, weil sie zunächst bei höherem Druck vorliegt, zumindest zum Teil auf den Betriebsdruck der Hochdrucksäule entspannt. In einem Kopfbereich der Hochdrucksäule reichert sich Stickstoff in der Gasphase, in einem Bodenbereich Sauerstoff in der Flüssigphase an.In appropriate air separation modules, the compressed air is cooled, for example, to a temperature close to its dew point and fed at the appropriate pressure in the high-pressure column. In a HAP process, because the air initially is at a higher pressure, it is at least partially released to the operating pressure of the high-pressure column. In a head region of the high-pressure column, nitrogen accumulates in the gas phase and oxygen in the liquid phase in a bottom region.

Eine aus dem Kopfbereich der Hochdrucksäule entnommene stickstoffreiche Fraktion wird in einem Hauptkondensator gegen eine in einem Bodenbereich der Niederdrucksäule verdampfende sauerstoffreiche Fraktion kondensiert. Diese sauerstoffreiche Fraktion wird aus dem Bodenbereich der Hochdrucksäule entnommen und unter entsprechender Entspannung in die Niederdrucksäule eingespeist. Das erhaltene Kondensat wird teilweise als Rücklauf in die Hochdrucksäule und teilweise, nach Unterkühlung, in einen Kopfbereich der Niederdrucksäule eingespeist. Weitere Anteile können als Flüssigstickstoffprodukte entnommen werden. Aus dem Bodenbereich der Niederdrucksäule kann ein Sauerstoffprodukt, aus dem Kopfbereich können weitere Stickstoffprodukte entnommen werden.A nitrogen-rich fraction taken from the top of the high-pressure column is condensed in a main condenser against an oxygen-rich fraction evaporating in a bottom region of the low-pressure column. This oxygen-rich fraction is taken from the bottom region of the high-pressure column and fed with appropriate relaxation in the low-pressure column. The condensate obtained is partly fed as reflux into the high-pressure column and partly, after subcooling, into a head region of the low-pressure column. Additional shares can be taken as liquid nitrogen products. From the bottom of the low-pressure column, an oxygen product, from the head area can be removed more nitrogen products.

Beispielsweise kann ein gasförmiges Drucksauerstoffprodukt gewonnen werden, indem ein flüssiger sauerstoffreicher Strom einem Destillationssäulensystem zur Trennung von Sauerstoff und Stickstoff entnommen, in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck gebracht und unter diesem erhöhten Druck durch indirekten Wärmeaustausch verdampft oder, bei überkritischem Druck, pseudoverdampft wird.For example, a gaseous pressure oxygen product may be recovered by withdrawing a liquid oxygen-rich stream from a distillation column system for separation of oxygen and nitrogen, pressurizing it in the liquid state, and evaporating it at elevated pressure by indirect heat exchange or pseudo-evaporating it at supercritical pressure.

Derartige Verfahren, auch als Innenverdichtungsverfahren bezeichnet, sind beispielsweise bekannt aus DE 830 805 C , DE 901 542 C ( US 2 712 738 A und US 2 784 572 A ), DE 952 908 C , DE 1 103 363 B ( US 3 083 544 A ), DE 1 112 997 B ( US 3 214 925 A ), DE 1 124 529 B , DE 1 117 616 B ( US 3 280 574 A ), DE 1 226 616 B ( US 3 216 206 A ), DE 1 229 561 B ( US 3 222 878 A ), DE 1 199 293 B , DE 1 187 248 B ( US 3 371 496 A ), DE 1 235 347 B , DE 1 258 882 B ( US 3 426 543 A ), DE 1 263 037 B ( US 3 401 531 A ), DE 1 501 722 U ( US 3 416 323 A ), DE 1 501 723 U ( US 3 500 651 A ), DE 25 35 132 A1 ( US 4 279 631 ), DE 26 46 690 A1 , EP 0 093 448 B1 ( US 4 555 256 A ), EP 0 384 483 B1 ( US 5 036 672 A ), EP 0 505 812 B1 ( US 5 263 328 A ), EP 0 716 280 B1 ( US 5 644 934 A ), EP 0 842 385 B1 ( US 5 953 937 A ), EP 0 758 733 B1 ( US 5 845 517 A ), EP 0 895 045 B1 ( US 6 038 885 A ), DE 198 03 437 A1 , EP 0 949 471 B1 ( US 6 185 960 B1 ), EP 0 955 509 A1 ( US 6 196 022 B1 ), EP 1 031 804 A1 ( US 6 314 755 B1 ), DE 199 09 744 A1 , EP 1 067 345 A1 ( US 6 336 345 B1 ), EP 1 074 805 A1 ( US 6 332 337 B1 ), DE 199 54 593 A1 , EP 1 134 525 A1 ( US 6 477 860 B1 ), DE 100 13 073 A1 , EP 1 139 046 A1 , EP 1 146 301 A1 , EP 1 150 082 A1 , EP 1 213 552 A1 , DE 101 15 258 A1 , EP 1 284 404 A1 ( US 2003/051504 A1 ), EP 1 308 680 A1 ( US 6 612 129 B2 ), DE 102 13 212 A1 , DE 102 13 211 A1 , EP 1 357 342 A1 oder DE 102 38 282 A1 .Such methods, also referred to as internal compression method, are known, for example from DE 830 805 C . DE 901 542 C ( US 2 712 738 A and US 2 784 572 A ) DE 952 908 C . DE 1 103 363 B ( US Pat. No. 3,083,544 A ) DE 1 112 997 B ( US Pat. No. 3,214,925 ) DE 1 124 529 B . DE 1 117 616 B ( US Pat. No. 3,280,574 ) DE 1 226 616 B ( US 3 216 206 A ) DE 1 229 561 B ( US 3 222 878 A ) DE 1 199 293 B . DE 1 187 248 B ( US 3,371,496A ) DE 1 235 347 B . DE 1 258 882 B ( US 3 426 543 A ) DE 1 263 037 B ( US Pat. No. 3,401,531 A ) DE 1 501 722 U ( US 3 416 323 A ) DE 1 501 723 U ( US 3,500,651 A ) DE 25 35 132 A1 ( US 4,279,631 ) DE 26 46 690 A1 . EP 0 093 448 B1 ( US 4 555 256 A ) EP 0 384 483 B1 ( US 5 036 672 A ) EP 0 505 812 B1 ( US 5 263 328 A ) EP 0 716 280 B1 ( US 5,644,934 A ) EP 0 842 385 B1 ( US 5,953,937 A ) EP 0 758 733 B1 ( US 5,845,517 A ) EP 0 895 045 B1 ( US 6 038 885 A ) DE 198 03 437 A1 . EP 0 949 471 B1 ( US Pat. No. 6,185,960 B1 ) EP 0 955 509 A1 ( US Pat. No. 6,196,022 B1 ) EP 1 031 804 A1 ( US Pat. No. 6,314,755 B1 ) DE 199 09 744 A1 . EP 1 067 345 A1 ( US Pat. No. 6,336,345 B1 ) EP 1 074 805 A1 ( US Pat. No. 6,332,337 B1 ) DE 199 54 593 A1 . EP 1 134 525 A1 ( US Pat. No. 6,477,860 B1 ) DE 100 13 073 A1 . EP 1 139 046 A1 . EP 1 146 301 A1 . EP 1 150 082 A1 . EP 1 213 552 A1 . DE 101 15 258 A1 . EP 1 284 404 A1 ( US 2003/051504 A1 ) EP 1 308 680 A1 ( US 6 612 129 B2 ) DE 102 13 212 A1 . DE 102 13 211 A1 . EP 1 357 342 A1 or DE 102 38 282 A1 ,

Die Innenverdichtung des sauerstoffreichen Stroms hat gegenüber der Verdichtung im gasförmigen Zustand unter anderem den Vorteil geringerer Apparatekosten. Die Erwärmung und Verdampfung des flüssigen sauerstoffreichen Stroms erfolgt durch Wärmetausch gegen einen Teil der eingesetzten Luft. In entsprechenden Anlagen sind jedoch entweder signifikant höhere Drücke zumindest eines Teils der der eingesetzten Luft oder größere Luftmengen erforderlich als für die Erwärmung von gasförmigen Strömen. Die Anforderungen an die Verdichter erhöhen sich hierdurch signifikant.The internal compression of the oxygen-rich stream compared to the compression in the gaseous state, inter alia, the advantage of lower equipment costs. The heating and evaporation of the liquid oxygen-rich stream is carried out by heat exchange against a portion of the air used. In corresponding systems, however, either significantly higher pressures of at least part of the air used or larger amounts of air are required than for the heating of gaseous streams. The requirements for the compressors increase significantly as a result.

Ein erfindungsgemäß zur Erstellung einer LZA verwendbares Verdichtermodul kann jedoch diese Druckluftanforderungen bedienen, eine aufwendige Bereitstellung einer spezifisch angepassten MAC/BAC-Kombination ist nicht erforderlich. Dies gilt selbst dann, wenn ein Teil des flüssigen sauerstoffreichen Stroms der Anlage in flüssiger Form entnommen wird, und bei einer Veränderung eines Produktsplits.However, a compressor module which can be used according to the invention for the production of a LZA can serve these compressed-air requirements, a complex provision of a specifically adapted MAC / BAC combination is not necessary. This is true even if part of the liquid oxygen-rich stream is taken from the plant in liquid form, and a change in a product split.

Außerdem kann ein Luftzerlegungsmodul beispielsweise zur Innenverdichtung von Stickstoff eingerichtet sein, bei der ein flüssiger stickstoffreicher Strom aus dem Destilliersäulensystem entnommen, in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck gebracht, unter diesem erhöhten Druck im Hauptwärmetauscher verdampft oder pseudoverdampft, auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und schließlich als gasförmiger Stickstoffproduktstrom abgezogen wird.In addition, an air separation module, for example, may be configured to internally compress nitrogen, in which a liquid nitrogen-rich stream is withdrawn from the distillation column system, pressurized in the liquid state, vaporized or pseudo-evaporated under this elevated pressure in the main heat exchanger, warmed to about ambient temperature, and finally gaseous Nitrogen product stream is withdrawn.

Auch können LZA mit sogenannten Mischsäulen eingesetzt werden, wie sie beispielsweise in EP 0 531 182 A1 , EP 0 697 576 A1 , EP 0 698 772 A1 , EP 1 139 046 A1 , DE 101 39 727 A1 , DE 102 28 111 A1 , DE 199 51 521 A1 und US 5 490 391 A näher erläutert sind. In derartigen LZA kann ein gasförmiges Drucksauerstoffprodukt mit geringerem Energieaufwand, aber mit geringerem Reinheitsgrad gewonnen werden. Ein erfindungsgemäß zur Erstellung einer LZA verwendbares Verdichtermodul kann auch die dort vorliegenden Druckluftanforderungen bedienen.Also, LZA can be used with so-called mixing columns, as for example in EP 0 531 182 A1 . EP 0 697 576 A1 . EP 0 698 772 A1 . EP 1 139 046 A1 . DE 101 39 727 A1 . DE 102 28 111 A1 . DE 199 51 521 A1 and US 5,490,391 A are explained in more detail. In such LZA, a gaseous pressure oxygen product can be obtained with less energy, but with a lower degree of purity. A compressor module which can be used in accordance with the invention for producing a LZA can also serve the compressed air requirements present there.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht damit eine vereinfachte Erstellung entsprechender LZA, beispielsweise von LZA mit Innenverdichtung, insbesondere von LZA, denen flüssige und gasförmige Produkte entnommen werden.The present invention thus enables a simplified production of corresponding LZA, for example LZA with internal compression, in particular LZA, which liquid and gaseous products are removed.

Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist, mit anderen Worten und wie zuvor bereits erläutert, die Erstellung einer Luftzerlegungsanlage mit einem standardisierten bzw. modularisierten Verdichtermodul. Dieses Verdichtermodul ermöglicht es, in beliebigen Luftzerlegungsanlagen jeweils nahezu beliebig unterschiedliche Produktsplits bereitzustellen. Es ist nicht nur auf eng definierte Produktvorgaben oder Anlagentypen beschränkt sondern, als HAP-Modul, für Anlagen mit unterschiedlichsten Anforderungen ohne aufwendige Anpassung einsetzbar. Die erfindungsgemäße Lösung stellt damit ein Verfahren zur Erstellung von universell einsetzbaren Verdichtern für verschiedene Luftzerlegungsanlagen zur Verfügung. Ein identischer, jedoch unterschiedlich ansteuerbarer Verdichter kann für unterschiedliche Anlagen entspreched der Produktvorgaben eingesetzt werden. Die erstellten Luftzerlegungsanlagen sind gleichwohl individuell an die jeweiligen Anforderungen anpassbar. Eine Anpassung ist möglich, weil das Verdichtermodul einen breiten Bereich an Druckluftanforderungen abdecken kann.In other words, and as previously explained, a basic idea of the present invention is the creation of an air separation plant with a standardized or modularized compressor module. This compressor module makes it possible to provide nearly arbitrarily different product splits in any air separation plants. It is not limited to narrowly defined product specifications or system types but, as a HAP module, can be used for systems with a wide variety of requirements without costly customization. The solution according to the invention thus provides a method for producing universally usable compressors for various air separation plants. An identical, but differently controllable compressor can be used for different systems according to the product specifications. The created air separation plants are nevertheless individually adaptable to the respective requirements. An adaptation is possible because the compressor module can cover a wide range of compressed air requirements.

Wie eingangs erwähnt, muss beispielsweise für Drücke unterhalb des kritischen Punkts, wie sie in einem flüssigen Sauerstoffprodukt nach der Innenverdichtung vorliegen, der Druck der zur Erwärmung verwendeten Luft signifikant höher sein als für die Erwärmung eines gasförmigen Stroms, um einen effizienten Wärmetausch sicherzustellen. Dies bedeutet aber gleichzeitig, dass auch die Menge der zur Erwärmung verwendeten Luft entsprechend an die Menge des flüssigen Sauerstoffprodukts nach der Innenverdichtung angepasst werden muss. Herkömmlicherweise sind die verwendeten Nachverdichter, die zur Bereitstellung der höher verdichteten Einsatzluft vorgesehen sind, aber stets auf einen bestimmten Durchsatz angepasst und spezifisch hierfür ausgewählt. Eine Veränderung der Mengen an zu Drucksauerstoff ist damit nur schwer möglich, weil der verwendete Nachverdichter ausgetauscht werden muss.As mentioned earlier, for example, for pressures below the critical point present in a liquid oxygen product after internal compression, the pressure of the air used for heating must be significantly higher than for the heating of a gaseous stream to ensure efficient heat exchange. However, this means at the same time that the amount of air used for heating must be adjusted according to the amount of the liquid oxygen product after the internal compression. Conventionally, the booster used to provide the higher-density feed air, but always adapted to a specific throughput and specifically selected for this. A change in the amounts of pressurized oxygen is therefore difficult, because the used Nachverdichter must be replaced.

In herkömmlichen Luftzerlegungsanlagen definieren letztlich die insgesamt erzeugten Produktmengen die erforderliche Kapazität und Leistungsfähigkeit des Hauptverdichters, weil dieser die Gesamtmenge der erforderlichen Einsatzluft liefern können muss. Die erforderliche Leistungsfähigkeit des Nachverdichters definiert sich hingegen im Wesentlichen über die Innenverdichtung, d. h. die dort umgesetzten Sauerstoffmengen und vorliegenden Sauerstoffdrücke, aber auch ggf. über andere der Anlage entnommene Flüssigprodukte. Hierauf müssen herkömlicherweise ein Verdichter oder eine MAC/BAC-Kombination abgestimmt werden. Die Erfindung ermöglicht hingegen eine weitgehende Modularisierung ohne aufwendige Anpassung.Ultimately, in conventional air separation plants, the total product quantities produced define the required capacity and performance of the main compressor because it must be able to supply the total amount of feed air required. The required performance of the secondary compressor, on the other hand, is essentially defined by the internal compression, d. H. the oxygen quantities converted there and the oxygen pressures present, but possibly also via other liquid products taken from the plant. This usually requires a compressor or MAC / BAC combination to be tuned. The invention, however, allows extensive modularization without costly adaptation.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist die Verwendung eines HAP-Verfahrens anstatt des MAC/BAC-Verfahrens. Dies ermöglicht die Verwendung eines einzigen Verdichtermoduls (gewissermaßen in Form eines höher verdichtenden MAC), das die gesamte Energie aufbringt, die herkömmlicherweise von MAC und BAC aufgebracht wird. Bis zu einem bestimmten Verhältnis von flüssigen zu gasförmigen Produkten als Produktanforderung verdichtet dieses Verdichtermodul nur die Prozessluft. Die Leistungsaufnahme variiert entsprechend dem verwendeten Enddruck. Idealerweise überschreitet dieser 23 bar nicht, in Einzelfällen kann, mit zusätzlichen Kosten, aber auch ein höherer Druck verwendet werden.An essential aspect of the invention is the use of a HAP method instead of the MAC / BAC method. This allows the use of a single compressor module (in the form of a higher-density MAC, as it were) which applies all the energy traditionally provided by MAC and BAC. Up to a certain ratio of liquid to gaseous products as a product requirement, this compressor module compresses only the process air. The power consumption varies according to the final pressure used. Ideally, this does not exceed 23 bar, in some cases can be used with additional costs, but also a higher pressure.

Bei höheren Verhältnissen von flüssigen zu gasförmigen Produkten als Produktanforderung, ausgedrückt beispielsweise als entsprechender LIQ-Wert (LIQ = 1,08 × Flüssigsauerstoff + Flüssigstickstoff + 0,92 × Flüssigargon) von mehr als 0,3 bis 0,4, wird über das Verdichtermodul eine zusätzliche Luftmenge verdichtet. Diese zusätzliche Luftmenge wird über eine Turbine im Luftzerlegermodul kälteleistend entspannt, so dass die zusätzliche Kälteanforderung aufgrund der erhöhten Produktanforderung bezüglich flüssiger Produkte gedeckt werden kann. Hierduch wird die Prozessluftanforderung gewissermaßen entkoppelt. Hierduch können Produktanforderungen, ausgedrückt beispielsweise als LIQ-Werte, von bis zu 1,5 bedient werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch umfassen, Stickstoff aus der Hochdrucksäule zu entspannen.At higher ratios of liquid to gaseous products as a product requirement, expressed for example as the corresponding LIQ value (LIQ = 1.08 x liquid oxygen + liquid nitrogen + 0.92 x liquid argon) of greater than 0.3 to 0.4, is determined via the compressor modulus compressed an additional amount of air. This additional amount of air is cooled by a turbine in the air separation module, so that the additional cooling requirement can be met due to the increased product requirement for liquid products. Hereby the process air requirement is decoupled to a certain extent. Hereby, product requirements expressed as LIQ values, for example, can be served up to 1.5. The process of the invention may also include venting nitrogen from the high pressure column.

Mit einunddemselben Verdichtermodul können in einer erfindungsgemäß erstellten LZA beispielsweise bei Verwendung eines ersten Luftzerlegungsmoduls 6.400 Nm³/h gasförmiger, innenverdichteter Sauerstoff (GOX IC) mit 30 bar, 3.000 Nm³/h Flüssigsauerstoff (LOX), 7.400 Nm³/h Flüssigstickstoff (LIN) und 350 Nm³/h Flüssigargon (LAR), oder aber bei Verwendung eines zweiten, anderen Luftzerlegungsmoduls 9.500 Nm³/h GOX IC mit 25 bar, 3.200 Nm³/h LOX, 2.600 Nm³/h LIN und 450 Nm³/h LAR erzeugt werden. Das Verdichtermodul verdichtet dabei ca. 76.000 Nm³/h Luft auf 21 bar. Bei einem niedrigeren Verdichterdruck von ca. 17 bar kann beispielsweise ein drittes, nochmals unterschiedliches Luftzerlegungsmodul 15.200 Nm³/h GOX IC bei 30 bara liefern. Die Einheit Nm³/h bezeichnet Normkubikmeter pro Stunde.With one and the same compressor module, for example when using a first air separation module, 6,400 Nm ³ / h gaseous, internally compressed oxygen (GOX IC) with 30 bar, 3,000 Nm ³ / h liquid oxygen (LOX), 7,400 Nm ³ / h liquid nitrogen (LIN ) and 350 Nm ³ / h liquid argon (LAR), or when using a second, different air separation module 9,500 Nm ³ / h GOX IC with 25 bar, 3,200 Nm ³ / h LOX, 2,600 Nm ³ / h LIN and 450 Nm ³ / h LAR can be generated. The compressor module compresses approx. 76,000 Nm ³ / h air to 21 bar. At a lower compressor pressure of about 17 bar, for example, a third, again different air separation module 15.200 Nm ³ / h GOX IC at 30 deliver bara. The unit Nm ³ / h refers to standard cubic meters per hour.

Die erfindungsgemäß erstellten LZA können beispielsweise 100 bis 400 Tagestonnen flüssigen Sauerstoffs und Stickstoffs (Summenparameter) und/oder 0 bis 16000 Nm³/h Drucksauerstoff bei 15 bis 30 bar in unterschiedlichen Produktsplits bei einer Gesamtluftmenge von 83000 Nm³/h als Produktanforderungen bedienen. Hierdurch kann mit nur einem standardisierten Verdichtermodul ein sehr breites Produktportfolio abgedeckt werden. Die Erfindung kann auch seitens der Luftzerlegungsmodule eine gewisse Anpassung an das Verdichtermodul umfassen.The LZA produced according to the invention can serve, for example, 100 to 400 t / d of liquid oxygen and nitrogen (sum parameter) and / or 0 to 16000 Nm ³ / h of pressure oxygen at 15 to 30 bar in different product splits with a total quantity of air of 83000 Nm ³ / h as product requirements. As a result, a very broad product portfolio can be covered with just one standardized compressor module. The invention may also include some adaptation to the compressor module by the air separation modules.

Die Wahl eines Hochdruckverfahrens mit verschiedenen Kältekreisläufen und Coldboxkapazitäten im Luftzerlegermodul erlaubt damit, mit anderen Worten, die Verwendung einunddesselben Verdichtermoduls, solange der Gesamtenergiebedarf des Produktsplits gleich bleibt und/oder eine entsprechende Anpassung möglich ist.In other words, the choice of a high-pressure method with different refrigeration circuits and cold box capacities in the air separation module allows the use of such a compressor module as long as the total energy requirement of the product split remains the same and / or a corresponding adaptation is possible.

Eine erfindungsgemäß erstellte LZA zeichnet sich durch ein erläutertes Verdichtermodul aus, das sich grundsätzlich auch für andere Luftzerlegungsmodule verwenden lässt. Ein entsprechender Austausch von Luftzerlegungsmodulen, beispielsweise zur Bereitstellung unterschiedlicher Produktsplits, ist damit ohne weiteres möglich. In gleicher Weise kann ein Verdichtermodul ausgetauscht werden. Hierduch ergeben sich insgesamt auch bezüglich der erstellten LZA die erläuterten Vorteile, auf die daher ausdrücklich verwiesen werden kann.An inventively created LZA is characterized by an illustrated compressor module, which can be used in principle for other air separation modules. A corresponding exchange of air separation modules, for example, to provide different product splits, is thus readily possible. In the same way, a compressor module can be replaced. This also results in the explained advantages in relation to the created LZA, which can therefore be expressly referred to.

Das Verdichtermodul liefert erfindungsgemäß eine Luftmenge, die unterschiedlichste Luftzerlegungsmodule bedienen kann. Über ein Betriebsverfahren für eine erfindungsgemäß erstellte LZA kann der Druckluftbedarf des verwendeten Luftzerlegungsmoduls zusätzlich in gewissem Umfang derart gesteuert werden, dass der Druckluftbedarf der durch das Verdichtermodul bereitstellbaren Luftmenge entspricht. Gegebenenfalls können auch die Produktanforderungen angepasst werden. Dies erweist sich jedoch als sehr viel praktischer und kostengünstiger als die herkömmlicherweise erforderliche Anpassung des Verdichters und erfordert keine nennenswerten Umbauten.The compressor module according to the invention provides an amount of air that can serve a wide variety of air separation modules. By way of an operating method for an LZA produced according to the invention, the compressed air requirement of the air separation module used can additionally be controlled to a certain extent such that the compressed air requirement corresponds to the amount of air that can be provided by the compressor module. If necessary, the product requirements can also be adapted. However, this proves to be much more practical and cost effective than the conventionally required adjustment of the compressor and does not require any significant conversions.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Details der Erfindung sind in der beigefügten Figur dargestellt und werden unter Bezugnahme auf die Figur näher erläutert.Further details of the invention are shown in the attached figure and are explained in more detail with reference to the figure.

1 veranschaulicht Aspekte von Ausführungsformen der Erfindung. 1 illustrates aspects of embodiments of the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In 1 ist ein Modulsatz 1 schematisch gezeigt, der mehrere, im dargestellten Beispiel drei, Luftzerlegungsmodule 11, 12 und 13 umfasst. Die Erfindung ist jedoch nicht auf drei Luftzerlegungsmodule 11, 12 und 13 oder die Luftzerlegungsmodule in der dargestellten Konfiguration beschränkt, sondern kann mit allen Luftzerlegungsmodulen verwendet werden, die durch ein Verdichtermodul versorgt werden können.In 1 is a module set 1 shown schematically, the several, in the example shown three, air separation modules 11 . 12 and 13 includes. However, the invention is not limited to three air separation modules 11 . 12 and 13 or the air separation modules is limited in the illustrated configuration, but may be used with all air separation modules that can be powered by a compressor module.

Die Luftzerlegungsmodule 11, 12 und 13 sind stark schematisiert dargestellt. Als gemeinsame Komponenten sind ein Destillationssäulensystem S und ein Hauptwärmetauscher X dargestellt. Auf die Darstellung vorhandener Leitungen, Vorrichtungen wie beispielsweise Kondensatorverdampfer, Abscheider, Mischsäulen, Pumpen, Kaltverdichter, Expander und dergleichen wurde verzichtet. Entsprechende Luftzerlegungsmodule 11, 12 und 13 können auch Vorrichtungen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere der Edelgase Krypton, Xenon und/oder Argon, umfassen.The air separation modules 11 . 12 and 13 are shown in a very schematic way. As common components, a distillation column system S and a main heat exchanger X are shown. On the representation of existing lines, devices such as condenser evaporator, separators, mixing columns, pumps, cold compressors, expander and the like has been omitted. Corresponding air separation modules 11 . 12 and 13 may also include devices for obtaining further air components, in particular the noble gases krypton, xenon and / or argon.

Den Luftzerlegungsmodulen 11, 12 und 13 wird, wie durch entsprechende Pfeile veranschaulicht, jeweils Luft AIR zugeführt. Die Dicke der Pfeile entspricht dabei stark schematisiert der Menge und/oder dem Druck der eingespeisten Luft AIR.The air separation modules 11 . 12 and 13 is, as illustrated by corresponding arrows, each air AIR supplied. The thickness of the arrows corresponds to a highly schematic of the amount and / or the pressure of the injected air AIR.

Als Produkte der Luftzerlegungsmodule 11, 12 und 13, und damit entsprechend erstellter LZA, sind nur gasförmiger Sauerstoff GOX und Flüssigsauerstoff LOX dargestellt. Die Dicke der entsprechenden Pfeile entspricht dabei der jeweils entnommenenen Menge. Die Luftzerlegungsmodule können jedoch jederzeit auch zur Gewinnung von beispielsweise gasförmigem Stickstoff GAN und Flüssigstickstoff LIN und/oder weiterer gasförmiger und/oder flüssiger Sauerstoff- und Stickstofffraktionen, beispielsweise auch mit unterschiedlichen Reinheiten und/oder unterschiedlichen Drücken, eingerichtet sein. Werden weitere Luftkomponenten, insbesondere die Edelgase Krypton, Xenon und/oder Argon, gewonnen, werden auch diese entsprechenden Luftzerlegungsmodulen 11, 12 und 13 in Form von Produkten entnommen.As products of air separation modules 11 . 12 and 13 , and accordingly created LZA, only gaseous oxygen GOX and liquid oxygen LOX are shown. The thickness of the corresponding arrows corresponds to the amount removed. However, the air separation modules can at any time for the production of, for example, gaseous nitrogen GAN and liquid nitrogen LIN and / or other gaseous and / or liquid oxygen and nitrogen fractions, for example, with different purities and / or different pressures, be set up. If further air components, in particular the noble gases krypton, xenon and / or argon, are recovered, these corresponding air separation modules will also be obtained 11 . 12 and 13 taken in the form of products.

Das Luftzerlegungsmodul 11 ist zur Durchführung eines HAP-Verfahrens eingerichtet und für die Flüssigproduktion von LOX sowie ggf. auch von weiteren Flüssigprodukten wie Flüssigstickstoff LIN und Flüssigargon LAR ausgebildet. Dies erfordert vergleichsweise hohe Drücke der eingesetzten Luft AIR.The air separation module 11 is designed to carry out a HAP process and is designed for the liquid production of LOX and possibly also of other liquid products such as liquid nitrogen LIN and liquid argon LAR. This requires comparatively high pressures of the air used AIR.

Das Luftzerlegungsmodul 12 ist nur zur Abgabe gasförmigen Sauerstoffs GOX eingerichtet und weist zur Innenverdichtung eine Pumpe P auf. Die Innenverdichtung eines sauerstoffreichen Stroms hat gegenüber der Verdichtung im gasförmigen Zustand wie in dem Luftzerlegungsmodul 12 unter anderem den Vorteil geringerer Apparatekosten. Die Erwärmung und Verdampfung des flüssigen sauerstoffreichen Stroms erfolgt durch Wärmetausch gegen einen Teil der eingesetzten Luft AIR. In dem Luftzerlegungsmodul 12 ist jedoch ein etwas niedrigerer Druck der der eingesetzten Luft erforderlich. Das Luftzerlegungsmodul 12 wird mit einem erläuterten HAP-Verfahren betrieben, wie zuvor erläutert, wobei die auf einen höheren Druck eingespeiste Luft AIR auf den Betriebsdruck einer Hochdrucksäule des Destillationssäulensystems S entspannt wird.The air separation module 12 is set up only to emit gaseous oxygen GOX and has a pump P for internal compression. The Internal compression of an oxygen-rich stream has opposite the compression in the gaseous state as in the air separation module 12 including the advantage of lower equipment costs. The heating and evaporation of the liquid oxygen-rich stream is carried out by heat exchange against a portion of the air used AIR. In the air separation module 12 However, a slightly lower pressure of the air used is required. The air separation module 12 is operated with an illustrated HAP method, as explained above, wherein the air is fed to a higher pressure AIR relaxed to the operating pressure of a high pressure column of the distillation column system S.

Das Luftzerlegungsmodul 13 ist in dem dargestellten Beispiel vergleichbar ausgebildet wie das Luftzerlegungsmodul 12, jedoch auch zur Abgabe eines erheblichen Anteils von flüssigem Sauerstoff LOX und ggf. Flüssigstickstoff LIN eingerichtet. Dies bedingt, wie mehrfach erläutert, aufgrund der hierduch dem System entnommenen Kältemenge einen erhöhten Druckluftbedarf gegenüber der Anlage 12.The air separation module 13 In the illustrated example, it is comparable to the air separation module 12 , but also set up for the delivery of a significant proportion of liquid oxygen LOX and possibly liquid nitrogen LIN. This requires, as explained several times, due to the hereby removed from the system amount of refrigerant increased compressed air demand compared to the system 12 ,

Ein ebenfalls dargestelltes Verdichtermodul 2 ist so ausgebildet, dass es sämtliche Druckluftanforderungen der erläuterten Luftzerlegungsmodule 11, 12 und 13, sowie weiterer nicht dargestellter Luftzerlegungsmodule erfüllen kann. Die Leistung des Verdichtermoduls 2 wird über die Menge der extern zugeführten Energie E eingestellt.An also shown compressor module 2 is designed so that it all compressed air requirements of the described air separation modules 11 . 12 and 13 , as well as other unillustrated air separation modules can meet. The performance of the compressor module 2 is set by the amount of externally supplied energy E.

Das Verdichtermodul 2 stellt die einzige mit externer Energie angetriebene Maschine zur Verdichtung von Luft einer entsprechend erstellten LZA dar. Es weist im dargestellten Beispiel einen dreistufigen Verdichter 21 mit drei Verdichterstufen C1, C2 und C3 auf. Diese Anzahl sellt jedoch nur ein Beispiel dar, in realen Anwendungsfällen sind beispielsweise Verdichter mit fünf Verdichterstufen C1–C5 üblich.The compressor module 2 represents the only external-energy-driven machine for compressing air from a correspondingly created LZA. In the example shown, it has a three-stage compressor 21 with three compressor stages C1, C2 and C3. However, this number is just one example; in real applications, for example, compressors with five compressor stages C1-C5 are common.

Die Verdichterstufen C1, C2 und C3 können alle mit dem gleichen Antrieb (nicht dargestellt) verbunden sein und in demselben Gehäuse untergebracht oder mit demselben Getriebe verbunden sein. In diesem Verdichtermodul 2 wird vorzugsweise die gesamte Einsatzluft auf einen Druck verdichtet, der beispielsweise deutlich über dem dem Betriebsdruck der Hochdrucksäule des Destillationssäulensystems S der Luftzerlegungsmodule 11, 12 und 13 liegt. Auch Einrichtungen zur Zwischen- und Nachkühlung und weitere Einrichtungen 4 und 5, beispielsweise Kühl- und Reinigungseinrichtungen können vorgesehen sein.The compressor stages C1, C2 and C3 may all be connected to the same drive (not shown) and housed in the same housing or connected to the same transmission. In this compressor module 2 Preferably, the total feed air is compressed to a pressure, for example, well above the operating pressure of the high pressure column of the distillation column system S of the air separation modules 11 . 12 and 13 lies. Also facilities for intermediate and Nachkühlung and other facilities 4 and 5 For example, cooling and cleaning devices may be provided.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims

Process for the construction of an air separation plant, based on at least one product specification from a module set ( 1 ) of air separation modules ( 11 . 12 . 13 ) with different compressed air requirements an air separation module ( 11 . 12 . 13 ) and at least with a compressor module ( 2 ), which controls the compressed air requirements of all air separation modules ( 11 . 12 . 13 ) of the module set ( 1 ) of air separation modules ( 11 . 12 . 13 ) is coupled.

The method of claim 1, wherein each of the air separation modules ( 11 . 12 . 13 ) of the module set ( 1 ) of air separation modules ( 11 . 12 . 13 ) has a distillation column system (S) with a high-pressure column which can be operated at an operating pressure, wherein the compressor module ( 2 ) Can supply compressed air (AIR) at a pressure that is above the operating pressure of the high pressure column.

The method of claim 2, wherein the operating pressure of the high pressure column 4 to 8 bar abs., in particular 5 to 8 bar abs., Is and the compressor module ( 2 ) is designed to compressed air (AIR) with a pressure of 11 to 30 bar abs, in particular from 16 to 22 bar abs. provide.

A method according to any one of the preceding claims, wherein the compressor module is adapted to provide an air flow rate of 8,000 to 400,000 standard cubic meters per hour.

Method according to one of the preceding claims, in which only the compressor module ( 2 ) a machine driven by external energy (E) ( 21 . 22 . 23 ) for the compression of air (AIR).

Method according to one of the preceding claims, in which at least two of the air separation modules ( 11 . 12 . 13 ) are adapted to provide different and / or variable proportions of liquid and gaseous nitrogen and / or oxygen products (LOX, GOX).

Method according to one of the preceding claims, in which at least one of the air separation modules ( 11 . 12 . 13 ) is set up for internal compression of an oxygen-rich stream.

Method according to one of the preceding claims, in which at least the compressor module ( 2 ) a cooling and / or cleaning device ( 3 . 4 ) for cooling and / or purifying air (AIR).

Air separation plant, which was created by a method according to one of the preceding claims, and which is a compressor module ( 2 ) and one from a module set ( 1 ) of air separation modules ( 11 . 12 . 13 ) with different compressed air requirements selected air separation module ( 11 . 12 . 13 ), wherein the compressor module ( 2 ) the compressed air requirements of the selected air separation module ( 11 . 12 . 13 ) and all other air separation modules ( 11 . 12 . 13 ) of the module set ( 1 ) of air separation modules ( 11 . 12 . 13 ).

Air separation plant according to claim 9, wherein the selected air separation module ( 11 . 12 . 13 ) has a distillation column system (S) with a high-pressure column which is adapted to be operated at an operating pressure, wherein the compressor module ( 2 ) is adapted to air (AIR) with a pressure of 11 to 30 bar abs, in particular from 16 to 22 bar abs. provide.

Method for operating an air separation plant according to claim 9 or 10, comprising the compressed air requirement and / or the at least one product specification of the selected air separation module ( 11 . 12 . 13 ) by a control of the air separation module ( 11 . 12 . 13 ) of the by the compressor module ( 2 ) and / or by the compressor module ( 2 ) adaptable air pressure.