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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung zumindest eines Luftprodukts und eine zur Durchführung eines solchen Verfahrens eingerichtete Luftbehandlungsanlage gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
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Stand der Technik
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Die Herstellung von Luftprodukten in flüssigem oder gasförmigem Zustand durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in Luftzerlegungsanlagen ist bekannt. Derartige Luftzerlegungsanlagen weisen Destillationssäulensysteme auf, die beispielsweise als Zweisäulensysteme, insbesondere als klassische Linde-Doppelsäulensysteme, aber auch als Drei- oder Mehrsäulensysteme ausgebildet sein können. Ferner können Vorrichtungen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere der Edelgase Krypton, Xenon, Helium, Neon und/oder Argon, vorgesehen sein (siehe z. B.
Kerry, F. G.: "Industrial Gas Handbook: Gas Separation and Purification". Boca Raton: CRC Press, 2006. Kapitel 3: "Air Separation Technology").
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Luftzerlegungsanlagen umfassen einen sogenannten ”warmen Teil”, der insbesondere eine Hauptverdichtereinheit und dieser zugeordnete Einrichtungen zur Vorkühlung und Aufreinigung der in der Hauptverdichtereinheit verdichteten und zu verdichtenden Einsatzluft aufweist. In einem ”kalten Teil”, auch als Zerlegungseinheit bezeichnet, sind die genannten Destillationssäulensysteme vorgesehen.
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Die Gewinnung von Luftprodukten, beispielsweise von flüssigem oder gasförmigem Sauerstoff (LOX, GOX), flüssigem oder gasförmigem Stickstoff (LIN, GAN), flüssigem oder gasförmigem Argon (LAR, GAR), flüssigem oder gasförmigem Xenon, flüssigem oder gasförmigem Neon usw. erweist sich häufig als aufwendig. Dies gilt insbesondere für die Gewinnung der jeweils in geringerer Menge in der Einsatzluft enthaltenen Luftkomponenten, also Sauerstoff und der genannten Edelgase, weil hier der gesamte verbleibende Rest der Einsatzluft, insbesondere Stickstoff, abgetrennt werden muss, auch wenn er ganz oder größtenteils als Produkt Verwendung findet. Die genannten Destillationssäulensysteme müssen daher entsprechend groß und leistungsfähig dimensioniert werden, was Luftzerlegungsanlagen verteuert. Entsprechendes gilt auch für Luftverflüssigungsanlagen, wie unten erläutert.
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Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher die Verbesserung entsprechender Verfahren und hierzu verwendeter Luftbehandlungsanlagen.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Erzeugung zumindest eines Luftprodukts und eine entsprechende Luftbehandlungsanlage mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Vor der weiteren Erläuterung der Merkmale der Erfindung und der im Rahmen der vorliegenden Erfindung erzielbaren Vorteile werden einige in dieser Anmeldung verwendete Begriffe definiert.
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Eine ”Luftzerlegungsanlage” wird mit ggf. getrockneter und aufgereinigter Luft beschickt, die mittels einer ”Hauptverdichtereinheit” in Form zumindest eines Druckluftstroms bereitgestellt wird. Eine Luftzerlegungsanlage weist, wie erwähnt, ein Destillationssäulensystem zur Zerlegung der Luft, insbesondere in Stickstoff und Sauerstoff, in einer ”Zerlegungseinheit” auf. Hierzu wird die Luft in die Nähe ihres Taupunkts abgekühlt und in das Destillationssäulensystem eingeleitet, wie zuvor erläutert. Im Gegensatz zu einer Luftzerlegungsanlage umfasst eine reine ”Luftverflüssigungsanlage” kein Destillationssäulensystem, also keine Zerlegungseinheit, sondern stattdessen nur eine kryogene Verflüssigungseinheit. Im Übrigen kann jedoch der Aufbau einer Luftverflüssigungsanlage teilweise jenem einer Luftzerlegungsanlage entsprechen. Selbstverständlich kann auch in einer Luftzerlegungsanlage Flüssigluft als Nebenprodukt erzeugt werden. Auch reine Luftverflüssigungsanlagen profitieren, wie unten erläutert, von den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen. Luftzerlegungsanlagen und Luftverflüssigungsanlagen werden daher hier unter dem Begriff ”Luftbehandlungsanlagen” zusammengefasst. Diese umfassen eine ”kryogene Einheit”, bei der es sich entweder um die Zerlegungseinheit oder um die Verflüssigungseinheit handelt.
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Ein ”Luftprodukt” ist jedes Produkt, das zumindest durch Verdichten und Abkühlen von Luft und insbesondere, jedoch nicht notwendigerweise, durch eine anschließende Tieftemperaturrektifikation hergestellt werden kann. Insbesondere kann es sich hierbei, wie erwähnt, um flüssigen oder gasförmigen Sauerstoff (LOX, GOX), flüssigen oder gasförmigen Stickstoff (LIN, GAN), flüssiges oder gasförmiges Argon (LAR, GAR), flüssiges oder gasförmiges Xenon, flüssiges oder gasförmiges Krypton, flüssiges oder gasförmiges Neon, flüssiges oder gasförmiges Helium usw. handeln, aber auch um Flüssigluft (LAIR), im vorliegenden Fall insbesondere um sauerstoffangereicherte Flüssigluft. Die Begriffe ”Sauerstoff”, ”Stickstoff” usw. bezeichnen dabei jeweils auch tiefkalte Flüssigkeiten oder Gase, die die jeweils genannte Luftkomponente in einer Menge aufweisen, die oberhalb jener atmosphärischer Luft liegt. Es muss sich dabei also nicht notwendigerweise um reine Flüssigkeiten oder Gase mit hohen Gehalten handeln. Beispielsweise wird unter flüssigem Stickstoff sowohl reiner oder im Wesentlichen reiner Stickstoff verstanden als auch ein Gemisch aus verflüssigten Luftgasen, dessen Stickstoffgehalt höher als derjenige der atmosphärischen Luft ist. Beispielsweise weist dieses einen Stickstoffgehalt von mindestens 90, vorzugsweise mindestens 99 Molprozent auf.
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Unter einer ”tiefkalten” Flüssigkeit, bzw. einem entsprechenden Fluid, flüssigen Luftprodukt, Strom usw. wird ein flüssiges Medium verstanden, dessen Siedepunkt deutlich unterhalb der jeweiligen Umgebungstemperatur, beispielsweise bei 200 K oder weniger, insbesondere 220 K oder weniger, liegt. Beispiele für tiefkalte Medien sind flüssige Luft, flüssiger Sauerstoff und flüssiger Stickstoff im obigen Sinn.
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Ein ”Wärmetauscher” dient zur indirekten Übertragung von Wärme zwischen zumindest zwei im Gegenstrom zueinander geführten Strömen, beispielsweise einem warmen Druckluftstrom und einem oder mehreren kalten Strömen oder einem tiefkalten flüssigen Luftprodukt und einem oder mehreren warmen Strömen. Ein Wärmetauscher kann aus einem einzelnen oder mehreren parallel und/oder seriell verbundenen Wärmetauscherabschnitten gebildet sein, z. B. aus einem oder mehreren Plattenwärmetauscherblöcken. Ein Wärmetauscher, beispielsweise auch der in einer Luftbehandlungsanlage eingesetzte ”Hauptwärmetauscher”, der sich dadurch auszeichnet, dass durch ihn der Hauptanteil der abzukühlenden bzw. zu erwärmenden Ströme abgekühlt bzw. erwärmt wird, weist ”Passagen” auf, die als voneinander getrennte Fluidkanäle mit Wärmeaustauschflächen ausgebildet sind.
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Ein ”Verdichter” ist eine Vorrichtung, die zum Verdichten wenigstens eines gasförmigen Stroms von wenigstens einem Eingangsdruck, bei dem dieser dem Verdichter zugeführt wird, auf wenigstens einen Enddruck, bei dem dieser dem Verdichter entnommen wird, eingerichtet ist. Ein Verdichter bildet dabei eine bauliche Einheit, die jedoch mehrere ”Verdichterstufen” in Form bekannter Kolben-, Schrauben- und/oder Schaufelrad- bzw. Turbinenanordnungen (also Axial- oder Radialverdichterstufen) aufweisen kann. Dies gilt auch für die ”Haupverdichtereinheit” einer Luftbehandlungsanlage, die sich dadurch auszeichnet, dass durch diese die gesamte oder der überwiegende Anteil der in die Luftbehandlungsanlage eingespeisten Luftmenge verdichtet wird. Insbesondere werden diese Verdichterstufen mittels eines gemeinsamen Antriebs, beispielsweise über eine gemeinsame Welle, angetrieben. Eine Hauptverdichtereinheit kann auch zumindest einen Nachverdichter umfassen, der ebenfalls wie erläutert aufgebaut sein kann. Ein ”Nachverdichter” ist zur weiteren Druckerhöhung eines bereits druckbeaufschlagten Stroms ausgebildet. Mehrere Verdichter, z. B. die einzelnen Verdichter einer Hauptverdichtereinheit einer Luftbehandlungsanlage, können miteinander gekoppelt sein.
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Eine ”Entspannungsturbine”, die über eine gemeinsame Welle mit weiteren Entspannungsturbinen oder Energiewandlern wie Ölbremsen, Generatoren oder Verdichtern gekoppelt sein kann, ist zur Entspannung eines gasförmigen oder zumindest teilweise flüssigen Stroms eingerichtet. Insbesondere können Entspannungsturbinen zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung als Turboexpander ausgebildet sein. Wird ein Verdichter mit einer oder mehreren Entspannungsturbinen angetrieben, jedoch ohne extern, beispielsweise mittels eines Elektromotors, zugeführte Energie, wird hier der Begriff ”turbinengetriebener” Verdichter oder alternativ ”Booster” verwendet. Anordnungen aus turbinengetriebenen Verdichtern und Entspannungsturbinen werden auch als ”Boosterturbinen” bezeichnet.
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Unter einer ”Gaszentrifuge” wird hier eine Vorrichtung verstanden, die zur Trennung von Gasgemischen aus Luftkomponenten unterschiedlicher Atom- bzw. Molekülmassen durch Zentrifugalbeschleunigung eingerichtet ist. Gaszentrifugen sind in der Fachwelt in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Eine Gaszentrifuge umfasst typischerweise einen mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Zylinder, der eine starke Zentrifugalkraft erzeugt, die bewirkt, dass sich schwere Gasmoleküle und/oder Gasatome bevorzugt in Richtung der Zylinderwand bewegen. Das zu trennende Gasgemisch wird mittig des Zylinders eingespeist. An unterschiedlichen Radial- und Axialpositionen des rotierenden Zylinders können jeweils an- bzw. abgereicherte Fraktionen des zu trennenden Gasgemischs entnommen werden.
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Eine ”Trennung” in einer Gaszentrifuge umfasst im hierin verwendeten Sprachgebrauch auch die An- bzw. Abreicherung einzelner Luftkomponenten, also nicht nur die vollständige Auftrennung in die jeweiligen Luftkomponenten. In einer einzelnen Gaszentrifuge erzeugte Fraktionen sind typischerweise nicht rein sondern im nachfolgend erläuterten Sinn an- bzw. abgereichert. Insbesondere zur Trennung von Uranisotopen in hierzu erzeugtem Uranhexafluridgas ist daher beispielsweise die Verwendung einer Vielzahl von seriell hintereinander geschalteten Gaszentrifugen (Anreicherungsstufen) bekannt, die identisch aufgebaut sind und jeweils eine geringfügige Anreicherung bewirken.
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Unter einem ”Zentrifugenstrom” wird hier ein mittels wenigstens einer Gaszentrifuge erhaltener Strom verstanden, der in zumindest einer Luftkomponente gegenüber einem der Gaszentrifuge zugeführten Strom an- oder abgereichert ist. In vorliegendem Fall handelt es sich bei einem solchen Zentrifugenstrom insbesondere um sauerstoffangereicherte Einsatzluft.
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Flüssige und gasförmige Ströme können im hier verwendeten Sprachgebrauch reich oder arm an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei ”reich” für einen Gehalt von wenigstens 90%, 95%, 99%, 99,5%, 99,9%, 99,99% oder 99,999% und ”arm” für einen Gehalt von höchstens 10%, 5%, 1%, 0,1%, 0,01% oder 0,001% auf molarer, Gewichts- oder Volumenbasis stehen kann. Flüssige und gasförmige Ströme können im hier verwendeten Sprachgebrauch ferner angereichert oder abgereichert an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei sich diese Begriffe auf einen entsprechenden Gehalt in einem Ausgangsgemisch beziehen, aus dem der flüssige oder gasförmige Strom erhalten wurde. Der flüssige oder gasförmige Strom ist ”angereichert”, wenn dieser zumindest den 1,1-fachen, 1,5-fachen, 2-fachen, 5-fachen, 10-fachen 100-fachen oder 1.000-fachen Gehalt, ”abgereichert”, wenn er höchstens den 0,9-fachen, 0,5-fachen, 0,1-fachen, 0,01-fachen oder 0,001-fachen Gehalt einer entsprechenden Komponente, bezogen auf das Ausgangsgemisch, enthält.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Erzeugung zumindest eines Luftprodukts aus, bei dem eine Luftbehandlungsanlage verwendet wird, wie sie grundsätzlich zuvor erläutert wurde. Eine derartige Luftbehandlungsanlage weist, wie erwähnt, eine Hauptverdichtereinheit und eine kryogene Einheit auf, wobei der kryogenen Einheit zumindest ein in der Hauptverdichtereinheit verdichteter Druckstrom, herkömmlicherweise verdichtete Luft mit den natürlichen Gehalten an den jeweiligen Luftkomponenten, zugeführt wird. Die Erfindung schlägt nun vor, mittels zumindest wenigstens einer Gaszentrifuge aus Einsatzluft zumindest einen gegenüber der Einsatzluft in zumindest einer Luftkomponente angereicherten oder abgereicherten Zentrifugenstrom zu erzeugen, der anschließend zur Bereitstellung des zumindest einen Druckstroms in der Hauptverdichtereinheit verdichtet wird.
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Wie bereits zuvor erläutert, ist insbesondere die Gewinnung von Luftkomponenten, die in der als Einsatzluft verwendeten atmosphärischen Luft in geringerer Konzentration enthalten sind, beispielsweise von Sauerstoff und/oder von Edelgasen oder von entsprechenden sauerstoff- und/oder edelgasangereicherten Gasgemischen, ggf. auch in flüssiger Form, aufwendig, weil hierbei eine große Menge unerwünschter Luftkomponenten, insbesondere Stickstoff, abgetrennt werden muss.
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Durch den erfindungsgemäßen Einsatz der Gaszentrifuge stromauf einer Hauptverdichtereinheit einer Luftbehandlungsanlage wird bereits ein Teil dieser ungewünschten Luftkomponenten entfernt. Die teilweise Entfernung in einer Gaszentrifuge anstatt ausschließlich in einem Destillationssäulensystem einer Luftzerlegungsanlage erweist sich dabei als energetisch bedeutend günstiger. Das erfindungsgemäße Verfahren hat Vorteile gegenüber bekannten Verfahren zur Gewinnung entsprechender Luftprodukte, jedoch auch gegenüber bekannten Verfahren, die nur unter Verwendung von Gaszentrifugen arbeiten. In einem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht erforderlich, eine der Luftkomponenten in der Gaszentrifuge in hochreiner bzw. konzentrierter Form bereitzustellen, da eine entsprechende Anreicherung ggf. in einer Zerlegungseinheit einer Luftzerlegungsanlage vorgenommen werden kann.
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Mit anderen Worten schlägt die vorliegende Erfindung vor, insbesondere den Sauerstoffgehalt in der Ansaugluft einer Hauptverdichtereinheit einer Luftbehandlungsanlage, d. h. einer Luftzerlegungsanlage oder einer Luftverflüssigungsanlage, mittels wenigstens einer robusten, schnell drehenden Gaszentrifuge, die ohne oder mit unterschiedlichen Einbauten (d. h. unterschiedlichen Rotorformen, Trommeln, Ringspalten, Ringkammern, Sammelkammern, ringförmigen Stoppern, Zirkulationsleitungen etc.) ausgebildet sein kann, anzureichern. Es können auch mehrere, parallel und/oder seriell angeordnete Gaszentrifugen vorgesehen sein.
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Wird der/den Gaszentrifuge(n) und der Hauptverdichtereinheit eine Luftverflüssigungsanlage als Luftbehandlungsanlage nachgeschaltet, ermöglicht die vorliegende Erfindung ein besonders einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Erzeugung von sauerstoffangereicherten Gasgemischen in flüssigem oder gasförmigem Zustand. Hierzu wird die verwendete Einsatzluft in der Gaszentrifuge auf einen Wunschgehalt an Sauerstoff angereichert, in einer Vorrichtung aufgereinigt und in einer nachgeschalteten Verflüssigungseinheit lediglich verflüssigt. Entsprechende sauerstoffangereicherte Gasgemische, die jedoch nicht ”reine” Gasgemische im oben definierten Sinn sind, können beispielsweise in Stahlwerken und/oder in Verbrennungskraftwerken zur Unterstützung der Verbrennung eingesetzt werden.
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Entsprechende Vorteile werden jedoch auch erzielt, wenn der/den Gaszentrifuge(n) und der Hauptverdichtereinheit eine Luftzerlegungsanlage als Luftbehandlungsanlage nachgeschaltet ist. In einer derartigen Luftzerlegungsanlage kann ”reiner” Sauerstoff im oben erläutertem Sinn gewonnen werden, wobei jedoch deutlich geringere Mengen an störenden Luftkomponenten, beispielsweise Stickstoff, abgetrennt werden müssen. Entsprechendes gilt in gleicher Weise auch für die Gewinnung von Edelgasen, die sich ebenfalls durch die teilweise Abtrennung des Stickstoffs vereinfacht.
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Die verwendete Gaszentrifuge kann ein- oder mehrstufig ausgebildet sein und, wie auch nachfolgend erläutert, den gesamten Einsatzluftstrom oder nur einen Teilstrom hiervon anreichern. Eine entsprechende Gaszentrifuge kann hintereinander oder parallel geschaltete Zentrifugenstufen aufweisen und über einen Elektromotor oder über eine Gasturbine und/oder über eine Entspannungsturbine angetrieben werden, die einen in der Luftbehandlungsanlage erzeugten Druckstrom, beispielsweise zur Erzeugung von Kälte, entspannt.
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Durch die erfindungsgemäß mögliche Anreicherung des Zentrifugenstroms, insbesondere mit Sauerstoff, können sämtliche nachgeordneten Komponenten einer Luftbehandlungsanlage kleiner und kostengünstiger dimensioniert werden. Zunächst muss dabei in einer Hauptverdichtereinheit ein geringerer Mengenstrom für die Gewinnung einer gleichen Menge eines Luftprodukts verdichtet werden. Dies spart Energie und erlaubt es, einen entsprechenden Hauptverdichter für geringere Leistung auszulegen. In der Vorrichtung zur Aufreinigung und in der nachgeschalteten kryogenen Einheit können die dort verwendeten Behälter, Wärmetauscher, Säulen (falls vorhanden), Rohrleitungssysteme usw. ebenfalls kleiner dimensioniert und kostengünstiger betrieben werden. Die erforderliche Kälteleistung sinkt, da geringere Mengen entsprechender Gase abgekühlt werden müssen.
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Insgesamt ergibt sich ein geringerer Energiebedarf für eine entsprechende Luftbehandlungsanlage, auch unter Berücksichtigung des Energiebedarfs der Gaszentrifuge. Die Wirtschaftlichkeit einer entsprechenden Luftbehandlungsanlage wird daher insbesondere über die Gesamtlebensdauer (15 bis 20 Jahre) der Anlage signifikant erhöht.
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Wie erläutert, kann es besonders vorteilhaft sein, neben dem der Gaszentrifuge zugeführten Strom noch einen weiteren aus Einsatzluft erzeugten Strom in der Hauptverdichtereinheit zu verdichten. Dies ermöglicht eine flexible Einstellung der jeweiligen Gehalte der Luftkomponenten in dem Druckstrom.
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Vorteilhafterweise wird zumindest der zur Bereitstellung des zumindest einen Druckstroms in der Hauptverdichtereinheit verdichtete Zentrifugenstrom in zumindest einer Filtereinheit aufgereinigt. Dies ermöglicht zum einen kontaminationsfreien und damit wartungsarmen Betrieb einer entsprechenden Gaszentrifuge und dient andererseits als Vorreinigung für die Hauptverdichtereinheit.
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Vorteilhafterweise wird auch die mittels der zumindest einen Gaszentrifuge zur Erzeugung des Zentrifugenstroms verwendete Einsatzluft in zumindest einer Filtereinheit aufgereinigt. Dies ermöglicht einen kontaminationsfreien und damit wartungsarmen Betrieb einer entsprechenden Gaszentrifuge.
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Zur Deckung des Kältebedarfs der kryogenen Einheit kann insbesondere vorgesehen sein, einen dort abgekühlten Druckstrom mittels zumindest einer Entspannungsturbine zu entspannen. Die dabei erzeugte mechanische Leistung kann genutzt werden.
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Vorteilhafterweise wird dabei die zumindest eine Entspannungsturbine zum Antreiben zumindest eines Boosters, zumindest eines Generators und/oder der zumindest einen Gaszentrifuge verwendet. Derartige Maschinen lassen sich hierdurch besonders energieeffizient betreiben.
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Zu den Merkmalen und Vorteilen der erfindungsgemäß ebenfalls vorgeschlagenen Luftbehandlungsanlage sei auf die obigen Erläuterungen verwiesen. Eine derartige Luftbehandlungsanlage umfasst eine Hauptverdichtereinheit mit einer Vorrichtung zur Aufreinigung und eine kryogene Einheit, wobei die Hauptverdichtereinheit dafür eingerichtet ist, der kryogenen Einheit zumindest einen verdichteten Druckstrom zuzuführen. Erfindungsgemäß ist zumindest eine Gaszentrifuge bereitgestellt, die dafür eingerichtet ist, aus Einsatzluft zumindest einen gegenüber der Einsatzluft in zumindest einer Luftkomponente angereicherten oder abgereicherten Zentrifugenstrom zu erzeugen. Ferner sind Mittel bereitgestellt, die dafür eingerichtet sind, den Zentrifugenstrom zur Bereitstellung des zumindest einen Druckstroms der Hauptverdichtereinheit zuzuführen.
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Insbesondere ist eine derartige Luftbehandlungsanlage zur Durchführung eines zuvor erläuterten Verfahrens eingerichtet.
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Aus der
DE 10 015 546 A1 ist eine Gaszentrifuge bekannt, die sich zur Trennung von Gasgemischen mit unterschiedlichen Atom- bzw. Molekülgewichten eignet, z. B. zur Gewinnung von hochkonzentriertem Sauerstoff aus Luft. Die
DE 10 2009 048 506 A1 offenbart ein Verfahren zur effizienten Separierung der schweren Komponenten in einem Gasgemisch. Die
DE 10 2009 022 701 D3 und die
EP 1 603 680 A2 offenbaren ebenfalls Verfahren mit Gaszentrifugen zur effizienten Separierung der schweren Komponenten aus Gasgemischen. Eine Gaszentrifuge mit monolithischem Rotor ist beispielsweise aus der
DE 10 2010 021 626 A1 bekannt. Die
EP 1 044 324 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Sauerstoffanreicherung in der Verbrennungsluft von Verbrennungsmotoren. Der Einsatz von Gaszentrifugen zu unterschiedlichen Zwecken ist auch aus der
DE 88 07 684 U1 , der
DE 195 45 397 A1 , der
US 4 292 051 A und der
EP 0 529 661 B1 bekannt. Weitere Verfahren bzw. Vorrichtungen unter Verwendung von Gaszentrifugen gehen aus der
DE 10 2009 032 241 A1 , der
FR 2 793 310 A , der
FR 2 518 238 A , der
DE 934 763 C , der
DE 20 44 363 C2 und der
US 2 812 645 A hervor. Die in den genannten Schriften jeweils offenbarten Maßnahmen können auch in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, soweit technisch sinnvoll.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Luftbehandlungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.
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2 zeigt eine Luftbehandlungsanlage gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.
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3 zeigt eine Luftbehandlungsanlage gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.
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In den Figuren tragen einander entsprechende Elemente identische Bezugszeichen und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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In 1 ist eine Luftbehandlungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch gezeigt und insgesamt mit 100 bezeichnet.
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1 zeigt dabei eine Luftbehandlungsanlage 100, in der die gesamte zugeführte Einsatzluft durch eine oder mehrere Gaszentrifugen geführt wird. Im Detail wird hier Einsatzluft 11 zunächst in einer Filtereinheit 12 und/oder einer oder mehreren nicht dargestellten weiteren Reinigungseinrichtungen, beispielsweise geeigneten Adsorptionsbehältern, aufgereinigt. Die Einsatzluft 11 wird anschließend einer oder mehreren Gaszentrifugen 13 zugeführt, die von einem Motor M und/oder einer Turbine T angetrieben werden können.
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Ein in der wenigstens einen Gaszentrifuge 13 erhaltener Zentrifugenstrom 14, der beispielsweise gegenüber der Einsatzluft 11 mit Sauerstoff angereichert ist, wird optional einem weiteren Filter 15 zugeführt, wobei auch hier weitere Reinigungsstufen vorgesehen sein können. Der gegebenenfalls weiter aufgereinigte Zentrifugenstrom 14 wird anschließend zumindest einer Verdichterstufe 16 der Hauptverdichtereinheit 10 zugeführt, die beispielsweise durch einen Motor oder einer Dampfturbine, hier beides mit dem Bezugszeichen M symbolisiert, angetrieben sein kann. Ein hierdurch erhaltener Druckstrom 17 wird, ggf. über eine Vorrichtung zur Aufreinigung (nicht dargestellt), in eine kryogene Einheit 20 der Luftbehandlungsanlage 100 eingespeist, bei der es sich beispielsweise um ein Destillationssäulensystem mit geeigneten Wärmetauschern (im Fall einer Luftzerlegungsanlage) oder eine Luftverflüssigungseinheit (im Fall einer Luftverflüssigungsanlage) handeln kann. In sämtlichen Fällen wird zumindest ein Luftprodukt 21 erzeugt, das aus der kryogenen Einheit 20 ausgeleitet wird.
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Ferner kann eine Entspannungsturbine 22 vorgesehen sein, der zumindest ein in der kryogenen Einheit 20 zumindest teilweise abgekühlter Druckstrom zugeführt wird. Der entsprechende Druckstrom wird in der Entspannungsturbine 22 entspannt und kann beispielsweise, wie in der 1 dargestellt, zum Antreiben eines Generators G und/oder eines Boosters B verwendet werden.
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In 2 ist eine Luftbehandlungsanlage gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Luftbehandlungsanlage ist ebenfalls mit 100 bezeichnet. Die Luftbehandlungsanlage 100, die in 2 gezeigt ist, unterscheidet sich von der Luftbehandlungsanlage 100, die in 1 gezeigt ist, im Wesentlichen dadurch, dass nicht die gesamte, als Druckstrom 17 bereitgestellte Einsatzluft zuvor durch die Gaszentrifuge 13 geführt wird. Vielmehr wird hier ein weiterer Einsatzluftstrom 18 lediglich durch einen entsprechenden Filter 19 bzw. weitere Aufreinigungseinrichtungen geführt und anschließend in der wenigstens einen Verdichterstufe 16 der Hauptverdichtereinheit 10 verdichtet. Der hier ebenfalls erzeugte Zentrifugenstrom 14 wird stromauf und/oder stromab des Filters 19 mit dem Strom 18 vereinigt. Dies erlaubt eine selektive Einstellung der jeweiligen Gehalte der Luftkomponenten, die der kryogenen Einheit 20 zugeführt werden.
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In 3 ist eine Luftbehandlungsanlage 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt. Die ebenfalls mit 100 bezeichnete Luftbehandlungsanlage unterscheidet sich von der zuvor in 2 gezeigten dadurch, dass die Entspannungsturbine 22 mit der oder den Gaszentrifugen 13 mittels einer mechanischen Verbindung 23 gekoppelt ist. Mittels der Entspannungsturbine 22 können daher eine oder mehrere Gaszentrifugen 13 angetrieben werden, was einen besonders effektiven Betrieb ermöglicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10015546 A1 [0034]
- DE 102009048506 A1 [0034]
- DE 102009022701 D3 [0034]
- EP 1603680 A2 [0034]
- DE 102010021626 A1 [0034]
- EP 1044324 A1 [0034]
- DE 8807684 U1 [0034]
- DE 19545397 A1 [0034]
- US 4292051 A [0034]
- EP 0529661 B1 [0034]
- DE 102009032241 A1 [0034]
- FR 2793310 A [0034]
- FR 2518238 A [0034]
- DE 934763 C [0034]
- DE 2044363 C2 [0034]
- US 2812645 A [0034]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Kerry, F. G.: ”Industrial Gas Handbook: Gas Separation and Purification”. Boca Raton: CRC Press, 2006. Kapitel 3: ”Air Separation Technology” [0002]
