DE102014004408A1

DE102014004408A1 - Verfahren zum Anfahren einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage

Info

Publication number: DE102014004408A1
Application number: DE102014004408.4A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Pompl
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2015-09-24

Abstract

Das Verfahren dient zum Anfahren einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage, die eine Hochdrucksäule (1), eine Niederdrucksäule (2) und einen Hauptkondensator (3) aufweist, der als Kondensator-Verdampfer ausgebildet ist und einen Verflüssigungsraum mit Gaseintritt und Flüssigkeitsaustritt aufweist. Beim Anfahren der Anlage wird ein Gastrom (6) über den Gaseintritt (4) in den Verflüssigungsraum eingeführt und über den Flüssigkeitsaustritt (5) aus dem Verflüssigungsraum austretendes Gas mindestens zum Teil ein Niederdruck-Apparate-Element eingeführt (9a, 9b).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage, die eine Hochdrucksäule, eine Niederdrucksäule und einen Hauptkondensator aufweist, der als Kondensator-Verdampfer ausgebildet ist und einen Verflüssigungsraum mit Gaseintritt und Flüssigkeitsaustritt aufweist.
Verfahren und Vorrichtungen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft sind zum Beispiel aus Hausen/Linde, Tieftemperaturtechnik, 2. Auflage 1985, Kapitel 4 (Seiten 281 bis 337) bekannt.
Das Destillationssäulen-System kann als Zwei-Säulen-System (zum Beispiel als klassisches Linde-Doppelsäulensystem) ausgebildet sein, oder auch als Drei- oder Mehr-Säulen-System. Es kann zusätzlich zu den Kolonnen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung weitere Vorrichtungen zur Gewinnung hochreiner Produkte und/oder anderer Luftkomponenten, insbesondere von Edelgasen aufweisen, beispielsweise eine Argongewinnung und/oder eine Krypton-Xenon-Gewinnung.
Als ”Kondensator-Verdampfer” wird ein Wärmetauscher bezeichnet, in dem ein erster, kondensierender Fluidstrom in indirekten Wärmeaustausch mit einem zweiten, verdampfenden Fluidstrom tritt. Jeder Kondensator-Verdampfer weist einen Verflüssigungsraum und einen Verdampfungsraum auf, die aus Verflüssigungspassagen beziehungsweise Verdampfungspassagen bestehen. In dem Verflüssigungsraum wird die Kondensation (Verflüssigung) eines ersten Fluidstroms durchgeführt, in dem Verdampfungsraum die Verdampfung eines zweiten Fluidstroms. Verdampfungs- und Verflüssigungsraum werden durch Gruppen von Passagen gebildet, die untereinander in Wärmeaustauschbeziehung stehen.
Der Hauptkondensator einer Luftzerlegungsanlage dient zur Erzeugung aufsteigenden Gases für die Niederdrucksäule und außerdem regelmäßig zur Erzeugung von Rücklaufflüssigkeit für die Hochdrucksäule. Im einfachsten Fall ist er als Sumpfverdampfer der Niederdrucksäule ausgebildet. Durch den Verflüssigungsraum strömt zum Beispiel Kopfgas der Hochdrucksäule (Kopfkondensator der Hochdrucksäule) oder ein Teil der Einsatzluft. Ein weiterer Kondensator-Verdampfer kann als Zwischenverdampfer der Niederdrucksäule eingesetzt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Methode zu finden, mit der eine Luftzerlegungsanlage auf besonders günstige Weise aus dem Warmen angefahren werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Wird erstmals Gas in den Verflüssigungsraum des Hauptkondensators eingeleitet, ist dieser noch zu warm, um das Gas verflüssigen zu können. In diesem Zustand gelingt es nicht, eine Durchströmung des Verflüssigungsraums des Hauptkondensators zu erreichen.
Im Rahmen der Erfindung wird deshalb mindestens ein Teil des über den Flüssigkeitsaustritt aus dem Verflüssigungsraum des Hauptkondensators austretenden Gases in ein Niederdruck-Apparate-Element eingeführt. Dies erscheint zunächst ungünstig, weil damit der in dem Gastrom herrschende hohe Druck nicht sinnvoll genutzt wird. Im Rahmen der Erfindung hat sich jedoch überraschenderweise herausgestellt, dass auf diese Weise ein besonders schnelles und damit wirtschaftlich günstiges Anfahren möglich ist. Es wird nämlich eine Durchströmung des Wärmetauscherblocks ermöglicht und so die langsame Abkühlung ohne große thermische Spannungen erreicht. Zudem kann so eine größere Luftmenge durch den Apparat gefahren werden, und der Abkühlprozess verläuft schneller.
Im Einzelnen können eines oder mehrere der in den abhängigen Verfahrensansprüchen 2 bis 5 genannten Elemente als Niederdruck-Apparate-Element genutzt werden, in das oder in die der Gasstrom aus dem Flüssigkeitsaustritt oder jeweils ein Teil davon eingeführt wird. Beispielsweise kann das Gas aus dem Flüssigkeitsaustritt in den Sumpfbereich der Niederdrucksäule, in eine Gasleitung zum Abziehen für gasförmigen Sauerstoff oder in eine Gasleitung zum Einleiten von Dampf von der Verdampfungsseite eines Rohargonsäulen-Kopfkondensators in die Niederdrucksäule eingeführt werden Vorzugsweise werden mindestens 1% und höchstens 30% der nominalen Einsatzluftmenge in das oder die Niederdruck-Apparate-Elemente eingeleitet.
Die Erfindung sowie nähere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand dreier Ausführungsbeispiele näher erläutert, die in den 1 bis 3 schematisch dargestellt sind.
In allen drei Zeichnungen sind die Hochdrucksäule 1 und die Niederdrucksäule 2 nur abschnittsweise gezeigt. Zwischen den beiden Trennsäulen, genauer im Sumpf der Niederdrucksäule 2 ist der Hauptkondensator 3 angeordnet. (Alternativ könnte er in einem separaten Behälter außerhalb der Niederdrucksäule 2 angeordnet sein.) Der Verdampfungsraum des Hauptkondensators ist hier als Badverdampfer ausgebildet. Der Verflüssigungsraum weist einen Gaseintritt 4 und einen Flüssigkeitsaustritt 5 auf.
Während des stationären Betriebs der Anlage wird über die Gasleitung 6 Kopfgas der Hochdrucksäule 1 zum Gaseintritt 4 geführt und über die Flüssigkeitsleitung 7 wird die im Verflüssigungsraum des Hauptkondensators 3 gebildete Flüssigkeit vom Flüssigkeitsaustritt 5 mindestens zu einem Teil zum Kopf der Hochdrucksäule zurückgeleitet und als Rücklaufflüssigkeit eingesetzt.
Während des Anfahrens (Kaltfahrens) wird bei dem Ausführungsbeispiel der 1 ebenfalls Gas von Kopf der Hochdrucksäule über Leitung 6 dem Gaseintritt zugeführt. Solange der Hauptkondensator 3 noch nicht kalt genug ist, tritt aus dem Flüssigkeitsaustritt jedoch noch keine Flüssigkeit, sondern ein vollständig oder zum großen Teil gasförmiger Strom aus. Dieser wird dann nicht über die Flüssigkeitsleitung 7 geführt, sondern über Verbindungsmittel 8 in die Niederdrucksäule 2. Die Verbindungsmittel weisen zwei Leitungsabschnitte 9a, 9b auf, in der zwei Ventile 10a 10b als Doppelabsperrung wirken. Zwischen den beiden Ventilen 10a, 10b ist eine Entlüftungsleitung 11 angeordnet sowie ein Sicherheitsventil 12.
Die Verbindungsmittel 8 sind außerhalb einer Coldbox-Wand 13 angeordnet; alternativ können sie in einem separaten Isolierkasten angeordnet werden.
Während des Anfahren sind die beiden Ventile 10a, 10b geöffnet, die Entlüftungsleitung 11 ist geschlossen. Wenn Flüssigkeit auf der Verflüssigungsseite des Hauptkondensators gebildet wird, werden die Ventile 10a, 10b geschlossen und die Entlüftungsleitung 11 wird geöffnet. 2 unterscheidet sich von 1 dadurch, dass die Verbindungsmittel 8 nicht unmittelbar in die Niederdrucksäule 2 führen, sondern in eine Gasleitung zum Abziehen eines Gasstroms aus der Niederdrucksäule, insbesondere in eine Produktleitung 20 zum Abziehen eines gasförmigen Sauerstoffprodukts aus dem unteren Abschnitt der Niederdrucksäule 2 während des Normalbetriebs der Anlage. Während des Anfahrens wird das Gas aus dem Verflüssigungsraum nicht in die Niederdrucksäule 2 eingeleitet, sondern über die Leitung 7 aus der Anlage herausgeführt.
3 unterscheidet sich von 1 dadurch, dass die Verbindungsmittel 8 nicht unmittelbar in die Niederdrucksäule 2 führen, sondern in eine Gasleitung zum Einführen eines Gasstroms in die Niederdrucksäule, insbesondere in die Leitung 31, über die im Normalbetrieb zum Dampf in die Niederdrucksäule 2 eingeführt wird, der im Verdampfungsraum des Kopfkondensators einer Rohargonsäule gebildet wurde. Zumindest in diesem Ausführungsbeispiel weist die Anlage also zusätzlich zu der Hochdrucksäule 1 und der Niederdrucksäule 2 eine Argongewinnung mit weiteren Trennsäulen, insbesondere einer Rohargonsäule zur Argon-Sauerstofftrennung auf. Eine Doppelabsperrung ist hier nicht unbedingt erforderlich (und daher in der Zeichnung auch nicht dargestellt), wenn eine Sauerstoffproduktleitung 30 vorhanden ist, über die im Normalbetrieb das Sauerstoffprodukt aus der Niederdrucksäule abgezogen wird; die Verbindungsmittel bestehen hier lediglich aus einer Leitung 38 mit einfachem Ventil 39. Wird dagegen der Sauerstoff im Normalbetrieb durch Innenverdichtung gewonnen, das heißt hauptsächlich oder vollständig flüssig aus der Niederdrucksäule 2 abgezogen, kann eine Doppelabsperrung ergänzt werden, wie sie in den 1 und 2 dargestellt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Hausen/Linde, Tieftemperaturtechnik, 2. Auflage 1985, Kapitel 4 (Seiten 281 bis 337) [0002]

Claims

Verfahren zum Anfahren einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage, die eine Hochdrucksäule (1), eine Niederdrucksäule (2) und einen Hauptkondensator (3) aufweist, der als Kondensator-Verdampfer ausgebildet ist und einen Verflüssigungsraum mit Gaseintritt und Flüssigkeitsaustritt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anfahren der Anlage ein Gastrom (6) über den Gaseintritt (4) in den Verflüssigungsraum eingeführt wird und über den Flüssigkeitsaustritt (5) aus dem Verflüssigungsraum austretendes Gas mindestens zum Teil ein Niederdruck-Apparate-Element eingeführt (9a, 9b) wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederdruck-Apparate-Element durch die Niederdrucksäule (2) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederdruck-Apparate-Element durch eine Gasleitung (9a, 9b) gebildet wird, die mit der Niederdrucksäule (2) in Strömungsverbindung steht.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederdruck-Apparate-Element durch eine Gasleitung zum Einführen eines Gasstroms in die Niederdrucksäule gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederdruck-Apparate-Element durch eine Gasleitung zum Abziehen eines Gasstroms aus der Niederdrucksäule gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsaustritt über Verbindungsmittel mit dem Niederdruck-Apparate-Element verbunden ist, die eine Doppelabsperrung mit Entlüftung aufweisen.