DE102021117030A1 - Gasgemisch-Zerlegungsanlage sowie Verfahren zum Abtrennen von wenigstens einem Hauptfluid aus einem Gasgemisch - Google Patents

Gasgemisch-Zerlegungsanlage sowie Verfahren zum Abtrennen von wenigstens einem Hauptfluid aus einem Gasgemisch Download PDF

Info

Publication number
DE102021117030A1
DE102021117030A1 DE102021117030.3A DE102021117030A DE102021117030A1 DE 102021117030 A1 DE102021117030 A1 DE 102021117030A1 DE 102021117030 A DE102021117030 A DE 102021117030A DE 102021117030 A1 DE102021117030 A1 DE 102021117030A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heat exchanger
block
fluid
process fluid
separation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102021117030.3A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102021117030B4 (de
Inventor
Anmelder Gleich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of DE102021117030A1 publication Critical patent/DE102021117030A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102021117030B4 publication Critical patent/DE102021117030B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/06—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation
    • F25J3/0605—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the feed stream
    • F25J3/0625—H2/CO mixtures, i.e. synthesis gas; Water gas or shifted synthesis gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/506—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification at low temperatures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/06—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation
    • F25J3/063—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream
    • F25J3/0635—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream separation of CnHm with 1 carbon atom or more
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/06—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation
    • F25J3/063—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream
    • F25J3/0655—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream separation of hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/06—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation
    • F25J3/063—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream
    • F25J3/066—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream separation of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/06—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation
    • F25J3/063—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream
    • F25J3/0665—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream separation of carbon monoxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/06—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation
    • F25J3/063—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream
    • F25J3/067—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream separation of carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/093—Coal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0959—Oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/1678—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with air separation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1846—Partial oxidation, i.e. injection of air or oxygen only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/42—Nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/50—Oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/30—Compression of the feed stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/02—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams using a pump in general or hydrostatic pressure increase
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/42—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/80—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/02—Recycle of a stream in general, e.g. a by-pass stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2260/00—Coupling of processes or apparatus to other units; Integrated schemes
    • F25J2260/02—Integration in an installation for exchanging heat, e.g. for waste heat recovery
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • F25J2270/904—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration by liquid or gaseous cryogen in an open loop
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gasgemisch-Zerlegungsanlage zum Abtrennen von einem Hauptfluid, mit einem Anfangsblock (12) und einem Endblock (16). Der Anfangsblock (12) hat einen ersten Wärmetauscher (22) und einen zweiten Wärmetauscher (28). Zudem ist eine Rückleitung (24) für das im Endblock (16) abgetrennte Hauptfluid vorgesehen, die mit dem ersten Wärmetauscher (54) des Endblocks (16) und dem ersten Wärmetauscher (22) des Anfangsblocks (12) wirkungstechnisch gekoppelt ist, sodass das Hauptfluid einem im jeweiligen ersten Wärmetauscher (22, 54) vorliegenden Prozessfluid Wärme entzieht, um das Prozessfluid zu kühlen. Der zweite Wärmetauscher (28) ist mit einer Leitung (32) gekoppelt, über die er ein Kühlfluid empfängt. Der zweite Wärmetauscher (28) verflüssigt ein Abtrennfluid eines Prozessfluids und trennt dieses ab. Ein von der Rückleitung separierter, dritter Wärmetauscher (40) stellt einen Wärmeaustausch zwischen dem dem ersten Wärmetauscher (22) des Anfangsblocks (12) zugeführten Prozessfluid und dem Abtrennfluid sicher. Zudem ist ein Verfahren zum Abtrennen von wenigstens einem Hauptfluid aus einem Gasgemisch beschrieben.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Gasgemisch-Zerlegungsanlage zum Abtrennen von wenigstens einem Hauptfluid aus einem Gasgemisch. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abtrennen von wenigstens einem Hauptfluid aus einem Gasgemisch.
  • Im Hinblick auf einen künftigen verstärkten Bedarf an Wasserstoff, insbesondere im Mobilitätsbereich, und dem Ziel einer Energiewende aus regenerativen Ausgangsmaterialien bei gleichzeitigen fortschreitenden Ausbau der regenerativen Stromproduktion stellt die Speicherung von Wasserstoff zur weiteren Verwendung eine große Herausforderung der nächsten Jahre dar. Hierbei liegt das Hauptproblem im Abtrennen des reinen Wasserstoffs, der in einem Gasgemisch enthalten ist.
  • Zurzeit wird hauptsächlich mittels Dampfreformierung von Erdgas reiner Wasserstoff produziert, wobei die noch verbliebenen schädlichen Gase im Produktgas für eine Brennstoffzelle, beispielsweise Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Reste von Methan, aufwendig herausgetrennt werden müssen.
  • Aus der DE 10 2018 103 203 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zur Zerlegung von Luft mittels Membranen bekannt, was auch als Membranverfahren bezeichnet wird. Dieses Verfahren ist jedoch verhältnismäßig kostspielig.
  • Zudem ist das sogenannte Linde-Verfahren immer noch gängiges Verfahren zur Zerlegung von Gasgemischen, insbesondere von Luft. Dieses Verfahren ist jedoch relativ energieaufwendig, weswegen die Energieeffizienz des Verfahrens nachteilig ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gasgemisch-Zerlegungsanlage sowie ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen, mit denen es möglich ist, ein gewünschtes Fluid energieeffizient aus einem Gasgemisch abzutrennen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Gasgemisch-Zerlegungsanlage zum Abtrennen von wenigstens einem Hauptfluid aus einem Gasgemisch, wobei die Gasgemisch-Zerlegungsanlage einen Anfangsblock und einen Endblock umfasst, der dem Anfangsblock nachgeschaltet ist. Der Anfangsblock umfasst einen Eingang für das Gasgemisch, einen dem Eingang nachgeschalteten Verdichter zum Komprimieren des Gasgemisches, einen ersten Wärmetauscher, einen zweiten Wärmetauscher sowie einen Ausgang. Der Endblock umfasst einen Eingang, einen ersten Wärmetauscher sowie einen Ausgang. Der Eingang des Endblocks ist mit dem Ausgang des Anfangsblocks strömungsverbunden. Die Gasgemisch-Zerlegungsanlage weist eine Rückleitung für ein im Endblock abgetrenntes Hauptfluid auf, die mit dem Ausgang des Endblocks strömungsverbunden ist. Die Rückleitung ist sowohl mit dem ersten Wärmetauscher des Endblocks als auch mit dem ersten Wärmetauscher des Anfangsblocks wirkungstechnisch gekoppelt, sodass das in der Rückleitung vorliegende Hauptfluid einem im jeweiligen ersten Wärmetauscher vorliegenden Prozessfluid Wärme entzieht, um das entsprechende Prozessfluid zu kühlen. Der zweite Wärmetauscher des Anfangsblocks ist dem ersten Wärmetauscher des Anfangsblocks nachgeschaltet. Der zweite Wärmetauscher des Anfangsblocks verflüssigt und trennt ein Abtrennfluid von einem Prozessfluid ab, welches vom zugeordneten ersten Wärmetauscher erhalten worden ist. Der zweite Wärmetauscher des Anfangsblocks ist mit einer Leitung gekoppelt, über die der zweite Wärmetauscher des Anfangsblocks ein Kühlfluid empfängt, das dem im zweiten Wärmetauscher des Anfangsblocks vorliegenden Prozessfluid Wärme entzieht, um das entsprechende Prozessfluid zu kühlen. Der Anfangsblock weist einen dritten Wärmetauscher auf, der einen Wärmeaustausch zwischen dem jeweiligen Prozessfluid, das dem ersten Wärmetauscher des Anfangsblocks zugeführt wird, und dem Abtrennfluid sicherstellt, das mittels des zweiten Wärmetauschers des Anfangsblocks vom Prozessfluid abgetrennt worden ist, sodass das Abtrennfluid dem Prozessfluid Wärme entzieht und verdampft. Der dritte Wärmetauscher des Anfangsblocks ist von der Rückleitung separiert.
  • Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Abtrennen von wenigstens einem Hauptfluid aus einem Gasgemisch, mit den folgenden Schritten:
    • - Bereitstellen eines Gasgemisches,
    • - Komprimieren des Gasgemisches, um ein Prozessfluid bereitzustellen,
    • - Weiterleiten des Prozessfluids in einen ersten Wärmetauscher eines Anfangsblocks,
    • - Weiterleiten des Prozessfluids in einen zweiten Wärmetauscher des Anfangsblocks, der dem ersten Wärmetauscher nachgeschaltet ist,
    • - Verflüssigen und Abtrennen eines Abtrennfluids im zweiten Wärmetauscher des Anfangsblocks,
    • - Weiterleiten des Prozessfluids vom zweiten Wärmetauscher des Anfangsblocks an einen ersten Wärmetauscher eines Endblocks,
    • - Rückführen eines im Endblock abgetrennten Hauptfluids durch den ersten Wärmetauscher des Endblocks mittels einer Rückleitung, sodass ein Wärmeaustausch zwischen dem im ersten Wärmetauscher des Endblocks vorliegenden Prozessfluid und dem Hauptfluid stattfindet,
    • - Weiterleiten des im zweiten Wärmetauscher des Anfangsblocks abgetrennten Abtrennfluids an einen dritten Wärmetauscher des Anfangsblocks, der einen Wärmeaustausch zwischen dem jeweiligen Prozessfluid, das dem ersten Wärmetauscher des Anfangsblocks zugeführt wird, und dem Abtrennfluid sicherstellt, das mittels des zweiten Wärmetauschers des Anfangsblocks vom Prozessfluid abgetrennt worden ist, sodass das Abtrennfluid dem Prozessfluid Wärme entzieht und verdampft, wobei der dritte Wärmetauscher des Anfangsblocks von der Rückleitung separiert ist, und
    • - Rückführen des im Endblock abgetrennten Hauptfluids durch den ersten Wärmetauscher des Anfangsblocks mittels der Rückleitung, sodass ein Wärmeaustausch zwischen dem im ersten Wärmetauscher des Anfangsblocks vorliegenden Prozessfluid und dem Hauptfluid stattfindet.
  • Mit der Gasgemisch-Zerlegungsanlage, insbesondere den entsprechend angeordneten Wärmetauschern und der Rückleitung des im Endblocks abgetrennten Hauptfluids durch die jeweiligen ersten Wärmetauscher, ist eine energieeffiziente Gewinnung des Hauptfluids aus dem Gasgemisch sichergestellt. Bei dem Hauptfluid kann es sich grundsätzlich um Wasserstoff handeln, das in möglichst reiner Form vorliegt, da Wasserstoff als Hauptgas für eine Wasserstoffwirtschaft in möglichst reiner Form aus dem Gasgemisch abgespalten werden soll. Hierzu ist im zweiten Wärmetauscher des Anfangsblocks ein Abtrennfluid aus dem Gasgemisch abgetrennt worden, wobei dieses zuvor verflüssigt wurde. Bei dem Abtrennfluid kann es sich um einen weiteren Bestandteil des Gasgemisches handeln, das aus dem Gasgemisch abgetrennt werden soll, um den reinen Wasserstoff bereitstellen zu können. Insofern kann es sich bei dem Abtrennfluid um Kohlenmonoxid, Kohlendioxid oder Methan handeln.
  • Das Prozessfluid im zweiten Wärmetauscher des Anfangsblocks kann gekühlt werden, um das Abtrennfluid zu verflüssigen und so in einfacher Weise von dem im zweiten Wärmetauscher vorliegenden Prozessfluid abzutrennen. Hierzu wird das Kühlfluid dem zweiten Wärmetauscher zugeführt, das entsprechend mit dem Prozessgas im zweiten Wärmetauscher wechselwirkt, wodurch das Abtrennfluid verflüssigt werden kann, um dieses entsprechend abtrennen zu können. Bei dem Kühlfluid kann es sich um gekühlten Stickstoff und/oder gekühlten Sauerstoff handeln, wobei das Kühlfluid beispielsweise bei einer Temperatur zwischen 70 und 110 Kelvin vorliegt, insbesondere bei 95 Kelvin oder tiefer.
  • Insofern kann die Gasgemisch-Zerlegungsanlage zumindest eine Kühlfluidleitung bzw. eine Leitung umfassen, durch die Kühlfluid strömt. Das Kühlfluid kann eine entsprechend niedrige Temperatur aufweisen, beispielsweise eine Temperatur zwischen 70 und 110 Kelvin, insbesondere eine Temperatur von 95 Kelvin oder tiefer, vorzugsweise 92 Kelvin oder tiefer. Das Kühlfluid koppelt thermisch mit dem jeweiligen Prozessfluid in dem wenigstens einen zweiten Wärmetauscher, insbesondere in allen vorhandenen zweiten Wärmetauschern, wodurch das entsprechende Abtrennfluid verflüssigt und so vom jeweiligen Prozessfluid abgetrennt werden kann.
  • Insbesondere kann die Gasgemisch-Zerlegungsanlage zwei Kühlfluidleitungen bzw. zwei Leitungen umfassen, durch die zwei unterschiedliche Kühlfluide getrennt voneinander strömen. Im jeweiligen zweiten Wärmetauscher kann so eine thermische Koppelung mit den zwei unterschiedlichen Kühlfluiden erfolgen.
  • Bei dem wenigstens einen Kühlfluid kann es sich um Stickstoff und/oder Sauerstoff handeln.
  • Die zumindest eine Kühlfluidleitung bzw. die Leitung, durch die Kühlfluid strömt, kann Teil einer weiteren Zerlegungsanlage sein, beispielsweise einer Luftzerlegungsanlage, die somit mit der Gasgemisch-Zerlegungsanlage thermisch gekoppelt ist.
  • Es kann demnach ein System vorgesehen sein, das die Gasgemisch-Zerlegungsanlage sowie die weitere Zerlegungsanlage umfasst, wobei die Gasgemisch-Zerlegungsanlage und die Zerlegungsanlage über die zumindest eine Kühlfluidleitung bzw. die Leitung, durch die Kühlfluid strömt, thermisch gekoppelt sind.
  • Die weitere Zerlegungsanlage kann Teil eines Systems zur Speicherung von aus Kohle gewonnenem Wasserstoff sein.
  • Mit anderen Worten wird im zweiten Wärmetauscher des Anfangsblocks sichergestellt, dass das Kühlfluid mit dem Prozessfluid im zweiten Wärmetauscher wechselwirkt, das dem zweiten Wärmetauscher zugeführt worden ist. Hierdurch wird diesem Prozessfluid Energie bzw. Wärme entzogen, sodass das Abtrennfluid verflüssigt und von dem Prozessfluid abgetrennt werden kann, das dem zweiten Wärmetauscher zugeführt worden ist.
  • Grundsätzlich entspricht das dem zweiten Wärmetauscher zugeführte Prozessfluid dem Abtrennfluid und dem Prozessfluid, das den zweiten Wärmetauscher verlässt. Insofern entzieht das Kühlfluid dem Abtrennfluid und dem Prozessfluid Energie bzw. Wärme, das den zweiten Wärmetauscher verlässt.
  • Aufgrund des dritten Wärmetauschers kann das zuvor mittels des zweiten Wärmetauschers des Anfangsblocks verflüssigte Abtrennfluid wieder verdampft werden, wodurch es dem im dritten Wärmetauscher des Anfangsblocks vorliegenden Prozessfluid Wärme entzieht. Die Energieeffizienz der Gasgemisch-Zerlegungsanlage kann somit weiter verbessert werden. Das entsprechende Abtrennfluid liegt dann als Gas vor.
  • Der dritte Wärmetauscher des Anfangsblocks ist von der Rückleitung separiert, sodass das Hauptfluid, welches durch die Rückleitung strömt, nicht im dritten Wärmetauscher mit einem anderen Fluid wechselwirkt.
  • Im dritten Wärmetauscher findet vielmehr ausschließlich ein Wärmeaustausch zwischen dem Prozessfluid, das dem ersten Wärmetauscher des Anfangsblocks zugeführt wird, und dem Abtrennfluid statt, das mittels des zweiten Wärmetauschers des Anfangsblocks vom Prozessfluid abgetrennt worden ist, welches dem zweiten Wärmetauscher zugeführt wurde.
  • Das Gasgemisch, welches im Verdichter des Anfangsblocks verdichtet bzw. komprimiert wird, kann auf einen Druck < 5 Bar verdichtet werden, wodurch der Siedepunkt der einzelnen Gase des Gasgemisches entsprechend erhöht wird.
  • Grundsätzlich wird dem entsprechenden Prozessfluid in den jeweiligen Wärmetauschern Wärmenergie entzogen, wodurch das Prozessfluid gekühlt wird. Hierzu wird insbesondere das maximal gekühlte Hauptfluid genutzt, welches im Endblock abgespalten worden ist, um das im ersten Wärmetauscher des Anfangsblocks vorliegenden Prozessfluid zu kühlen. Hierdurch kann die Energieeffizienz der gesamten Gasgemisch-Zerlegungsanlage entsprechend erhöht werden.
  • Die Gasgemisch-Zerlegungsanlage kann in einem System zur Speicherung von aus Kohle gewonnenem Wasserstoff verwendet werden, das einen Kohlevergasungsreaktor zur Vergasung von Kohle aufweist. Der Kohlevergasungsreaktor benötigt für den Vergasungsprozess reinen Sauerstoff, welcher als Hauptfluid der Gasgemisch-Zerlegungsanlage oder aber als Abtrennfluid der Gasgemisch-Zerlegungsanlage bereitgestellt werden kann.
  • Grundsätzlich kann die Gasgemisch-Zerlegungsanlage demnach in einem System zur Speicherung von aus Kohle gewonnenem Wasserstoff eingebunden sein, das einen Kohlevergasungsreaktor zur Vergasung der Kohle sowie ein Dampfkraftwerk zur Stromproduktion aufweist, das thermisch mit dem Kohlevergasungsreaktor gekoppelt ist. Das System kann zudem eine Wassergas-Shift-Reaktionsanlage, die mit dem Kohlevergasungsreaktor verbunden ist, um die Reaktionsgase des Kohlevergasungsreaktors zu erhalten, eine mit einem Ausgang der Wassergas-Shift-Reaktionsanlage gekoppelte Ableitung, die mit einer Speisewasserleitung des Dampfkraftwerks thermisch gekoppelt ist und einen Gasspeicher umfassen. Der Gasspeicher kann mit der Wassergas-Shift-Reaktionsanlage verbunden sein, um wenigstens eines der Produktgase der Wassergas-Shift-Reaktionsanlage zu speichern, wobei das Dampfkraftwerk zur Stromproduktion mit dem Kohlevergasungsreaktor derart thermisch gekoppelt ist, dass die Reaktionsgase des Kohlevergasungsreaktors aufgrund der abgeleiteten Wärme an das Speisewasser einer Speisewasserleitung des Dampfkraftwerks ausreichend gekühlt sind, sodass die Reaktionsgase direkt in der Wassergas-Shift-Reaktionsanlage ohne zwischengeschaltete aktive Kühlung prozessierbar sind. Die Gasgemisch-Zerlegungsanlage kann selbst reinen Wasserstoff bereitstellen, beispielsweise als Hauptfluid, wobei der reine Wasserstoff zusammen mit dem aus der Wassergas-Shift-Reaktionsanlage erhaltenen Wasserstoff (zwischen-) gespeichert werden kann. Zudem kann die Gasgemisch-Zerlegungsanlage reinen Sauerstoff bereitstellen, beispielsweise als Abtrennfluid, der dem Kohlevergasungsreaktor für den Vergasungsprozess zugeführt wird.
  • Die erfindungsgemäße Gasgemisch-Zerlegungsanlage kann, wenn ohnehin beispielsweise reiner Sauerstoff benötigt oder gespeichert werden muss, ein Gasgemisch mit deutlich reduziertem Energiebedarf im Vergleich zu den gängigen Verfahren zerlegen, insbesondere ein wasserstoffreiches Gasgemisch. Dies liegt daran, dass die ohnehin vorliegenden gekühlten Einzelgase ausschließlich mittels thermischer Kopplung genutzt werden, um ein Abtrennfluid aus dem Prozessfluid bzw. Prozessgas zu verflüssigen, wodurch die Temperatur des Prozessfluids gesenkt wird.
  • Ein Aspekt sieht vor, dass der Endblock einen zweiten Wärmetauscher aufweist, wobei der zweite Wärmetauscher des Endblocks dem ersten Wärmetauscher des Endblocks nachgeschaltet ist, und wobei der zweite Wärmetauscher des Endblocks ein Abtrennfluid eines vom zugeordneten ersten Wärmetauscher erhaltenen Prozessfluids verflüssigt und vom Prozessfluid abtrennt. Der zweite Wärmetauscher des Endblocks ist mit der Leitung gekoppelt, über die der zweite Wärmetauscher des Endblocks das Kühlfluid empfängt, das dem im zweiten Wärmetauscher des Endblocks vorliegenden Prozessfluid Wärme entzieht, um das entsprechende Prozessfluid zu kühlen. Hierdurch kann die Energieeffizienz der Gasgemisch-Zerlegungsanlage sowie des Verfahrens entsprechend erhöht werden, da das Prozessfluid auch im Endblock in zwei unterschiedlichen Wärmetauschern prozessiert wird, um die Temperatur des Prozessfluids entsprechend zu reduzieren. Insofern liegt in beiden Wärmetauschern des Endblocks sowie in beiden zweiten Wärmetauschern des Anfangs- und des Endblocks jeweils eine thermische Koppelung vor, beispielsweise mit dem Hauptfluid bzw. dem Kühlfluid, wodurch das entsprechende Prozessfluid gekühlt wird.
  • Grundsätzlich können dem Prozessfluid somit mehrere Abtrennfluide entzogen werden, die zuvor verflüssigt und dann abgespaltet werden. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass als Hauptfluid reiner Wasserstoff vorliegt.
  • Da dem Prozessfluid, welches durch die Gasgemisch-Zerlegungsanlage prozessiert wird, jeweils Abtrennfluide entzogen werden, ändert sich die Zusammensetzung des Prozessfluids entsprechend. So umfasst das Prozessfluid vor dem zweiten Wärmetauscher des Anfangsblocks noch wenigstens ein weiteres Gas bzw. einen weiteren Bestandteil des Gasgemisches als das Prozessfluid, das dem zweiten Wärmetauscher des Endblocks zugeführt wird.
  • Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass der Endblock einen dritten Wärmetauscher aufweist, der einen Wärmeaustausch zwischen dem jeweiligen Prozessfluid, das dem ersten Wärmetauscher des Endblocks zugeführt wird, und dem Abtrennfluid sicherstellt, dass mittels des zweiten Wärmetauschers des Endblocks vom Prozessfluid abgetrennt worden ist, sodass das Abtrennfluid dem Prozessfluid Wärme entzieht und verdampft. Insbesondere ist auch der dritte Wärmetauscher des Endblocks von der Rückleitung separiert. Das zuvor mittels des zweiten Wärmetauschers des Endblocks verflüssigte Abtrennfluid kann somit wieder verdampft werden, wodurch es dem im dritten Wärmetauscher des Endblocks vorhandenen Prozessfluid Wärme entzieht. Die Energieeffizienz der Gasgemisch-Zerlegungsanlage kann somit weiter verbessert werden. Das entsprechende Abtrennfluid liegt somit als Gas vor.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist zwischen dem Anfangsblock und dem Endblock zumindest ein Mittelblock vorgesehen, wobei der Mittelblock einen Eingang, einen ersten Wärmetauscher sowie einen Ausgang umfasst, wobei der Eingang des Mittelblocks mit dem Ausgang des Anfangsblocks und der Ausgang des Mittelblocks mit dem Eingang des Endblocks verbunden sind, und wobei die Rückleitung zusätzlich mit dem ersten Wärmetauscher des Mittelblocks wirkungstechnisch gekoppelt ist, sodass das in der Rückleitung vorliegende Hauptfluid einem im ersten Wärmetauscher des Mittelblocks vorliegenden Prozessfluid Wärme entzieht, um das entsprechende Prozessfluid zu kühlen. Mit dem Mittelblock kann eine weitere Kühlung des Prozessfluids stattfinden, da der Mittelblock einen weiteren ersten Wärmetauscher umfasst, der einen Wärmeaustausch zwischen dem im Endblock abgetrennten Hauptfluid, welches über die Rückleitung zurückgeführt wird, und dem im ersten Wärmetauscher des Mittelblocks vorliegenden Prozessfluids sicherstellt. Insofern liegt eine weitere thermische Koppelung vor.
  • Grundsätzlich stellt jeder Wärmetauscher in der gesamten Gasgemisch-Zerlegungsanlage eine thermische Koppelung sicher, über die dem Prozessfluid Wärme entzogen wird, um dieses weiter zu kühlen.
  • Der entsprechende Wärmeentzug kann im Falle der jeweiligen zweiten Wärmetauscher mittels des Kühlfluids, im Falle der jeweiligen ersten Wärmetauscher mittels des Hauptfluids oder im Falle der jeweiligen dritten Wärmetauscher mittels des jeweiligen Abtrennfluids erfolgen.
  • Insbesondere weist der Mittelblock einen zweiten Wärmetauscher auf, wobei der zweite Wärmetauscher des Mittelblocks dem ersten Wärmetauscher des Mittelblocks nachgeschaltet ist, und wobei der zweite Wärmetauscher des Mittelblocks ein Abtrennfluid eines vom ersten Wärmetauscher des Mittelblocks erhaltenen Prozessfluids verflüssigt und vom Prozessfluid abtrennt. Der zweite Wärmetauscher des Mittelblocks ist mit der Leitung gekoppelt, über die der zweite Wärmetauscher des Mittelblocks das Kühlfluid empfängt, das dem im zweiten Wärmetauscher des Mittelblocks vorliegenden Prozessfluid Wärme entzieht, um das entsprechende Prozessfluid zu kühlen. Das Prozessfluid kann somit im Mittelblock ebenfalls mehrfach gekühlt werden, indem der Mittelblock einen zumindest zweiten Wärmetauscher aufweist, der einen Wärmeaustausch zwischen dem Prozessfluid und dem Kühlfluid sicherstellt, über das das entsprechende Abtrennfluid verflüssigt und abgetrennt werden kann. Durch das Kühlfluid kann dem Prozessfluid entsprechend Wärme entzogen werden. Zudem ist so sichergestellt, dass das aus dem Gasgemisch gewonnene Hauptfluid in möglichst reiner Form vorliegt, da mehrere Abtrennfluide vom Gasgemisch abgespaltet worden sind, insbesondere bevor diese verflüssigt wurden.
  • Das abzutrennende Abtrennfluid wird grundsätzlich verflüssigt, indem eine thermische Koppelung im entsprechend zweiten Wärmetauscher der Blöcke der Gasgemisch-Zerlegungsanlage zwischen dem Prozessfluid und dem Kühlfluid vorliegt.
  • Grundsätzlich kann die Gasgemisch-Zerlegungsanlage mehrere Mittelblöcke umfassen, die jeweils nacheinander zwischen dem Anfangsblock und dem Endblock angeordnet sind, wobei die jeweiligen Mittelblöcke miteinander gekoppelt sind. Hierdurch kann die Reinheit des Hauptfluids sichergestellt werden, da aus dem Gasgemisch mehrere Abtrennfluide abgetrennt worden sind, insbesondere pro zusätzlichem Mittelblock ein Abtrennfluid. Insofern bestimmt die Anzahl der Mittelblöcke, wie viele unterschiedliche Abtrennfluide aus dem Gasgemisch abgetrennt werden.
  • Die Anzahl der Mittelblöcke stellt auch sicher, wie oft das Prozessfluid gekühlt wird bzw. wie oft das im Endblock abgetrennte Hauptfluid einen Wärmeaustausch mit dem Prozessfluid in den entsprechenden Blöcken vornimmt, also dem Anfangsblock, den mehreren Mittelblöcken sowie dem Endblock.
  • Die Gasgemisch-Zerlegungsanlage kann modular aufgebaut sein, sodass die Anzahl der Mittelblöcke entsprechend variabel gewählt werden kann, nämlich zwischen 0 und einer gewünschten Anzahl. Je höher die Zahl der Mittelblöcke, desto mehr unterschiedliche Anteile des Gasgemisches können abgetrennt werden.
  • Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass zwischen dem Anfangsblock und dem Endblock ein erster Mittelblock und ein zweiter Mittelblock vorgesehen sind, wobei der erste Mittelblock einen Eingang, einen ersten Wärmetauscher sowie einen Ausgang umfasst. Der zweite Mittelblock umfasst einen Eingang, einen ersten Wärmetauscher sowie einen Ausgang. Der Eingang des ersten Mittelblocks ist mit dem Ausgang des Anfangsblocks verbunden, der Ausgang des ersten Mittelblocks ist mit dem Eingang des zweiten Mittelblocks verbunden, und der Ausgang des zweiten Mittelblocks ist mit dem Eingang des Endblocks verbunden. Die Rückleitung ist zusätzlich mit dem ersten Wärmetauscher des ersten Mittelblocks und mit dem ersten Wärmetauscher des zweiten Mittelblocks wirkungstechnisch gekoppelt, sodass das in der Rückleitung vorliegende Hauptfluid einem im ersten Wärmetauscher des ersten Mittelblocks vorliegenden Prozessfluid sowie einem im ersten Wärmetauscher des zweiten Mittelblocks vorliegenden Prozessfluid Wärme entzieht, um das entsprechende Prozessfluid zu kühlen. Die Energieeffizienz der Gasgemisch-Zerlegungsanlage ist demnach entsprechend erhöht, da das Hauptfluid zur Kühlung des Prozessfluids mehrfach verwendet wird, nämlich zusätzlich in den zwei Mittelblöcken.
  • Insbesondere weisen der erste Mittelblock und der zweite Mittelblock jeweils einen zweiten Wärmetauscher auf, wobei der zweite Wärmetauscher des ersten Mittelblocks dem ersten Wärmetauscher des ersten Mittelblocks nachgeschaltet ist, und wobei der zweite Wärmetauscher des ersten Mittelblocks ein Abtrennfluid vom ersten Wärmetauscher des ersten Mittelblocks enthaltenen Prozessfluids verflüssigt und vom Prozessfluid abtrennt, wobei der zweite Wärmetauscher des ersten Mittelblocks mit der Leitung gekoppelt ist, über die der zweite Wärmetauscher des ersten Mittelblocks das Kühlfluid empfängt, das dem im zweiten Wärmetauscher des ersten Mittelblocks vorliegenden Prozessfluid Wärme entzieht, um das entsprechende Prozessfluid zu kühlen, und wobei der zweite Wärmetauscher des zweiten Mittelblocks dem ersten Wärmetauscher des zweiten Mittelblocks nachgeschaltet ist, und wobei der zweite Wärmetauscher des zweiten Mittelblocks ein Abtrennfluid eines vom ersten Wärmetauscher des zweiten Mittelblocks enthaltenen Prozessfluids verflüssigt und vom Prozessfluid abtrennt, wobei der zweite Wärmetauscher des zweiten Mittelblocks mit der Leitung gekoppelt ist, über die der zweite Wärmetauscher des zweiten Mittelblocks das Kühlfluid empfängt, das dem im zweiten Wärmetauscher des zweiten Mittelblocks vorliegenden Prozessfluid Wärme entzieht, um das entsprechende Prozessfluid zu kühlen. Der Wirkungsgrad wird weiter erhöht, da in den jeweils zweiten Wärmetauschern der beiden Mittelblöcke ein Abtrennfluid verflüssigt und abgetrennt wird, indem dem jeweiligen zweiten Wärmetauscher das Kühlfluid zugeführt wird, wodurch dem entsprechend vorliegenden Prozessfluid Wärme entzogen wird. Zudem kann die Reinheit des Hauptfluids entsprechend verbessert werden, da mehr Abtrennfluide vom Prozessfluid abgetrennt werden.
  • Grundsätzlich können die zweiten Wärmetauscher der verschiedenen Blöcke mit dem Kühlfluid wechselwirken, wodurch das im zweiten Wärmetauscher abzutrennende Abtrennfluid verflüssigt wird, sodass das Abtrennfluid vom vorliegenden Prozessfluid abgetrennt werden kann.
  • Ferner kann der jeweilige Mittelblock einen dritten Wärmetauscher aufweisen, der einen Wärmeaustausch zwischen dem jeweiligen Prozessfluid, das dem ersten Wärmetauscher zugeführt wird, und dem Abtrennfluid sicherstellt, das mittels des jeweiligen zweiten Wärmetauschers vom Prozessfluid abgetrennt worden ist, sodass das Abtrennfluid dem Prozessfluid Wärme entzieht und verdampft.
  • Der Mittelblock kann auch einen dritten Wärmetauscher umfassen, der - in analoger Weise zum Anfangsblock bzw. zum Endblock - einen Wärmeaustausch zwischen dem jeweiligen Prozessfluid, das dem ersten Wärmetauscher des Mittelblocks zugeführt wird, und dem Abtrennfluid sicherstellt. Das Abtrennfluid ist mittels des jeweiligen zweiten Wärmetauschers vom Prozessfluid im zweiten Wärmetauscher abgetrennt worden, nachdem dieses zuvor verflüssigt worden ist. Das Abtrennfluid entzieht dem Prozessfluid Wärme bzw. Energie, sodass das flüssige Abtrennfluid wieder verdampft. Insofern kann die Energieeffizienz der Gasgemisch-Zerlegungsanlage weiter erhöht werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist jeweils der zweite Wärmetauscher mit dem zugeordneten Wärmetauscher derart strömungstechnisch gekoppelt, dass das jeweilige Abtrennfluid im ersten Wärmetauscher mit dem entsprechenden Prozessfluid wechselwirkt, um dem Prozessfluid Wärme zu entziehen. Die Energieeffizienz der Gasgemisch-Zerlegungsanlage kann so weiter erhöht werden.
  • Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass wenigstens ein Speicher zur Speicherung des Hauptfluids vorgesehen ist. In dem Speicher kann der Wasserstoff, insbesondere der reine Wasserstoff, für eine weitere Verwendung zumindest zwischengespeichert werden.
  • Alternativ oder ergänzend kann ein Speicher zur Speicherung des Abtrennfluids vorgesehen sein, welches in dem jeweiligen zweiten Wärmetauscher abgetrennt worden ist, um das Abtrennfluid für eine spätere Verwendung zu speichern oder zwischenzuspeichern.
  • Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Gasgemisch-Zerlegungsanlage eine Wärmedämmung aufweist, die die Komponenten der Gasgemisch-Zerlegungsanlage umgibt und dämmt. Insbesondere sind die jeweiligen Wärmetauscher sowie die Rückleitung von der Wärmedämmung umgeben, um diese entsprechend thermisch zu dämmen.
  • Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass der Anfangsblock einen vierten Wärmetauscher aufweist, der dem dritten Wärmetauscher vorgeschaltet ist, wobei der vierte Wärmetauscher einen Wärmeaustausch zwischen dem jeweiligen Prozessfluid, das dem dritten Wärmetauscher des Anfangsblocks zugeführt wird, und dem Abtrennfluid sicherstellt, das mittels des zweiten Wärmetauschers eines dem Anfangsblock direkt nachgeschalteten Blocks vom Prozessfluid abgetrennt worden ist. Grundsätzlich kann die Effizienz der Gasgemisch-Zerlegungsanlage somit weiter gesteigert werden. Mit anderen Worten ist das im zweiten Wärmetauscher abgetrennte Fluid über den vierten Wärmetauscher mit dem verdichteten Gasgemisch wärmetechnisch gekoppelt, welches dem ersten Wärmetauscher des Anfangsblocks zugeführt wird.
  • Bei dem direkt nachgeschalteten Block kann es sich um den Endblock handeln, sofern kein Mittelblock vorgesehen ist oder um den (ersten) Mittelblock, sofern zwischen dem Anfangsblock und dem Endblock zumindest ein Mittelblock vorgesehen ist.
  • Ferner kann jeder Block, der einen direkt nachgeschalteten Block aufweist, einen entsprechenden vierten Wärmetauscher aufweisen, also alle Blöcke außer dem Endblock, das dieser keinen direkt nachgeschalteten Block hat. Hierdurch kann die Effizienz der gesamten Gasgemisch-Zerlegungsanlage weiter gesteigert werden.
  • Auch der jeweilige vierte Wärmetauscher ist von der Rückleitung separiert, d.h. der jeweilige vierte Wärmetauscher erhält nicht das Hauptfluid, welches durch die Hauptleitung strömt.
  • Generell ist der jeweilige dritte Wärmetauscher des entsprechenden Blocks, also derjenige des Anfangsblocks, des Mittelblocks bzw. des Endblocks, von der Rückleitung separiert, sodass das Hauptfluid, welches durch die Rückleitung strömt, nicht mit einem anderen Fluid im dritten Wärmetauscher wechselwirkt.
  • Im entsprechenden dritten Wärmetauscher findet vielmehr ausschließlich ein Wärmeaustausch zwischen dem Prozessfluid, das dem ersten Wärmetauscher des jeweiligen Blocks zugeführt wird, und dem Abtrennfluid statt, das mittels des zweiten Wärmetauschers des entsprechenden Blocks vom Prozessfluid abgetrennt worden ist, welches dem zweiten Wärmetauscher zugeführt wurde.
  • Grundsätzlich sind die Blöcke gestaffelt nach der Temperatur der abzutrennenden Abtrennfluide und dem Temperaturpunkt, bei dem sich der Aggregatzustand zu flüssig ändert. Die bei hohen Temperaturen abzutrennenden Abtrennfluide werden somit früher, also näher am Anfangsblock, abgespaltet, wohingegen die bei niedrigeren Temperaturen noch abzutrennenden Abtrennfluide später abgespaltet werden, also näher am Endblock.
  • Anfangs wird im Endblock die gekühlten Abtrennfluide der Gasgemisch-Zerlegungsanlage getrennt vom jeweiligen Prozessfluid mit dem letzten Gasgemisch mittels Wärmetauscher thermisch gekoppelt und durch Kühlung mittels des Kühlfluids verflüssigt, z.B. Kohlenmonoxid. Das Hauptfluid, was auch als Restgas bezeichnet werden kann, beispielsweise Wasserstoff, kann somit gasförmig zum Mittel- oder Anfangsblock maximal gekühlt geleitet werden.
  • Das entsprechende Abtrennfluid, beispielsweise verflüssigter Kohlenmonoxid, kühlt das Prozessfluid in der Zuleitung vom Mittel- oder Anfangsblock mittels Verdampfung und Entspannung samt Wärmeübertragung.
  • Wie bereits erläutert, kann das maximal gekühlte Hauptfluid, also der maximal gekühlte gasförmige Wasserstoff, zum Kühlen des zugeleitetem Prozessfluids aus dem Mittel- oder Anfangsblock genutzt werden.
  • Grundsätzlich liegt die Temperatur des entsprechenden Abtrennfluids und des Prozessfluids im Mittelblock etwas höher, wobei auch die Temperatur der Aggregatzustandsänderung des Abtrennfluids im Mittelblock höher ist.
  • Jeder Block kann mehrere thermische Kopplungen umfassen, nämlich einen Wärmetauscher zwischen dem Prozessfluid und dem letztlich abgetrennten bzw. übrig gebliebenen Hauptfluid (der jeweilige erste Wärmetauscher), eine thermische Kopplung zum Kühlen des Prozessfluids mit dem bereits gekühlten Abtrennfluiden (der jeweilige zweite Wärmetauscher) sowie eine thermischen Kopplung des im jeweiligen Block flüssig abgetrennten Abtrennfluids, das mittels Verdampfung und Normaldruck das Prozessfluid ebenfalls kühlt (der jeweilige dritte Wärmetauscher).
  • Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
    • - 1 einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Gasgemisch-Zerlegungsanlage gemäß einer ersten Ausführungsform,
    • - 2 einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Gasgemisch-Zerlegungsanlage gemäß einer zweiten Ausführungsform, und
    • - 3 einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Gasgemisch-Zerlegungsanlage gemäß einer dritten Ausführungsform.
  • In 1 ist eine Gasgemisch-Zerlegungsanlage 10 gezeigt, die einen Anfangsblock 12, einen dem Anfangsblock 12 nachgeschalteten Mittelblock 14 sowie einen dem Mittelblock 14 nachgeschalteten Endblock 16 umfasst.
  • Der Mittelblock 14 ist somit zwischen dem Anfangsblock 12 und dem Endblock 16 angeordnet.
  • Der Anfangsblock 12 weist einen Eingang 18 in Form einer Zuleitung auf, worüber der Gasgemisch-Zerlegungsanlage 10 ein Gasgemisch zugeführt wird, welches in der Gasgemisch-Zerlegungsanlage 10 entsprechend zerlegt werden soll. Das Gasgemisch kann Wasserstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid sowie Stickstoff umfassen.
  • Des Weiteren umfasst der Anfangsblock 18 einen Verdichter 20, der das über den Eingang 18 erhaltene Gasgemisch komprimiert, wodurch ein Prozessfluid erzeugt wird. Hierzu kann das Prozessfluid auf mindestens 5,2 Bar Druck gebracht werden.
  • Das Prozessfluid wird vom Verdichter 20 zu einem ersten Wärmetauscher 22 transportiert, indem das Prozessfluid mit einem in der Gasgemisch-Zerlegungsanlage 10 abgetrennten Hauptfluid bei der Temperatur T2.1 wechselwirkt, beispielsweise Wasserstoff. Das Hauptfluid entzieht dem Prozessfluid des Anfangsblocks 12 Wärme, wie nachfolgend noch detailliert erläutert wird.
  • Das Hauptfluid wird dabei über eine Rückleitung 24 der Gasgemisch-Zerlegungsanlage 10 vom Endblock 16 über den Mittelblock 14 und den Anfangsblock 12 zu einem Speicher 26 geleitet, in dem das reine Hauptfluid gespeichert wird.
  • Darüber hinaus umfasst der Anfangsblock 12 einen zweiten Wärmetauscher 28, der dem ersten Wärmetauscher 22 nachgeschaltet ist, sodass der zweite Wärmetauscher 28 das im ersten Wärmetauscher 22 entsprechend gekühlte Prozessfluid erhält.
  • Der zweite Wärmetauscher 28, insbesondere das vom zweiten Wärmetauscher 28 prozessierte Prozessfluid, wechselwirkt bei der Temperatur T2.0 zudem mit zumindest einem Kühlfluid 30, beispielsweise Stickstoff und/oder Sauerstoff, welche über eine Zuleitung 31 durch eine Leitung 32 zu einer Ableitung 33 strömt. Die Leitung 32 kann demnach auch als eine Kühlfluidleitung bezeichnet werden, durch die das Kühlfluid 30 strömt.
  • Die Gasgemisch-Zerlegungsanlage 10 kann grundsätzlich auch zwei oder mehr Leitungen 30 umfassen, durch die zwei oder mehr unterschiedliche Kühlfluide 30 getrennt voneinander strömen, beispielsweise Stickstoff und Sauerstoff.
  • Das zumindest eine Kühlfluid 30 kann von einer separaten Anlage bereitgestellt werden, wobei dieses zur Speicherung oder Weiterverwendung vorgesehen ist. Die zumindest eine Leitung 30, durch die das Kühlfluid strömt, ist zum Beispiel ein Teil einer weiteren Zerlegungsanlage, insbesondere einer Luftzerlegungsanlage. Diese weitere Zerlegungsanlage ist somit mit der Gasgemisch-Zerlegungsanlage 10 thermisch gekoppelt.
  • Mit anderen Worten bilden die Gasgemisch-Zerlegungsanlage 10 und die weitere Zerlegungsanlage zusammen ein System, insbesondere kann die weitere Zerlegungsanlage Teil eines Systems zur Speicherung von aus Kohle gewonnenem Wasserstoff sein. Insofern kann auch die Gasgemisch-Zerlegungsanlage 10 Teil des Systems zur Speicherung von aus Kohle gewonnenem Wasserstoff sein.
  • Das in der wenigstens einen Leitung 32 strömende Kühlfluid 30 koppelt thermisch mit dem jeweiligen Prozessfluid im zweiten Wärmetauscher 28.
  • Hierdurch erhöht sich die Temperatur des Kühlfluids 30 im zweiten Wärmetauscher 28 des Anfangsblocks 12 auf eine Temperatur T2.0, die das Kühlfluid 30 auch noch in der Ableitung 33 hat.
  • Das entsprechende Kühlfluid 30, welches durch die Leitung 32 strömt, sorgt dafür, dass ein Abtrennfluid 34 im zweiten Wärmetauscher 28 des Anfangsblocks 12 bei der Temperatur T2.0 verflüssigt wird, wodurch dieses vom Prozessfluid im zweiten Wärmetauscher 28 abgetrennt werden kann, wie durch den entsprechenden Pfeil in 1 dargestellt ist.
  • Das Abtrennfluid 34, beispielsweise Kohlendioxid, wird bei der Temperatur T2.0 verflüssigt, indem das Prozessfluid mit dem wenigstens einen Kühlfluid bei der Temperatur T1.0 thermisch koppelt. Anschließend kann das verflüssigte Abtrennfluid 34 mittels einer Pumpe weitergetrieben werden.
  • Das Prozessfluid wird vom zweiten Wärmetauscher 28 zum Ausgang 36 des Anfangsblocks 12 weitergeleitet, der mit dem Eingang 38 des nachfolgenden Mittelblocks 14 strömungsverbunden ist.
  • Das im zweiten Wärmetauscher 28 des Anfangsblocks 12 abgetrennte Abtrennfluid 34 kann durch einen dritten Wärmetauscher 40 strömen, der in 1 gestrichelt dargestellt ist.
  • In dem dritten Wärmetauscher 40 findet ein Wärmeaustausch bei der Temperatur T2.2 zwischen dem verflüssigten Abtrennfluid 34, beispielsweise Kohlendioxid, und dem vorliegenden Prozessfluid statt, bevor dieses dem ersten Wärmetauscher 22 zugeführt wird. Hierbei kann dem Prozessfluid bereits Wärme entzogen werden, wodurch das zuvor flüssige Abtrennfluid 34 wieder verdampft.
  • Insofern liegt das Abtrennfluid 34 als Gas mit der Temperatur T2.2 vor.
  • Das Prozessfluid, welches über den Eingang 38 des Mittelblocks 14 zugeführt worden ist, wird im Mittelblock 14 in analoger Weise zum Anfangsblock 12 zu einem ersten Wärmetauscher 42 des Mittelblocks 14 geleitet, in dem das Prozessfluid mit dem Hauptfluid bei der Temperatur T1.1 thermisch wechselwirkt, welches durch die Rückleitung 24 geführt worden ist. Das Prozessfluid wird demnach über das Hauptfluid in dem ersten Wärmetauscher 42 des Mittelblocks 14 gekühlt.
  • Das gekühlte Prozessfluid, welches den ersten Wärmetauscher 42 des Mittelblocks 14 verlässt, wird einem zweiten Wärmetauscher 44 des Mittelblocks 14 zugeführt, der zudem das Kühlfluid 30 bei der Temperatur T1.0 erhält, welches durch die Kühlleitung 32 strömt.
  • Hierdurch wird ein weiteres Abtrennfluid 46 des Prozessfluids verflüssigt, welches im zweiten Wärmetauscher 44 des Mittelblocks 14 vorliegt, sodass das weitere Abtrennfluid 46 im zweiten Wärmetauscher 44 des Mittelblocks 14 abgetrennt werden kann, wie dies durch den entsprechenden Pfeil in 1 dargestellt ist. Bei dem weiteren Abtrennfluid 46 handelt es sich beispielsweise um Kohlenmonoxid. Die Verflüssigung des weiteren Abtrennfluids 46 erfolgt bei der Temperatur T1.0.
  • Das verbleibende Prozessfluid wird über einen Ausgang 48 des Mittelblocks 14 einem Eingang 50 des Endblocks 16 zugeführt.
  • Das im zweiten Wärmetauscher 44 des Mittelblocks 14 abgetrennte Abtrennfluid 46, welches flüssig ist, wird in analoger Weise zum Anfangsblock 12 einem (optionalen) dritten Wärmetauscher 52 des Mittelblocks 14 zugeführt, beispielsweise mittels einer Pumpe. Der dritte Wärmetauscher 52 des Mittelblocks 14 ermöglicht einen Wärmeaustausch zwischen dem flüssigen Abtrennfluid 46 und dem Prozessfluid, welches dem ersten Wärmetauscher 42 des Mittelblocks 14 zugeführt wird. Hierbei kann das flüssige Abtrennfluid dem Prozessfluid Wärme entziehen, indem das Abtrennfluid 46 verdampft wird. Dies geschieht bei der Temperatur T1.2.
  • Das dem Endblock 16 zugeführte Prozessfluid wird im Endblock 16 ebenfalls einem ersten Wärmetauscher 54 zugeführt, der einen Wärmeaustausch zwischen dem entsprechenden Prozessfluid und dem Hauptfluid bei der Temperatur T0.1 ermöglicht, wobei das Hauptfluid über die Rückleitung 24 vom Endblock 16 zum Speicher 26 geführt wird. Hierbei kann das entsprechende Prozessfluid durch das Hauptfluid gekühlt werden.
  • Das aus dem ersten Wärmetauscher 54 des Endblocks 16 kommende Prozessfluid wird einem zweiten Wärmetauscher 56 des Endblocks 16 zugeführt, in dem das Prozessfluid mit dem Kühlfluid 30 bei der Temperatur T0.0 wechselwirkt, sodass ein weiteres Abtrennfluid 58, beispielsweise Stickstoff, aus dem vorliegenden Prozessfluid verflüssigt wird. Das weitere Abtrennfluid 58 kann so im zweiten Wärmetauscher 56 des Endblocks 16 abgetrennt werden, wie dies durch den entsprechenden Pfeil in 1 gezeigt ist.
  • Das Abtrennfluid 58 wird einem (optionalen) dritten Wärmetauscher 60 des Endblocks 16 zugeführt, insbesondere mittels einer Pumpe. Der dritte Wärmetauscher 60 des Endblocks 16 erhält zudem das Prozessfluid, welches dem ersten Wärmetauscher 54 des Endblocks 16 zugeführt werden soll. Hierdurch ist es möglich, dass das weitere Abtrennfluid 58, welches zuvor verflüssigt worden ist, wieder verdampft wird, wodurch es dem Prozessfluid Wärme entzieht. Dies geschieht bei der Temperatur T0.2.
  • Das den zweiten Wärmetauscher 56 verlassende Prozessfluid wird über einen Ausgang 62 des Endblocks 16 in die Rückleitung 24 gespeist, die mit den jeweiligen ersten Wärmetauschern 22, 42, 54 den entsprechenden Blöcke 12,14 und 16 zusammenwirkt, um das dort vorliegende Prozessfluid zu kühlen. Das den zweiten Wärmetauscher 56 verlassende Prozessfluid entspricht somit dem Hauptfluid, welches in reiner Form vorliegt.
  • Grundsätzlich werden in der Gasgemisch-Zerlegungsanlage 10 gemäß der Ausführungsform nach 1 vier unterschiedliche Gase aus dem Gasgemisch abgetrennt, wobei das Hauptfluid zuletzt abgetrennt wird und jeweils über die ersten Wärmetauscher 22, 42, 54 der entsprechenden Blöcke 12 bis 16 mit dem dort vorliegenden Prozessfluid wechselwirkt, um diesem Wärme zu entziehen.
  • Des Weiteren wird im jeden Block 12 bis 16 ein weiteres Abtrennfluid 34, 46, 58 abgetrennt, beispielsweise Kohlendioxid im Anfangsblock 12, Kohlenmonoxid im Mittelblock 14 und Stickstoff im Endblock 16.
  • Die Abtrennfluide 34, 46, 58, die aufgrund der jeweiligen dritten Wärmetauscher 40, 52, 60 der Blöcke 12-16 als Gase vorliegen, können jeweils in einem separaten Speicher 64 bis 68 zumindest zwischengespeichert werden.
  • Optional kann vorgesehen sein, dass die entsprechenden verdampften Abtrennfluide 34, 46, 58 zunächst noch einmal mit dem entsprechenden Prozessfluid in einem vierten Wärmetauscher oder dem jeweiligen ersten Wärmetauscher 22, 42, 54 wechselwirken, um dem Prozessfluid weiter Wärme zu entziehen, bevor die entsprechenden Abtrennfluide 34, 46, 58 in den zugeordneten Speichern 64, 66 und 68 gespeichert werden.
  • Die Verwendung von vierten Wärmetauschern ist beispielhaft in 3 gezeigt, worauf nachfolgend noch Bezug genommen wird.
  • Sofern dem Gasgemisch mehr als drei Abtrennfluide 34, 46, 58 entzogen werden sollen, um die Reinheit des Hauptfluids zu verbessern, kann die Gasgemisch-Zerlegungsanlage 10 weitere Mittelblöcke 14 aufweisen, die in analoger Weise zwischen dem Anfangsblock 12 und dem Endblock 16 vorgesehen sind.
  • In 2 ist eine alternative Ausführungsform gezeigt, bei der der Mittelblock 14 nicht vorgesehen ist.
  • Insofern wird das Gasgemisch in drei Bestandteile zerlegt, nämlich dem Hauptfluid sowie zwei Abtrennfluiden 34, 58, die in den jeweiligen zweiten Wärmetauschern 28 und 56 des Anfangsblocks 12 bzw. des Endblocks 16 vom entsprechenden Prozessfluid abgetrennt wurden.
  • Ansonsten ist die Funktionsweise der beiden Gasgemisch-Zerlegungsanlagen gemäß 1 und 2 gleich.
  • Grundsätzlich kann eine Wärmedämmung vorgesehen sein, die die Komponenten der Gasgemisch-Zerlegungsanlage 10 umgibt und somit dämmt.
  • In 3 ist eine Ausführungsform der Gasgemisch-Zerlegungsanlage 10 gezeigt, die auf derjenigen der 1 basiert.
  • Die in der in 3 gezeigten Ausführungsform umfasst zusätzlich zur Ausführungsform nach 1 einen vierten Wärmetauscher 70 innerhalb des Anfangsblocks 12.
  • Der vierte Wärmetauscher 70 ist dem dritten Wärmetauscher 40 des entsprechenden Blocks, also des Anfangsblocks 12, vorgeschaltet, sodass der vierte Wärmetauscher 70 das dem dritten Wärmetauscher 40 zugeführte Prozessfluid und das Abtrennfluid 46 erhält, das mittels des zweiten Wärmetauschers 44 des dem entsprechenden Block, also dem Anfangsblock 12, direkt nachgeschalteten Blocks vom Prozessfluid abgetrennt worden ist, also des mittleren Blocks 14. Der vierte Wärmetauscher 70 stellt also einen Wärmeaustausch zwischen dem jeweiligen Prozessfluid, also demjenigen, das dem dritten Wärmetauscher 40 zugeführt wird, und dem Abtrennfluid 46 sicher, welches im zweiten Wärmetauscher 44 des Mittelblocks 14 abgetrennt worden ist.
  • Grundsätzlich kann der Mittelblock 14 auch einen vierten Wärmetauscher aufweisen, der aus Gründen der Einfachheit vorliegend nicht gezeigt ist. Der vierte Wärmetauscher des Mittelblocks 14 würde demnach das dem dritten Wärmetauscher 52 des Mittelblocks 14 zugeführte Prozessfluid und das Abtrennfluid 58 erhalten, welches im zweiten Wärmetauscher 56 des Endblocks 16 abgetrennt worden ist.
  • Grundsätzlich lässt sich die Effizienz des gesamten Systems so weiter erhöhen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102018103203 A1 [0004]

Claims (11)

  1. Gasgemisch-Zerlegungsanlage zum Abtrennen von wenigstens einem Hauptfluid aus einem Gasgemisch, mit einem Anfangsblock (12) und einem Endblock (16), der dem Anfangsblock (12) nachgeschaltet ist, wobei der Anfangsblock (12) einen Eingang (18) für das Gasgemisch, einen dem Eingang (18) nachgeschalteten Verdichter (20) zum Komprimieren des Gasgemisches, einen ersten Wärmetauscher (22), einen zweiten Wärmetauscher (28) sowie einen Ausgang (36) umfasst, wobei der Endblock (16) einen Eingang (38), einen ersten Wärmetauscher (54) sowie einen Ausgang (62) umfasst, wobei der Eingang (38) des Endblocks (16) mit dem Ausgang (36) des Anfangsblocks (12) strömungsverbunden ist, wobei die Gasgemisch-Zerlegungsanlage (10) eine Rückleitung (24) für ein im Endblock (16) abgetrenntes Hauptfluid aufweist, die mit dem Ausgang (62) des Endblocks (16) strömungsverbunden ist, wobei die Rückleitung (24) sowohl mit dem ersten Wärmetauscher (54) des Endblocks (16) als auch mit dem ersten Wärmetauscher (22) des Anfangsblocks (12) wirkungstechnisch gekoppelt ist, sodass das in der Rückleitung (24) vorliegende Hauptfluid einem im jeweiligen ersten Wärmetauscher (22, 54) vorliegenden Prozessfluid Wärme entzieht, um das entsprechende Prozessfluid zu kühlen, wobei der zweite Wärmetauscher (28) des Anfangsblocks (12) dem ersten Wärmetauscher (22) des Anfangsblocks (12) nachgeschaltet ist, wobei der zweite Wärmetauscher (28) des Anfangsblocks (12) ein Abtrennfluid (34) eines vom zugeordneten ersten Wärmetauscher (22) erhaltenen Prozessfluids verflüssigt und vom Prozessfluid abtrennt, wobei der zweite Wärmetauscher (28) des Anfangsblocks (12) mit einer Leitung (32) gekoppelt ist, über die der zweite Wärmetauscher (28) des Anfangsblocks (12) ein Kühlfluid empfängt, das dem im zweiten Wärmetauscher (28) des Anfangsblocks (12) vorliegenden Prozessfluid Wärme entzieht, um das entsprechende Prozessfluid zu kühlen, wobei der Anfangsblock (12) einen dritten Wärmetauscher (40) aufweist, der einen Wärmeaustausch zwischen dem jeweiligen Prozessfluid, das dem ersten Wärmetauscher (22) des Anfangsblocks (12) zugeführt wird, und dem Abtrennfluid (34) sicherstellt, das mittels des zweiten Wärmetauschers (28) des Anfangsblocks (12) vom Prozessfluid abgetrennt worden ist, sodass das Abtrennfluid (34) dem Prozessfluid Wärme entzieht und verdampft, und wobei der dritte Wärmetauscher (40) des Anfangsblocks (12) von der Rückleitung (24) separiert ist.
  2. Gasgemisch-Zerlegungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Endblock (16) einen zweiten Wärmetauscher (56) aufweist, wobei der zweite Wärmetauscher (56) des Endblocks (16) dem ersten Wärmetauscher (54) des Endblocks (16) nachgeschaltet ist, und wobei der zweite Wärmetauscher (56) des Endblocks (16) ein Abtrennfluid (58) eines vom zugeordneten ersten Wärmetauscher (54) erhaltenen Prozessfluids verflüssigt und vom Prozessfluid abtrennt, wobei der zweite Wärmetauscher (56) des Endblocks (16) mit der Leitung (32) gekoppelt ist, über die der zweite Wärmetauscher (56) des Endblocks (16) das Kühlfluid empfängt, das dem im zweiten Wärmetauscher (56) des Endblocks (16) vorliegenden Prozessfluid Wärme entzieht, um das entsprechende Prozessfluid zu kühlen.
  3. Gasgemisch-Zerlegungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Endblock (16) einen dritten Wärmetauscher (60) aufweist, der einen Wärmeaustausch zwischen dem jeweiligen Prozessfluid, das dem ersten Wärmetauscher (54) des Endblocks (16) zugeführt wird, und dem Abtrennfluid (58) sicherstellt, das mittels des zweiten Wärmetauschers (56) des Endblocks (16) vom Prozessfluid abgetrennt worden ist, sodass das Abtrennfluid (58) dem Prozessfluid Wärme entzieht und verdampft, insbesondere wobei der dritte Wärmetauscher (60) des Endblocks (16) von der Rückleitung (24) separiert ist.
  4. Gasgemisch-Zerlegungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Anfangsblock (12) und dem Endblock (16) zumindest ein Mittelblock (14) vorgesehen ist, wobei der Mittelblock (14) einen Eingang (38), einen ersten Wärmetauscher (42) sowie einen Ausgang (48) umfasst, wobei der Eingang (38) des Mittelblocks (14) mit dem Ausgang (36) des Anfangsblocks (12) und der Ausgang (48) des Mittelblocks (14) mit dem Eingang (50) des Endblocks (16) verbunden sind, und wobei die Rückleitung (24) zusätzlich mit dem ersten Wärmetauscher (42) des Mittelblocks (14) wirkungstechnisch gekoppelt ist, sodass das in der Rückleitung vorliegende Hauptfluid einem im ersten Wärmetauscher (42) des Mittelblocks (14) vorliegenden Prozessfluid Wärme entzieht, um das entsprechende Prozessfluid zu kühlen.
  5. Gasgemisch-Zerlegungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelblock (14) einen zweiten Wärmetauscher (44) aufweist, wobei der zweite Wärmetauscher (44) des Mittelblocks (14) dem ersten Wärmetauscher (42) des Mittelblocks (14) nachgeschaltet ist, und wobei der zweite Wärmetauscher (44) des Mittelblocks (14) ein Abtrennfluid (46) eines vom ersten Wärmetauscher (42) des Mittelblocks (14) erhaltenen Prozessfluids verflüssigt und vom Prozessfluid abtrennt, wobei der zweite Wärmetauscher (44) des Mittelblocks (14) mit der Leitung (32) gekoppelt ist, über die der zweite Wärmetauscher (44) des Mittelblocks (14) das Kühlfluid empfängt, das dem im zweiten Wärmetauscher (44) des Mittelblocks (14) vorliegenden Prozessfluid Wärme entzieht, um das entsprechende Prozessfluid zu kühlen.
  6. Gasgemisch-Zerlegungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Anfangsblock (12) und dem Endblock (16) ein erster Mittelblock (14) und ein zweiter Mittelblock (14) vorgesehen sind, wobei der erste Mittelblock (14) einen Eingang (38), einen ersten Wärmetauscher (42) sowie einen Ausgang (48) umfasst, wobei der zweite Mittelblock (14) einen Eingang (38), einen ersten Wärmetauscher (42) sowie einen Ausgang (48) umfasst, wobei der Eingang (38) des ersten Mittelblocks (14) mit dem Ausgang (36) des Anfangsblocks (12), der Ausgang (48) des ersten Mittelblocks (14) mit dem Eingang (38) des zweiten Mittelblocks (14), der Ausgang (48) des zweiten Mittelblocks (14) mit dem Eingang (50) des Endblocks (16) verbunden sind, und wobei die Rückleitung (24) zusätzlich mit dem ersten Wärmetauscher (42) des ersten Mittelblocks (14) und mit dem ersten Wärmetauscher (42) des zweiten Mittelblocks (14) wirkungstechnisch gekoppelt ist, sodass das in der Rückleitung (24) vorliegende Hauptfluid einem im ersten Wärmetauscher (42) des ersten Mittelblocks (14) vorliegenden Prozessfluid sowie einem im ersten Wärmetauscher (42) des zweiten Mittelblocks (14) vorliegenden Prozessfluid Wärme entzieht, um das entsprechende Prozessfluid zu kühlen.
  7. Gasgemisch-Zerlegungsanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Mittelblock (14) einen dritten Wärmetauscher (52) aufweist, der einen Wärmeaustausch zwischen dem jeweiligen Prozessfluid, das dem ersten Wärmetauscher (42) zugeführt wird, und dem Abtrennfluid (46) sicherstellt, das mittels des jeweiligen zweiten Wärmetauschers (44) vom Prozessfluid abgetrennt worden ist, sodass das Abtrennfluid (46) dem Prozessfluid Wärme entzieht und verdampft.
  8. Gasgemisch-Zerlegungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils der zweite Wärmetauscher (28, 44, 56) mit dem zugeordneten ersten Wärmetauscher (22, 42, 54) derart strömungstechnisch gekoppelt ist, dass das jeweilige Abtrennfluid (34, 46, 58) im ersten Wärmetauscher (22, 42, 54) mit dem entsprechenden Prozessfluid wechselwirkt, um dem Prozessfluid Wärme zu entziehen.
  9. Gasgemisch-Zerlegungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Speicher (26, 64, 66, 68) zur Speicherung des Hauptfluids und/oder des Abtrennfluids vorgesehen ist und/oder dass eine Wärmedämmung vorgesehen ist, die die Komponenten der Gasgemisch-Zerlegungsanlage (10) umgibt und dämmt.
  10. Gasgemisch-Zerlegungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfangsblock (12) einen vierten Wärmetauscher aufweist, der dem dritten Wärmetauscher (40) vorgeschaltet ist, wobei der vierte Wärmetauscher einen Wärmeaustausch zwischen dem jeweiligen Prozessfluid, das dem dritten Wärmetauscher (40) des Anfangsblocks (12) zugeführt wird, und dem Abtrennfluid (46, 58) sicherstellt, das mittels des zweiten Wärmetauschers (56) eines dem Anfangsblock (12) direkt nachgeschalteten Blocks (14, 16) vom Prozessfluid abgetrennt worden ist.
  11. Verfahren zum Abtrennen von wenigstens einem Hauptfluid aus einem Gasgemisch, mit den folgenden Schritten: - Bereitstellen eines Gasgemisches, - Komprimieren des Gasgemisches, um ein Prozessfluid bereitzustellen, - Weiterleiten des Prozessfluids in einen ersten Wärmetauscher (22) eines Anfangsblocks (12), - Weiterleiten des Prozessfluids in einen zweiten Wärmetauscher (28) des Anfangsblocks (12), der dem ersten Wärmetauscher (22) nachgeschaltet ist, - Verflüssigen und Abtrennen eines Abtrennfluids im zweiten Wärmetauscher (28) des Anfangsblocks (12), - Weiterleiten des Prozessfluids vom zweiten Wärmetauscher (28) des Anfangsblocks (12) an einen ersten Wärmetauscher (54) eines Endblocks (16), - Rückführen eines im Endblock (16) abgetrennten Hauptfluids durch den ersten Wärmetauscher (54) des Endblocks (16) mittels einer Rückleitung (24), sodass ein Wärmeaustausch zwischen dem im ersten Wärmetauscher (54) des Endblocks (16) vorliegenden Prozessfluid und dem Hauptfluid stattfindet, - Weiterleiten des im zweiten Wärmetauscher (28) des Anfangsblocks (12) abgetrennten Abtrennfluids an einen dritten Wärmetauscher (40) des Anfangsblocks (12), der einen Wärmeaustausch zwischen dem jeweiligen Prozessfluid, das dem ersten Wärmetauscher (22) des Anfangsblocks (12) zugeführt wird, und dem Abtrennfluid (34) sicherstellt, das mittels des zweiten Wärmetauschers (28) des Anfangsblocks (12) vom Prozessfluid abgetrennt worden ist, sodass das Abtrennfluid (34) dem Prozessfluid Wärme entzieht und verdampft, wobei der dritte Wärmetauscher (40) des Anfangsblocks (12) von der Rückleitung (24) separiert ist, und - Rückführen des im Endblock (16) abgetrennten Hauptfluids durch den ersten Wärmetauscher (22) des Anfangsblocks (12) mittels der Rückleitung (24), sodass ein Wärmeaustausch zwischen dem im ersten Wärmetauscher (22) des Anfangsblocks (12) vorliegenden Prozessfluid und dem Hauptfluid stattfindet.
DE102021117030.3A 2020-07-02 2021-07-01 Gasgemisch-Zerlegungsanlage sowie Verfahren zum Abtrennen von wenigstens einem Hauptfluid aus einem Gasgemisch Active DE102021117030B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020117503.5 2020-07-02
DE102020117503 2020-07-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102021117030A1 true DE102021117030A1 (de) 2022-01-05
DE102021117030B4 DE102021117030B4 (de) 2023-09-21

Family

ID=76859609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021117030.3A Active DE102021117030B4 (de) 2020-07-02 2021-07-01 Gasgemisch-Zerlegungsanlage sowie Verfahren zum Abtrennen von wenigstens einem Hauptfluid aus einem Gasgemisch

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4176218A1 (de)
DE (1) DE102021117030B4 (de)
WO (1) WO2022003128A1 (de)

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3614872A (en) * 1967-12-22 1971-10-26 Texaco Inc Synthesis gas separation process
US7294327B2 (en) * 2006-03-21 2007-11-13 Tennessee Valley Authority Multi-stage cryogenic acid gas removal
FR2914990B1 (fr) * 2007-04-13 2010-02-26 Air Liquide Procede de mise en froid d'une ligne d'echange cryogenique.
US20090145167A1 (en) * 2007-12-06 2009-06-11 Battelle Energy Alliance, Llc Methods, apparatuses and systems for processing fluid streams having multiple constituents
EP2196251A1 (de) * 2008-12-04 2010-06-16 Siemens Aktiengesellschaft Kohlendioxid-Abtrennanlage und Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage
US20120167620A1 (en) * 2009-05-15 2012-07-05 Eva Marfilia Van Dorst Method and system for separating co2 from synthesis gas or flue gas
WO2011026170A1 (en) * 2009-09-01 2011-03-10 Cool Energy Limited Process and apparatus for reducing the concentration of a sour species in a sour gas
US8585802B2 (en) 2010-07-09 2013-11-19 Arnold Keller Carbon dioxide capture and liquefaction
DE202017006193U1 (de) 2017-11-29 2018-01-25 Hans-Joachim Huf Vorrichtung zur Zerlegung von Luft

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021117030B4 (de) 2023-09-21
EP4176218A1 (de) 2023-05-10
WO2022003128A1 (de) 2022-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2980514A1 (de) Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und Luftzerlegungsanlage
EP0842385A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur variablen erzeugung eines gasförmigen druckprodukts
EP0895045A2 (de) Verfahren zur Luftzerlegung
AT517934A4 (de) Anlage und Verfahren zur gaskompressionsfreien Rückgewinnung und Speicherung von Kohlenstoff in Energiespeichersystemen
WO2022008095A1 (de) Verfahren und eine anlage zur auftrennung eines einsatzstroms
EP2604824A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie
EP4018143A1 (de) Verfahren zum betreiben eines wärmetauschers, anordnung mit wärmetauscher und anlage mit entsprechender anordnung
DE60018083T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff aus einem Gasgemisch
EP3205963A1 (de) Verfahren zur gewinnung eines luftprodukts und luftzerlegungs anlage
DE19612173C1 (de) Verfahren zum Verflüssigen eines kohlenwasserstoffreichen Einsatzstromes
DE102004005305A1 (de) Verfahren zum Rückverflüssigen eines Gases
DE102012020469A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung von Methan aus einem Synthesegas
EP2095047A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von produkten aus synthesegas
DE102021117030B4 (de) Gasgemisch-Zerlegungsanlage sowie Verfahren zum Abtrennen von wenigstens einem Hauptfluid aus einem Gasgemisch
EP3322947B1 (de) Verfahren zum abkühlen eines prozessstromes
DE102008059716A1 (de) Prozess zur Minimierung von Rückführgas in einem Kondensationsprozess
DE102012006746A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie
DE202017004193U1 (de) Anlage zum Speichern und Rückgewinnen von Energie
EP0081849B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Zerlegen von Syntheseabgas
DE102017002737A1 (de) Erzeugung eines Einsatzstroms für eine Alkan-Dehydrierung
DE102015007529A1 (de) Verfahren und Anlage zur Abtrennung von Methan aus einem methanhaltigen Synthesegasstrom
DE3035844A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von sauerstoff mittlerer reinheit
DE102004036708A1 (de) Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes
DE102007062213A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Oxogas
EP2770286A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Hochdruck-Sauerstoff und Hochdruck-Stickstoff

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division