DE10248364A1 - Verfahren zum Anfahren einer Anlage zur Tiefentemperaturzerlegung von Luft - Google Patents

Verfahren zum Anfahren einer Anlage zur Tiefentemperaturzerlegung von Luft

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Abstract

Das Verfahren dient zum Anfahren einer Anlage zur Tieftemperaturzerlegung eines Gasgemisches, insbesondere von Luft, die mindestens eine Trennsäule zur Erzeugung einer leichterflüchtigen Fraktion, insbesondere von Stickstoff, aufweist. Die Trennsäule ist mindestens teilweise mit Stoffaustauschböden ausgestattet. Während des Anfahrens wird mindestens zeitweise gleichzeitig eine tiefkalte Flüssigkeit in die Trennsäule und ein Gasstrom der leichterflüchtigen Fraktion eingeleitet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren einer Anlage zur Tieftemperaturzerlegung eines Gasgemischs, insbesondere von Luft, die mindestens eine Trennsäule zur Erzeugung einer leichterflüchtigen Fraktion, insbesondere von Stickstoff, aufweist, wobei die Trennsäule mindestens teilweise mit Stoffaustauschböden ausgestattet ist. Bei den Stoffaustauschböden kann es sich beispielsweise um Glockenböden oder Siebböden handeln, wie sie in der Destillationstechnik und insbesondere in der Tieftemperaturtechnik üblich sind.
  • Das Verfahren wurde im Rahmen der Gewinnung von Stickstoff aus Luft entwickelt; die Erfindung ist jedoch auch bei jedem anderen Verfahren zur rektifikatorischen Trennung eines Gasgemischs bei einer Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur anwendbar. Es bezieht sich hauptsächlich auf das Wiederanfahren einer Anlage nach einer Betriebsunterbrechung, insbesondere für den Fall, dass die Säule sich noch auf tiefer Temperatur befindet, ist jedoch auch auf das Anfahren einer warmen Anlage anwendbar.
  • Der Prozess kann insbesondere in der Halbleiter-Industrie eingesetzt werden, die für die Fertigung ihrer Produkte hoch reinen Stickstoff benötigt. Dieser muss ohne Unterbrechung verfügbar sein, weil sonst große Schäden in der Halbleiter-Produktion entstehen. Die Luftzerlegungsanlage leitet den hoch reinen Stickstoff über Rohrleitungen zum Verbraucher.
  • Um die Luftzerlegungsanlage bei einer Betriebsunterbrechung (zum Beispiel Ausfall auf Grund einer Unterbrechung der Stromversorgung) möglichst schnell wieder auf Produktion zu bringen, ist die Trennsäule üblicherweise mit geordneten Packungen bestückt. Mit ihr ist man in der Lage, den Luftzerleger innerhalb von 15 Minuten wieder in seinen Normalbetrieb zu bringen (siehe EP 538857 B1 oder EP 904518 B1).
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, in diesem Zusammenhang eine kostengünstigere Lösung zu finden.
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Im Rahmen der Erfindung wurde eine Anfahrmethode entwickelt, die auch bei einer Bodenkolonne, die einen geringeren Investitionsaufwand als eine gepackte Kolonne aufweist, eine schnelle Rückkehr zum Normalbetriebszustand nach einer Betriebunterbrechung ermöglicht. Hierzu wird - wie bei gepackten Trennsäulen bekannt - mit oder vor der Wiederaufnahme der Zufuhr des Einsatzgemischs eine tiefkalte Flüssigkeit in die Säule eingespeist. Dies alleine würde jedoch bei einer Bodensäule nicht zu dem gewünschten Erfolg führen. Die Flüssigkeit würde durch die Böden hindurchregnen, das Einsatzgemisch käme praktisch ohne Stoffaustausch am Kopf der Kolonne an und es stünde damit für lange Zeit kein reines Produkt zur Verfügung. Bis sich dann wieder eine hohe Reinheit einstellt (zum Beispiel hoch reiner Stickstoff mit weniger als 10 ppb Sauerstoff), können Stunden vergehen. Deshalb wird bei der Erfindung zusätzlich reines Gas, das im Wesentlichen die Zusammensetzung des gewünschten leichterflüchtigen Produkts aufweist, der Flüssigkeit entgegengeschickt, sodass sich auf den Böden ein Flüssigkeitsstand ausbilden kann. Sobald dies geschehen ist, kann das reine Gas durch Einsatzgemisch, zum Beispiel Luft, ersetzt werden. Zu diesem Zeitpunkt ist der Stoffaustausch schon in vollem Gange und am Kopf der Säule kann hoch reines Produkt gewonnen werden. Mit Hilfe dieser Methode ist es möglich, bei Bodenkolonnen zu ähnlich kurzen Anfahrzeiten wie bei Packungssäulen zu gelangen.
  • Der Gasstrom der leichterflüchtigen Fraktion wird unterhalb der tiefkalten Flüssigkeit in die Säule eingespeist, vorzugsweise werden die Flüssigkeit am Kopf und der Gasstrom am Sumpf der Trennsäule eingespeist.
  • Um eine unterbrechungsfreie Versorgung sicherzustellen, sind derartige Luftzerlegungsanlagen üblicherweise mit einem Notversorgungssystem ausgestattet, welches aus einem Speichertank für hoch reinen flüssigen Stickstoff und einer Verdampfungseinrichtung besteht. Bei der Erfindung kann dieses System genutzt werden, indem die tiefkalte Flüssigkeit dem Speichertank und/oder der Gasstrom dem Verdampfer der Notversorgung entnommen werden.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel wird bei einer Einsäulen-Luftzerlegungsanlage, wie sie aus EP 538857 B1 bekannt ist, beim Anfahren hoch reiner flüssiger Stickstoff aus dem Speichertank eines Notversorgungssystems auf den Kopf der Trennsäule aufgegeben. Gleichzeitig wird in dem Verdampfer des Notversorgungssystems hoch reiner gasförmiger Stickstoff erzeugt und als Gasstrom in den Sumpfbereich der Trennsäule eingeblasen, beispielsweise über die Einsatzluftleitung. Dabei wird zunächst noch keine Einsatzluft zugeführt. Nach einer vorbestimmten Zeit, zum Beispiel 5 bis 15 Minuten, vorzugsweise etwa 5 Minuten, wird die Luftzufuhr eingeschaltet und die Einsatzluft ersetzt den Gasstrom. Die Zufuhr des flüssigen Stickstoffs aus dem Speichertank kann dann abgeschaltet werden.

Claims (3)

1. Verfahren zum Anfahren einer Anlage zur Tieftemperaturzerlegung eines Gasgemischs, insbesondere von Luft, die mindestens eine Trennsäule zur Erzeugung einer leichterflüchtigen Fraktion, insbesondere von Stickstoff, aufweist, wobei die Trennsäule mindestens teilweise mit Stoffaustauschböden ausgestattet ist, wobei während des Anfahrens mindestens zeitweise gleichzeitig eine tiefkalte Flüssigkeit in die Trennsäule und ein Gasstrom der leichterflüchtigen Fraktion eingeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die tiefkalte Flüssigkeit aus einem Speichertank entnommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Gasstrom durch Verdampfen von Flüssigkeit aus dem Speichertank erzeugt wird.
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