DE1103947B - Verfahren und Einrichtung zur Gaszerlegung bei grossen Belastungsschwankungen - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Gaszerlegung bei grossen Belastungsschwankungen

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Description

DEUTSCHES
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Gaszerlegung durch Tieftemperaturrektifikation, bei dem Schwankungen, in der Entnahmemenge eines ersten Zerlegungsproduktes ausgeglichen werden, indem bei starker Entnahme flüssiges, gespeichertes erstes Zerlegungsprodukt zusätzlich verdampft wird, während gleichzeitig zu zerlegendes Gasgemisch oder ein zweites Zerlegungsprodukt verflüssigt und gespeichert wird und bei geringer Entnahme die Überschuß menge des ersten Zerlegungs-Produktes flüssig gespeichert wird, wobei das verflüssigte Gasgemisch oder das zweite Zerlegungsprodukt verdampft wird, und die Kälteverluste durch arbeitsleistendSe Entspannung gedeckt werden.
Luftzerlegungsanliagen sind häufig wechselnden Betrieb'sbedingungeni ausgesetzt. Insbesondere Stahlwerksbetriebe stellen an die Anpassungsfähigkeit der Trennanlagen große Anforderungen. Soweit es sich nur um die durch den normalen Konverterbetrieb verursachten Schwankungen des Sauerstoffbedarfes handelt, sind diese durch Druckspeicherung überbrückbar. Liegen jedoch Beliastungsschwankungen mit langer Periodendauer vor, so konnten diese bisher nur durch eine energetisch kostspielige Flüssigkeitspeicherung oder durch einen entsprechend schwankenden Betrieb der Trennanlage ausgeglichen werden. Im letzteren Fall ist die Schwankungsbreite durch die Arbeitsfähigkeit des Rektifikators begrenzt. Außerdem muß der Trennapparat nach dem größten und nicht nach dem mittleren Sauerstoffbedarf bemessen werden.
Ein bekanntes Verfahren vermeidet diese Nachteile dadurch, daß in Zeiten geringen Verbrauchs an flüssigem Sauerstoff dieser aus der Rektifikationssäule entnommen, flüssig gespeichert und in Zeiten erhöhten Bedarfs zusätzlich verdampft wird, wobei gleichzeitig durch Wärmeaustausch zu zerlegendes Gasgemisch verflüssigt und gespeichert wird. Ein Teil der zu zerlegenden Luft wird dabei mit Mitteldruck der Anlage zugeführt, in umschaltbaren Wärmeaustauschern gekühlt und gereinigt und dann in die Zerlegungssäule eingespeist, während ein anderer Teil auf Hochdruck verdichtet, in einer besonderen Reinigungseinrichtung gereinigt und dann im Wärmeaustausch mit gespeichertem flüssigem Sauerstoff mindestens teilweise verrtüssigt wird. Bei erhöhter Entnahme von Sauerstoff wird dabei die Kälteerzeugung durch arbeitsleistende Entspannung gedrosselt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß ein Teil der Luft auf Hochdruck komprimiert werden muß, eine zusätzliche Reinigungseinrichtung notwendig ist und ein Teil der gereinigten Luft unzerlegt aus der Anlage abgeblasen wird. Ein weiterer Nachteil ist, daß in den Zeiten, in denen durch verstärkte Verdampfung erhöhte Kälteverluste Verfahren und Einrichtung
zur Gaszerlegung
bei großen Belastungsschwankungen
Anmelder:
Gesellschaft für Linde's Eismaschinen
Aktiengesellschaft,
Zweigniederlassung Höllriegelskreuth,
Höllriegelskreuth bei München
Fritz Jakob, Pullach bei München,
ist als Erfinder genannt worden
auftreten, die Kälteerzeugung durch larbeitsleistende Entspannung verringert wird.
Dem Gegenstand der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile des bekannten Verfahrens zu überwinden. Dies wird dadurch erreicht, daß das gesamte zu zerlegende Gasgemisch auf Mitteldruck verdichtet, in umschaltbaren Wärmeaustauschern gekühlt und gereinigt und mindestens ein Teil des Gasgemisches im Wärmeaustausch mit dem ersten Zerlegungsprodukt verflüssigt wird.
Dies hat den Vorteil, daß ein getrennter Hochdruckkreislauf nicht benötigt wird und die zusätzliche Reinigungseinrichtung entfällt, da das gesamte zu zerlegende Gas unter Mitteldruck durch umschaltbare Wärmeaustauscher zugeführt wird. Weiterhin bleibt die Kälteleistung durch arbeitsleistende Entspannung auch in Zeiten erhöhter Entnahme mindestens gleich der in Zeiten geringer Entnahme.
Die Gaszerlegung selbst wird nach bekannten Verfahren, beispielsweise nach Linde-Fränkl, durchgeführt. Die Reinigung des zu zerlegenden Gases und seine Abkühlung auf die, in der Trennsäule benötigte Zerlegungstemperatur erfolgt vorzugsweise in Regeneratoren. Das eine Zerlegungsprodukt, vorzugszugsweise der Sauerstoff bei Luftzerlegungsanlagen, wird durch in die Regeneratoren eingelegte Rohrschlangen geführt. Die Kälteverluste werden durch arbeits-
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leistende Entspannung eines Teiles des zu zerlegenden mung des zu entspannenden Gases einen Mitteldruck-Gasgemisches ausgeglichen. Anwärmkreislauf heranzuziehen. Eine andere Mög-
Der Gaszerlegungsanlage, die eine konstante Luft- lichkeit besteht darin, die Kälteerzeugung diskontimenge verarbeitet, wird ein Teil eines Zerlegungspro- nuierlich zu machen und während der Grundlastduktes, bei der Sauerstoffgewinnung aus Luft vor- 5 periode wenig, während der Hauptlastperiode vie! zugsweise der Sauerstoff, flüssig aus dem Hauptkon- Luft durch die Turbine zu schicken,
densator entnommen und einem kommunizierend mit Auch ist es möglich, in den Hauptbelastungsperio-
diesem verbundenen Flüssigkeitstank zugeleitet. den anstatt des unzerlegten verflüssigten Gasgemisches Durch eine Regelvorrichtung in dieser Zuleitung wird ein weiteres Zerlegungsprodukt flüssig zu speichern, der Flüssigkeitsstand im Hauptkondensator konstant io Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des gehalten. Aus diesem Tank läuft die Flüssigkeit in Gegenstandes der Erfindung dar.
einen Verdampfer, der durch das zu zerlegende Gas- 1, 2, 3 und 4 sind Regeneratoren, in die jeweils die
gemisch beheizt wird. Dieser Verdampfer ist so tief Rohrschlangen a iund b eingelegt sind. Durch idie aufgestellt, daß er auch bei fast leerem Speichertank Rohrschlangen b wird die beim normalen Betrieb begefüllt werden kann. Bei anderer räumlicher Anord- 15 nötigte Sauerstoff menge entnommen, durch die Rohrnung ist eine zusätzliche Flüssigkeitspumpe zur Fül- schlangen α die bei Mehrverbrauch benötigte Zusatzlung des Speichertanks notwendig. Vom Kopf dieses menge. 5 ist eine Turbine. 6 ist die untere und 7 die Verdampfers wird gasförmiges Produkt entnommen obere Säule einer Rektifikationskolonne. Durch die und durch ein in die Regeneratoren eingelegtes Rohr- Leitung 8 strömt Hochdruckluft in die Anlage. Bei schlangensystem geleitet. Vom Fuß des Verdampfers 20 einer bestimmten Ventilstellung wird die Luft beiwird Flüssigkeit einem Zusatzverdampfer zugeleitet, spielsweise durch den Regenerator 1 geleitet. Ein Teil in dem die als Grundleistung benötigte Menge Flüs- wird dem Regenerator durch die Anzapfung 9 entsigkeit verdampft und durch ein weiteres in die Re- nommen, durch den Adsorber 10 geleitet, in der Turgeneratoren eingelegtes Rohrschlangensystem zum bine 5 entspannt und in die obere Säule 7 eingeführt. Verbrauch geführt wird. Das bei der Verdampfung 25 Der andere Teil strömt durch die Leitung 11 in den des Reinproduktes kondensierende, zu zerlegende Gas- Fuß der unteren Säule 6 und wird dort verflüssigt, gemisch wird in einem Flüssigkeitstank gesammelt Die Rektifikation geschieht in bekannter Weise. Sie und von dort regelbar in die Niederdrucksäule des ist nicht Gegenstand der Erfindung und soll deshalb Rektifikators geleitet. nicht näher beschrieben werden.
Bei der Inbetriebnahme ist einer der Behälter mit 30 Ein Speichertank 14 für flüssigen Sauerstoff ist flüssigem Trennungsprodukt bzw. mit flüssigem, zu durch die Leitung 12 mit dem Fuß der oberen Säule 7 trennendem Gasgemisch zu füllen. Ist der Behälter für verbunden. Das Ventil 13 regelt den Zufluß zu diedas gewonnene Reinprodukt voll und setzt die Haupt- sem Tank so, daß in der oberen Säule 7 ein konstanlastperiode ein, so wird das Zusatz-Rohrschlangen- ter Flüssigkeitsspiegel aufrechterhalten wird. Der in system geöffnet, das im Verdampfer befindliche Gas 35 dem Speichertank 14 verdampfende Sauerstoff wird strömt ab und Flüssigkeit aus dem Reinprodukt-Vor- durch die Leitung 36 wieder der oberen Säule 7 zuratstank strömt nach, wird verdampft und gelangt geführt. Die Leitung 15 führt vom Boden des Speidurch das Zusatz-Rohrschlangensystem aus der An- chertanks 14 zu einem tieferliegenden Verdampfer 16. lage. Die durch die Verdampfung des Reinproduktes Vom oberen Ende dieses Verdampfers gelangt gasaus dem zu zerlegenden Gasgemisch gebildete Flüssig- 40 förmiger Sauerstoff durch die Leitung 17 und die keit wird inzwischen in dem zweiten Behälter ge- Rohrschlange α des entsprechenden Regenerators über speichert. Ist die Hauptlastperiode beendet, so ist der die Leitung 18 zum Verbraucher.
Reinproduktbehälter leer, der mit dem unzerlegten Ge- Der im Verdampfer 16 nicht verdampfte Teil des
misch voll. In der nun folgenden Grundlastperiode Sauerstoffes fließt durch die Leitung 19 zu einem Zuwird dieser Behälter in die obere Säule entleert, wobei 45 satzverdampfer 20, in .dem die beim normalen Betrieb eine gleichwertige flüssige Menge des Reinproduktes gebrauchte Sauerstoff menge verdampft wird. Über erzeugt und in dem zugehörigen Behälter gespeichert einen Abscheider 21 gelangt der gasförmige Sauerwird. Am Ende der Grundlastperiode ist der Aus- stoff in die Regeneratorschlangen b und kann angangszustand wiederhergestellt. schließend durch die Leitung 22 entnommen werden.
Der wechselseitige Betrieb bringt es mit sich, daß, 50 Die im Verdampfer 16 benötigte Verdampfungswenn, beispielsweise bei der Luftzerlegung, viel wärme wird durch Kondensation von Luft frei, die Sauerstoff die Anlage verläßt, viel Luft gespeichert, bei 24 der unteren Säule 6 entnommen und durch also wenig Stickstoff gebildet wird. Umgekehrt wird, den Verdampfer geführt wird. Die dabei gebildete wenn wenig Sauerstoff die Anlage verläßt, viel Luft flüssige Luft sammelt sich im Speichertank 25. Sie zerlegt, also viel Stickstoff gebildet. Dieser Mengen- 55 kann durch die Leitung 26 entnommen, im Ventil 27 ausgleich gestattet es, die Regeneratoren recht gut entspannt und der oberen Säule 7 zugeführt werden. im Gleichgewicht zu halten. Zwischen Ein- und Aus- Bei 28 wird dieser Säule gasförmiger Stickstoff enttretendem treten nur Mengendifferenzen von wenigen nommen, durch die Wärmeaustauscher 29 und 30 geProzent auf. Dabei ist es von Vorteil, daß, wenn viel leitet und anschließend durch die Regeneratoren ge-Gas durch die Rohrschlangen strömt, ein Eintritts- 60 führt. Bei 23 verläßt er die Anlage.
Überschuß besteht und der Austrittsüberschuß mit Um zu vermeiden, daß man während der Zeit des
seinen großen Temperaturdifferenzen am warmen Austrittsüberschusses aus den Regeneratoren in das Regeneratorende dann auftritt, wenn wenig Kälte- Gebiet der Sättigung hinein entspannen muß, ist ein Verluste durch den Sauerstoff zu erwarten sind. Trotz- Anwärmkreislauf vorgesehen. Durch die Leitung 31 dem sind die Austausch Verluste größer als bei völlig 65 wird der unteren Säule 6 Luft entnommen, die in ausgeglichener Regeneratorbilanz. einem Wärmeaustauscher 32 angewärmt und hinter
Während der Zeit des Austrittsüberschusses steht dem Adsorber 10 der Turbine 5 zugeführt wird. Zur nur wenig Wärme für die Turbinenanwärmung zur Anwärmung dieser Luft wird bei 35 ein Teil der Verfugung und wenn nicht in die Sättigung hinein Luft abgezweigt, im Wärmeaustauscher 33 im Gegenentspannt werden soll, ist es notwendig, zur Anwär- 7c strom mit im Kompressor 34 verdichteter Luft ange-
wärmt, durch den Wärmeaustauscher 32 geleitet und der durch die Leitung 11 zur unteren Säule 6 strömenden Luft zugefügt.
Das Verfahren nach der Erfindung ist nicht auf Anlagen mit Regeneratoren beschränkt. An öderen Stelle lassen sich auch andere Wärmeaustauscher, insbesondere Reversimg-exchangers, verwenden.
Anstatt bei erhöhter Entnahme des Hauptzerlegungsprodukts zu zerlegendes Gasgemisch zu speichern, wie dies in der schematisch gezeichneten Anlage der Fall ist, kann mindestens teilweise auch ein anderes Zerlegungsprodukt oder, beispielsweise bei Verbundbetrieb mit einer anderen Anlage, ein anderes Gas gespeichert werden.
15

Claims (9)

Patentansprüche-
1. Verfahren zur Gaszerlegung durch Tieftemperaturrektifikation, bei dem Schwankungen in der ao Entnahmemenge eines ersten Zerlegungsproduktes ausgeglichen werden, indem bei starker Entnahme flüssiges, gespeichertes erstes Zerlegungsprodukt zusätzlich verdampft wird, während gleichzeitig zu zerlegendes Gasgemisch oder ein zweites Zerlegungsprodukt verflüssigt und gespeichert wird und bei geringer Entnahme die Überschußmenge des ersten Zerlegungsproduktes flüssig gespeichert wird, wobei das verflüssigte Gasgemisch oder das zweite Zerlegungsprodukt verdampft wird, und die Kälteverluste durch arbeitsleistende Entspannung gedeckt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte zu zerlegende Gasgemisch auf Mitteldruck verdichtet, in umschaltbaren Wärmeaustauschern gekühlt und gereinigt und mindestens ein Teil des Gasgemisches im Wärmeaustausch mit dem ersten Zerlegungspunkt verflüssigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kälteleistung durch arbeitsleistende Entspannung in Perioden starker Entnähme gleich der in Perioden geringer Entnahme ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Sauerstoffgewinnung durch Luftzerlegung flüssiger Sauerstoff gespeichert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des der Rektifikationsanlage zugeführten, bei der Verdampfung des gespeicherten Zerlegungsproduktes kondensierten Gasgemisches automatisch oder von Hand geregelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des kondensierten Gasgemisches in die Trennsäule kontinuierlich erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Perioden starker Entnahme der Entspannungsmaschine zusätzlich Gas aus einem getrennten Anwärmkreislauf zugeführt wird.
7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fuß der oberen Säule (7) einer zweistufigen Rektifikationskolonne (6, 7) über ein automatisch oder von Hand regelbares Ventil (13) mit einem Speichertank (14) verbunden ist.
8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der tiefste Punkt des Speichertanks (14) mit einem tiefer als dieser liegenden Verdampfer (16) verbunden ist.
9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom Boden des Speichertanks (25) für das zu zerlegende Gasgemisch eine Leitung (26) zur oberen Säule (7) führt, in die ein von Hand oder automatisch regelbares Ventil (27) geschaltet ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 1012 939, 1056 633.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 109539/119 3.61
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1186478B (de) * 1959-12-14 1965-02-04 British Oxygen Co Ltd Verfahren zur Entnahme eines gasfoermigen Trennproduktes aus einer Tieftemperatur-Gasgemischzerlegungsanlage
DE102016107468B3 (de) * 2016-04-22 2017-09-21 Fritz Winter Eisengiesserei Gmbh & Co. Kg Verfahren und Anlage zur Nutzung eines von einer Gaszerlegeeinrichtung bereitgestellten Zielgases

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DE1186478B (de) * 1959-12-14 1965-02-04 British Oxygen Co Ltd Verfahren zur Entnahme eines gasfoermigen Trennproduktes aus einer Tieftemperatur-Gasgemischzerlegungsanlage
DE102016107468B3 (de) * 2016-04-22 2017-09-21 Fritz Winter Eisengiesserei Gmbh & Co. Kg Verfahren und Anlage zur Nutzung eines von einer Gaszerlegeeinrichtung bereitgestellten Zielgases
DE102016107468B9 (de) * 2016-04-22 2017-12-21 Fritz Winter Eisengiesserei Gmbh & Co. Kg Verfahren und Anlage zur Nutzung eines von einer Gaszerlegeeinrichtung bereitgestellten Zielgases

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