DE1105897B - Process and device for gas separation in the event of large load fluctuations - Google Patents

Process and device for gas separation in the event of large load fluctuations

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DE1105897B DEG27991A DEG0027991A DE1105897B DE 1105897 B DE1105897 B DE 1105897B DE G27991 A DEG27991 A DE G27991A DE G0027991 A DEG0027991 A DE G0027991A DE 1105897 B DE1105897 B DE 1105897B
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Gaszerlegung durch Tieftemperaturrektifikation, bei dem Schwankungen in der Entnahmemenge eines ersten Zerlegüngsproduktes 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.The invention relates to a method and a device for gas separation by low-temperature rectification, compensated for fluctuations in the withdrawal amount of a first decomposition product are by additionally evaporating liquid, stored first decomposition product in the event of a large withdrawal is liquefied and stored while the gas mixture or a second decomposition product to be decomposed at the same time is stored in liquid form and with a small withdrawal the excess amount of the first decomposition product is, wherein the liquefied gas mixture or the second decomposition product is vaporized.

Wie jede Tieftemperaturgaszerlegung arbeitet auch die Sauerstoffgewinnung durch Luftzerlegung nur bei gleichmäßigem Vollastbetrieb am wirtschaftlichsten. Der Sauerstoffverbrauch für die meisten industriellen Verwendungszwecke, insbesondere für die Versorgung von Stahlwerksbetrieben, weist zeitlich große Schwankungen auf. Kurzzeitige Verbrauchsschwankungen lassen sich durch Druckspeicherung des Sauerstoffs ausgleichen. Für Belastungsschwankungen mit großer Periodendauer ist es bekannt, in Zeiten geringen Verbrauchs an flüssigem Sauerstoff diesen aus der Rektifikationssäule zu entnehmen, flüssig zu speichern und in Zeiten erhöhten Bedarfs zusätzlich zu verdampfen, 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 durch Verdampfen von gespeichertem flüssigem Sauerstoff mindestens teilweise in außerhalb der Rektifikationssäule liegenden zusätzlichen Verdampfern verflüssigt wird. 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.Like any cryogenic gas separation, the extraction of oxygen through air separation only works at even full load operation is the most economical. Oxygen consumption for most industrial Purposes, in particular for the supply of steel mills, shows great fluctuations over time on. Short-term fluctuations in consumption can be avoided by storing the oxygen under pressure balance. It is known for load fluctuations with a long period in times of low consumption to remove liquid oxygen from the rectification column, store it in liquid form and to evaporate in times of increased demand, and at the same time to be decomposed by heat exchange Gas mixture is liquefied and stored. Part of the air to be broken down is at medium pressure fed to the system, cooled and cleaned in switchable heat exchangers and then transferred to the Separation column fed in while another part is compressed to high pressure in a special cleaning device purified and then by evaporation of stored liquid oxygen at least is partially liquefied in additional evaporators located outside the rectification column. This Method has the disadvantage that part of the air must be compressed to high pressure, an additional one Cleaning device is necessary and part of the cleaned air is blown out of the system without being broken down will.

Dem Gegenstand der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des bekannten Verfahrens zu überwinden und ein wesentlich einfacheres Verfahren zu schaffen, bei dem die zusätzliche Reinigungseinrichtung und die Verdampfer für die gespeicherten flüssigen Produkte nicht benotigt werden.The object of the invention is based on the disadvantages of the known method overcome and create a much simpler process in which the additional cleaning device and the evaporators for the stored liquid products are not required.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Wärmeaustausch zwischen dem gespeicherten ersten Zerlegungsprodukt und dem zweiten Zerlegungsprodukt oder dem zu zerlegenden Gasgemisch in der Rektifikationssäule stattfindet.This object is achieved in that the heat exchange between the stored first decomposition product and the second decomposition product or the gas mixture to be separated in the rectification column takes place.

Dies hat den Vorteil, daß keine zusätzlichen Verdampfer benötigt werden und der Kondensatorver-Verfahren und EinrichtungThis has the advantage that no additional evaporators are required and the capacitor process and furnishings

zur Gaszerlegung bei großenfor gas separation in large

BelastungsschwankungenLoad fluctuations

Anmelder:Applicant:

Gesellschaft für Linde's EismaschinenSociety for Linde's ice machines

Aktiengesellschaft,Corporation,

Zweigniederlassung Höllriegelskreuth,
Höllriegelskreuth bei MünchenBranch office Höllriegelskreuth,
Höllriegelskreuth near Munich

Dipl.-Ing. Walther Ernst Ruckdeschel,Dipl.-Ing. Walther Ernst Ruckdeschel,

Pullach bei München,
und Max Seidel, München-Solln,
sind als Erfinder genannt wordenPullach near Munich,
and Max Seidel, Munich-Solln,
have been named as inventors

dämpfer in der Trennsäule trotz wechselnder Entnahmemenge eines Gaszerlegungsproduktes gleichbleibend mit etwa derselben zu verdampfenden Flüssigkeitsmenge belastet wird.damper in the separation column despite changing quantities of a gas separation product constant with approximately the same amount of liquid to be evaporated is charged.

Das Verfahren soll im folgenden an Hand einer Luftzerlegungsanlage zur Gewinnung von Sauerstoff beschrieben werden. Es ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern läßt sich auch für die Stickstofferzeugung sowie bei allen Tieftemperatur-Gaszerlungsanlagen in entsprechender Weise anwenden.In the following, the process will be based on an air separation plant for the production of oxygen to be discribed. However, it is not limited to this, but can also be used for nitrogen generation as well as apply in the same way in all low-temperature gas separation plants.

Die Luftzerlegungsanlage wird für den durchschnittlichen Sauerstoffbedarf bemessen. Die Anpassung der Sauerstoffabgabe an den Verbrauch wird durch Verdampfung von Sauerstoff aus einem Vorratsspeicher bei gleichzeitiger Verflüssigung von Luft oder Stickstoff in einen weiteren Vorratsspeicher oder durch Verflüssigung von Sauerstoff und Verdampfung von Luft oder Stickstoff bewirkt.The air separation plant is sized for the average oxygen demand. The adaptation The oxygen delivery to consumption is made by evaporation of oxygen from a storage tank with simultaneous liquefaction of air or nitrogen in a further storage tank or caused by liquefaction of oxygen and evaporation of air or nitrogen.

Bei erhöhtem Bedarf an Sauerstoff wird flüssiger Sauerstoff dem Vorratstank entnommen, im Zerlegungsapparat verdampft, erwärmt und dem Verbrauch zusätzlich zugeführt. Dafür wird gleichzeitig in einem zweiten Vorratstank eine entsprechende Menge flüssigen Stickstoffs oder flüssiger Luft gespeichert. DieseIf there is an increased need for oxygen, liquid oxygen is taken from the storage tank in the decomposition apparatus evaporated, heated and additionally fed to consumption. This is done simultaneously in one second storage tank a corresponding amount of liquid nitrogen or liquid air is stored. These

109 579/92109 579/92

Menge wird so gewählt, daß das Wärmegleichgewicht der Zerlegungsanlage nicht gestört wird.The amount is chosen so that the thermal equilibrium of the cutting plant is not disturbed.

In Zeiten geringeren Sauerstoff Verbrauchs wird dem Zerlegungsapparat flüssiger Sauerstoff entnommen und im Sauerstoffvorratstank gespeichert und dafür zur Aufrechterhaltung des Wärmegleichgewichts flüssige Luft oder flüssiger Stickstoff aus dem anderen Vorratstank der Trennsäule zugeführt.In times of lower oxygen consumption, the Decomposition apparatus taken liquid oxygen and stored in the oxygen storage tank and for it to maintain the thermal equilibrium liquid air or liquid nitrogen from the other Supply tank fed to the separation column.

Der für die Durchschnittslast bemessene Luftzerlegungsapparat wird also dauernd mit Vollast betrieben und kann entsprechend dem schwankenden Bedarf kleinere oder größere Sauerstoff mengen an das Verbrauchsnetz abgeben.The air separation apparatus designed for the average load is therefore continuously operated at full load and depending on the fluctuating demand, smaller or larger amounts of oxygen can be fed to the consumption network hand over.

Dabei bleibt die vom Verdampfer der Trennsäule zu verdampfende Flüssigkeitsmenge etwa gleich, da bei stärkerer Entnahme von Sauerstoff zwar flüssiger Sauerstoff in den Verdampfer eingespeist, aber gleichzeitig die Menge der in die obere Säule eingespeisten Flüssigkeit geringer wird, weil eine der eingespeisten Sauerstoff menge etwa gleiche Menge flüssiger Luft oder flüssigen Stickstoffs vor der Trennsäule zur Speicherung entnommen wird.The amount of liquid to be evaporated by the evaporator of the separation column remains approximately the same, since if more oxygen is withdrawn, liquid oxygen is fed into the evaporator, but at the same time the amount of liquid fed into the upper column becomes smaller because one of the fed Oxygen is about the same amount of liquid air or liquid nitrogen in front of the separation column for storage is removed.

Gemäß einer besonderen Ausbildung des Erfindungsgegenstandes kann, wenn die Kälte in Niederdruck-Entspannungsmaschinen erzeugt wird, in Zeiten hohen Sauerstoffbedarfs die arbeitsleistend entspannte Luftoder Stickstoffmenge vermindert werden, um durch erhöhte Waschflüssigkeitsaufgabe in der Trennsäule die Sauerstoffausbeute aus der zu zerlegenden Luft zu erhöhen. Während dieser Perioden erhöhter Sauerstoffentnahme kann der Kältebedarf des Zerlegungsapparates ganz oder teilweise durch den eingespeisten flüssigen Sauerstoff gedeckt werden, und es wird entsprechend weniger flüssige Luft oder flüssiger Sauerstoff in den Vorratsbehälter abgegeben. Die Ergänzung des Flüssiggasvorrats kann in den Perioden geringer Belastung durch Vergrößern der arbeitsleistend zu entspannenden Luft- oder Stickstoffmenge und Entnahme einer größeren Sauerstoffmenge zur Speicherung im Vorratstank erreicht werden.According to a special embodiment of the subject matter of the invention, if the cold in low-pressure expansion machines is generated, in times of high oxygen demand, the work relaxed air or Amount of nitrogen can be reduced by increasing the amount of washing liquid in the separation column to increase the oxygen yield from the air to be separated. During these periods of increased oxygen consumption the cooling requirements of the cutting apparatus can be wholly or partially fed in by the liquid oxygen, and there is correspondingly less liquid air or liquid oxygen dispensed into the storage container. The replenishment of the liquid gas supply can be lower in the periods Stress by increasing the amount of air or nitrogen to be relaxed and removing the work a larger amount of oxygen can be achieved for storage in the storage tank.

In der Zeichnung ist eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens für die Sauerstofferzeugung durch Luftzerlegung mit wechselweiser Speicherung von flüssigem Sauerstoff und flüssigem Stickstoff schematisch und beispielsweise dargestellt. Dabei wurde nicht die gesamte Anlage gezeichnet, sondern nur der für die Erfindung wesentliche Teil.In the drawing, a system for carrying out the process for generating oxygen is through Air separation with alternating storage of liquid oxygen and liquid nitrogen schematically and shown for example. The entire system was not drawn, only the one for the invention essential part.

1 ist die Niederdrucksäule, 2 die Drucksäule eines Zweisäulen-Rektifikationsapparates. Durch die Leitung 3 wird die zu zerlegende Luft mit etwa Verflüssigungstemperatur der Drucksäule 2 zugeführt. Dem Sumpf dieser Säule wird über die Leitung 4 und das Drosselventil 5 die sauerstoffreiche Sumpfflüssigkeit entnommen und der Niederdrucksäule 1 aufgegeben. Durch die Leitung 6 wird gasförmiger Sauerstoff entnommen. Gasförmiger Stickstoff verläßt die Anlage bei 7. Durch die Leitung 8 und das Drosselventil 9 wird flüssiger Sauerstoff zu einem Abscheider 10 geleitet, dessen oberes Ende mit der Leitung 7 verbunden ist, während vom unteren Ende eine Leitung 11 einen Teil des flüssigen Stickstoffs als Waschflüssigkeit dem Kopf der Niederdrucksäule 1 zuführt und eine Leitung 12, die das Ventil 13 enthält, mit dem Flüssiggastank 14 verbunden ist. Vom Boden dieses Speichertanks führt eine Leitung zu einer Pumpe 15, die die Flüssigkeit durch die mit dem Ventil 17 versehene Leitung 16 zum Abscheider 10 befördern kann. Aus dem Sumpf der Niederdrucksäule 1 kann flüssiger Sauerstoff entnommen und über die Leitung 18 und das Ventil 19 dem Flüssiggastank 20 zugeleitet werden. Vom Boden dieses Tanks führt eine Leitung zur Pumpe 21, mit deren Hilfe die Flüssigkeit durch die Leitung 22, die das Ventil 23 enthält, in die Niederdrucksäule 1 gepumpt werden kann. In Zeiten starker Entnahme von gasförmigem Sauerstoff durch die Leitung 6 wird aus dem Flüssiggastank 20 flüssiger Sauerstoff mit Hilfe der Pumpe in die Niederdrucksäule 1 geführt und dort zusätzlich verdampft. Zum Ausgleich für die dafür benötigte1 is the low pressure column, 2 the pressure column of a two-column rectification apparatus. Through the line 3, the air to be broken down is fed to the pressure column 2 at approximately the liquefaction temperature. To the The sump of this column is the oxygen-rich sump liquid via the line 4 and the throttle valve 5 removed and abandoned the low pressure column 1. Gaseous oxygen is withdrawn through line 6. Gaseous nitrogen leaves the system at 7 through line 8 and throttle valve 9 liquid oxygen is passed to a separator 10, the upper end of which is connected to the line 7 is, while from the lower end of a line 11 is part of the liquid nitrogen as washing liquid the head of the low pressure column 1 and a line 12 containing the valve 13 with the Liquid gas tank 14 is connected. A line leads from the bottom of this storage tank to a pump 15, which convey the liquid through the line 16 provided with the valve 17 to the separator 10 can. Liquid oxygen can be taken from the bottom of the low-pressure column 1 and via the line 18 and the valve 19 are fed to the liquid gas tank 20. A pipe runs from the bottom of this tank to the pump 21, with the help of which the liquid through the line 22 containing the valve 23 into the Low pressure column 1 can be pumped. In times of heavy withdrawal of gaseous Oxygen through the line 6 becomes liquid oxygen from the liquid gas tank 20 with the aid of the pump led into the low pressure column 1 and also evaporated there. To compensate for the necessary

ίο Wärme wird durch Öffnung des Ventils 13 flüssiger Stickstoff abgezogen und im Flüssiggastank 14 gespeichert. ίο Heat becomes more fluid by opening valve 13 Nitrogen is drawn off and stored in the liquid gas tank 14.

Bei der Entnahme einer geringeren Menge Sauerstoffs durch die Leitung 6 wird mit Hilfe des Ventils 13 die Ableitung von flüssigem Stickstoff abgedrosselt und gleichzeitig mit der Pumpe 15 der gespeicherte flüssige Stickstoff dem Abscheider 10 und über die Leitung 11 der Niederdrucksäule 1 zugeführt.When a smaller amount of oxygen is withdrawn through line 6, the valve is used 13 throttled the discharge of liquid nitrogen and at the same time with the pump 15 of the stored liquid nitrogen is fed to the separator 10 and via line 11 to the low-pressure column 1.

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren 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 Überschußmenge des ersten Zerlegungsproduktes flüssig gespeichert wird, wobei das verflüssigte Gasgemisch oder das zweite Zerlegungsprodukt verdampft wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustausch zwischen dem gespeicherten ersten. Zerlegungsprodukt (20) und dem zweiten Zerlegungsprodukt (14) oder dem zu zerlegenden Gasgemisch in der Rektifikationssäule (1, 2) stattfindet. 1. Process for gas separation by cryogenic rectification, in the case of fluctuations in the amount withdrawn from a first decomposition product be compensated by storing liquid, first decomposition product in the event of a large withdrawal is also vaporized while at the same time gas mixture to be broken down or a second decomposition product is liquefied and stored and the excess amount of the first decomposition product is stored in liquid form, the liquefied gas mixture or the second decomposition product is evaporated, characterized in that the heat exchange between the saved first. Decomposition product (20) and the second decomposition product (14) or the gas mixture to be separated takes place in the rectification column (1, 2). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Kälteerzeugung durch arbeitsleistende Niederdruckentspannung in Zeiten großer Entnahme des gasförmigen ersten Zerlegungsproduktes (6) weniger oder kein Gas zur Kälteerzeugung arbeitsleistend entspannt wird und der Kältebedarf ganz oder teilweise durch verflüssigtes Gasgemisch oder durch das zweite flüssige Zerlegungsprodukt (14) gedeckt wird, während in Zeiten geringer Entnahme mehr Gas zur Kälteerzeugung arbeitsleistend entspannt und entsprechend mehr flüssiges erstes Zerlegungsprodukt entnommen (18)2. The method according to claim 1, characterized in that in the case of cold generation by work-performing Low pressure expansion in times of large withdrawal of the first gaseous decomposition product (6) less or no gas for refrigeration is expanded to perform work and the refrigeration requirement is completely or partially covered by liquefied gas mixture or by the second liquid decomposition product (14), while less at times Withdrawal of more gas to generate cold work relaxed and correspondingly more liquid first decomposition product removed (18) So und gespeichert wird (20).So and is saved (20). 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahme oder Rückführung des ersten Zerlegungsproduktes (18, 22) nach dem Säulengleichgewicht, beispielsweise nach der Temperaturdifferenz zwischen Säulensumpf und einer geeigneten Stelle in der Säulenmitte von Hand oder automatisch bewirkt wird, während zum Ausgleich dieser Rückführung oder Entnahme das Gasgemisch oder das zweite Zerlegungsprodukt3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the removal or return of the first decomposition product (18, 22) after the column equilibrium, for example after the Temperature difference between the bottom of the column and a suitable point in the middle of the column of Manually or automatically effected while compensating for this return or withdrawal the gas mixture or the second decomposition product (14) nach dem Flüssigkeitsstand im Säulensumpf von Hand oder automatisch eingestellt wird.(14) is set manually or automatically according to the liquid level in the column sump. 4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Rektifikationssäule (1, 2) und mindestens zwei Flüssiggastanks (14,20) sowie je zwei Verbindungsleitungen (18, 22; 12, 16) mit Regelventilen (19, 23; 13,17) zwischen jedem Flüssiggastank (14, 20) und einmal einer Entnahme-» und Zufuhrstelle der Rektifikationssäule für das flüssige erste Zerlegungsprodukt und einmal einer Entnahme-4. Device for performing the method according to claim 1, characterized by a Rectification column (1, 2) and at least two liquid gas tanks (14, 20) and two connecting lines each (18, 22; 12, 16) with control valves (19, 23; 13, 17) between each liquid gas tank (14, 20) and once a removal and supply point the rectification column for the liquid first decomposition product and once a removal und Zufuhrstelle für das flüssige Gasgemisch oder das zweite Zerlegungsprodukt.and supply point for the liquid gas mixture or the second decomposition product. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch in die Verbindungsleitungen (16, 22) geschaltete Pumpen (15, 21) für die Rückführung der gespeicherten säule (1, 2).5. Device according to claim 4, characterized by connected in the connecting lines (16, 22) Pumps (15, 21) for the return of the saved column (1, 2). Flüssigkeiten zur Rektifikations-Liquids for rectification In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 1 012 939, 1 056 633.Considered publications: German Patent Specifications No. 1 012 939, 1 056 633. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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