DE19836824C2 - Verfahren und Anlage zur Zerlegung von Luft mittels kryogener Destillation in einer Einfachsäule - Google Patents

Verfahren und Anlage zur Zerlegung von Luft mittels kryogener Destillation in einer Einfachsäule

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Zerlegung von Luft mittels kryogener Destillation in einer Einfachsäule, gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 8.
Bei Verfahren dieser Gattung wird ein Kohlenwasserstoffe enthaltender Strom, z. B. Erdgas, nach partieller Oxidation mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft in ein Synthesegas überführt.
Diese Umwandlung kann nach einem Reformierungsverfahren, z. B. nach dem ATR-Prinzip (ATR = Autothermal Reforming), er­ folgen, das die Erzeugung eines Synthesegases ermöglicht. Durch weitere, katalytische Umwandlung wird das Synthesegas in flüssige Kohlenwasserstoffe (Kerosin, Diesel, Naphtha) überführt.
Verfahren dieser Gattung sind aus den Schriften US 5 628 931 A, WO 93/15999 A1, GB 2 183 672 A und EP 214 432 A1 bekannt.
In der prioritätsälteren, jedoch nicht vorveröffentlichten EP 0 798 522 A2 sind ein Verfahren und eine Anlage zur Zer­ legung von Luft unter Verwendung von zwei Einfachsäulen un­ terschiedlicher Ausführungsformen beschrieben. In der einen Ausführungsform umfaßt die Einfachsäule zwei Wärmeaustau­ scher, in der anderen Ausführungsform drei Wärmeaustau­ scher.
Aus der EP 0 770 840 A2 sind ein Verfahren und eine Anlage zur Zerlegung von Luft in einer Hochdrucksäule und in einer Niederdrucksäule bekannt. Die Niederdrucksäule umfaßt einen Aufkocher; jedoch wird der in letzteren eingeleitete Luft­ strom nur kondensiert und nicht zerlegt.
Tatsächlich wird Sauerstoff in der Regel durch Zerlegung von Luft unter Verwendung einer Doppelsäule gewonnen. Al­ lerdings nimmt die Destillationsqualität ab, wenn die Säule nicht stabil und ruhig steht sondern z. B. auf dem Deck eines Schiffes montiert ist, weil in diesem Fall die Böden oder die Füllungen in der Säule nicht ordnungsgemäß arbei­ ten.
Die Artikel "Nitrogen for Inerting", Tank and Bulk Carrier, November 1973 und "Destillation Problems on a Floating Plant", CEP, November 1982, liefern Lösungsvorschläge zur Verbesserung der Destillation auf einem Schiff.
Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren und eine An­ lage zur Zerlegung von Luft bereitzustellen, das bzw. die mit den Arbeitsbedingungen auf einem Schiff kompatibel ist.
Bei einem Verfahren mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen ist die Aufgabe erfindungsgemäß durch das im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmal gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 7 angegeben.
Bei einer Anlage mit den im Oberbegriff des Anspruches 8 angegebenen Merkmalen ist die genannte Aufgabe erfindungs­ gemäß durch das im Kennzeichen des Anspruches 8 angegebenen Merkmal gelöst.
In den Ansprüchen 9 bis 12 sind vorteilhafte Ausführungs­ formen angegeben.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele nach der Erfin­ dung schematisch vereinfacht dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Anlage;
Fig. 2 eine andere Ausführungsform einer An­ lage;
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer An­ lage, und
Fig. 4 das Flußdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird ein Luftstrom mit einem Verdichter 1 auf 4,5 bar verdichtet und in einer Ein­ heit 2 von Wasser und CO2 gereinigt.
Ein erster Teil der Luft, dessen Druck mittels eines Boo­ ster-Verdichters 4 auf 6 bar gebracht wird, wird in einem Wärmeaustauscher 6 teilweise gekühlt und in der Turbine 5 auf 1,4 bar entspannt. Dieser Teil wird dann in einem Aus­ tauscher 10 unterkühlt und dann in eine auf einem Schiff 31 angeordnete Säule 8 geleitet.
Ein zweiter Teil der Luft wird in einem Booster-Verdichter 3 auf einen Druck von 70 bar gebracht und in dem Austauscher 6 zumindest teilweise kondensiert.
Die verbleibende Luft strömt vollständig durch den Austau­ scher 6, kondensiert zumindest teilweise in einem Sumpfauf­ kocher 7 und wird, nachdem sie in einem Ventil unterkühlt und entspannt wurde, in den Kopf der Säule 8 geleitet.
Ein Sauerstoff enthaltender Strom mit einer Reinheit von mindestens 95%, der in flüssiger Form vorliegt, wird dem Sumpf der Säule 8 entnommen, im Mittel 9 auf 36 bar verdichtet, und in dem Austauscher 6 im Wärmeaustausch gegen Luft bei einem Verdichtungsdruck von 70 bar verdampft.
Stickstoffreiches Gas wird dem Kopf der Säule 8 entnommen und in den Austauschern 10 und 6 erhitzt.
Fig. 2 zeigt die Verdichtungsturbinen 4, 5. Jedoch tritt an die Stelle des Booster-Verdichters 3 ein Stickstoffzyklus.
Stickstoffreiches Gas wird auf Umgebungstemperatur erwärmt und mit einem Verdichter 30 auf einen Druck von 70 bar ge­ bracht. Zumindest ein Teil des verdichteten Stickstoffs wird, nachdem er in den Austauschern 6 und 10 gekühlt wurde, in die Säule zurückgeführt.
Das Verfahren kann so vereinfacht werden, daß ein einziger Luftverdichter genügt (Fig. 3). Die gesamte Luft wird mit dem Verdichter 4 auf einen Druck von ungefähr 29 bar ge­ bracht und dann in dem Austauscher 6 auf eine mittlere Tem­ peratur gekühlt, bei der ein Teil der Luft abgezogen, ent­ spannt und in den Aufkocher 7 geleitet wird, wo sie, bevor sie in einem Ventil entspannt und in den Kopf der Säule 8 geleitet wird, zumindest teilweise kondensiert. Die restli­ che Luft kühlt weiter ab und wird in dem Austauscher 6 ver­ flüssigt, in dem Austauscher 10 unterkühlt und in die Säule 8 eingeleitet, nachdem sie mit dem anderen Teil der Luft vermischt wurde.
Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm nach der Erfindung, wonach Luft 103 in einer Luftzerlegungseinheit, zum Beispiel gemäß den Fig. 1 bis 3, destilliert wird.
Verdampfter, flüssiger Sauerstoff 105 wird in eine mit Erd­ gas 101 gespeiste Einheit 102 zur teilweisen Oxidation ge­ leitet. Auf diesem Wege erzeugtes Synthesegas 107 wird einer katalytischen Umwandlung 109 (nach FISCHER-TROPSCH) unterzo­ gen, um flüssige Kohlenwasserstoffe (Kerosin, Diesel und/oder Naphtha) zu erzeugen.

Claims (12)

1. Verfahren zur Zerlegung von Luft mittels kryoge­ ner Destillation in einer Einfachsäule (8), bei dem
  • a) zu destillierende Luft in eine Einfach­ säule (8) geleitet wird, in der sie in ein stickstoffreiches Gas und eine sauerstoffreiche Flüssigphase zerlegt wird;
  • b) der Sumpf der Einfachsäule (8) mittels eines Aufkochers (7) erwärmt wird, der durch einen Luftstrom erhitzt wird, und
  • c) zumindest ein Teil der sauerstoffrei­ chen Flüssigkeit entnommen, unter Druck gesetzt und im Wärmeaustausch gegen einen unter Druck gesetzten Strom ver­ dampft wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des Sumpfes mit einem einzigen Aufkocher (7) in der Einfach­ säule (8) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die dem Aufkocher zugeführte Luft aus einer Turbine (5) stammt, die mit einem Booster- Verdichter (4) gekoppelt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der unter Druck gesetzte Strom ver­ dichtete Luft oder verdichteter Stickstoff ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Dampfphase aus dem Kopf der Einfachsäule (8) abgezogen und zumindest ein Teil davon verdichtet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß zumindest ein Teil der verdichteten Dampfphase in die Einfachsäule (8) zurückgeleitet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der für die Einfachsäule (8) bestimmten Luft, bevor er in der Turbine (5) auf einen Säulendruck ent­ spannt wird, in einem Wärmeaustauscher (6) auf eine mittlere Temperatur gekühlt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Produktion von sauerstoffreicher Flüssigkeit.
8. Anlage zur Zerlegung von Luft mittels kryogener Destillation, umfassend:
eine Einfachsäule (8);
Mittel zum Beschicken der Einfachsäule (8) mit Luft (103);
einen Aufkocher (7) am Sumpf der Einfachsäule;
Mittel zum Einleiten von Luft in den Aufkocher;
Mittel zum Entnehmen einer sauerstoffreichen Flüssigkeit aus dem Sumpf der Einfachsäule (8);
Mittel (9), um zumindest einen Teil der Flüssig­ keit unter Druck zu setzen;
Mittel (6), um zumindest einen Teil der unter Druck gesetzten Flüssigkeit durch Wärmeaustausch gegen einen unter Druck gesetzten Strom zu ver­ dampfen,
dadurch gekennzeichnent, daß der Aufkocher (7) ein einziger Wärmeaustauscher in der Einfachsäule (8) ist.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufkocher (7) mit einer Turbine (5) ver­ bunden ist.
10. Anlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der unter Druck gesetzte Strom ver­ dichtete Luft oder verdichteter Stickstoff ist.
11. Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekenn­ zeichnet durch Mittel (30) zum Verdichten des stickstoffreichen Stroms, der dem Kopf der Ein­ fachsäule (8) entnommen wurde.
12. Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfachsäule (8) Böden oder eine strukturierte Füllung enthält.
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