DE2100397B2 - Lufttrennanlage zur Herstellung von gasförmigem und/oder flüssigem Stickstoff - Google Patents

Lufttrennanlage zur Herstellung von gasförmigem und/oder flüssigem Stickstoff

Info

Publication number
DE2100397B2
DE2100397B2 DE2100397A DE2100397A DE2100397B2 DE 2100397 B2 DE2100397 B2 DE 2100397B2 DE 2100397 A DE2100397 A DE 2100397A DE 2100397 A DE2100397 A DE 2100397A DE 2100397 B2 DE2100397 B2 DE 2100397B2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
air
liquid level
condenser
liquid
valve
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.)
Withdrawn
Application number
DE2100397A
Other languages
English (en)
Other versions
DE2100397A1 (de
Inventor
Tetsuo Takarazuka Izumichi
Matsuzi Kobe Hyogo Miyazaki
Sadayuki Nakanishi
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.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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 Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Publication of DE2100397A1 publication Critical patent/DE2100397A1/de
Publication of DE2100397B2 publication Critical patent/DE2100397B2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/044Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a single pressure main column system only
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04793Rectification, e.g. columns; Reboiler-condenser
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/72Refluxing the column with at least a part of the totally condensed overhead gas
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/24Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using regenerators, cold accumulators or reversible heat exchangers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/84Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using filter
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/30External or auxiliary boiler-condenser in general, e.g. without a specified fluid or one fluid is not a primary air component or an intermediate fluid
    • F25J2250/40One fluid being air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/30External or auxiliary boiler-condenser in general, e.g. without a specified fluid or one fluid is not a primary air component or an intermediate fluid
    • F25J2250/42One fluid being nitrogen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/30External or auxiliary boiler-condenser in general, e.g. without a specified fluid or one fluid is not a primary air component or an intermediate fluid
    • F25J2250/52One fluid being oxygen enriched compared to air, e.g. "crude oxygen"
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2280/00Control of the process or apparatus
    • F25J2280/02Control in general, load changes, different modes ("runs"), measurements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/10Mathematical formulae, modeling, plot or curves; Design methods

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Lufttrennanlage zur Herstellung von gasförmigem und/oder flüssigem Stickstoff, mit einem umschaltbaren Hauptwärmetauscher, einem als Luftverflüssiger ausgebildeten zusätzlichen Wärmetauscher, einer einstufigen Rektifizierkolonne, in deren Kopf eine Kondensator-Verdampfer-Einheit zur Kondensation von Stickstoff durch aus dem Kolonnensumpf abgezogene, mit Sauerstoff angereicherte flüssige Luft angeordnet ist, und mit einer Expansionsmaschine zur arbeitsleistenden Entspannung der aus dem Kolonnenkopf abgezogenen Luft, wobei ein zur Veränderung des Durchsatzes der Expansionsmaschine mit einem Ventil versehener Bypass-Kanal zur Umgehung der Expansionsmaschine vorgesehen ist, der zwischen dem Kolonnenkopf und dem zusätzlichen Wärmetauscher von der Leitung zur Expansionsmaschine abzweigt.
Ein Verfahren zur Herstellung von gasförmigem und/oder flüssigem Stickstoff, das eine derartige Lufttrennanlage voraussetzt, ist in der älteren Anmeldung DE-OS 20 51 476, auf die ein Patent erteilt worden ist, vorgeschlagen worden. Dabei wird eine Steigerung des Wirkungsgrades der Expansionsturbine erzielt.
wobei gleichzeitig unabhängig vom Gesamtwärmehaushalt des Systems die Temperatur des Betriebsgasstromes für die Turbine erhöht werden kann. Jedoch laß' sich aus der Rekiifizierkolonne selbst kein flüssiger Stickstoff-Seitensfom abziehen, ohne daß zusätzliche Expansions-Kälteerzeuger benötigt werden.
Zum Stand der Technik gehören demgegenüber Lufttrennanlagen, die mit einem Wärmetauscher mit beidseitigem Phasenübergang (nachfolgend als »Kon- !0 densator-Verdampfer-Einheit« bezeichnet) sowie mit einem Kältegenerator (z. B. einer Mitteldnick-Expansionsturbine ausgestattet sind, wobei die als Ausgangsmaterial verwendete Luft mit der im Kältegenerator erzeugten Kälte verf.üssigt wird. Die verflüssigte Luft wird in einer einstufigen Rektifizierkolonne rektifiziert und das in der Kondensator-Verdampfer-Einheit gebildete Abgas zum Kältegenerator transportiert, wo es als Kältequelle eingesetzt wird. Unter den verschiedenen Faktoren zur Erzeugung von Kälte in einem Kältegenerator, so etwa den Drücken am Ein- und Auslaß, der Temperatur und dem Volumenstrom, stehen der Druck am Einlaß und der Volumenstrom in enger Beziehung zum Druck auf der Verdampferseite und dem Verdampfungsvolumen in der Kondensator-Verdamp-
fer-Einheit der Rektifizierkolonne. Das Über- und Unterverhäitnis von Kälte in der gesamten Anlage wird danach beurteilt, ob der Flüssigkeitsspiegel der Verdampfungsseite in der Kondensator-Verdampfer-Einheit eine steigende oder fallende Tendenz aufweist. Ist /u wenig Kälte vorhanden und beginnt dementsprechend der Flüssigkeitsspiegel, eine fallende Tendenz zu zeigen, dann muß der Druck am Einlaß des Kältegenerators erhöht oder der Volumenstrom im Kältegenerator vergrößert werden. Ist hingegen zuviel Kälte
J5 vorhanden und deshalb eine steigende Tendenz des Flüssigkeitsspiegels erkennbar, so muß der Druck am Einlaß des Kältegenerators erniedrigt oder der Volumenstrom im Kältegenerator verringert werden. Allerdings sollten jedoch Druck und Behandlungsvolumen an Luft in der Rekiifizierkolonne nicht abrupt geändert werden, um die Rektifkation bei stabilisierten Bedingungen auszuführen. Eine Erhöhung oder Erniedrigung de? Drucks am Einlaß des Kältegenerators ergibt eine Zunahme oder ein Absinken des Druck., auf der
•f> Verdampfungssei'.e der Kondensator-Verdampfer- Einheit. Solche Druckänderungen ziehen aber unvermeidbar eine beträchtliche Änderung des Drucks und des Behandlungsvolumens an Luft in der Rektifizierkolonne nach sich, so daß stabilisierte Bedingungen für die
ω Rektifikation nicht gewährleistet werden können.
Will man eine Druckänderung auf der Verdampfungsseite der Kondensator-Verdampfer-Einheit zulassen, dann führt die kondensationsseitige Aufrechterhaltung des Druckes auf einem konstanten Wert zu einer Änderung der Temperaturdifferenz zwischen Kondensations- und Verdampfungsseite, wodurch der Wärmeaustausch erhöht bzw. erniedrigt wird, d. h. das Behandlungsvolumen an Luft in der Rektifizierkolonne wird beeinflußt. Soll dieses aber konstant gehalten
bO werden, dann wird der Druck auf der Kondensationsseite verändert, damit der Temperaturunterschied zwischen Kondensations- und Verdampfungsseite konstant gehalten werden kann. Zur näheren Erläuterung hierfür möge ein Zahlenbeispiel mit gewählten Größen dienen:
Nimmt man ein Behandlungsvolumen an Luft in einer Größe von 1000 Nm"h, einen Druck auf der Kondensalionsseitt von 6,28 bar (bei einer Kondensationstemperatur des gasförmigen Stickstoffs von — 173,5°C), den
Druck der verflüssigten Luft mit einem Gehalt von 49% O2 auf der Verdampfungsseite von 3.33 bar (bei einer Verdampfungstemperatur von —175,5°C), eine Temperaturdifferenz zwischen Kondensations- und Verdampfungsseite der Kondensator-Verdampfei-Einheit von 2°C sowie einen Wärmeübergang von !38,9586 · 103kJ an. dann entspricht eine Druckänderung auf der Verdampfungsseite von 0,19 bar einer Änderung der Verdampfungstemperatur der flüssigen Luft auf der Verdampfungsseite von 0,50C.
Hält man den Druck auf der Kondensationsseite konstant, dann beträgt die Temperaturdifferenz der Kondensator-Verdampfer-Einheit 2° ± 0,5°C. Das Behandlungsvolumen an Luft beträgt dann 1000 ± 250 NmVh und die Änderung der behandelten Luft somit ±25%.
Hält man hingegen das behandelte Luftvolumen konstant (d. h. konstanter Wärmeaustausch), dann wird der Druck auf der Kondensationsseite so geändert, daß die Temperatur konstant gehalten werdi-Λ kann. Die Temperatur auf der Kondensalionsseite ändert sich dann auch um ±0,5°C entsprechend derTemperaturändcrung von 0,5°C auf der Verdampfungsseite. Die entsprechende Druckänderung beträgt 0,34 bar, was wiederum bei einem Druck von 6,28 bar ± 0,24 bar zu einer Änderung des Drucks auf der Kondensalionsseite von ±5,5% führt.
Aus vorstehenden Ausführungen wird ersichi ich, daß die Druckänderung auf der Kondensationsscite der Kondensator-Verdampfer-Einheit bei bekannten Lufttrennanlagen einen großen Einfluß auf die Rektifizierbedingungen in der Rektifizierkolonne ausübt.
Bei einer bekannten Anlage (US-PS 32 03 193) wird in der Luftzufuhrleitung zum Kältegenerator ein unmittelbar vor diesem abzweigender Bypass Kanal mit einem Entspannungsventil eingesetzt, das den durch den Bypass geleiteten Teil der Luft auf das Druckniveau hinter dem Kältejrenerator entspannen soll. Da der Bypass-Kanal als Bypass zur Expansionsturbine ausgeführt ist, läßt sich bei dieser bekannten Anlage neben w der Absenkung des Druckes auf die Expansionsturbine auch eine Unterdrückung des Eypansionsgeräusches erzielen. Ein laufendes Einstellen unterschiedlicher Volumenströme zur Expansionsturbine läßt sich aber weder durch die Art des eingesetzten Ventiles, noch durch die Lage des Bypass-Kanales bei der bekannten Anlage ermöglichen; ebensowenig Ia1Vi sich dort eine Regulierung des Flüssigkeitspegels der flüssigen Luft in der Kondensate.-Verdampfer-Einheit erzielen, so daß insoweit ciie weiter oben bereits aufgezeigten Probleme der Aufrechterhaltung stabilisierter Bedingungen für die Rektifikation bei Druckänderungen weiterhin bestehen.
Diesem Stand der Technik gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lufttr^nnanlage der aus dem Stand der Technik vorbekannten Art derart zu verbessern, daß eine Einstellung bzw. Regulierung der Druckbedingungen auf der Verdampfungsseite (Einlaßdruck am Kältegenerator) ohne wesentliche Beeinträchtigung der Bedingungen in der Rektifizierkolonne mit einfachen Mitteln durchführbar ist. bo
Diese Aufgabe wird gegenüber dem Stand der Technik e'findungsgeniäß dadurch gelöst, daß das Ventil im bypass Kanal in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand '(er flüssigen Luft in der Kondensator-Verclampfer-Ei'iheit hei Überschreiten eines vorgegebenen Soll-Flüssigkeitsstandes in öffnungsrichuing und bei Unterschreiten dieses ^olhtandes in Schließrichtung steuerbar ist. Die bei der ^riindiingsgemäßen Anlage geforderte Lage der Abzweigung des Bypass-Kunales ermöglicht in Verbindung mit dem Einsatz eines zur Veränderung des Volumendurchsatzes im Bypass-Kanal geeigneten Ventiles eine Einregelung des Flüssigkeitsspiegels in der Kondensator-Verdampfer-Einheit unter gleiohzeitiger Regelung des im Kältegenerator zugeführten Anteils der Luft, wodurch insgesamt die Wärmebilanz der ganzen Anlage wunschgemäß regelbar ist. Hierdurch läßt sich ein gezieltes laufendes Einstellen unterschiedlicher Vo'umenströme zur Expansionsmaschine erreichen, wobei die erfindungsgemäß geforderte Steuerung des Ventiles in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand der flüssigen Luft in der Kondensator-Verdampfer-Einheit die weiterhin angestrebte möglichst gute Stabilisierung der Verhältnisse in der Rektifizierkolonne bei einer Änderung der Druckverhähnisse am Kältegenerator sicherstellt. Hierdurch läßt sich somit eine überraschend gute Konstanthaltung des Flüssigkeitsstandes in der Kondensator-Verdampfer-Einheit erreichen, was als Zeichen der gewünschten möglichst gii'en Stabilisierung der Bedingungen der Rektifizierkolonne angesehen werden kann.
Bei einer erfindungsgemäßen Lufttrennanlage is; es von Vorteil, wenn der Ventilöffnungsgrad des Rcgulierventiles nur bis zum Erreichen eines vorgegebenen Grenzdruckes auf der Verdampferseite der Kondensntor-Verdan.pfer-Einhei' in Schließrichtung bei fallendem bzw. in Öffnungsrichtung bei steigendem Flüssigkeitsspiegel veränderbar, bei weiterer, in gleicher Richtung wirksamer Abweichung des Flüssigkeitsstandes der flüssigen Luft bis zum Erreichen eines Grenz-Flüssigkeitsstandes unveränderlich und erst n;:ch WCi.er fortgesetzter Abweichung von demselben erneut in gleicher Richtung wie anfangs verstellbar ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielshalb'-r im Prinzip noch näher erläutert Es zeigt
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anlage in schematischer Darstellung;
F i g. 2 in einem Diagramm die Regulierungscharakteristik des Flüssigkeitsspiegels und des Drucks auf der Verdampfungsseite der Kondensator-Verdampfer-Einheit durch Öfrnen des im Bypass-Kanal angeordneten Regulierventils.
Wie in F i g. 1 gezeigt, wird die als Ausgangsmaterial verwendete Luft in einem Rohr ί zugeführt und durch einen Kompressor 2 verdichtet. Soll nur gasförmiger Stickstoff hergestellt werden, dann reicht eine Kompression auf etwa 5,88 bis 6,86 bar aus Soll gleichzeitig flüssiger Stickstoff hergestellt werden, so wird zweckmäßigerweise auf etwa 7,85 bis etwa 8,83 bar komprimiert. Die komprimierte Luft strömt durch eine Leitung 3 zum Hochtemperaturteil 4 und zum Niedertemperaturteil 5 eines umschaltbaren Hauptwärmetauschers zum Wärmeaustausch mit dem zurückgeführten Gas. Die auf diese Weise bis nahe ihrer Verflüssigungstemperatur abgekühlte Luft wird über ein Rückschlagventil 6 und eine Leitung 7 weitertransportiert und 'ritt in den Bodenteil einer einzigen, einstufigen Rektifizierkolonne 8 ein, wo sie vsrflüssigt und ir. verflüssigte Luft mit Sauerstoffanreicherung und gasförmige Luft getrennt wird, wobei letztere Stickstoff in hoher Konzentration enthält. Die über eine Leitung 10 abgeführte gasförmige Luft wird mit Rückführgas in einem als Luftverflüssiger ausgebildeten zusätzlichen Wärmetauscher 9 in Wärmeaustausch gesetzt. Die dabei sich ergebende verflüssigte Luft wird über eine Leitung 11 zum Bodenteil der Rektifizierkolonne 8 zurückgeführt.
Die flüssige Luft am Bodenteil der Rektifizierkolonnc 8 wird über eine Leitung 12 zu einem Filter 13 transportiert, wo Verunreinigungen (z. B. CO> und Kohlenwasserstoffe) abgezogen und beseitigt werden. Hiernach strömt die gefilterte Flüssigkeit durch ein Durchsat/regclveniil 14. wo der Druck auf etwa 2.94 bar bis 3.92 bar reduziert wird: anschließend tritt sie in die Verdampfungsseite 15 einer Kondensator-Verdampfer-Einheit 16 ein. In dieser unterliegt die flüssige Luft einem Wärmeaustausch mit gasförmigem Stickstoff hoher Reinheit, der vom Kolonnenkopf der Rektifizierkolonne 8 durch eine Leitung 17 zugeführt wird. Hierdurch wird der gasförmige Stickstoff verflüssigt. Der flüssige Stickstoff strömt nun durch eine Leitung 18 zum Oberteil der Rektifizierkolonne 8. Auf der anderen Seite wird die flüssige Luft infolge des Wärmeaustausches verdampf und strömt über eine Leitung 19 zur weiteren Verw cndung als Rückführgas.
Ein größerer Teil der verdampften und durch die Leitung 19 strömenden Luft wird über eine Leitung 20 zum Luitverflüssiger 9 gebracht und strömt durch eine Leitung 21: dabei erfolgt eine Trennung in zwei Teile. Ein Teil strömt über ein Regulierventil 22 und eine Leitung 23 zu dem Niedertemperaturteil 5 zu einem Wärmeaustausch mit der als Ausgangsmaterial eingesetzicn Luft, die vom Kompressor 2 ankommt. Dadurch wird das darin enthaltene CO? verflüssigt. Der abgezweigte eine Luftteil strömt dann durch eine Leitung 24 und ein Regulierventil 25 ?.u einer Expansionsmaschine (Turbine) 26. Der andere an der Leitung 21 abgetrennte Teil strömt über ein Regulierventil 27 und wird . ι ti ι dem oben erwähnten Rückführgas zusammengeführt. Das zusammengeführte Gas wird mit der Expansionsmaschine 26 nahezu auf Atmosphärendruck expandiert, wodurch Arbeit geleitet und die Temperatur beträchtlich abgesenkt wird, so daß Kalte erzeugt wird, die ausreicht, um die Erfordernisse in der Anlage zu erfüllen. Das expandierte Gas strömt über Leitungen 28 und 29 zum Luftverflüssiger 9 und dann über eine Leitung 30 und das Rückschlagventil 6 /um Riickstromwärmctauscher. Das Gas wird infolge de Wärmeaustausches mit der als Ausgangsmatcria! verwendeten Luft auf Zimmertemperatur erwärmt und dann über eine Leitung 31 abgeführt.
Ein kleinerer Restteil der verdampften, durch die Leitung 19 fließenden Luft strömt über einen Bypass-Kanal 33 und ein Regulierventii 32. wird mit dem Gas aus der Leitung 28 vermischt und strömt durch die Leitung 29 weiter. Das Ventil 32 reguliert den VoluniL-nstrom und den Druck am Einlaß der Expansionsmaschine· 26 und somit die Kälteerzeugung. Wenn der Flüssigkeitsspiegel der flüssigen Luft auf der Verdampfungsseite 15 der Kondensator-Verdampfer-Einheit 16 niedriger als ein vorgegebener Soll-Flüssigkeitsstand wird, arbeitet das Ventil 32 in Sehließrichtung, wodurch der Volumenstrom in der Expansionsmaschine 26 zunimmt und der vorgegebene Soll-Flüssigkcitsstand der flüssigen Luft wieder erreicht wird. Oberschreitet der Flüssigkeitsspiegel jedoch den vorgegebenen Soll-Flüssigkeitsstand, dann wird das Ventil 32 in Öffnungsrichtung gesteuert, wodurch der Volumenstrom in der Expansionsmaschine 26 verringert und der vorgegebene Soll-Flüssigkeitsstand der flüssigen Luft wieder erreicht wird.
Um eine Betätigung dieses Ventiles 32 in Schließrichlung derart, daß eine abrupte Druckerhöhung auf der Verdampfungsseite 15 der Kondensaior-Verdampferl'inluii 16 eintritt und sich hierdurch Schwierigkeiten im Hinblick i"if die Stabilisierung der Rektifizierbedingungen der einstufigen Rektifizierkolonnc einstellen könnten, zu vermeiden, ist es zweckmäßig, einen Mechanismus vorzusehen, damit der Druck auf der Verdamp-') fungsscite 15 der Kondensator-Verdampfer-Einheil 16 nicht über oder unter bestimmte obere und untere Grenzwerte im Druckniveau abweichen kann, bevor das Ventil 32 zu arbeiten beginnt.
In F i g. 2 sind zur Veranschaulichung eines derartigen
ui Mechanismus die relativen Änderungen des Flüssigkeitsspiegel »L« der flüssigen Luft auf der Verdampfungsseitc 15 der Kondensator-Verdampfer-Einheit 16. des Druckes »P« auf der Verdampfungsseite 15 und des Öffnungsgrades »V«· des Bypass-Ventiles 32 über der Zeit »t« dargestellt. Im Falle, wo sich der Flüssigkeitsspiegel, ausgehend von der Zeit v„ ändert und unter den vorgegebenen Grenzwert Ln absinkt, wird der Druck auf der Verdampfungsseite 15 der Kondensator-Verdampfer-Einheit 16 vom vorgegebenen Wert Pn nach oben um Θ' gesteigert, was dem Niveau- bzw. Spiegelverschiebungsgrad Θ entspricht. Gleichzeitig wird das Ventil 32 in Schließrichtung betätigt, so daß der Volumenstrom in der Expansionsmaschine 26 ansteigt. Während Θ7Θ wahlweise einstellbar ist, sollte die
Regulieranordnung so ausgelegt werden, daß eine drastische Druckänderung im Hinblick auf den Flüssigkeitsspiegel nicht eintreten kann.
Wenn das Ventil 32 in Schließrichtung gesteuert ist und wenn sich der Flüssigkeitsspiegel entsprechend dem
κι Kurventeil »c« im Diagramm aus Fig. 2 selbsttätig wieder auf den vorgegebenen Soll-Flüssigkeitsstand einstellt und zusammen damit sich der Druck P sowie der Ventilöffnungsgrad V ebenfalls wieder zu den ursprünglichen Werten R> und V0 bewegen, dann wird
)> dies als zufriedenstellend beurteilt. In dem Fall jedoch, wo die Absenkung des Flüssigkeitsspiegels trotz Steuerung des Ventils 32 in Schließrichtung noch andauert und nicht aufhören würde (und deshalb wiederum der Druck den Wert Pu erreichen würde),
4IJ wird eine Reguliermaßnahme ergriffen, um den Ventilöffnungsgrad auf V/. zu halten, der in diesem Augenblick der momentane Öffnungsgrad ist. Ein geeigneter Wert Pn kann P» + (0,05 bis 0.098) bar sein. Durch diese Einstellung kann der Kältehaushalt ohne
4", zwangsweise Einwirkung auf die Rektifizierbedingungen bzw. ohne Störung derselben erfolgreich aufrechterhalten werden, ohne daß der Druck auf der Verdampfungsseite 15 einer großen Änderung (ausgehend von der Zeitverzögerung im Zeitraum vom
Vi Wirkungsbeginn des Ventils 32 bis zur tatsächlichen Widerhersteilung des Flüsssgkeitsniveaus) ausgesetzt wird.
Soll der Ventilöffnungsgrad auf V/ gehalten werden, wenn der Flüssigkeitsspiegel die Tendenz hat. seine
ν. Lage wieder einzunehmen, wie es im Diagramm bei »d« gezeigt ist. dann beginnt der Druck (der auf Pn gehalten wird), bis zur Wiederherstellung des Flüssigkeitsstandes auf Ln in Richtung einer Veniilöffnung zu arbeiten. Sinkt der Flüssigkeitsstand jedoch noch weiter ab. dann wird
M1 eine Reguliermaßnahme ergriffen, um das Ventil 32 so zu betätigen, daß der Druck mit der Zeit nach oben geht, wenn der Flüssigkeitsstand auf Li abgesenkt ist. Sinkt er noch weiter ab. steigt dabei der Druck ebenfalls noch weiter an und erreicht er (trotz der oben beschriebenen
•r> Betätigung des Ventiles 32) fast den vorgegebenen Grenzwert, so wird dieser Verlauf durch eine Alarmeinrichtung o. ä. angezeigt. Hierdurch kann der ursprünglich festgelegte Wert des Druckes oder der Wert von
21 OO 397
(-)'/(-) zweckmäßigerweise geändert werden, um wieder die gewünschte Einstellung des Flüssigkeitsstandes zu erreichen. Im Falle, wo der Flüssigkeitsstand einmal den festgesetzten Grenzwert Li. überschritten hai und wieder auf ihn zurückfällt, sollte der Ventilöffiiungsgrad auf einen konstanten Wert eingestellt werden, so daß der Druck bei dem Öffnungsgrad beibehalten wird, der in dem Zeitpunkt aufgebaut wird, in dem der Flüssigkeitsspiegel L/. erreicht hat. Wenn danach der Flüssigkeitsspiegel den ursprünglich festgelegten Wert La erreicht oder wenn ein bestimmter Zeitraum vergeht, wird dann der Ventilöffnungsgrad wieder in den freien Zustand zurückgeführt und die Regulierung abhängig von der Änderung des momentanen Flüssigkeitsstandes
fortgesetzt. Diese Vorgänge sind in F i g. 2 durch die Linienzüge a. bund cdargestellt.
Wenn die Anlage den stationären Betriebszustand erreicht, stellt sich der Flüssigkeitsstand im allgemeinen in der Zeit h oder f] selbst ein. Eine weitere, zusätzliche Regulierung ist kaum erforderlich, wenn nicht der Wärmehaushalt irgendwie von außen gestört wird. Der eingestellte Wert kann jedoch abhängig von der zeitabhängigen Temperaturänderung nach der Zeit h eingestellt werden.
Die vorstehenden Erläuterungen gelten für den Fall eines Absinkens des Flüssigkeitsspiegels. Völlig Analoges gilt jedoch auch für den Fall, bei dem der Flüssigkeitsspiegel ansteigt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Lufttrennanlage zur Herstellung von gasförmigem und/oder flüssigem Stickstoff, mit einem umschaltbaren Hauptwärmetauscher, einem als Luftverflüssiger ausgebildeten zusätzlichen Wärmetauscher, einer einstufigen Rektifzierkolonne, in deren Kopf eine Kondensator-Verdampfer-Einheit zur Kondensation von Stickstoff durch aus dem Kolonnensumpf abgezogene, mit Sauerstoff angereicherte flüssige Luft angeordnet ist, und mit einer Expansionsmaschine zur arbeitsleistenden Entspannung der aus dem Kolonnenkopf abgezogenen Luft, wobei ein zur Veränderung des Durchsatzes der Expansionsmaschine mit einem Ventil versehener Bypass-Kanal zur Umgehung der Expansionsmaschine vorgesehen ist, der zwischen dem Koionnenkcpf und dem zusätzlichen Wärmetauscher von der Leitung zur Expansionsmaschine abzweigt, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (32) in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand der flüssigen Luft in der Kondensator-Verdampfer-Einheit (16) bei Überschreiten eines vorgegebenen Soll-Flüssigkeitsstandes in Öffnungsrichtung und bei Unterschreiten dieses Sollstandes in Schließrichtung steuerbar ist.
2. Lufttrennanlage nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilöffnungsgrad des Regulierventiles (32) nur bis zum Erreichen eines vorgegebenen Grenzdruckes (Ph bzw. P1) auf der Verdampferseite der Kondensator-Verdampfereinheit (16) in Schließrichtung bei fallendem bzw. in Öffnungsrichtung bei steigendem Flüssigkeitsspiegel veränderbar, bei. weiterer, in gleicher Richtung wirksamer Abweichung des Flüssigkeitsstandes der flüssigen Luft bis zum Erreichen eines Grcnz-Flüssigkeitsstandes (Ll bzw. Lh) unveränderlich und erst nach weiter fortgesetzter Abweichung von demselben erneut in gleicher Richtung wie anfangs verstellbar ist.
DE2100397A 1970-01-09 1971-01-07 Lufttrennanlage zur Herstellung von gasförmigem und/oder flüssigem Stickstoff Withdrawn DE2100397B2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP45002800A JPS4940071B1 (de) 1970-01-09 1970-01-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE2100397A1 DE2100397A1 (de) 1971-08-12
DE2100397B2 true DE2100397B2 (de) 1981-04-16

Family

ID=11539431

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2100397A Withdrawn DE2100397B2 (de) 1970-01-09 1971-01-07 Lufttrennanlage zur Herstellung von gasförmigem und/oder flüssigem Stickstoff

Country Status (5)

Country Link
US (1) US3735599A (de)
JP (1) JPS4940071B1 (de)
DE (1) DE2100397B2 (de)
FR (1) FR2076020B1 (de)
GB (1) GB1329222A (de)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2335096C2 (de) * 1973-07-10 1982-03-18 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von gasförmigem Sauerstoff und gasförmigem Stickstoff
US4299607A (en) * 1979-05-16 1981-11-10 Hitachi, Ltd. Process for recovering nitrogen in low pressure type air separation apparatus
US4400188A (en) * 1981-10-27 1983-08-23 Air Products And Chemicals, Inc. Nitrogen generator cycle
JPH0721378B2 (ja) * 1985-08-12 1995-03-08 大同ほくさん株式会社 酸素ガス製造装置
WO1987001185A1 (en) * 1985-08-23 1987-02-26 Daidousanso Co., Ltd. Oxygen gas production unit
US4783210A (en) * 1987-12-14 1988-11-08 Air Products And Chemicals, Inc. Air separation process with modified single distillation column nitrogen generator
US4834785A (en) * 1988-06-20 1989-05-30 Air Products And Chemicals, Inc. Cryogenic nitrogen generator with nitrogen expander
US4934148A (en) * 1989-05-12 1990-06-19 Union Carbide Corporation Dry, high purity nitrogen production process and system
US5116396A (en) * 1989-05-12 1992-05-26 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation Hybrid prepurifier for cryogenic air separation plants
US4931070A (en) * 1989-05-12 1990-06-05 Union Carbide Corporation Process and system for the production of dry, high purity nitrogen
US5004482A (en) * 1989-05-12 1991-04-02 Union Carbide Corporation Production of dry, high purity nitrogen
US4957524A (en) * 1989-05-15 1990-09-18 Union Carbide Corporation Air separation process with improved reboiler liquid cleaning circuit
US5257206A (en) * 1991-04-08 1993-10-26 Praxair Technology, Inc. Statistical process control for air separation process
DE4206923A1 (de) * 1992-03-05 1993-09-09 Linde Ag Verfahren und vorrichtung zur zerlegung eines gasgemisches
FR2694383B1 (fr) * 1992-07-29 1994-09-16 Air Liquide Production et installation de production d'azote gazeux à plusieurs puretés différentes.
US5996373A (en) * 1998-02-04 1999-12-07 L'air Liquide, Societe Ananyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Cryogenic air separation process and apparatus
US6189329B1 (en) * 2000-04-04 2001-02-20 Venturedyne Limited Cascade refrigeration system
US8429933B2 (en) * 2007-11-14 2013-04-30 Praxair Technology, Inc. Method for varying liquid production in an air separation plant with use of a variable speed turboexpander

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2460859A (en) * 1944-05-01 1949-02-08 Kellogg M W Co Method of gas separation including impurity removing steps
US2552560A (en) * 1945-12-05 1951-05-15 Hydrocarbon Research Inc Process of producing oxygen
US2537044A (en) * 1946-11-29 1951-01-09 Hydrocarbon Research Inc Continuous method of producing oxygen involving the use of a thermophore and the purging thereof
GB659648A (en) * 1949-04-19 1951-10-24 British Oxygen Co Ltd Improvements in or relating to the separation of air
US2846853A (en) * 1954-06-01 1958-08-12 Union Carbide Corp High pressure scrubber liquefier in air separation systems
US2962868A (en) * 1956-02-17 1960-12-06 Air Reduction Method of concentrating kryptonxenon
US3203193A (en) * 1963-02-06 1965-08-31 Petrocarbon Dev Ltd Production of nitrogen
US3264830A (en) * 1963-08-09 1966-08-09 Air Reduction Separation of the elements of air
US3340697A (en) * 1964-05-06 1967-09-12 Hydrocarbon Research Inc Heat exchange of crude oxygen and expanded high pressure nitrogen
US3319427A (en) * 1964-05-06 1967-05-16 Hydrocarbon Research Inc Air separation with a nitrogen refrigeration circuit
US3312074A (en) * 1964-05-06 1967-04-04 Hydrocarbon Research Inc Air separation plant
DE1222088B (de) * 1965-06-16 1966-08-04 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zum Zerlegen eines Gasgemisches bei tiefer Temperatur
US3375673A (en) * 1966-06-22 1968-04-02 Hydrocarbon Research Inc Air separation process employing work expansion of high and low pressure nitrogen

Also Published As

Publication number Publication date
FR2076020A1 (de) 1971-10-15
DE2100397A1 (de) 1971-08-12
US3735599A (en) 1973-05-29
FR2076020B1 (de) 1973-12-07
GB1329222A (en) 1973-09-05
JPS4940071B1 (de) 1974-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2100397B2 (de) Lufttrennanlage zur Herstellung von gasförmigem und/oder flüssigem Stickstoff
DE3146335C2 (de) Verfahren zum Erzeugen von Sauerstoff-Produktgas
DE2500303C3 (de) Kühlanlage
DE2051476C3 (de) Verfahren zur Herstellung von gasförmigem und/oder flüssigem Stickstoff von überatmosphärischem Druck
DE3240323C2 (de)
DE3913880A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft
DE4219160C2 (de) Verfahren und Anlage zur Versorgung eines Hochofens mit sauerstoffreicher Luft
DE2920270C2 (de) Verfahren zum Erzeugen von Sauerstoff
EP1845323A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Druckprodukts durch Tieftemperatur-Luftzerlegung
DE19507981A1 (de) Verfahren zum Wiederanfahren einer Hilfskolonne zum Trennen von Argon/Sauerstoff durch Destillation und entsprechende Anlage
DE69108973T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Produktion gasförmigen Stickstoffs und System zu dessen Bereitstellung.
DE69306361T2 (de) Verfahren und Anlage zur Herstellung von gasförmigem Stickstoff mit variabelen Mengen
DE4415747C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE1056633B (de) Verfahren zur Zerlegung der Luft in ihre Bestandteile durch Verfluessigung und Rektifikation
DE3709588A1 (de) Vorrichtung zur zerlegung von gasen mittels koaxial ineinander angeordneter rektifikationskolonnen
DE4425974A1 (de) Kühlanlage
DE3018476C2 (de) Verfahren und Anlage zur Gewinnung von gasförmigem Stickstoff
DE19743734A1 (de) Kältemittel- oder Kältemittelgemischkreislauf
DE4018265C1 (en) Emergency refrigeration of cold room - involves pouring liq. nitrogen and liq. oxygen into room for evaporative cooling
EP0642649B1 (de) Verfahren zum abtrennen höherer kohlenwasserstoffe aus einem gasgemisch
DE1751383A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Waermeaustausch bei der Tieftemperaturzerlegung von Gasgemischen
EP3864357A1 (de) Verfahren zur gewinnung eines oder mehrerer luftprodukte und luftzerlegungsanlage
DE19620105A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Kälteanlage
DE10249383A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur variablen Erzeugung von Sauerstoff durch Tieftemperatur-Zerlegung von Luft
DE60020791T2 (de) Verfahren zur Zufuhr einer kryogenisch-getrennten Komponente aus einem Gasgemisch mit variablen Durchflussgeschwindigkeiten

Legal Events

Date Code Title Description
8263 Opposition against grant of a patent
8230 Patent withdrawn