DE3247838C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren von mindestens zwei parallel geschalteten, umschaltbaren Wärme­ tauschern einer Lufttrennanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiges Verfahren für einen umschaltbaren Wärmetauscher ist aus der US-PS 26 17 275 bekannt. Dieser Wärmetauscher weist dabei einen Zuluftkanal auf, in welchem die zugeführte Luft im Gegenstrom zu Gasen abgekühlt wird, die in einem Rückgaskanal, Produktgaskanälen für die abgetrennten Produkte und einem Rückheizkanal geführt werden. Der Zuluftkanal und der Rückgaskanal werden dabei zyklisch umgeschaltet. Dabei wird ein relativ warmer Rückheizgas-Mengenstrom in dem Wärme­ tauscher so geregelt, daß die Temperaturdifferenz zwischen den Temperaturen der Zuluft und des Rückgases einem Optimal­ wert entspricht, der dadurch bestimmt ist, daß das aus der Zuluft abgeschiedene Eis und Trockeneis beim Spül- bzw. Regenerationsvorganges gerade noch entfernt werden kann. Dieses Verfahren ist jedoch nur auf einen umschaltbaren Wärmetauscher bezogen. Mehrere parallel angeordnete und geregelte Wärmetauscher neigen jedoch zu einem instabilen Regelverhalten.

Aus der DE-AS 12 84 432 ist ferner ein Verfahren zum Entfernen von leicht kondensierbaren Bestandteilen aus bei tiefer Temperatur zu zerlegenden Gasgemischen in periodisch um­ schaltbaren Wärmetauschern bekannt, bei dem das Rückheiz­ gas dem Rückgas beigemischt wird, so daß eine Temperatur­ differenz zwischen der Temperatur der vor dem Regenerations­ schritt zugeführten Zuluft und der Temperatur des während des Regenerationsschrittes strömenden Rückgases einen zum Spülen ausreichenden Wert annimmt. Durch die Beimischung einer kleinen Menge an Rückheizgas steigt die Temperatur des Spülgases um etwa 20°C. Die Temperatur des Spülgases wird demnach willkürlich angehoben.

Beim Einstellen der optimalen Spülgasmenge und Spülgastempe­ ratur ergeben sich allgemein folgende Probleme. Um bei einem umschaltbaren Wärmetauscher das Kohlensäuregas aus der Zuluft entfernen zu können, muß die Beziehung zwischen der Zuluft und dem Spülgas konstant gehalten werden. Das in dem um­ schaltbaren Wärmetauscher kondensierte und angesammelte Kohlensäuregas, das aus der Zuluft erzeugt wird, sollte nämlich vollständig sublimiert und entfernt werden. Die theoretische Differenz M zwischen dem Volumen des im Wärmetauscher angesammelten Kohlesäuregases und dem Volumen den entfernten Kohlesäuregases wird durch folgende Gleichung dargestellt:

M = γ · [Pa · G/π - P′a · G′/ π ′ ]

wobei:

M:das im Wärmetauscher verbleibende Kohlensäure­ gasvolumen;γ:die Dichte des Kohlensäuregases;π:der Gesamtdruck der Zuluft (atm);π ′:der Gesamtdruck des Rückgases (atm);G:der Strom der Zuluft (Nm³/h);G′:der Strom des Rückgases (Nm³/h); Pa:der Dampfdruck des Kohlensäuregases in der Zuluft bei T °K (atm); P′a:der Dampfdruck des Kohlensäuregases im Rück­ gas bei T′ °K (atm)

ist.

Hierbei bezeichnet der erste Ausdruck der rechten Seite der obigen Gleichung das im Wärmetauscher angesammelte Volumen des Kohlensäuregases und der zweite Ausdruck das aus dem Wärmetauscher entfernte Volumen des Kohlensäure­ gases. Um das im Wärmetauscher angesammelte Kohlensäuregas ganz aus diesem entfernen zu können, muß der Wert der Differenz M Null oder negativ sein. Liegt einmal die Anlage fest, so liegen dann die Volumina der Zuluft und des Rück- bzw. Spülgases fest. Um demzufolge das Kohlensäuregas wirk­ sam entfernen zu können, muß dieser Wert zu Null gemacht werden, anstatt die Geschwindigkeit des Spülgases zu optimieren. Mit anderen Worten, die Temperaturdifferenz zwischen der Austrittstemperatur der Zuluft und der Temperatur des Rückgases muß mit der Temperatur des Spül­ gases ausgeglichen werden. Ist die Temperaturdifferenz gleich oder geringer als die Temperatur des Spülgases, so kann das Kohlensäuregas entfernt werden. Selbstverständlich ist die Optimierung der Spülgasgeschwindigkeit wichtig. Allerdings kommt dieser nach der Festlegung des Anlage­ prozesses nicht mehr diese Bedeutung zu.

Wie aus der obigen Gleichung ersichtlich, ist es demnach zur wirksamen Beseitigung des Kohlensäuregases aus dem Wärmetauscher erforderlich, daß der Dampfdruck des Kohlen­ säuregases optimiert wird. Zu diesem Zweck wird das eine niedrige Temperatur aufweisende Rückheizgas durch den Rückheizkanal im Wärmetauscher geschickt, um die Austritts­ temperatur der Zuluft so zu verändern, daß der Dampfdruck ein optimales Niveau erreicht. In diesem Fall ist es wichtig, daß die Temperaturdifferenz zwischen der Zulufttemperatur und der Rückgas- bzw. Spülgastemperatur stets gleich oder kleiner als die Spülgastemperatur in Längsrichtung des umschaltbaren Wärmetauschers gehalten wird.

Für den Fall, daß das Verhältnis von Spülgasvolumen zu Zuluftvolumen 0,76 und das Verhältnis von Rückheizgasvolumen zu Zuluftvolumen 0,12 ist, beträgt die Spültemperatur 5°C, die Zulufttemperatur -171,7°C und die Rückgastemperatur -176°C. Die Temperaturdifferenz zwischen der Zulufttemperatur und der Rückgastemperatur beträgt 4,3°C und ist somit kleiner als die Spülgastemperatur (4,3°C < 5°C), so daß das Kohlen­ säuregas ganz entfernt werden kann.

Ergibt sich andererseits das Verhältnis von Spülgasvolumen zu Zuluftvolumen zu 0,76 und das Verhältnis von Rückheizgas­ volumen zu Zuluftvolumen zu 0,07, so beträgt die Spülgas­ temperatur 5°C, die Zulufttemperatur -170,6°C und die Rück­ gas-(Spülgas)Temperatur -176°C. Die Temperaturdifferenz zwischen der Zulufttemperatur und der Rückgastemperatur be­ trägt somit 5,4°C und ist somit nicht kleiner als die Spül­ gastemperatur (5,4°C < 5°C), so daß das Kohlensäuregas nicht vollständig entfernt wird und somit teilweise im Wärme­ tauscher verbleibt. Demzufolge ist es wichtig, daß mehrere umschaltbare Wärmetauscher so betrieben werden, daß diese Temperaturdifferenz stets geringer als die Spülgastemperatur ist. Vorzugsweise wird der Wärmetauscher jedoch so betrieben, daß diese Temperaturdifferenz der Spülgastemperatur entspricht.

Nachfolgend wird an Hand der Fig. 1 bis 5 zum besseren Ver­ ständnis der Erfindung ein bekanntes Verfahren zum Regene­ rieren einer Wärmetauschergruppe einer Lufttrennanlage be­ schrieben. Es zeigt

Fig. 1 schematisch den Aufbau eines umschaltbaren Wärmetauschers einer Lufttrennanlage;

Fig. 2 im Diagramm die Temperatur des Rückgases und die Temperaturdifferenz zwischen Zuluft und Rückgas in verschiedenen Abschnitten des Wärmetauschers in Beziehung zur Temperatur­ differenz zum bzw. beim Spülen;

Fig. 3 ein Fließbild einer Gruppe umschaltbarer Wärmetauscher einer Lufttrennanlage, mit der das bekannte Verfahren durchgeführt wird;

Fig. 4 im Diagramm die Beziehung zwischen der Tempe­ ratur des Rückgases und der Temperaturdifferenz zwischen Zuluft und Rückgas in verschiedenen Abschnitten des umschaltbaren Wärmetauschers mit unterschiedlicher Temperaturdifferenz des kalten oder der Temperaturdifferenz des warmen Endes und

Fig. 5 im Diagramm die Beziehung zwischen der Tempe­ ratur des Rückgases und der Temperaturdifferenz zwischen Zuluft und Rückgas in verschiedenen Abschnitten des umschaltbaren Wärmetauschers der Wärmetauschergruppe, wobei die Austritts­ temperatur des Rückgases im Gleichgewicht ist und die Temperaturdifferenz des kalten Endes oder die Temperaturdifferenz des warmen Endes unterschiedlich ist.

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines umschaltbaren Wärmetauschers 10 zur Verwendung bei einer Lufttrennanlage. Der Wärmetauscher 10 enthält fünf Kanäle A, B, C, D und E.

Die in eine nicht gezeigte Lufttrennanlage strömende Zuluft und das aus dieser zurückströmende Rückgas strömen in vorbe­ stimmter Richtung durch die Kanäle A und B, die zyklisch schaltbar sind. Die aus der Zuluft in der Lufttrennanlage getrennten Gase, nämlich Endprodukt Sauerstoff und Endprodukt Stickstoff strömen in vorbestimmter Richtung durch die Kanäle C und D. Rückheizgas strömt in vorbestimmter Richtung durch den Kanal E.

Die z. B. durch den Kanal A strömende Zuluft wird durch Wärmeaustausch mit dem Endprodukt-Sauerstoff und dem Endprodukt-Stickstoff, die durch die Kanäle C bzw. D strömen, gekühlt, wobei sich das in der Zuluft enthaltene Wasser und Kohlenstoffdioxyd an der Wärmeübertragungsfläche des Kanals A absetzen. Das an der Wärmeübertragungsfläche ab­ gesetzte Eis und Trockeneis werden durch Spülen sublimiert und entfernt, wenn beim nächsten Umschalten Rückgas durch den Kanal A strömt.

Zur wirksamen Spülung und Entfernung des Eises und Trocken­ eises von den Wärmeübertragungsflächen der zyklisch um­ schaltbaren Kanäle A und B, insbesondere des Trockeneises, durch Verwendung des Rückgases, muß die Temperaturdiffe­ renz zwischen Zuluft und Rückgas unterhalb einer Tempera­ turdifferenz liegen, die hoch genug ist, um das Trockeneis durch Sublimation mittels Spülen wirksam zu entfernen. Gemäß Fig. 2 steigt die Temperaturdifferenz zwischen Zuluft und Rückgas in einem umschaltbaren Wärme­ tauscher in Richtung von seinem warmen zu seinem kalten Ende (ausgezogene Linie). Fällt die Temperatur des Rück­ gases unterhalb etwa 125°K, so steigt die Temperaturdiffe­ renz zwischen Zuluft und Rückgas über die Temperaturdiffe­ renz zum Spülen (strichpunktierte Linie in Fig. 2) zum kalten Ende hin, so daß das Trockeneis durch das Spülen nur unbefriedigend entfernt wird. Um diesen Mangel zu beheben, wird durch den Kanal E Rückheizgas geführt, so daß die Temperaturdifferenz zwischen Zuluft und Rückgas unterhalb die Temperaturdifferenz zum Spülen fällt (ge­ strichelte Linie in Fig. 2). Im allgemeinen wird ein Teil der durch den umschaltbaren Wärmetauscher 10 gekühlten Zuluft als Rückheizgas verwendet. Ebenso können Endprodukt-Gas, unreines Stickstoffgas und andere Prozeßgase, die durch die Lufttrennanlage getrennt wurden, als Rückheizgas ver­ wendet werden.

Bei einer Lufttrennanlage sind wenigstens zwei umschaltbare Wärmetauscher parallel zueinander angeordnet. Selbst wenn mit umschaltbaren Wärmetauschern gleicher Spezifikation produziert wird, sind unterschiedliche Strömungswiderstände in den Wärmetauschern unvermeidbar. Ebenso bestehen Unter­ schiede in den Strömungswiderständen zwischen den die Wärmetauscher verbindenden Leitungen oder zwischen in die­ sen Leitungen angeordneten Ventilen, so daß die Mengen­ ströme der einzelnen Fluide oder Gase ungleichmäßig verteilt werden. Dies führt unvermeidlich zu einem Ungleichgewicht der Temperatur in den verschiedenen Abschnitten der Wärmetauscher. Tritt dieser Fall ein, so ist es unmöglich, die Gruppe umschaltbarer Wärmetauscher stabil zu betreiben, weil ein bestimmter Wärmetauscher oder mehrere Wärmetauscher überkühlt werden. Zur Vermeidung dieser Erscheinung muß daher die Temperatur der Umschalt-Wärmetauscher-Gruppe bei der Regenerierung optimal geregelt werden, um das Auftreten eines Ungleichgewichts der Temperatur in den verschiedenen Abschnitten jedes umschaltbaren Wärmetauschers zu vermeiden.

Die Temperaturregelung umschaltbarer Wärmetauscher-Gruppen geschieht bisher folgendermaßen:

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Aufbau wird die Temperatur des Rückheizgases am gleichen Abschnitt mit Ausnahme der Rück­ heizgas-Einlaßabschnitte der umschaltbaren Wärmetauscher 10 a, 10 b und 10 c erfaßt oder die Rückheizgas-Austrittstempera­ turen der umschaltbaren Wärmetauscher 10 a bis 10 c werden durch Temperaturfühler 40 a bis 40 c immer dann erfaßt, wenn ihre Kanäle durch Betätigung von Schaltventilen 20 a bis 20 c oder Schaltventilen 21 a bis 21 c umgeschaltet werden. Die er­ faßten Temperaturen ersetzen die in einem Regelgerät 30 gespeicherten Temperaturen. Gleichzeitig wird ein willkür­ lich gewählter umschaltbarer Wärmetauscher der Gruppe, z. B. der umschaltbare Wärmetauscher 10 a gewählt und seine Rück­ heizgas-Austrittstemperatur wird als Soll-Temperatur verwendet, um durch Signale vom Regelgerät 30 die Öffnungs­ weite von Mengenstrom-Steuerventilen 22 b und 22 c zu steuern. Hierdurch wird der Mengenstrom des Rückheizgases durch die umschaltbaren Wärmetauscher 10 b und 10 c gesteuert, und zwar derart, daß die Rückheizgas-Austrittstemperaturen der umschaltbaren Wärmetauscher 10 b und 10 c in Übereinstimmung mit der Solltemperatur gebracht werden. Wenn beispielsweise die Rückheizgas-Austrittstemperaturen der um­ schaltbaren Wärmetauscher 10 b und 10 c höher sind als die Soll-Temperatur, so wird durch die Regelung des Mengen­ stroms des Rückheizgases dessen Mengenstrom erhöht. Wenn um­ gekehrt die Rückheizgas-Austrittstemperaturen niedriger sind, wird durch die Regelung der Mengenstrom des Rückheizgases vermindert.

Das vorstehend beschriebene Temperatur-Regelverfahren für eine Gruppe umschaltbarer Wärmetauscher ist zwar in der Lage, die Rückheizgas-Austrittstemperaturen der umschaltbaren Wärmetau­ schergruppe so zu regeln, daß ein Ausgleich erfolgt; das Verfahren hat jedoch folgende Nachteile:

• 1. Bei dem beschriebenen Verfahren werden die Temperaturen der Gruppe von umschaltbaren Wärmetauschern ausgeglichen, in­ dem nur die Temperatur des Rückheizgases am gleichen Querschnitt verwendet wird, mit Ausnahme der Temperatur an den Rückheizgas-Einlaßabschnitten der Wärme­ tauscher unabhängig von der Temperaturdifferenz zwischen Zuluft-Austrittstemperatur und Rückgas-Eintrittstemperatur der Wärmetauscher (im folgenden als Temperaturdifferenz des kalten Endes bezeichnet). Deswegen wird das Trockeneis unter Umständen durch das Spülen durch Rückgas nicht wirksam entfernt. Anders ausgedrückt, bei einem oder mehreren umschaltbaren Wärmetauschern, bei denen die Tempe­ raturdifferenz des kalten Endes zu hoch ist, um die Differenztemperatur zum Spülen zu erfüllen, wird die Temperaturdifferenz zwischen zugeführtem und rückge­ führtem Gas am gleichen Querschnitt des kalten Endab­ schnittes des Wärmetauschers (in Fig. 4 mit aus­ gezogener Linie dargestellt), höher als die Differenz­ temperatur zum Spülen, die in Fig. 4 strichpunktiert dar­ gestellt ist, wodurch es unmöglich wird, die Wärmetauscher-Gruppe stabil zu betreiben. Umgekehrt wird, wenn die Temperaturdifferenz des kalten Endes der Wärmetauscher gering ist, die Temperaturdifferenz zwischen Zuluft-Eintrittstemperatur des warmen Endes des Wärmetauschers und die Austrittstemperatur des Rückgases und der getrennten Gase oder des Endprodukt-Sauerstoffs und -stickstoffs (im folgenden als Temperaturdifferenz des warmen Endes bezeichnet) hoch. Hierdurch wird es unmöglich, die Wärme befriedigend zurückzugewinnen. Außerdem wird die Temperaturdifferenz zwischen Zuluft und Rückgas am glei­ chen Querschnitt der Zwischenabschnitte der Wärmetauscher hoch, so daß ein Bereich entsteht, in dem die Temperaturdifferenz zwischen Zuluft und Rückgas höher als die Temperaturdifferenz zum Spülen wird (ge­ strichelte Linie in Fig. 4). Dabei wird es aber unmöglich, das Trockeneis wirksam und zufriedenstellend zu entfernen, so daß die Wärmetauscher-Gruppe nicht stabil be­ trieben werden kann. Dies zeigt, daß es eine optimale Temperaturdifferenz zum Spülen gibt, bei der die Tempera­ turdifferenz des kalten Endes der umschaltbaren Wärmetau­ scher die Differenztemperatur zum Spülen erfüllt, so daß die Wärme befriedigend zurückgewonnen werden kann.
• 2. Selbst wenn die Gruppe aus umschaltbaren Wärmetauschern gemäß Fig. 5 geregelt und ein Ausgleich der Rückheizgas­ Austrittstemperaturen erreicht wird, treten in den Wärmetauschern wegen des Strömungswiderstandes und anderer Faktoren ungleiche Verteilungen auf, so daß es unmöglich wird, einen Ausgleich der Temperaturdifferenzen des kalten Endes und der Temperaturdifferenzen des warmen Endes des Wärmetauschers zu erzielen. Anders ausgedrückt, selbst wenn die Rückheizgas-Austrittstemperatu­ ren der Wärmetauscher so geregelt werden, daß sie ausgeglichen werden, ist es möglich, daß die Diffe­ renztemperatur zum Spülen in manchen Wärme­ tauschern nicht erfüllt wird. Erfüllen ein oder mehrere Wärmetauscher nicht die Differenztemperatur zum Spülen, so wird es bei solchen Wärmetauschern schwierig, das Trockeneis befriedigend zu entfernen. Infolgedessen wird ein stabiler Betrieb der umkehrbaren Wärmetauscher­ gruppe unmöglich. Selbst wenn die Differenztemperatur zum Spülen in jedem Umschalt-Wärmetauscher erfüllt wird, ist möglicherweise die Temperaturdifferenz des kalten Endes und die Temperaturdiffferenz des warmen Endes im Wärmetauscher nicht ausgeglichen. Hierdurch werden die Wärme-Rückgewinnung und der Betrieb der Luft­ trennanlage nachteilig beeinflußt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß mindestens zwei parallel geschaltete, umschaltbare Wärmetauscher dauernd stabil betrieben, ein Wärmeausgleich herbeigeführt und der Wassergehalt und die Verunreinigungen der Zuluft, insbesondere Kohlen­ dioxyd, wirksam entfernt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand eines Unteranspruchs.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Regenerieren von mindestens zwei parallel geschalteten, umschaltbaren Wärmetauschern einer Lufttrennanlage ermöglicht einen stabilen Betrieb sowie eine wirksame Entfernung des an den Wandungen des Zuluftkanals abgesetzten Eises oder Trockeneises durch Spülen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 6 ein Fließbild der Gruppe umschaltbarer Wärmetauscher einer Lufttrennanlage, bei der das Regenerierungsverfahren ausgeführt wird und

Fig. 7 im Diagramm die Beziehung zwischen dem Ver­ hältnis des Rückheizgas-Mengenstroms zum Mengenstrom der Zuluft, der Austrittstemperatur des Rückgases und der Temperaturdifferenz zwischen Zuluft und Rückgas im Bereich des kalten Endes und im Zwischenbereich des um­ schaltbaren Wärmetauschers.

Eine Ausführungsform des Regenerierungsverfahrens wird an Hand der Fig. 6 erläutert, die ein Fließ- bzw. Schalt­ bild einer Gruppe von umschaltbaren Wärmetauschern einer Lufttrennanlage zeigt, an der das Regenerierungsverfahren ausführbar ist. Die Austrittstemperaturen der Rückheizgases umschaltbarer Wärmetauscher 10 a bis 10 c werden mittels Temperaturfühlern 40 a bis 40 c jedesmal dann erfaßt, wenn die Kanäle der Wärmetauscher 10 a bis 10 c um­ geschaltet werden. Die Austrittstemperaturen der Zuluft und die Eintrittstemperaturen des Rückgases werden durch Temperatur­ fühler 41 a bis 41 c bzw. 42 a bis 42 c erfaßt, und zwar einmal bei mehrfacher Umschaltung der Kanäle. Die durch diese Tem­ peraturfühler erfaßten Temperaturwerte werden dem Regelgerät 30 zugeführt, wo sie die zuvor gespeicherten Temperaturen ersetzen. Die Temperaturregelung der Wärmetauscher 10 a bis 10 c geht folgendermaßen vor sich:

Ein als Referenz für die Temperaturregelung dienender um­ schaltbarer Wärmetauscher (im folgenden als Bezugs-Wärme­ tauscher bezeichnet) wird willkürlich unter den Wärmetau­ schern 10 a bis 10 c ausgewählt. Es sei als Bezugs-Wärmetau­ scher der Wärmetauscher 10 a gewählt. Dann wird im umschalt­ baren Wärmetauscher eine Austrittstemperatur des Rückheizgases erfaßt und gegen die im Regelgerät 30 gespeicherte Rück­ heizgas-Austrittstemperatur ausgetauscht. Diese wird mit einer willkürlich eingestellten Austrittstemperatur des Rückheizga­ ses (im folgenden als Soll-Temperatur bezeichnet) verglichen, bei der die Temperaturdifferenz des kalten Endes die Spülerfordernisse erfüllt. Dieser Vergleich ge­ schieht durch das Regelgerät 30, das die Öffnungsweite eines Mengenstrom-Stellventils 22 a und damit den Mengenstrom des Rückheizgases einstellt, derart, daß die erfaßte Austrittstem­ peratur des Rückheizgases in Übereinstimmung mit der Soll-Temperatur gebracht wird. Ist die erfaßte Austrittstempe­ ratur des Rückheizgases höher als die Soll-Temperatur, so wird der Mengenstrom des Rückheizgases erhöht, ist die Austrittstemperatur dagegen niedriger, so wird der Mengenstrom vermindert. Gleichzeitig wird in den anderen umschaltbaren Wärmetauschern 10 b und 10 c die Austrittstemperatur des Rückheiz­ gases des Wärmetauschers 10 a als Soll-Temperatur verwen­ det. Die an den Wärmetauschern 10 b und 10 c erfaßten Rückheiz- Austrittstemperaturen ersetzen die im Regelgerät 30 gespeicher­ ten Austrittstemperaturen und werden durch das Steuergerät 30 mit dem Sollwert verglichen. Das Regelgerät 30 stellt die Öffnungsweite der Mengenstrom-Steuerventile 22 b und 22 c und damit den Mengenstrom des Rückheizgases derart ein, daß die erfaßten Austrittstemperaturen des Rückheizgases der Wär­ metauscher 10 b und 10 c in Übereinstimmung mit der Soll- Temperatur gebracht werden. Ist die erfaßte Austrittstemperatur des Rückheizgases des Wärmetauschers 10 b beispielsweise größer als die Soll-Temperatur, so wird der Mengenstrom des Rückheizgases durch den Wärmetauscher 10 b erhöht. Ist die Temperatur geringer, so wird der Mengenstrom umgekehrt vermindert. Auf diese Weise können die Austrittstemperaturen des Rückheizgases der Gruppe umschaltbarer Wärmetauscher so geregelt werden, daß ein Ausgleich der Temperaturen erzielt wird.

Die Mengenströme der durch die umschaltbare Wärmetauscher­ gruppe strömenden Gase ist infolge der Strömungswiderstände in den Kanälen Änderungen unterworfen, so daß die Tem­ peratur am kalten Ende der umschaltbaren Wärmetauscher vom Bereich der zulässigen Werte der Temperaturdifferenz des kalten Endes (im folgenden als zulässige Werte des kalten Endes bezeichnet) abweichen kann, wobei eine die Temperatur­ differenz des kalten Endes überschreitende Spültemperatur als Obergrenze und die Temperaturdifferenz des kalten Endes als untere Grenze eingestellt wird, wenn die Temperatur­ differenz zwischen Zuluft und Rückgas im Zwischenabschnitt des umschaltbaren Wärmetauschers die Differenztemperatur zum Spülen überschreitet. Wenn die Temperaturdifferenzen des kalten Endes, die durch die Temperaturfühler 41 a, 41 b, 41 c, 42 a, 42 b und 42 c zum Erfassen der Auslaßtemperaturen der Zuluft und der Eintrittstemperaturen des Rückgases innerhalb der zulässigen Werte des kalten Endes liegen, werden sie als in einer toten Zone liegend betrachtet und es wird keine Änderung der Soll-Temperatur ausgefühfrt. Gibt es jedoch dann einen umschaltbaren Wärmetauscher, in dem die erfaßte Temperaturdifferenz des kalten Endes von den zulässigen Wer­ ten des kalten Endes abweicht, so wird dann die Soll- Temperatur geändert.

Wenn die Temperatur des kalten Endes eines umschaltbaren Wärmetauschers die Obergrenze der zulässigen Werte des kalten Endes überschreitet oder wenn die Temperaturdifferenz des kalten Endes die Differenztemperatur zum Spülen (ausge­ zogene Linie in Fig. 4) überschreitet, müssen die Einstel­ lungen derart erfolgen, daß, wie in Fig. 7 gezeigt, der Mengenstrom des Rückheizgases erhöht und die Austrittstempera­ tur des Rückheizgases vermindert wird, so daß die Austritts­ temperatur der Zuluft vermindert und die Temperaturdiffe­ renz des kalten Endes unter die Temperaturdifferenz zum Spülen abgesenkt wird. Ist dies der Fall, so sollte die Soll-Temperatur auf einen niedrigeren Wert geän­ dert werden.

Liegt die erfaßte Temperatur des kalten Endes unterhalb der Untergrenze der zulässigen Werte des kalten Endes oder steigt, wie in Fig. 4 durch eine gestrichelte Linie ange­ deutet, die Temperaturdifferenz zwischen Zuluft und Rück­ gas im Zwischenabschnitt oberhalb die Spül-Differenz­ temperatur, so muß der Mengenstrom des Rückheizgases ver­ mindert werden, um die Austrittstemperatur des Rückheizgases anzuheben und die Temperaturdifferenz zwischen dem Rückgas und der Zuluft unterhalb die Spül-Differenztemperatur abzusenken. In diesem Fall sollte die Soll-Temperatur auf einen niedrigeren Wert geändert werden.

Wird als Ergebnis der Erfassung festgestellt, daß die Tem­ peraturdifferenzen des kalten Endes der Wärmetauscher aus­ geglichen sind, so werden sie als in einer toten Zone lie­ gend betrachtet. Wenn jedoch die Temperaturdifferenzen des kalten Endes der Wärmetauscher nicht abgeglichen sind (Fig. 5), so wird im Sinne eines Ausgleichs der Temperaturdifferenzen des kalten Endes geregelt. Um in einer industriellen Anlage die Wärme zufriedenstellend rückzugewinnen, ist es wün­ schenswert, die Anlage mit einem kleinen Wert der Temperatur­ differenzen des warmen Endes der umschaltbaren Wärmetauscher zu betreiben. Die Temperaturdifferenz des kalten Endes und die Temperaturdifferenz des warmen Endes zeigen eine spe­ zifische Tendenz. Im allgemeinen sinkt die Temperaturdifferenz des warmen Endes mit höher werdender Temperaturdifferenz am kalten Ende. Damit ist es nach dem Regenerierungs­ verfahren möglich, so zu regeln, daß die Temperaturdifferen­ zen des kalten Endes der umschaltbaren Wärmetauscher in Über­ einstimmung zueinander gebracht werden, indem die Öffnungs­ weite der Steuerventile 23 a bis 23 c und damit der Mengen­ strom des Endprodukts-Sauerstoffs eingestellt wird, indem die Temperaturdifferenz des kalten Endes des umschaltbaren Wärmetauschers als Soll-Temperaturdifferenz gewählt wird, die der Spül-Temperaturdifferenz sämtlicher Temperatur­ differenzen des kalten Endes der umschaltbaren Wärmetauscher am nächsten liegt.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform des Regenerierungsverfahrens für eine Gruppe umschaltbarer Wärmetauscher einer Lufttrennanlage ist es möglich, die Austrittstemperaturen des Rückheizgases der Wärme­ tauscher auszugleichen und die Temperaturdifferenzen zwischen Zuluft und Rückgas in verschiedenen Abschnitten der Wärme­ tauscher der Gruppe stets unterhalb die Differenztemperatur zum Spülen zu regeln. Weiter kann die Temperaturregelung so ausgeführt werden, daß die Temperaturdifferenzen des kalten Endes der umschaltbaren Wärmetauscher ausgeglichen werden können, so daß das an den Wärmeübertragungsflächen der zyklisch umgeschalteten Kanäle niedergeschlagene Trockeneis durch Spülen wirksam entfernt werden kann. Außerdem läßt sich die Wärme mit hohem Wirkungsgrad rückgewinnen.

Zwar wurde in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbei­ spiel eine Lufttrennanlage mit drei parallel zueinander ge­ schalteten Wärmetauschern beschrieben, das Regenerierungs­ verfahren kann jedoch in beliebig aufgebauten Lufttrennanlagen verwendet werden, wenn wenigstens zwei umschaltbare Wärmetauscher vorgesehen sind. Zwar wurde die Temperaturdifferenz des kalten Endes als Grenztemperatur für die Spülbedingungen des Kohlendioxys benutzt. Es kann jedoch ohne Schwierigkeiten auch die Temperaturdifferenz des warmen Endes für die Spülbedingungen verwendet werden. Weiter­ hin können statt der Temperaturen des kalten Endes der um­ schaltbaren Wärmetauscher die Temperaturdifferenzen des war­ men Endes in Übereinstimmung miteinander gebracht werden. Die Regelung kann ferner statt mittels der Stellventile 23 a bis 23 c zur Einstellung des Mengenstroms des Endprodukt- Sauerstoffs beispielsweise mit Stellventilen für den Mengen­ strom des Endprodukt-Stickstoffs und mit Stellventilen für den Mengenstrom der Zuluft ausgeführt werden.

Claims (2)

1. Verfahren zum Regenerieren von mindestens zwei parallel geschalteten, umschaltbaren Wärmetauschern einer Lufttrennanlage, wobei jeder Wärmetauscher (10) einen Zuluftkanal (A), in welchem die zugeführte Luft im Gegenstrom zu Gasen abgekühlt wird, die in einem Rückgaskanal (B), Produktgaskanälen (C, D) für die abgetrennten Produkte und einem Rückheizkanal (E) geführt werden, von denen der Zuluft- und der Rückgaskanal (A) bzw. (B) zyklisch umschaltbar sind und wobei man einen relativ warmen Rückheizgas-Mengenstrom im Rückheizkanal des ersten Wärmetauschers so regelt, daß die Temperatur­ differenz zwischen den Temperaturen der Zuluft und des Rückgases einem Optimalwert entspricht, bei dem das aus der Zuluft abgeschiedene Eis und Trockeneis während des Regenerationsvorganges aus dem Wärmetauscher gerade noch entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man zu Steuerung der übrigen Wärmetauscher

• - die Austrittstemperatur des Rückheizgases bei der op­ timalen Temperaturdifferenz im ersten Wärmetauscher mißt und als Sollwert für die Steuerung der Temperaturdifferenzen der übrigen Wärmetauscher verwendet und
• - die Austrittstemperatur des Rückheizgases der übrigen Wärmetauscher durch Verändern des Rückheizgas-Mengen­ stroms mit dem Sollwert in Übereinstimmung bringt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß diese Solltemperatur zu einem kleineren Wert geändert wird, wenn die Temperaturdifferenz zwischen der festgestellten Austrittstemperatur der Zuluft und der festgestellten Eintrittstemperatur des Rückgases den Optimalwert am kalten Ende der Wärmetauscher an wenigstens einem Wärmetauscher übersteigt, und daß die Solltemperatur zu einem höheren Wert geändert wird, wenn die Temperaturdifferenz zwischen den Temperaturen der Zuluft und des Rückgases an einem Zwischenabschnitt der Wärmetauscher in wenigstens einem der Wärmetauscher den Optimalwert übersteigt.