DE60020791T2 - Verfahren zur Zufuhr einer kryogenisch-getrennten Komponente aus einem Gasgemisch mit variablen Durchflussgeschwindigkeiten - Google Patents

Verfahren zur Zufuhr einer kryogenisch-getrennten Komponente aus einem Gasgemisch mit variablen Durchflussgeschwindigkeiten Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der kryogenen Zerlegung von Gas, insbesondere ein Verfahren zur Lieferung von Sauerstoff bei variablen Durchflussgeschwindigkeiten aus einem Destillationssäulensystem.
  • Die Fähigkeit, einem Abnehmer Sauerstoff in einem breiten Spektrum von variierenden Durchflussgeschwindigkeiten zu liefern, war in einigen Industriezweigen, wie z.B. der Stahlproduktion und dem GuD-Prozess mit integrierter Kohlevergasung zur Elektrizitätsgewinnung (IGCC-Prozess) besonders wichtig. Um deren Betriebskosten zu senken, hat die Bedeutung dieser Fähigkeit in letzter Zeit für andere Sektoren wegen der Neigung der industriellen Gasproduzenten hin zu den Vorteilen von Tageszeit- und anderen Typen von Verträgen, zugenommen. In solchen Situationen kann die Reaktionszeit einer Luftzerlegungseinheit wesentlich langsamer sein als diejenige, die notwendig ist, um variable Anforderungsgeschwindigkeiten zu erreichen. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn Sauerstoff mittels einer Doppelsäulendestillationsanordnung erzeugt wird. Es ist deshalb vorteilhaft, die Destillationssäulen durch die Entnahme von Sauerstoff bei konstanter Durchflussgeschwindigkeit, welche der zeitlichen Durchschnittsproduktion entspricht, von Beeinträchtigungen frei zu halten. In so einem Fall muss jedes Sauerstoffüberschussprodukt zeitweilig, während Perioden, in denen die Kundenanforderung im Vergleich zur zeitlichen Durchschnitsproduktion reduziert ist, gespeichert werden, und das Sauerstoffprodukt muss vom Speicher entnommen werden, wenn die Kundenanforderungen die zeitliche Durchschnittsproduktion überschreitet.
  • Im Stand der Technik ist vorgeschlagen, den Sauerstoff als ein komprimiertes Gas in Hochdruckspeicherflaschen zu speichern. Diese Technik ist geeignet, wenn die Variationen in den Kundenanforderungen von hoher Frequenz und/oder von kurzer Dauer sind. Es ist jedoch wegen der hohen Drücke und der hohen notwendigen Volumina, um das Produkt in der Gasphase zu speichern, generell wesentlich ökonomischer, das Produkt in der flüssigen Phase zu speichern.
  • Die Speicherung des Produkts in der flüssigen Phase hat jedoch ebenfalls wenigstens einen Nachteil. Da das Produkt vom Kunden in der Dampfphase verlangt wird, muss die Flüssigkeit entsprechend variabler Anforderungsgeschwindigkeiten verdampft werden. Da Sauerstoff oftmals durch Wärmeaustausch mit einem eintretenden Warmstrom, wie z.B. Luft, verdampft wird, erzeugt eine variable Geschwindigkeit der Sauerstoffverdampfung eine variable Geschwindigkeit flüssigen Zustroms zu den Destillationssäulen. Solche Variationen verursachen Beeinträchtigungen, die die Reinheit des Sauerstoffproduktes beeinflussen können.
  • Gemäß dem Stand der Technik können die Durchflussgeschwindigkeiten des verflüssigten Speisemediums und der Produkte der Säulen neben dem Vorsehen einer Speicherung für das ankommende verflüssigte Speisemedium und der Speicherung für das abgehende flüssige Sauerstoffprodukt durch das Ermöglichen des Variierens der Vorräte in den Speisemedien- und den Produktspeichertanks im Wesentlichen konstant gehalten werden. Die US-A-5,082,482 (Darredeau) lehrt, die gesamte verflüssigte Luft in einen Speicherbehälter zu überführen, die flüssige Luft mit einer konstanten Geschwindigkeit vom Speicherbehälter zu entnehmen und die flüssige Luft zum Destillationssystem überzuleiten. Der Flüssigluftspeicher arbeitet bei einem Druck, der geringfügig größer ist als der Druck des Destillationssystems.
  • Die US-A-5,265,429 (Dray) lehrt eine Abwandlung gegenüber Darredau, wobei nur ein Teil der flüssigen Luft während Perioden hoher Sauerstoffproduktion zu einem Speicher geleitet wird, und flüssige Luft vom Speicher zum Hauptflüssigluftkreislauf während Perioden geringer Sauerstoffproduktion überführt wird. In jedem Fall muss der Speicherbehälter bei einem Druck, der größer ist als derjenige des Destillationssystems, betrieben werden. Die US-A-5,526,647 (Grenier) lehrt die Verwendung eines Speicherbehälters für flüssige Luft, der bei Drücken, die wesentlich größer sind als der Druck des Destillationssystems, gehalten wird.
  • Alle oben genannten Patente aus dem Stand der Technik lehren Verfahren, bei denen sowohl der Vorrat an zufließender, flüssiger Luft als auch der Vorrat an abfließendem flüssigen Sauerstoffs variiert wird, um die Durchflussgeschwindigkeit des Speisemediums zu den und die Durchflussgeschwindigkeit des Produktes von den Destillationssäulen im Wesentlichen konstant halten zu können. Diese Patente lehren ebenfalls, dass die flüssige Luft, die entweder zur Säule höheren Drucks, zur Säule niedrigeren Drucks oder zu beiden Säulen geleitet wird, aus dem Flüssigluftspeicherbehälter entnommen wird.
  • Die Nachteile des Speicherns der flüssigen Luft bei Drücken, die größer sind als derjenige des Destillationssystems, hängen von dem Grad ab, in wieweit der Druck größer ist. Der Druck des Hauptflüssigluftstromes ist oftmals 200 psia (1,4 MPa) bis 1200 psia (8,3 MPa). Sofern der Speicherdruck der flüssigen Luft auf demjenigen der zuströmenden flüssigen Luft gehalten wird, muss der Speicherbehälter in der Lage sein, Hochdruck zu widerstehen, und ist deshalb teuer im Aufbau. Sofern der Speicherdruck der flüssigen Luft geringer ist als derjenige der Hauptluft, könnte das Fluid, welches in den Speicherbehälter gelangt, aufgrund von Druckreduktion Dampf erzeugen. Dieser Entspannungsdampf (flash vapor) muss mit einer variablen Geschwindigkeit zum Destillationssystem geleitet werden, da der Flüssigluftstrom, der zum Speicherbehälter gesandt wird, variabel ist. Da die Veränderung im Dampfstrom resultierend aus der Druckreduktion der Flüssigluft im Vergleich zu den Dampfströmen im Destillationssystem klein ist, kann die resultierende Auswirkung hinsichtlich der Produktreinheit durch eine geeignete Steuerstrategie minimiert werden. Die Variation im Dampfstrom am Speicherbehälter für die Flüssigluft selbst kann in relativer Hinsicht groß sein. Dies macht es schwierig, den Speicherdruck zu steuern, der wiederum den Druck oder Strom flüssiger Luft in den Speicher beeinflusst. Deshalb schließt das Speichern flüssiger Luft bei einem Druck zwischen demjenigen der Hauptflüssigluft und dem Destillationssystem Störungen nicht vollständig aus.
  • Die US-A-3056268 (Grenier) ofenbart ein Zerlegungsverfahren für flüssige Luft mit zwei Säulen, bei dem das gasförmige Sauerstoffprodukt von der Säule mit niedrigerem Druck entnommen wird und Änderungen im Bedarf an Sauerstoffprodukt werden durch das Speichern von flüssigem Sauerstoff aus der Säule mit niedrigerem Druck und entweder flüssiger Luft oder einer flüssigen Fraktion aus der Säule mit höherem Druck zur Ergänzung der Speisung hin zur Säule mit niedrigerem Druck nach Bedarf erreicht.
  • Die EP-A-1065458 (veröffentlicht am 03. Januar 2001) offenbart ein Verfahren zur kryogenen Luftzerlegung mittels zweier Säulen, bei dem das flüssige Sauerstoffprodukt aus der Säule mit niedrigerem Druck entfernt wird und Änderungen im Bedarf an Sauerstoffprodukt durch das Speichern von flüssigem Überschusssauerstoff aus der Säule mit niedrigerem Druck erreicht werden, um die Produktlieferung nach Bedarf zu ergänzen und durch die Speicherung von Bodenflüssigkeit aus der Säule mit höherem Druck, um die Speisung zur Säule mit niedrigerem Druck nach Bedarf zu ergänzen.
  • Die US-A-5,084,081 (Rohde) lehrt ein Verfahren der Entnahme und des Speicherns einer stickstoffreichen Flüssigkeit und sauerstoffangereicherten Bodensätzen aus einer Säule mit höherem Druck bei variablen Durchflussgeschwindigkeiten und das Einleiten von Strömen der stickstoffreichen Flüssigkeit und des sauerstoffangereicherten Bodensatzes bei einer konstanten Geschwindigkeit zur Säule mit niedrigerem Druck. Dies erhält konstante Geschwindigkeiten in der Säule mit niedrigem Druck, erlaubt aber Durchflussvariationen in der Säule mit höherem Druck. Das System, welches durch dieses Patent gelehrt wird, erfordert drei Speicherbehälter – einen für flüssigen Stickstoff, einen für flüssigen Sauerstoff, und einen für flüssige sauerstoffangereicherte Bodensätze.
  • Es ist gewünscht, ein praktikableres Verfahren für die Lieferung von Sauerstoff bei variablen Durchflussgeschwindigkeiten zu haben.
  • Es ist ebenfalls gewünscht, ein Verfahren zur Lieferung von Sauerstoff bei einer variablen Durchflussgeschwindigkeit zu haben, welches die Schwierigkeiten und Nachteile des Standes der Technik vermeidet und bessere und vorteilhaftere Ergebnisse liefert.
  • Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zum Liefern von Sauerstoff bei variablen Durchflussgeschwindigkeiten aus einem Destillationssystem.
  • Gemäß einem Aspekt liefert die Erfindung ein Verfahren zur Zerlegung eines Gasgemisches aus wenigstens zwei Komponenten durch Tieftemperatur- bzw. kryogene Destillation zur Lieferung einer abgetrennten Komponente bei einer variablen Durchfluss- bzw. Strömungsgeschwindigkeit von einem Destillationssäulensystem mit wenigstens einer Destillationssäule, während die Strömungsgeschwindigkeit in dem Destillationssäulensystem im Wesentlichen bei den Pegeln bzw. Niveaus gehalten wird, wenn die abgetrennte Komponente mit einer durchschnittlichen Liefergeschwindigkeit geliefert wird, wobei das Verfahren aufweist:
    • – Entnehmen der abgetrennten Komponente als Flüssigkeit aus dem Destillationssäulensystem mit im Wesentlichen konstanter Geschwindigkeit;
    • – Speichern der überschüssigen, abgetrennten flüssigen Komponente in einem Speicherbehälter für die flüssige, abgetrennte Komponente (im Folgenden: "zweiter Speicherbehälter") während der Lieferperioden der abgetrennten Komponente mit einer Liefergeschwindigkeit die kleiner ist als die durchschnittliche Liefergeschwindigkeit;
    • – Ergänzen der Lieferung der abgetrennten flüssigen Komponente aus dem Destillationssäulensystem durch Entnahme der flüssigen abgetrennten Komponente aus dem zweiten Behälter, während der Lieferperioden der abgetrennten Komponente mit einer Liefergeschwindigkeit, die größer ist als die durchschnittliche Liefergeschwindigkeit;
    • – Verdampfen der abgetrennten flüssigen Komponente, die von dem Destillationssäulensystem angeliefert wird, und jeder ergänzenden flüssigen abgetrennten Komponente aus dem zweiten Speicherbehälter gegen kondensierendes Speisegemisch, um einen flüssigen Speisestrom zu liefern;
    • – Zuführen des flüssigen Speisestroms zu der wenigstens einen Destillationssäule, um eine Mischung mit einer Flüssigkeit herbeizuführen, die an der Säule herabfließt, um ein flüssiges Gemisch zu bilden;
    • – Entnehmen des überschüssigen flüssigen Gemisches aus der Säule und Speichern des Überschusses in einem Speicherbehälter für das flüssige Gemisch (im Folgenden "erster Speicherbehälter") während der Lieferperioden der abgetrennten Komponente mit einer Liefergeschwindigkeit, die größer ist als die durchschnittliche Liefergeschwindigkeit; und
    • – Ergänzende Einspeisung des flüssigen Gemisches in das Destillationssäulensystem durch Entnahme des flüssigen Gemisches aus dem ersten Speicherbehälter und Zuführen des entnommenen flüssigen Gemisches zu dem Destillationssäulensystem, während der Lieferperioden der abgetrennten Komponente mit einer Liefergeschwindigkeit, die kleiner ist als die durchschnittliche Liefergeschwindigkeit.
  • Nach einem anderen Aspekt stellt die Erfindung eine Vorrichtung zur Zerlegung einer Gasmischung aus wenigstens zwei Komponenten durch kryogene Destillation zur Verfügung, um eine abgetrennte Komponente mit einer variablen Durchflussgeschwindigkeit mittels dem vorgenannten Verfahren zu liefern, wobei die Vorrichtung aufweist:
    • – ein Destillationssäulensystem mit wenigstens einer Destillationssäule;
    • – einen ersten Speicherbehälter für eine Flüssigkeit;
    • – einen zweiten Speicherbehälter für eine Flüssigkeit;
    • – eine Leitungsanordnung zur Entnahme der abgetrennten Komponente als Flüssigkeit aus dem Destillationssäulensystem mit im Wesentlichen konstanter Geschwindigkeit;
    • – eine Leitungsanordnung zur Lieferung von überschüssiger, abgezogener, getrennter flüssiger Komponente zu dem zweiten Speicherbehälter während der Lieferperioden der abgetrennten Komponente bei weniger als der durchschnittlichen Liefergeschwindigkeit;
    • – eine Leitungsanordnung zur Ergänzung der Lieferung der abgetrennten flüssigen Komponente von dem Destillationssäulensystem durch Entnahme der flüssigen abgetrennten Komponente aus dem zweiten Speicherbehälter während der Lieferperiode der abgetrennten Komponente mit einer Liefergeschwindigkeit, die größer als die durchschnittliche Liefergeschwindigkeit ist;
    • – eine Wärmetauscheranordnung zum Verdampfen der flüssigen abgetrennten Komponente, die von dem Destillationssäulensystem geliefert wird, und jeder ergänzenden flüssigen abgetrennten Komponente von dem zweiten Speicherbehälter gegen das kondensierende Speisegemisch, um einen flüssigen Speisestrom zu bilden;
    • – eine Leitungsanordnung für die Zuführung des flüssigen Speisestroms zu der wenigstens einen Destillationssäule, um eine Mischung mit der Flüssigkeit herbeizuführen, die an der Säule herabfließt, um ein flüssiges Gemisch zu bilden;
    • – eine Leitungsanordnung für die Entnahme des überschüssigen flüssigen Gemischs von der Säule und die Übertragung des Überschusses zu dem ersten Speicherbehälter, während der Lieferperioden der abgetrennten Komponente mit einer Liefergeschwindigkeit, die größer als die durchschnittliche Liefergeschwindigkeit ist; und
    • – eine Leitungsanordnung für die Zuführung des abgezogenen flüssigen Gemisches von dem ersten Speicherbehälter zu dem Destillationssäulensystem, um die Einspeisung des flüssigen Gemisches zu dem Destillationssäulensystem während der Lieferperioden der abgetrennten Komponente mit einer Liefergeschwindigkeit zu ergänzen, die kleiner als die durchschnittliche Liefergeschwindigkeit ist.
  • Das Destillationssäulensystem wird üblicher Weise wenigstens eine erste Destillationssäule, die bei einem ersten Druck arbeitet, und eine zweite Destillationssäule, die bei einem zweiten Druck arbeitet, besitzen, wobei die Flüssigkeitsspeisung zur ersten Säule erfolgt.
  • Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei der kryogenen Destillation von Luft, d.h. die Gasmischung ist Luft und die abgetrennte Komponente ist Sauerstoff.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung ist ein Verfahren zur Lieferung von Sauerstoff bei einer variablen Durchflussgeschwindigkeit. Das Verfahren, welches eine durchschnittliche Sauerstofflieferungsgeschwindigkeit besitzt, verwendet ein Destillationssystem mit wenigstens einer ersten Destillationssäule, die bei einem ersten Druck arbeitet, und einer zweiten Destillationssäule, die bei einem zweiten Druck arbeitet. Ein Flüssigkeitsstrom, der Luftbestandteile aufweist, wird der ersten Destillationssäule aufgegeben, wobei wenigstens ein Teil des Flüssigkeitsstromes sich mit einer Flüssigkeit vermischt, welche in der ersten Destillationssäule absteigt (bzw. herabfließt), wobei hierdurch eine Flüssigkeitsmischung gebildet wird. Wenigstens ein Teil der Flüssigkeitsmischung wird von einem Ort oberhalb des Fußes der ersten Destillationssäule in einem ersten Speicherbehälter, wenigstens in Zeitperioden mit einer größeren als der durchschnittlichen Sauerstofflieferungsgeschwindigkeit überführt. Ein Strom von flüssigem Sauerstoff wird aus dem Destillationssystem entnommen und wenigstens ein Teil des entnommenen Stroms von flüssigem Sauerstoff wird in einem zweiten Speicherbehälter, während wenigstens denjenigen Perioden mit geringerer als der durchschnittlichen Sauerstofflieferungsgeschwindigkeit überführt. Wenigstens ein Teil des flüssigen Sauerstoffs wird von dem zweiten Speicherbehälter wenigstens während Zeitperioden mit größerer als der durchschnittlichen Sauerstofflieferungsgeschwindigkeit entnommen.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Liefern von Sauerstoff bei einer variablen Durchflussgeschwindigkeit durch ein Verfahren zur Verfügung, welches in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts definiert ist, wobei die Vorrichtung aufweist:
    • – ein Destillationssystem mit wenigstens einer ersten Destillationssäule, die bei einem ersten Druck arbeitet und einer zweiten Destillationssäule, die bei einem zweiten Druck arbeitet;
    • – einen ersten Speicherbehälter für eine Flüssigkeit;
    • – einen zweiten Speicherbehälter für eine Flüssigkeit;
    • – eine Leitungsanordnung zum Speisen eines Flüssigkeitsstromes, der Luftkomponenten enthält, in die erste Destillationssäule, so dass wenigstens ein Teil dieses Flüssigkeitsstromes sich mit einer Flüssigkeit, die in der ersten Destillationssäule herabsteigt, vermischt, so dass eine Flüssigkeitsmischung ausgebildet wird;
    • – eine Leitungsanordnung zum Überführen wenigstens eines Teils der Flüssigkeitsmischung von einem Ort oberhalb des Bodens der ersten Destillationssäule hin zum ersten Speicherbehälter, wenigstens während Zeitperioden größerer als der durchschnittlichen Sauerstofflieferungsgeschwindigkeit;
    • – eine Leitungsanordnung zum Entnehmen eines Flüssigsauerstoffstroms aus dem Destillationssystem;
    • – eine Leitungsanordnung zum Überfuhren wenigstens eines Teils des entnommenen Flüssigsauerstoffstromes zum zweiten Speicherbehälter, wenigstens während Zeitperioden geringerer als der durchschnittlichen Sauerstofflieferungsgeschwindigkeiten; und
    • – eine Leitungsanordnung zum Entnehmen wenigstens eines Teils des flüssigen Sauerstoffs aus dem zweiten Speicherbehälter, wenigstens während Zeitperioden größerer als der durchschnittlichen Sauerstofflieferungsgeschwindigkeit.
  • Der Flüssigkeitsstrom, der Luftkomponenten aufweist, hat geeigneterweise die Zusammensetzung von Luft.
  • Der erste Druck kann höher oder niedriger sein als der zweite Druck.
  • Der Flüssigsauerstoffstrom kann bei im Wesentlichen konstanter Durchflussgeschwindigkeit von einer der ersten oder der zweiten Destillationssäulen entnommen werden; und der wenigstens eine Teil des flüssigen Sauerstoffs kann bei einer variablen Durchflussgeschwindigkeit von dem zweiten Speicherbehälter entnommen worden.
  • Der wenigstens eine Teil des Flüssigkeitsgemischs, der von der ersten Destillationssäule übergeführt wurde, kann an im Wesentlichen der gleichen Stelle innerhalb der ersten Destillationssäule, wo der Flüssigkeitsstrom in die erste Destillationssäule eingespeist wird, entnommen werden.
  • Der Druck des wenigstens einen Teils des Flüssigsauerstoffs, der aus dem zweiten Speicherbehälter entnommen wurde, kann erhöht werden und der wenigstens eine Teil des flüssigen Sauerstoffs mit erhöhtem Druck verdampft werden, um einen gasförmigen Sauerstoffproduktstrom zu erzeugen.
  • Ein Strom flüssigen Stickstoffs kann aus der ersten Destillationssäule entnommen werden und wenigstens ein Teil des Stroms flüssigen Stickstoffs in einen dritten Speicherbehälter übergeführt werden. Wenigstens ein Teil des flüssigen Stickstoffes wird vom dritten Speicherbehälter, nach Bedarf entnommen. Der Strom flüssigen Stickstoffs kann bei einer im Wesentlichen konstanten Durchflussgeschwindigkeit von der ersten Destillationssäule entnommen werden; und der wenigstens eine Teil des flüssigen Stickstoffs kann bei einer variablen Durchflussgeschwindigkeit vom dritten Speicherbehälter entnommen werden. Der Druck des wenigstens einen Teils des vom dritten Speicherbehälter entnommenen flüssigen Stickstoffs kann erhöht werden und der wenigstens eine Teil des flüssigen Stickstoffs mit erhöhtem Druck verdampft werden, um einen gasförmigen Stickstoffproduktstrom zu bilden.
  • In einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung arbeitet die zweite Destillationssäule bei einem Druck, der geringer ist als der erste Druck. Ein erster Strom flüssiger Luft wird in die erste Destillationssäule eingespeist, wobei wenigstens ein Teil des ersten Stroms flüssiger Luft sich mit einer Flüssigkeit, die in der ersten Destillationssäule herabfließt vermischt, wobei hierdurch ein Flüssigkeitsgemisch gebildet wird. Ein zweiter Strom flüssiger Luft wird in die zweite Destillationssäule eingespeist. Wenigstens ein Teil des Flüssigkeitsgemisches wird von einem Ort oberhalb des Bodens der ersten Destillationssäule in einen ersten Speicherbehälter wenigstens während Zeitperioden geringerer als der durchschnittlichen Sauerstoffliefergeschwindigkeit übergeführt. Ein Strom flüssigen Sauerstoffes wird von dem Destillationssystem entnommen und wenigstens ein Teil des entnommenen Stroms flüssigen Sauerstoffs wird zu einem zweiten Behälter wenigstens während Zeitperioden geringerer als der durchschnittlichen Sauerstofflieferungsgeschwindigkeit übergeführt. Wenigstens ein Teil des flüssigen Sauerstoffs wird dem zweiten Speicherbehälter wenigstens während Zeitperioden größerer als der durchschnittlichen Sauerstofflieferungsgeschwindigkeit entnommen. Der zweite Strom flüssigen Sauerstoffs kann in die zweite Destillationssäule mit einer ersten variablen Geschwindigkeit eingespeist werden, der wenigstens eine Teil des Flüssigkeitsgemisches kann aus dem ersten in die zweite Destillationssäule bei einer zweiten variablen Durchflussgeschwindigkeit eingespeist werden; und die Summe der ersten variablen Durchflussgeschwindigkeit und der zweiten variablen Durchflussgeschwindigkeit bleibt im Wesentlichen über die Zeit konstant.
  • In einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung arbeitet die zweite Destillationssäule bei einem Druck, der größer ist als der erste Druck. Ein Strom flüssiger Luft wird in die zweite Destillationssäule eingespeist, wobei wenigstens ein Teil des Stroms flüssiger Luft sich mit einer ersten Flüssigkeit, die in der zweiten Destillationssäule herabfließt, vermischt, wobei ein erstes Flüssigkeitsgemisch gebildet wird. Wenigstens ein Teil des ersten Flüssigkeitsgemisches wird von der zweiten Destillationssäule zur ersten Destillationssäule übergeleitet, wobei wenigstens ein Teil des ersten Flüssigkeitsgemisches sich mit einer zweiten Flüssigkeit vermischt, die in der ersten Destillationssäule herabfließt, wobei ein zweites Flüssigkeitsgemisch gebildet wird. Wenigstens ein Teil des zweiten Flüssigkeitsgemisches wird von einem Ort oberhalb des Bodens der ersten Destillationssäule in einen ersten Speicherbehälter wenigstens während Zeitperioden größerer als der durchschnittlichen Sauerstofflieferungsgeschwindigkeit übergeleitet. Ein Strom flüssigen Sauerstoffs wird vom Destillationssystem entnommen und wenigstens ein Teil des entnommenen Stroms flüssigen Sauerstoffs wird in einen zweiten Speicherbehälter wenigstens während Zeitperioden geringerer als der durchschnittlichen Sauerstofflieferungsgeschwindigkeit übergeleitet. Wenigstens ein Teil des flüssigen Sauerstoffs wird aus dem zweiten Speicherbehälter wenigstens während Zeitperioden größerer als der durchschnittlichen Sauerstofflieferungsgeschwindigkeit entnommen.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts der Erfindung arbeitet die zweite Destillationssäule ebenfalls bei einem Druck, der höher ist als der erste Druck. Ein Strom flüssiger Luft wird in die erste Destillationssäule eingespeist, wobei wenigstens ein Teil des Stroms flüssiger Luft mit einer Flüssigkeit, die in der ersten Destillationssäule herabfließt, vermischt wird, wobei ein Flüssigkeitsgemisch gebildet wird. Ein zweiter Strom flüssiger Luft wird in die zweite Destillationssäule eingespeist. Wenigstens ein Teil des Flüssigkeitsgemisches wird von einem Ort oberhalb des Bodens der ersten Destillationssäule zu einem ersten Speicherbehälter wenigstens während Zeitperioden größerer als der durchschnittlichen Sauerstofflieferungsgeschwindigkeit übergeleitet. Ein Strom flüssigen Sauerstoffs wird vom Destillationssystem entnommen und wenigstens ein Teil des entnommenen Stroms flüssigen Sauerstoffs wird in einen zweiten Speicherbehälter wenigstens während Zeitperioden geringerer als der durchschnittlichen Sauerstofflieferungsgeschwindigkeit übergeleitet. Wenigstens ein Teil des flüssigen Sauerstoffs wird vom zweiten Speicherbehälter wenigstens während Zeitperioden größerer als der durchschnitlichen Sauerstofflieferungsgeschwindigkeit entnommen.
  • In einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung arbeitet die zweite Destillationssäule ebenfalls bei einem Druck, der größer ist als der erste Druck. Ein Strom flüssiger Luft wird in die erste Destillationssäule eingespeist, wobei wenigstens ein Teil des Stroms flüssiger Luft sich mit einer Flüssigkeit, die in der ersten Destillationssäule herabfließt, vermischt, wobei ein Flüssigkeitsgemisch gebildet wird. Wenigstens ein Teil des Flüssigkeitsgemisches wird von einem Ort oberhalb des Bodens der ersten Destillationssäule in einen ersten Speicherbehälter wenigstens während Zeitperioden größerer als der durchschnittlichen Sauerstofflieferungsgeschwindigkeit übergeleitet. Wenigstens ein Teil des Flüssigkeitsgemisches wird vom ersten Speicherbehälter entnommen und wenigstens ein Teil des Flüssigkeitsgemisches, der vom ersten Speicherbehälter entnommen wurde, wird in die zweite Destillationssäule bei einer im Wesentlichen konstanten Durchflussgeschwindigkeit übergeleitet. Ein Strom flüssigen Sauerstoffs wird aus dem Destillationssystem entnommen und wenigstens ein Teil des entnommenen Stroms flüssigen Sauerstoffs wird in einen zweiten Speicherbehälter bei wenigstens den Zeitperioden geringerer als der durchschnittlichen Sauerstofflieferungsgeschwindigkeit übergeleitet. Wenigstens ein Teil des flüssigen Sauerstoffs wird vom zweiten Speicherbehälter wenigstens während Zeitperioden größerer als der durchschnittlichen Sauerstoffliefergeschwindigkeit entnommen.
  • Eine weitere Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung ist eine kryogene Luftzerlegungseinheit, die irgendeines der Verfahren der vorliegenden Erfindung nutzt.
  • Die Erfindung wird beispielhaft unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
  • 1: ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 2: ein schematisches Diagramm einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 3: ein schematisches Diagramm einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 4: ein schematisches Diagramm einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 5: ein schematisches Diagramm einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 6: ein schematisches Diagramm einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
  • 7: ein schematisches Diagramm einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur kryogenen Luftzerlegung zur Verfügung, wobei verschiedene Ausführungsformen derselben in den 1 bis 7 dargestellt sind. Das Verfahren benutzt ein Destillationssäulensystem, welches wenigstens eine Säule 124 höheren Drucks und eine Säule 150 niedrigeren Drucks aufweist, wobei die Auswirkungen von Änderungen der Durchflussgeschwindigkeit des Sauerstoffsprodukts auf das Destillationssäulensystem durch das Aufrechterhalten von im Wesentlichen konstanten Durchflussgeschwindigkeiten innerhalb der Säulen reduziert wird. Das Verfahren verwendet ebenfalls einen ersten Speicherbehälter 142 und einen zweiten Speicherbehälter 182 und umfasst die folgenden Merkmale in einer oder mehreren Ausführungsformen: flüssiger Sauerstoff wird bei einer im Wesentlichen konstanten Durchflussgeschwindigkeit aus dem Destillationssäulensystem entnommen und wenigstens ein Teil des entnommenen flüssigen Sauerstoffs wird in den zweiten Speicherbehälter 182 geleitet; flüssiger Sauerstoff wird vom zweiten Speicherbehälter mit einer variablen Durchflussgeschwindigkeit entnommen und in einem Hauptwärmetauscher 112 gegen eine eingeleitete Luft mit variabler Durchflussgeschwindigkeit, die kondensiert ist, um einen Flüssigluftstrom zu bilden und dann direkt zum Destillationssäulensystem geleitet wird, verdampft; und es wird ein Flüssigkeitsstrom aus dem Destillationssäulensystem von dem gleichen Ort, wo wenigstens einer der Flüssigluftströme in das Destillationssäulensystem eingespeist wird, entnommen und wenigstens ein Teil der flüssigen Luft wird in einen ersten Speicherbehälter 142 während Zeitperioden höherer als der durchschnittlichen Sauerstofflieferungsgeschwindigkeit geleitet.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung wird in 1 gezeigt. Speiseluft 100 wird in einem Kompressor 102 verdichtet, anschließend in einem Filter/Trockner 104 gereinigt und getrocknet, um einen Druckspeisestrom 106 zu bilden, der in zwei Teile, den Strom 110 und den Strom 126 aufgeteilt ist. Der Strom 110 wird teilweise im Hauptwärmetauscher 112 gekühlt. Eine Fraktion des teilweise gekühlten Stromes 110 wird als Strom 116 abgezweigt und der Rest, der Strom 122, wird weiter auf eine Temperatur in der Nähe des Taupunktes gekühlt und in den Bodenbereich der Säule 124 mit höherem Druck eingeleitet. Der Strom 116 wird in einer Turbine/einem Expander 118 turbo-expandiert, um einen Strom 120 zu bilden, der in die Säule 150 mit geringerem Druck eingespeist wird. Der Strom 126 wird im Kompressor 128 weiter verdichtet, um einen Strom 130 zu bilden, der im Hauptwärmetauscher gekühlt und kondensiert wird, um einen Strom 132 zu bilden. Der Strom 132 wird im Druck durch das Ventil 134 reduziert, um einen Strom 136 zu bilden, der in die Säule mit höherem Druck eingespeist wird.
  • Die Säule mit höherem Druck 124 erzeugt einen stickstoffangereicherten Überkopfstrom 158 (bzw. Deckenstrom) und einen sauerstoffangereicherten Bodenstrom 152. Der stickstoffangereicherte Deckenstrom wird in einem Verdampfer-Kondensierer 160 kondensiert. Ein Teil des Kondensats 162 wird in die Säule mit höherem Druck als Rückfluss zurückgeleitet und der Rest 166 wird nachdem er durch das Ventil 194 im Druck reduziert wurde, als Rückfluss in die Säule mit niedrigerem Druck 150 geleitet. Der sauerstoffangereicherten Bodenstrom 152 wird, nach dem er im Druck durch das Ventil 196 reduziert wurde, als Speisemedium in die Säule mit niedrigerem Druck geleitet.
  • Eine Flüssigkeit wird als Strom 140 von einem Sammelbehälter 138, der in der Säule 124 mit höherem Druck angeordnet ist, entnommen. Der Sammelbehälter nimmt eine Flüssigkeit, welche von einer Destillationssektion oberhalb desselben herabfließt, zusammen mit dem Flüssigkeitsstrom 136 auf. Demzufolge wird der entnommene Flüssigkeitsstrom 140 von der gleichen Stelle in der Säule mit höherem Druck entnommen, wo der Speisemedienstrom 136 diese Säule betritt. Der entnommene Flüssigkeitsstrom 140 wird in einen ersten Speicherbehälter 142 übergeleitet. Ein Flüssigkeitsstrom 144 wird vom ersten Speicherbehälter entnommen und nachdem dieser durch das Ventil 146 im Druck reduziert wurde, wird der Strom 144 in die Säule 150 mit niedrigerem Druck als ein Speisemedium eingespeist.
  • Die Säule 150 mit niedrigerem Druck erzeugt einen stickstoffreichen Dampf 172 aus dem Oberteil der Säule. Der stickstoffreiche Dampf wird in dem Hauptwärmetauscher 112 erwärmt und als Strom 176 entnommen. Der Strom 176 kann ein gewünschter Produktstrom sein oder ein Ausschuss des Verfahrens sein. Der flüssige Sauerstoff wird vom Boden der Säule mit niedrigerem Druck als ein Strom 180 entnommen und in dem zweiten Speicherbehälter 182 übergeleitet. Der flüssige Sauerstoff wird vom zweiten Speicherbehälter 182 als Strom 184 entnommen, sofern erforderlich in der Pumpe 186 auf einen gewünschten Druck gebracht, um einen Strom 188 zu bilden, und anschließend verdampft und im Hauptwärmetauscher erwärmt, um einen gasförmigen Sauerstoffproduktstrom 192 zu bilden.
  • Es ist wünschenswert, im Wesentlichen konstante Dampf- und Flüssigkeitsbewegungen in der Säule 124 höheren Drucks und in der Säule 150 niedrigeren Drucks zu halten. Dies erfordert sowohl einen konstanten Strom des Stroms 180 aus dem Boden der Säule mit niedrigerem Druck als auch einen konstanten Strom von Speisedampf 122 hin zur Säule mit höherem Druck. Der konstante Strom des Stroms 180 entspricht der durchschnittlichen Produktionsgeschwindigkeit des Verfahrens.
  • Während Zeitperioden einer Sauerstofflieferung oberhalb des Durchschnittes übertrifft der Fluss des Stroms 184, der den zweiten Speicherbehälter 182 verlässt, den Fluss des Stroms 180, der in den zweiten Speicherbehälter eintritt, wobei hierdurch das Niveau im zweiten Speicherbehälter absinkt. Um den Sauerstofffluss oberhalb des Durchschnitts zu verdampfen, ist es notwendig, den Fluss des Stroms 130 und konsequenterweise den Fluss der Ströme 132 und 136 zu erhöhen. Da mehr Flüssigkeit die Säule 154 als Strom 136 betritt, ist es notwendig, den Fluss des Stroms 140 zum ersten Speicherbehälter 142 zu steigern. Dies wird getan, um einen im Wesentlichen konstantem Flüssigkeitsstrom in der Säule mit höherem Druck aufrecht zu erhalten. Da es ebenfalls wünschenswert ist, konstante Flüssigkeitsströme zur Säule 150 mit niedrigerem Druck aufrecht zu erhalten, ist es notwendig, die Flüssigkeitsentnahmegeschwindigkeit aus dem ersten Speicherbehälter 142 auf einem zeitlichen Durchschnittswert zu halten. Als Konsequenz wird der Fluss des Stromes 140 während einer Zeitperiode der Sauerstofflieferung oberhalb des Durchschnitts größer sein als der Fluss des Stromes 154 und somit steigt das Niveau im ersten Speicherbehälter 142 an.
  • Während der Zeitperioden der Sauerstofflieferung unterhalb des Durchschnitts übertrifft der Fluss des Stroms 180 vom Boden der Säule 150 mit niedrigerem Druck den Fluss des Stroms 184 und somit steigt das Niveau im zweiten Speicherbehälter 182 an. Der Fluss des Stromes 140 aus der Säule 124 mit höherem Druck ist geringer als der Flüssigkeitsfluss des Stroms 144 hin zu Säule mit niedrigerem Druck, so dass das Niveau im ersten Speicherbehälter 142 fällt.
  • Der Vorteil dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik begründet sich auf das Zusammenführen der gesamten verflüssigten Luft direkt hin zur Säule 144 mit höherem Druck. Da die Säule mit höherem Druck jeden Blitzdampf, der aus dem Druck, der über das Ventil 134 verringert wurde, erzeugt wurde, handhabt, ist die Notwendigkeit für und die Größe von Entlüftungen (nicht gezeigt) vom ersten Speicherbehälter 142 gegenüber denen, die notwendig sind für einen Behälter der stromaufwärts bzgl. der Säule mit höherem Druck (wie im Stand der Technik) angeordnet ist, wesentlich reduziert. Die geeignete Dimensionierung der Entlüftungsleitungen ist im Übergangs- oder Anlaufbetrieb wichtiger als bei Normalbetrieb, bei dem das Unterkühlen der Flüssigkeit benutzt werden kann, um etwas von dem Dampf, der während der Dekompression erzeugt wurde, zu verringern. Eine Schlechtleistung bzw. Schlechtfunktion der Entlüftungssteuerung würde Druck- oder Flussschwankungen in der Flüssigluftleitung verursachen, was dementsprechend den Sauerstofflieferungsdruck beeinflussen würde. Die Ausführungsform in 1 hat einen weiteren Vorteil dahingehend, dass der erste Speicherbehälter 142 nicht bei einem so hohen Druck arbeiten muss, der für die Speicherung von Flüssigkeit stromaufwärts bzgl. der Säule mit höherem Druck notwendig wäre, was somit die Kosten des Speicherbehälters reduziert.
  • 2, die zur Klarheit vereinfacht ist, zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Um das Volumen des ersten Speicherbehälters 142 zu minimieren, kann eine Fraktion der ankommenden flüssigen Luft als Strom 232 abgespalten werden, der, nachdem dieser im Druck durch das Ventil 234 reduziert wurde, direkt zur Säule 150 mit niedrigerem Druck geleitet werden kann. In diesem Fall bleibt die Summe der Durchflussgeschwindigkeiten der Ströme 232 und 144 konstant.
  • 3, die zur Klarheit vereinfacht ist, zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform wird der erste Speicherbehälter 142 auf einem relativ niedrigen Druck gehalten. Der Flüssigkeitsstrom 140 wird von der Säule 20 mit dem höheren Druck entnommen und über das Ventil 146 im Druck reduziert, um einen Strom 348 zu bilden, der zum ersten Speicherbehälter 142 geleitet wird. Der Flüssigkeitsstrom 344 wird mit einer konstanten Geschwindigkeit vom ersten Speicherbehälter entnommen und zur Säule 51 mit niedrigerem Druck geleitet. Optional kann eine Fraktion des ankommenden Flüssigkeitsstroms 132 als Strom 232 abgespalten werden, der, nachdem er im Druck durch das Ventil 234 reduziert wurde, direkt zur Säule mit niedrigerem Druck gesandt werden kann. In diesem Fall wird der Fluss des Stroms 344 derart variieren, dass die Summe der Durchflussgeschwindigkeiten der Ströme 344 und 232 konstant bleibt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sie nur eine Niederdruckspeicherung (niedrige Kosten) verlangt.
  • 4, die zur Klarheit vereinfacht ist, zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in der Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, wird der erste Speicherbehälter 142 in der Ausführungsform in 4 auf einem relativ niedrigen Druck gehalten. Der Flüssigkeitsstrom 140 wird von der Säule 124 mit höherem Druck entnommen, im Druck über das Ventil 146 reduziert, um einen Strom 348 zu bilden, und zur Säule 150 mit niedrigerem Druck geleitet. Während Zeitperioden der Sauerstofflieferung oberhalb des Durchschnitts wird Flüssigkeit von einem Sammelbehälter 438 in der Säule mit niedrigerem Druck als Strom 444 entnommen und in den ersten Speicherbehälter 142 geleitet. Während Zeitperioden der Sauerstofflieferung unterhalb des Durchschnittes wird der Flüssigkeitsstrom 494 aus dem ersten Speicherbehälter 142 entnommen, in der Pumpe 496 gepumpt, um den Strom 498 auszubilden, und an die Säule mit niedrigerem Druck geliefert. Diese Ausführungsform ermöglicht es dem ersten Speicherbehälter 142 nahezu bei atmosphärischem Druck zu arbeiten.
  • 5, die zur Klarheit vereinfacht ist, zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie bei der Ausführungsform, die in 4 gezeigt ist, wird der erste Speicherbehälter 142 auf einem Druck, der geringer ist als derjenige der Säule 150 mit niedrigerem Druck in der Ausführungsform in 5, gehalten. Es gibt keinen Flüssigkeitsstrom, der von der Flüssigluftspeisestufe der Säule 124 höheren Drucks zu dem der Säule niedrigerem Drucks ausströmt und die Mehrheit des Flüssigluftstromes zum Destillationssäulensystem wandert durch die Leitung 232. In einem nützlichen Extremfall würde es keinen Flüssigluftstrom geben, der durch die Säule höheren Drucks geht (d.h. der Strom 136 besitzt einen Nullfluss). Diese Ausführungsform ist für kleine Anlangen nützlich, die die Kosten für vielfältige Luftspeisungen nicht rechtfertigen können. Der Rest der Ausführungsform in 5 ist ähnlich zu der der 4. Während Zeitperioden der Sauerstofflieferung oberhalb des Durchschnitts wird Flüssigkeit aus einem Sammelbehälter 438 in der Säule mit niedrigerem Druck als Strom 444 entnommen und zum ersten Speicherbehälter 142 geleitet. Während Zeitperioden der Sauerstofflieferung unterhalb des Durchschnitts wird der Flüssigkeitsstrom 494 aus dem ersten Speicherbehälter 142 entnommen, in der Pumpe 496 gepumpt, um den Strom 498 zu bilden, und zur Säule mit niedrigerem Druck geliefert. Die Ausführungsform, die in 5 gezeigt ist, kann auch auf Einzelsäulensysteme ausgeweitet werden, die keine Säule höheren Drucks haben.
  • 6, die der Einfachheit halber vereinfacht ist, zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der der 5 in zwei Arten. Zuerst wird der gesamte Flüssigluftstrom 132, nachdem er durch das Ventil 634 im Druck reduziert wurde, in die Säule 150 mit niedrigerem Druck eingespeist (besser als dass Einiges in die Säule 124 mit höherem Druck eingespeist wird). Zum zweiten wird der Flüssigkeitsstrom 691, der vom ersten Speicherbehälter 142 zurückgeführt wird, zur Säule 124 mit höherem Druck geleitet (im Gegensatz zum Strom 498), der in 5 zur Säule mit niedrigerem Druck geleitet wird.
  • In allen beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der gesamte erzeugte flüssige Sauerstoff vom Destillationssäulensystem in den zweiten Speicherbehälter 182, der im Wesentlichen auf dem Druck der Säule 150 mit niedrigerem Druck arbeitet, geleitet und der Sauerstoff wird vom Speicher entnommen und auf Lieferdruck gepumpt. Weitere Optionen umfassen: 1) das Pumpen des flüssigen Sauerstoffs von der Säule niedrigen Drucks und das Leiten des flüssigen Sauerstoffs in einen Speicher mit höherem Druck; 2) Aufspalten des Flüssigsauerstoffstromes von der Säule mit niedrigerem Druck und das Passieren nur der überschüssigen Flüssigsauerstoffproduktion hin zum zweiten Speicherbehälter, während Zeitperioden der Sauerstofflieferung unterhalb des Durchschnitts; und 3) Pumpen des gesamten Flüssigsauerstoffs von der Säule niedrigeren Drucks auf Lieferdruck und anschließendes Aufspalten des Flusses, wie in Option 2).
  • Zur Klarstellung: es wurden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, ohne jede Berücksichtigung der Stickstoff-Nebenproduktion beschrieben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass die Ausführungsformen anwendbar sind, sogar wenn ein Stickstoffprodukt von der Oberseite bzw. dem Kopf der Säule 150 mit niedrigerem Druck produziert wird, von der Oberseite bzw. dem Kopf der Säule 124 mit höherem Druck produziert wird oder von beiden. Für den Fall, in dem Stickstoff von dem Kopf der Säule mit höherem Druck produziert wird, kann Stickstoff entweder als Dampf oder als Flüssigkeit entnommen werden. Sofern er als Dampf entnommen wird, wird der Stickstoff im Hauptwärmetauscher 112 erwärmt und sofern notwendig auf Lieferdruck komprimiert.
  • Sofern das Stickstoff-Nebenprodukt als Flüssigkeit entnommen wird, kann der Stickstoff auf Lieferdruck gepumpt werden und dann gegen eine zusätzliche Einlassluft verdampft werden. In so einem Fall ist es möglich, verschiedene Stickstoffproduktionsgeschwindigkeiten durch das Nutzen eines dritten Speicherbehälters 792 für flüssigen Stickstoff, wie in 7 gezeigt, zu nutzen. Ein Teil 790 des flüssigen Stickstoffstroms 166, der von der Säule 124 mit höherem Druck entnommen wurde, kann, nachdem er durch das Ventil 788 im Druck reduziert wurde, in den dritten Speicherbehälter 792 eingespeist werden. Darauffolgend wird flüssiger Stickstoff vom dritten Speicherbehälter als Strom 794 entfernt, in der Pumpe 796 auf einen gewünschten Lieferdruck gepumpt, um den Strom 798 zu bilden und anschließend im Hauptwärmetauscher 112 (nicht gezeigt in 7) verdampft. Wie bei der variablen Sauerstoffproduktion steigt das Niveau im dritten Speicherbehälter 792, während Zeitperioden der Stickstofflieferung unterhalb des Durchschnitts und das Niveau wird während Zeitperioden der Stickstofflieferung oberhalb des Durchschnitts fallen. Der Stickstoffspeicherbehälter kann bei jedem gewünschten Druck arbeiten. Optional kann der Flüssigstickstoffstrom 166 gekühlt werden, bevor der Strom 790 entfernt wird.
  • Die Ausführungsform gemäß 1 wurde mit einer Kühlung, die durch eine Turboexpansion eines Teils der Luft, die in die Säule 150 mit niedrigerem Druck eingespeist wurde, zur Verfügung gestellt wurde beschrieben. Der Fachmann wird erkennen, dass die vorliegende Erfindung auch unter Verwendung jeder anderen bekannten Kühltechnologie anwendbar ist, wie z.B.: 1) Expansion der gesamten oder eines Teiles der Luft hin zur Säule 2 mit höherem Druck; 2) Expansion eines stickstoffangereicherten Dampfs von entweder der Säule mit höherem Druck oder der Säule mit niedrigerem Druck; und 3) Einspritzung einer kryogenen Flüssigkeit.
  • Weiterhin wird der Fachmann erkennen, dass die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch anwendbar sind, wenn Argon und/oder andere Flüssigprodukte mitproduziert werden.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung hierin unter Bezugnahme auf bestimmte spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurde, ist sie dennoch nicht als auf die gezeigten Details limitiert anzusehen. Vielmehr können verschiedene Variationen in den Details innerhalb des Bereichs der Ansprüche vorgenommen werden.

Claims (21)

  1. Verfahren zur Zerlegung eines Gasgemisches aus wenigstens zwei Komponenten durch Tieftemperatur- bzw. kryogene Destillation zur Lieferung einer abgetrennten Komponente bei einer variablen Durchfluss- bzw. Strömungsgeschwindigkeit von einem Destillationssäulensystem mit wenigstens einer Destillationssäule, während die Strömungsgeschwindigkeiten in dem Destillationssäulensystem im Wesentlichen bei den Pegeln bzw. Niveaus gehalten werden, wenn die abgetrennte Komponente mit einer durchschnittlichen Liefergeschwindigkeit geliefert wird, wobei das Verfahren aufweist: Entnehmen der abgetrennten Komponente als Flüssigkeit aus dem Destillationssäulensystem mit im Wesentlichen konstanter Geschwindigkeit; während der Lieferperioden der abgetrennten Komponente mit weniger als der durchschnitlichen Liefergeschwindigkeit; Speichern der überschüssigen, abgetrennten flüssigen Komponente in einem Speicherbehälter für die flüssige, abgetrennte Komponente (im Folgenden "zweiter Speicherbehälter"); während der Lieferperioden der abgetrennten Komponente mit einer Liefergeschwindigkeit, die größer als die durchschnittliche Liefergeschwindigkeit ist, Ergänzen der Lieferung der abgetrennten flüssigen Komponente aus dem Destillationssäulensystem durch Entnahme der flüssigen abgetrennten Komponente aus dem zweiten Speicherbehälter; Verdampfen der abgetrennten flüssigen Komponente, die von dem Destillationssäulensystem angeliefert wird, und jeder ergänzenden flüssigen abgetrennten Komponente aus dem zweiten Speicherbehälter gegen kondensierendes Speisegemisch, um einen flüssigen Speisestrom zu liefern; Zuführen des flüssigen Speisestroms zu der wenigstens einen Destillationssäule, um eine Mischung mit der Flüssigkeit herbeizuführen, die an der Säule herabfließt, um ein flüssiges Gemisch zu bilden; während der Lieferperioden der abgetrennten Komponente mit einer Liefergeschwindigkeit, die größer als die durchschnittliche Liefergeschwindigkeit ist, Entnehmen des überschüssigen flüssigen Gemischs aus der Säule und Speichern des Überschusses in einem Speicherbehälter für das flüssige Gemisch (im Folgenden "erster Speicherbehälter"); und während der Lieferperioden der abgetrennten Komponente mit einer Liefergeschwindigkeit, die kleiner als die durchschnittliche Liefergeschwindigkeit ist, Ergänzen der Einspeisung des flüssigen Gemisches in das Destillationssäulensystem durch Entnahme des flüssigen Gemisches aus dem ersten Speicherbehälter und Zuführen des entnommenen flüssigen Gemisches zu dem Destillationssäulensystem.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gasgemisch Luft ist, und wobei die abgetrennte Komponente Sauerstoff ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Destillationssäulensystem wenigstens eine erste Destillationssäule, die bei einem ersten Druck arbeitet, und eine zweite Destillationssäule hat, die bei einem zweiten Druck arbeitet, wobei die Flüssigkeitseinspeisung zu der ersten Destillationssäule erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der flüssige Speisestrom Luftkomponenten aufweist; die abgetrennte Komponente flüssiger Sauerstoff ist, und das überschüssige flüssige Gemisch von einer Stelle über dem Boden der ersten Destillationssäule abgezogen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das flüssige Gemisch aus dem ersten Speicherbehälter die Einspeisung von flüssiger Luft zu dem System im Wesentlichen konstant hält.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei wenigstens ein Teil des flüssigen Gemischs, das von der ersten Destillationssäule übermittelt wird, an im wesentlichen der gleichen Stelle in der ersten Destillationssäule entnommen wird, an der der Strom der Flüssigkeit in die erste Destillationssäule eingespeist wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei der Druck des flüssigen Sauerstoffes, der aus dem zweiten Speicherbehälter entnommen wird, vor dem Verdampfen erhöht wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei der erste Druck höher als der zweite Druck ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei der erste Druck niedriger als der zweite Druck ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei ein zweiter Strom von flüssiger Luft in die zweite Destillationssäule eingespeist wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der zweite Strom von flüssiger Luft in die zweite Destillationssäule bei einer ersten, variablen Strömungsgeschwindigkeit eingespeist wird; das flüssige Gemisch von dem ersten Speicherbehälter der zweiten Destillationssäule bei einer zweiten, variablen Strömungsgeschwindigkeit zugeführt wird; und die Summe der ersten variablen Strömungsgeschwindigkeit und der zweiten variablen Strömungsgeschwindigkeit über die Zeit im Wesentlichen konstant bleibt.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein Strom von flüssiger Luft in die zweite Destillationssäule eingespeist wird und sich wenigstens ein Teil des Stroms der flüssigen Luft mit einer ersten Flüssigkeit mischt, die in der zweiten Destillationssäule herabfließt, wodurch ein erstes flüssiges Gemisch gebildet wird, und wenigstens ein Teil des ersten flüssigen Gemisches von der zweiten Destillationssäule auf die erste Destillationssäule übertragen wird und wenigstens ein Teil des ersten flüssigen Gemisches sich mit einer zweiten Flüssigkeit mischt, die in der ersten Destillationssäule herabfließt, wodurch ein zweites flüssiges Gemisch gebildet wird, und wobei wenigstens ein Teil des zweiten flüssigen Gemisches, der das überschüssige flüssige Gemisch bildet, dem ersten Speicherbehälter zugeführt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der zweite Strom von flüssiger Luft der zweiten Destillationssäule zugeführt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das flüssige Gemisch, das von dem ersten Speicherbehälter entnommen wird, zu der zweiten Destillationssäule bei einer im wesentlichen konstanten Strömungsgeschwindigkeit übertragen wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 4, mit: Entnehmen eines Stroms von flüssigem Stickstoff aus der ersten Destillationssäule; Übertragen wenigstens eines Teils des Stroms von flüssigem Stickstoff zu einem dritten Speicherbehälter; und Entnehmen wenigstens eines Teils des flüssigen Stickstoffs aus dem dritten Speicherbehälter.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Strom von flüssigem Stickstoff mit im wesentlichen konstanter Strömungsgeschwindigkeit aus der ersten Destillationssäule entnommen wird; und der flüssige Stickstoff mit einer variablen Strömungsgeschwindigkeit aus dem dritten Speicherbehälter entnommen wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, weiterhin mit: Erhöhen des Drucks des flüssigen Stickstoffs, der aus dem dritten Speicherbehälter entnommen wird, und Verdampfen des flüssigen Stickstoffs mit erhöhtem Druck, um einen gasförmigen Stickstoff-Produktstrom zu bilden.
  18. Tieftemperatur- bzw. kryogene Luftzerlegung mit Inkorporieren eines Verfahrens, wie es nach einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht wird.
  19. Vorrichtung zur Zerlegung eines Gasgemisches aus wenigstens zwei Komponenten durch Tieftemperatur- bzw. kryogene Destillation, um eine abgetrennte Komponente mit einer variablen Strömungsgeschwindigkeit durch ein Verfahren zu liefern, wie es in Anspruch 1 definiert ist, wobei die Vorrichtung aufweist: ein Destillationssäulensystem (124, 150) mit wenigstens einer Destillationssäule (124); einen ersten Speicherbehälter (142) für eine Flüssigkeit; einen zweiten Speicherbehälter (180) für eine Flüssigkeit; eine Leitungsanordnung (180) zur Entnahme der abgetrennten Komponente als Flüssigkeit aus dem Destillationssäulensystem mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit; eine Leitungsanordnung (180) zur Lieferung von überschüssiger, abgezogener, getrennter flüssiger Komponente zu dem zweiten Speicherbehälter (180) während der Lieferperioden der abgetrennten Komponente bei weniger als der durchschnittlichen Liefergeschwindigkeit; eine Leitungsanordnung (184) zur Ergänzung der Lieferung der abgetrennten flüssigen Komponente von dem Destillationssäulensystem durch Entnahme der flüssigen abgetrennten Komponente aus dem zweiten Speicherbehälter (182) während der Lieferperiode der abgetrennten Komponente mit einer Liefergeschwindigkeit, die größer als die durchschnittliche Liefergeschwindigkeit ist; eine Wärmetauscheranordnung (112) zum Verdampfen der flüssigen abgetrennten Komponente, die von dem Destillationssäulensystem geliefert wird, und jeder ergänzenden flüssigen abgetrennten Komponente von dem zweiten Speicherbehälter (182) gegen das kondensierende Speisegemisch, um einen flüssigen Speisestrom (132) zu bilden; eine Leitungsanordnung (132, 134, 136) für die Zuführung des flüssigen Speisestroms zu der wenigstens einen Destillationssäule (124), um eine Mischung mit der Flüssigkeit herbeizuführen, die an der Säule herabfließt, um ein flüssiges Gemisch zu bilden; eine Leitungsanordnung (140) für die Entnahme des überschüssigen flüssigen Gemischs von der Säule und die Übertragung des Überschusses zu dem ersten Speicherbehälter (142) während der Lieferperioden der abgetrennten Komponenten mit einer Liefergeschwindigkeit, die größer als die durchschnittliche Liefergeschwindigkeit ist; und eine Leitungsanordnung (144) für die Zuführung des abgezogenen flüssigen Gemisches von dem ersten Speicherbehälter (142) zu dem Destillationssäulensystem, um die Einspeisung des flüssigen Gemisches zu dem Destillationssäulensystem während der Lieferperioden der abgetrennten Komponenten mit einer Liefergeschwindigkeit zu ergänzen, die kleiner als die durchschnittliche Liefergeschwindigkeit ist.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19 für die Lieferung von Sauerstoff mit einer variablen Strömungsgeschwindigkeit durch ein Verfahren, wie es in Anspruch 4 definiert ist, wobei das Destillationssystem wenigstens eine erste Destillationssäule (124), die bei einem ersten Druck arbeitet, und eine zweite Destillationssäule (150) hat, die bei einem zweiten Druck arbeitet, wobei die Leitungsanordnung (132, 143, 136) für die flüssige Einspeisung die flüssige Einspeisung der ersten Destillationssäule (124) zuführt und die Leitungsanordnung (140) für die Entnahme des überschüssigen flüssigen Gemischs dieses Gemisch von einer Stelle über dem Boden der ersten Destillationssäule abzieht.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 20 für die Lieferung von Sauerstoff bei einer variablen Strömungsgeschwindigkeit durch ein Verfahren, wie es in Anspruch 4 definiert ist, wobei die Vorrichtung weiterhin aufweist: einen dritten Speicherbehälter (792); eine Leitungsanordnung (166, 790) für die Zuführung eines Stroms von flüssigem Stickstoff von der ersten Destillationssäule (124) zu dem dritten Speicherbehälter (792); und eine Leitungsanordnung (794) für die Entnahme des flüssigen Stickstoffs aus dem dritten Speicherbehälter (792).
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