DE60121830T2 - Integriertes Verfahren zur Luftzerlegung und Energieerzeugung und Anlage zur Ausführung des Verfahrens - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein integriertes Verfahren zum Trennen von Luft und eine Anlage zum Umsetzen eines solchen Verfahrens.
  • Es ist gut bekannt, ein mit Stickstoff angereichertes Gas von einem Luftrenngerät stromaufwärts einer Verbrennungsgasentspannungsturbine zu schicken. Die Brennkammer wird mit Pressluft versorgt, die von einem Luftverdichter stammt, der einen Teil oder die ganze Luft liefern kann, die für die Lufttrennvorrichtung (ASU) erforderlich ist, wie in EP-A-0 538 118 veranschaulicht. Alternativ und wie in dem Fall von GB-A-2 067 688, kann die ganze Luft von einem dedizierten Verdichter kommen.
  • In dem Fall, in dem das Erzeugen von Argon gewünscht wird, beschreibt EP-A-568431 den Gebrauch eines eingebauten Systems.
  • Die Regulierschwierigkeiten dieser Art von System sind in EP-A-0 622595 beschrieben.
  • Im Allgemeinen und aus Zuverlässigkeitgründen gibt es auf einem gleichen Standort zwei Gasturbinen und zwei Lufttrenngeräte, die im Wesentlichen identisch sind und sowohl unreinen Sauerstoff, der für das Vergasen der Brennstoffe erforderlich ist, als auch Stickstoff erzeugen. Jedes Lufttrenngerät wird ausgehend von einem Gasturbinenverdichter versorgt und sendet Stickstoff nur zu dieser gleichen Gasturbine.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Mängeln der bekannten Systeme abzuhelfen.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein integriertes Verfahren zum Lufttrennen vorgesehen, das ein Fluid erzeugt, das mit Sauerstoff angereichert ist, und eventuell ein Fluid, das mit Stickstoff angereichert ist, in einer Anlage, die mindestens zwei Lufttrenngeräte aufweist, wobei jedes mindestens zwei Destillationssäulen, einen ersten Luftverdichter, eine erste Brennkammer und eine erste Entspannungsturbine aufweist, bei dem die Pressluft von mindestens dem ersten Luftverdichter zu dem ersten Lufttrenngerät geliefert wird, der auch Pressluft zu der ersten Brennkammer liefert, Pressluft zu dem zweiten Lufttrenngerät von mindestens einem Hilfskompressor geliefert wird, der keine Brennkammer versorgt, der aber auch das erste Lufttrenngerät versorgt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine integrierte Anlage vorgesehen, die ein erstes Lufttrenngerät, ein zweites Lufttrenngerät, einen ersten Verdichter, eine Brennkammer, eine Entspannungsturbine, einen Hilfskompressor, Mittel, um Luft des ersten Kompressors zu der Brennkammer und zu dem ersten Lufttrenngerät zu leiten, Mittel um Luft des Hilfskompressors zu dem ersten Lufttrenngerät und zu dem zweiten Lufttrenngerät zu leiten, aufweist, wobei dieser Hilfskompressor keine Brennkammer versorgt.
  • Vorzugsweise ist der Hilfskompressor nicht mit einer Einheit verbunden, die Pressluft verbraucht, mit Ausnahme des ersten und des zweiten Lufttrenngeräts.
  • Eventuell
    • – umfasst das erste Lufttrenngerät kein Mittel zum Erzeugen von Flüssigkeit als Endprodukt und/oder das zweite Lufttrenngerät umfasst ein Mittel zum Erzeugen von Flüssigkeit als Endprodukt,
    • – umfasst das erste Lufttrenngerät keine Argonerzeugungsäule und/oder das zweite Lufttrenngerät umfasst eine Argonproduktionssäule,
    • – umfasst das erste Lufttrenngerät eine Einblasturbine und/oder umfasst das zweite Lufttrenngerät eine Claude-Turbine und eventuell keine Einblasturbine.
  • Der Integrationsgrad bestimmt, welche Produkte aus jedem Gerät geholt werden können, im Allgemeinen an Sauerstoff reinere und/oder an Argon reinere Produkte, die von dem zweiten Gerät stammen, dessen Funktionieren dank dem geringen Integrationsgrad beständiger ist.
  • Erfindungsgemäße Verfahren und Anlagen werden unten unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben, die schematische Zeichnungen integrierter Anlagen sind.
  • In 1 wird ein Verdichter 13 mit Luft versorgt und sendet einen ersten Luftdurchsatz zu einer Brennkammer 17 mit Brennstoff, einen zweiten Luftdurchsatz zu einem ersten Lufttrenngerät 1, und eventuell einen dritten Luftdurchsatz zu einem zweiten Lufttrenngerät 101, wobei der dritte Durchsatz im Allgemeinen kleiner ist als der zweite Durchsatz.
  • Mittel zum Abkühlen der Luft von der Ausgangstemperatur des Verdichters 13 auf eine Temperatur in der Nähe der Raumtemperatur stromaufwärts des Lufttrenngeräts 1 und stromaufwärts des Lufttrenngeräts 101 sind nicht veranschaulicht.
  • Ein einziger der Verdichter 21 oder 121 versorgt das erste und das zweite Lufttrenngerät 1, 101.
  • Das erste Lufttrenngerät, typisch des Typs mit doppelter oder dreifacher Säule, erzeugt zumindest ein mit Stickstoff 3 angereichertes Gas und ein Hochdruckgas, das mit Sauerstoff 5 angereichert ist, das maximal 98 mol.-% Sauerstoff enthält, eventuell maximal 95 mol.-% Sauerstoff oder sogar maximal 93 mol.-% Sauerstoff, das zu einem Vergaser 31 geleitet wird. Das mit Stickstoff angereicherte Gas wird zu der Brennkammer 17 oder zu einem anderen Punkt stromaufwärts der Turbine 19 geleitet.
  • Das erste Lufttrenngerät kann eventuell eine kleine Menge Flüssigkeit erzeugen.
  • In dem Beispiel erzeugt es kein Argon.
  • Ein Teil der Luft, der zu dem Lufttrenngerät 1 geleitet wird, kann dort durch eine Einblasturbine geleitet werden (die die Niederdrucksäule der doppelten oder dreifachen Säule versorgt).
  • Das zweite Lufttrenngerät erzeugt Sauerstoff 105, der mindestens 98 mol.-% Sauerstoff enthält, gasförmiges und/oder flüssiges Argon und eventuell Flüssigkeiten, die an Stickstoff oder Sauerstoff reich sind, sowie einen Durchsatz unreinen Stickstoffs 103, der eventuell zu der Brennkammer 17 geleitet werden kann.
  • Optional kann ein Teil des Sauerstoffs 105 zu dem Vergaser 31 geleitet werden.
  • Das zweite Lufttrenngerät 101 ist vorzugsweise des Typs unter Druck, also mit einer Niederdrucksäule, von der das Fluid, das mit Sauerstoff angereichert ist, abgezapft wird, die über 1,5 bara, vorzugsweise über 3 bara funktioniert.
  • Die zweite Lufttrennvorrichtung kann eine Reinigungssäule mit einem mit Argon angereicherten Durchsatz aufweisen.
  • Vorzugsweise wird ein Teil der Luft, die zu dem zweiten Lufttrenngerät 101 geleitet wird, in einer Claude-Turbine entspannt, bevor er zu der Luftdestillationssäule, die mit dem höheren Druck funktioniert, geleitet wird.
  • Vorzugsweise ist das Verhältnis zwischen dem Luftdurchsatz, der vom Verdichter 121 zu der Lufttrennvorrichtung 101 geleitet wird, und dem Luftdurchsatz (wenn es einen gibt), der von dem Verdichter 13 zu diesem Lufttrenngerät 101 geleitet wird, größer als das Verhältnis zwischen dem Luftdurchsatz, der von dem Kompressor 21 zu der Lufttrennvorrichtung 1 geleitet wird, und dem Luftdurchsatz, der von dem Kompressor 13 zu dieser Lufttrennvorrichtung 1 geleitet wird.
  • Eventuell werden die zwei Verdichter 21, 121 durch einen einzigen Verdichter ersetzt, der die Geräte 1, 101 versorgt.
  • In 2 liefert ein erster Luftverdichter 13 Luft zu dem ersten Lufttrenngerät 1 und zu einer ersten Brennkammer 17, deren Verbrennungsgase eine erste Entspannungsturbine 19 versorgen, die das Erzeugen von Elektrizität erlaubt.
  • Ein zweiter Luftverdichter 15 liefert Luft zu dem Lufttrenngerät 1 und zu einer zweiten Brennkammer 23, deren Verbrennungsgase eine zweite Entspannungsturbine 25 versorgen, die das Erzeugen von Elektrizität erlaubt. Ein dritter Luftverdichter 21 liefert Luft zu dem Lufttrenngerät.
  • Die Mittel zum Kühlen der Luft von der Ausgangstemperatur der Verdichter 13, 15 auf eine Temperatur in der Nähe der Raumtemperatur stromaufwärts des ersten Lufttrenngeräts 1 und stromaufwärts des zweiten Lufttrenngeräts 101 sind nicht veranschaulicht.
  • Das Restgas 3 des Lufttrenngeräts 1 kann stromaufwärts der ersten und/oder zweiten Turbine geleitet werden, zum Beispiel zu der ersten und/oder zu der zweiten Brennkammer und/oder zu dem Eingang der ersten und/oder der zweiten Turbine.
  • Das Gas unter Druck, das mit Sauerstoff 5 angereichert ist, wird vorzugsweise zu einem oder mehreren Vergasern 31, 131 geleitet, wo es zum Erzeugen von Brennstoff für mindestens eine der Brennkammern 17, 23 dient.
  • Die Verdichter 13, 15, 21 können Luft mit unterschiedlichen Drücken liefern, zum Beispiel voneinander um mindestens 0,5 bar unterschiedlich. Die Durchsätze mit den höchsten Drücken können auf den niedrigsten Druck entspannt werden, um alle Luftdurchsätze gemeinsam zu reinigen.
  • Anderenfalls können die Durchsätze zu Säulen der Lufttrennanlage geleitet werden, die mit unterschiedlichen Drücken mit einer entsprechenden Reinigung funktionieren.
  • In der Anlage der 2 gibt es zwei Lufttrenngeräte 1, 101, von welchen jedes mindestens zwei Destillationssäulen hat und jedes eventuell seine eigene Cold-Box.
  • Die Lufttrennvorrichtung 1 erzeugt die gleichen Produkte wie die oben beschriebenen: Die Lufttrennvorrichtung 101 erzeugt mindestens Reststickstoff 103 und Gas, das mit Sauerstoff angereichert ist, eventuell unter mehreren Drücken oder zumindest unter Hochdruck.
  • Der Reststickstoff 103 kann zu der ersten und/oder der zweiten Brennkammer geleitet werden oder kann alternativ in die Umgebung abgeleitet, zum Regenerieren der Reinigung des ersten und/oder des zweiten Luftreinigungsgeräts 1, 101 oder anders verwendet werden.
  • Der Sauerstoff 105 kann zu einem anderen Vergaser 131, Vergaser 31 oder einem anderen Gebrauch geleitet werden, insbesondere, wenn seine Reinheit von der des Sauerstoffs 5 unterschiedlich ist. wie oben be schrieben, kann das Lufttrenngerät 101 im Wesentlichen oder allein reinen Sauerstoff mit über 98 mol.-% Sauerstoff liefern, während die erste Lufttrennvorrichtung nur oder im Wesentlichen unreinen Sauerstoff unter 95 mol.-% Sauerstoff erzeugen kann.
  • Das Lufttrenngerät 101 wird mit Luft ausgehend von einem dedizierten Verdichter versorgt, der Luft zu den zwei Lufttrenngeräten leitet, und eventuell ausgehend von einem dedizierten Verdichter 121 und vom dedizierten Verdichter 21 und/oder sehr teilweise ausgehend von dem ersten Verdichter 13 oder von dem zweiten Verdichter 15.

Claims (6)

  1. Integriertes Verfahren zum Trennen von Luft, das ein Fluid erzeugt, das mit Sauerstoff angereichert ist und eventuell ein Fluid, das mit Stickstoff angereichert ist, in einer Anlage, die mindestens zwei Lufttrenngeräte (1, 101) aufweist, wobei jedes mindestens zwei Destillationssäulen umfasst, einen ersten Luftverdichter (13), eine erste Brennkammer (17) und eine erste Entspannungsturbine (19), bei dem Pressluft dem ersten Lufttrenngerät (1) von mindestens dem ersten Luftverdichter geliefert wird, der auch Pressluft zur ersten Brennkammer liefert, und Pressluft zu dem zweiten Lufttrenngerät (101) von mindestens einem Hilfskompressor (21, 121) geliefert wird, der keine Brennkammer versorgt, der aber auch das erste Lufttrenngerät versorgt.
  2. Eingebaute Anlage mit einem ersten Lufttrenngerät (1), einem zweiten Lufttrenngerät (101), einem ersten Verdichter (13), einer Brennkammer (17), einer Entspannungsturbine (19), einem Hilfsverdichter (21, 121), Mitteln, um Luft des ersten Verdichters zu der Brennkammer und zu dem ersten Lufttrenngerät zu senden, Mittel, um Luft des Hilfsverdichters zum ersten Lufttrenngerät und zum zweiten Lufttrenngerät zu senden, wobei dieser Hilfsverdichter keine Brennkammer versorgt.
  3. Anlage nach Anspruch 2, bei der der Hilfsverdichter nicht mit einer Einheit verbunden ist, die Pressluft verbraucht, mit Ausnahme des ersten und des zweiten Lufttrenngeräts.
  4. Anlage nach Anspruch 2, bei der das erste Gerät kein Mittel zum Herstellen von Flüssigkeit als Endprodukt aufweist und/oder das zweite Gerät ein Mittel zum Herstellen von Flüssigkeit als Endprodukt umfasst.
  5. Anlage nach Anspruch 2 oder 4, bei der das erste Gerät keine Argonproduktionssäule aufweist und/oder das zweite Gerät eine Argonproduktionssäule aufweist.
  6. Anlage nach einem der Ansprüche 2, 4 oder 5, bei der das erste Gerät eine Einblasturbine umfasst und/oder das zweite Gerät eine Claude-Turbine umfasst und eventuell keine Einblasturbine umfasst.
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