DE602004002389T2 - Destillationsvorrichtung und transportverfahren dafür - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Destillationssäule in Kombination mit einer Isolierungsstruktur oder einem Isolierungsbehälter. Die Erfindung betrifft hauptsächlich große Destillationssäulen, zum Beispiel Säulen mit einem Durchmesser von etwa 3,5 m (etwa 11 Fuß) oder mehr und findet besondere Anwendung in kryogenen bzw. Tieftemperatur-Destillationssäulen. Die Erfindung könnte jedoch auch mit anderen Zerlegungssäulen wie Kohlenwasserstoff-Gas-Zerlegungssäulen verwendet werden.
  • Es gibt viele Beispiele einer Vorrichtung mit einer Destillationssäule und einer Isolierungsstruktur oder einem Isolierungsbehälter. Zum Beispiel offenbart die US-B-6 360 545 eine Vorrichtung mit einer kryogenen bzw. Tieftemperatur-Einheit, zum Beispiel einer Luftzerlegungseinheit, und einer isolierenden Sicherheitsumhüllung. Die Vorrichtung ist ausgelegt, um eine kryogene Flüssigkeit zu enthalten, die von der kryogenen Einheit austritt, und ist besonders für Offshore-Anwendungen geeignet.
  • Gegenwärtig beträgt die maximale Produktion von Sauerstoff aus einer Luftzerlegungsanlage etwa 3500 metrische Tonnen/Tag (etwa 3860 amerikanische Tonnen/Tag). Man nimmt an, dass es in den nächsten Jahren einen Bedarf für Anlagen geben wird, die Sauerstoff bei einer Rate erzeugen können, die deutlich über 3500 metrischen Tonnen/Tag (3860 amerikanischen Tonnen/Tag) liegt. Ein Weg, um diesen Bedarf zu erfüllen, wäre die parallele Bereitstellung von mehreren herkömmlichen Sauerstoffanlagen. Ein weiterer Weg würde jedoch die Verwendung einer Säule mit einem größeren Durchmesser, z. B. einem Durchmesser von etwa 6 m (etwa 20 Fuß) sein.
  • Die maximale Größe einer kryogenen bzw. Tieftemperatur-Luftdestillationssäule ist durch eine Reihe von Faktoren begrenzt. Ein solcher Faktor ist die Fähigkeit der endgültig fertigen Säule, auf der Straße transportiert zu werden.
  • Herkömmlicherweise werden kleinere kryogene bzw. Luftdestillationssäulen, z. B. jene mit einem Durchmesser von 3 m (10 Fuß) oder weniger, in der Regel in einer Isolierungsstruktur oder "Kühlbox" transportiert. Die Kombination wird in der Regel horizontal über die Straße auf einem Lastwagen mit einer niedrigen Ladeplattform transportiert. Solche Säulen werden in der Regel auf speziell ausgeführten "Transport-Satteleinrichtungs"-Aufbauten mit der Isolierungsstruktur an ihrem Platz um die Säule herum transportiert. Ein Vorteil einer solchen Anordnung ist der, dass die Säule an den Einsatzort mit der Isolierungsstruktur zusammen mit dem notwendigen Rohrleitungssystem in der Kühlbox, das bereits eingebaut ist, geliefert wird. Die Kombination aus Säule und Isolierungsstruktur wird einfach am Einsatzort in Position gehoben. Ein Isolierungsmaterial, in der Regel Perlit, wird in den Hohlraum zwischen der Säule und der inneren Wand der Isolierungsstruktur hinzugefügt, wobei das Rohrleitungssystem in der Kühlbox dann mit dem Rohrleitungssystem der übrigen Teile der Anlage verbunden wird.
  • Ein Vorteil der Verfrachtung einer herkömmlichen Destillationssäule in der Isolierungsstruktur ist der, dass die Qualität des Aufbaus in einem größeren Maß gesteuert werden kann. Kryogene bzw. Tieftemperatur-Luftzerlegungseinheiten können fast überall erforderlich sein. Viele Orte haben in der Luft befindliche Verunreinigungen, wie Schmutz und/oder Fett, wobei an einigen Orten diese Verunreinigungen korrosive Verunreinigungen, zum Beispiel Salz (wenn sich der Ort in der Nähe des Meeres befindet) oder Sand (wenn sich der Ort in einer Wüste befindet), enthalten werden. Der Transport einer vollständig zusammengebauten Säule in einer Isolierungsstruktur bedeutet, dass die anderen Komponenten der Säule nicht irgendwelchen, in der Luft befindlichen Verunreinigungen am Einsatzort ausgesetzt sind.
  • Transport-Satteleinrichtungen müssen durch Frachtträger gelagert werden, die einen Teil der Isolierungsstruktur bilden. Das ist ein Nachteil der herkömmlichen Halteanordnung, da die Satteleinrichtungen und Träger einen Raum in der Isolierungsstruktur in Anspruch nehmen und es schwierig machen, dass die Rohranordnung zu einer Seite (z. B. zur unteren Seite während des Transports) der Kühlbox verläuft. Ein weiterer Nachteil ist der, dass die Satteleinrichtungen erhebliche lokale Belastungen bzw. Beanspruchungen in der Wand der Destillationssäule in einem Ausmaß ausüben, dass es häufig notwendig ist, die Wand der Destillationssäule in der Nähe der Satteleinrichtungen dicker zu machen.
  • Große Säulen, zum Beispiel die, die einen Durchmesser von etwa 3,5 m (etwa 11 Fuß) oder mehr haben, können durch eine herkömmliche Transportanordnung über die Straße in Kombination mit einer Isolierungsstruktur nicht transportiert werden. Eine Säule mit einem Durchmesser von etwa 6 m (etwa 20 Fuß) ist etwa die Säule mit dem größten Durchmesser, die über die Straße vollständig zusammengebaut transportiert werden kann, wobei sie aber gegenwärtig aber nicht in ihrer Isolierungsstruktur transportiert werden kann. Das liegt daran, dass die Satteleinrichtungen und Frachtträger, die in der Kühlbox zur Verfügung gestellt werden, die Kombination aus Säule und Kühlbox zu hoch machen würden, selbst wenn sie auf ihrer Seite zur Verfügung gestellt werden, um unter allen, selbst den höchsten Brücken hindurch bewegt zu werden. Daher ist es der herkömmliche Vorschlag, große Säulen zum Einsatzort entweder als eine zusammengebaute Säule (ohne die Kühlbox) oder als Säulenteile zu transportieren. Die Säule würde dann am Einsatzort aufgestellt werden, wobei die Isolierungsstruktur um die Säule herum errichtet wird. Dies ist jedoch weit weniger günstig, wobei es, wo die Säule in Sektionen transportiert wird, ein Risiko gibt, dass die inneren Komponenten der großen Säule durch in der Luft befindliche Verunreinigungen verunreinigt und/oder beschädigt werden. Es gibt daher einen Bedarf für ein neues und günstiges Verfahren zum Transportieren großer Säulen zum Einsatzort, so dass dieses Risiko verringert ist.
  • Die US-B-6 202 305 offenbart ein Verfahren zum Aufbau einer Luftzerlegungsvorrichtung mit einer inneren Säule, die in einem äußeren Rahmengestell zur Verfügung gestellt wird. Das Verfahren findet besondere Anwendung auf eine Vorrichtung mit einer Säule, die so groß ist, z. B. mit einer Höhe von nicht weniger als 60 Metern, dass sie in der Regel vom Rahmenwerk getrennt transportiert und am Einsatzort aufgebaut werden muss. Das Verfahren umfasst den Aufbau von Modulen, in dem eine Sektion der Säule in eine entsprechende Sektion des Rahmengestells gezogen und mit ihr verbunden wird, und in dem die Module am Einsatzort zusammengefügt werden. Im dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel werden Schraubenwinden verwendet, um eine Säulensektion in einer entsprechende Rahmengestell-Sektion in einem Modul zu halten und zu positionieren. Die Schraubenwinden werden zwischen einem Riemen angeordnet, der an und um eine Säulensektion und einem Querelement einer Fläche der Rahmengestell-Sektion zur Verfügung gestellt wird.
  • Die US-A-4 116 150 offenbart einen Behälter für die Speicherung oder den Transport von kryogenen Flüssigkeiten. Der Behälter hat Eckhalterungen, die auf Spannungsbelastungen an den Wänden des Behälters reagieren, wenn der Behälter mit einer kryogenen Flüssigkeit beladen ist.
  • Die DE-A-19 737 520 offenbart eine kryogene bzw. Tieftemperatur-Luftdestillationsanlage mit wenigstens einer Rektifiziersäule, die in einer Isolierungskammer angeordnet ist. Die Rektifiziersäule ist in der Isolierungskammer durch seilförmige Elemente gesichert, die zwischen dem Äußeren der Säule und dem Inneren der Isolierungskammer bereitgestellt werden. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Isolierungskammer zylindrisch, wobei sich die seilförmigen Elemente radial von einem Ring erstrecken, der an und um das Äußere der Säule zur inneren Wand der Isolierungskammer zur Verfügung gestellt wird.
  • Die DE-A-19 804 438 offenbart eine Stahlkonstruktion für eine Wellen- und Kavernenkonstruktion. Die Stahlkonstruktion ist besonders für die Anwendung bei der Nuklearforschung und bei der Magnettechnologie geeignet. Die Stahlkonstruktion besteht aus einem zylindrischen Körper, der von einer Anzahl koaxialer polygonaler Halterungsringe umgeben ist. Jeder dieser Halterungsringe wird aus einer Anzahl von Segmenten gebildet und ist von einem benachbarten Halterungsring durch interne Halterungslaschen beabstandet. Zwischen dem innersten Halterungsring in der Nähe der Ecken des polygonalen Rings und dem zylindrischen Körper werden Halterungsrippen zur Verfügung gestellt.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden eine Vorrichtung mit einer Destillationssäule und einer Isolierungsstruktur zur Verfügung gestellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Säule in der Struktur von inneren Ecken der Struktur gehalten wird. Die Säule kann eine Kohlenwasserstoff-Destillationssäule sein, wobei die Säule bei bevorzugten Ausführungsbeispielen eine kryogene bzw. Tieftemperatur-Luftzerlegungssäule ist.
  • Ein Vorteil beim Transportieren einer Säule in einer Isolierungsstruktur von inneren Ecken der Struktur ist der, dass für eine Isolierungsstruktur mit vorgegebenen Abmessungen größere Säulen über die Straße transportiert werden können, als es möglich wäre, wenn herkömmliche (nicht bewegliche) Satteleinrichtungen und Frachtträger verwendet werden, um die Säule zu halten. Auf diese Weise kann der Zusammenbau von großen Säulen in einer kontrollierten Umgebung stattfinden, wobei dadurch das Risiko einer Verunreinigung der inneren Komponenten verringert wird. Die vorliegende Erfindung ist daher für die Verwendung bei großen Säulen mit einem Durchmesser von wenigstens 3,5 m (11 Fuß) geeignet und ist besonders für die Verwendung bei Säulen mit einem Durchmesser von etwa 5 m (etwa 16 Fuß) oder etwa 6 m (etwa 20 Fuß) geeignet.
  • Die Säule der vorliegenden Erfindung wird in der Regel durch Gruppen von radialen Halterungen gehalten, die zwischen jeder Ecke der Isolierungsstruktur und der äußeren Wand der Säule zur Verfügung gestellt werden. Die radialen Halterungen sind typischerweise aus einem Material mit einer niedrigen thermischen Leitfähigkeit hergestellt, die eine niedrige Wärmeableitung abgeben. Geeignete Materialien beinhalten rostfreien Stahl.
  • Radiale Halterungen, die zwischen jeder Ecke der Isolierungsstruktur und der Säule bereitgestellt werden, haben einen zusätzlichen Vorteil gegenüber Satteleinrichtungen, da sie für die Verwendung als Erdbeben- oder Windhalterungen geeignet sind, sobald die Säule am Einsatzort aufgestellt ist, wobei die Satteleinrichtungen nur für vertikale oder nahezu vertikale Belastungen geeignet sind, wenn die Säule transportiert wird. Zusätzlich ist mehr Raum in der Isolierungsstruktur verfügbar, der es möglich macht, dass die Rohranordnung entlang der unteren Seite der Isolierungsstruktur verläuft.
  • Die Anzahl der Gruppen von radialen Halterungen hängt von der Gesamtlänge der Säule ab. Typischerweise werden zwei Gruppen von radialen Halterungen verwendet, obwohl mehr verwendet werden könnten, um die Biegebeanspruchung in der Säule zu verringern.
  • Die Verwendung radialer Halterungen übt erhebliche lokale Belastungen bzw. Beanspruchungen in der Wand der Destillationssäule aus. Die Kontaktpunkte zwischen den Halterungen und der Wand der Säule können durch Erhöhen der Dicke der Wand in dem Bereich dieser Punkte versteift werden. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen können jedoch interne Versteifungsstrukturen oder "Verstrebungen" verwendet werden. Die Verstrebung bzw. Abspannung kann von der Rohranordnung oder von strukturellen Sektionen mit zum Beispiel kanalförmigen, winkligen, T-förmigen oder I-förmigen Querschnitten vorgenommen werden. Solche Verstrebungsstrukturen würden in der Regel innerhalb der Säule zurückgelassen werden, wenn die Säule in Gebrauch ist, da es nicht wünschenswert wäre, die Säule am Einsatzort zu öffnen, um die Verstrebungsstruktur zu entfernen. Daher ist die Verstrebungsstruktur vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das geeignet ist, um den Bedingungen im Inneren der Säule während des Gebrauchs ausgesetzt zu sein. Für eine kryogene bzw. Tieftemperatur-Destillationssäule besteht die Verstrebung typischerweise aus dem gleichen Material wie die Säule. Dieses Material wird in der Regel aus Aluminium (oder einer Aluminiumlegierung), rostfreiem Stahl (verschiedene Grade), 9% Nickelstahl oder einem beliebigen anderen Material ausgewählt, das für kryogene Temperaturen geeignet ist.
  • Der Gebrauch der internen Verstrebung bedeutet, dass die Dicke der Wand der Säule in der Regel kleiner ist als die Dicke, die benötigt wird, um die Säule sowohl während des Transportes als auch während des Aufstellens an einem Einsatzort, z. B. beim Heben von der horizontalen Position in die vertikale Position, ohne eine interne Versteifungsstruktur zu halten. Die Dicke der Wand der Säule ist eine Funktion des Betriebsdrucks, des Ausführungscodes und des Durchmessers des Materials der Konstruktion. Diese Faktoren ändern sich von einer Anlage zur nächsten, wie für den Fachmann ohne weiteres deutlich wird.
  • Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Transportieren einer Vorrichtung mit einer Säule und einer Isolierungsstruktur zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren die Halterung der Säule in der Struktur von inneren Ecken der Struktur und den Transport der Vorrichtung aufweist. Die Vorrichtung kein einige oder alle der oben beschriebenen Merkmale aufweisen.
  • Das folgende ist eine Beschreibung, nur beispielhaft und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine Darstellung eines radialen Querschnitts einer herkömmlichen Destillationssäule mit einem Durchmesser von nicht mehr als 3 m (10 Fuß) in Kombination mit einer Isolierungsstruktur;
  • 2 eine Darstellung eines axialen teilweisen Querschnitts der Kombination aus Säule und Isolierungsstruktur, die in 1 gezeigt wird;
  • 3 eine Darstellung eines radialen Querschnitts einer Destillationssäule in Kombination mit einer Isolierungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 4 eine Darstellung eines axialen teilweisen Querschnitts der Kombination von Säule und Isolierungsstruktur, die in 3 gezeigt wird;
  • 5 eine Darstellung eines radialen Querschnitts einer Säule der vorliegenden Erfindung mit einer ersten internen Versteifungsstruktur;
  • 6 eine Darstellung eines radialen Querschnitts einer Säule der vorliegenden Erfindung mit einer zweiten internen Versteifungsstruktur; und
  • 7 eine Darstellung eines radialen Querschnitts einer Säule der vorliegenden Erfindung mit einer dritten internen Versteifungsstruktur.
  • Mit Bezug auf 1 und 2 befindet sich eine herkömmliche kryogene bzw. Tieftemperatur-Luftdestillationssäule 2 mit einem Durchmesser von nicht mehr als 3 m (10 Fuß) in einer Isolierungsstruktur oder "Kühlbox" 4. Die Säule 2 wird auf einer Transport-Satteleinrichtung 6 und Frachtträgern 8 gehalten, die Raum in Anspruch nehmen und es schwierig machen, dass die Rohranordnung (nicht dargestellt) zur unteren Oberfläche der Kühlbox 4 verläuft. In 2 wird die Säule 2 durch zwei Satteleinrichtungen 6 gehalten. Jede Satteleinrichtung 6 liegt etwa 20% der Gesamtlänge der Säule 2 vom nächsten Ende der Säule 2 weg, um jeweils die Biegebeanspruchung in der Säule 2 zu verringern. Die Satteleinrichtungen 6 üben erhebliche lokale Belastungen bzw. Beanspruchungen in der Wand der Destillationssäule aus, so dass es häufig notwendig ist, die Dicke der mit den Satteleinrichtungen in Kontakt befindlichen Wand der Säule zu erhöhen.
  • Mit Bezug auf 3 und 4 befindet sich die kryogene bzw. Tieftemperatur-Destillationssäule 32 mit einem Durchmesser von wenigstens 3,5 m (11 Fuß), z. B. etwa 5 m (16 Fuß) oder etwa 6 m (20 Fuß) in einer Kühlbox 34. Die Säule 32 wird durch radiale Halterungen 36 gehalten, die zwischen Eckelementen 38 des Rahmens der Kühlbox 34 zur Verfügung gestellt werden. Die Verwendung radialer Halterungen auf diese Weise macht es möglich, eine Säule mit einem größeren als dem herkömmlichen Durchmesser in einer vorgegebenen Größe der Kühlbox zu transportieren. Zusätzlich ist der Raum zwischen der unteren Fläche der Kühlbox 34 und der Säule 32, in der sich die Rohranordnung (nicht dargestellt) befindet, verfügbar.
  • Die radialen Halterungen werden typischerweise erhebliche lokale Belastungen bzw. Beanspruchungen in der Destillationssäule ausüben, so dass es notwendig sein wird, entweder die Dicke der Wand der Säule örtlich zu erhöhen, und/oder eine interne Versteifungsstruktur oder eine "Verstrebung" zu verwenden, um auf die Belastungen zu reagieren. 5 bis 7 zeigen drei Anordnungen von geeigneten internen Versteifungsstrukturen. Bei jeder Anordnung wird die Verstrebung bzw. Abspannung in der Regel aus röhrenförmigen Elementen oder strukturellen Sektionen (z. B. Kanälen, Winkeln und T- oder I-Trägern) hergestellt. Die Säule 52 nach 5 wird mit internen radialen Halterungen 54 abgespannt. Die Säule 62 nach 6 wird mit internen Halterungen 64 abgespannt, die in einer quadratischen Anordnung zur Verfügung gestellt werden. Die Säule 72 in 7 wird mit internen Halterungen 74 abgespannt, die um die innere Oberfläche der Wand der Säule angeordnet sind.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung mit besonderem Bezug auf die Erzeugung von Sauerstoff aus einem Luftzerlegungsverfahren erörtert wurde, wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch auf die Erzeugung eines beliebigen Gases, das kryogene bzw. Tieftemperatur-Zerlegungsverfahren verwendet, oder tatsächlich auf die Destillation eines gasförmigen Kohlenwasserstoffgemisches angewandt werden kann.
  • In der gesamten Beschreibung soll der Begriff "Anordnung" im Zusammenhang einer Anordnung zum Ausführen einer Funktion wenigstens eine Vorrichtung betreffen, die angepasst und/oder aufgebaut ist, um diese Funktion auszuführen.
  • Man wird erkennen, dass die Erfindung nicht auf die oben mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele beschriebenen Einzelheiten beschränkt ist, sondern dass zahlreiche Modifikationen und Variationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims (12)

  1. Vorrichtung mit einer Destillationssäule (32, 52, 62, 72) und einer Isolierungssturktur (34), dadurch gekennzeichnet, dass die Säule (32, 52, 62, 72) in der Struktur (34) von inneren Ecken der Struktur (34) gehalten ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Säule (32, 52, 62, 72) einen Durchmesser von wenigstens 3,5 m (11 ft) hat.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Säule (32, 52, 62, 72) einen Durchmesser von ungefähr 5 m (16 ft) oder ungefähr 6 m (20 ft) hat.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Säule (32, 52, 62, 72) unter der Verwendung von radialen Trägern (36) gehalten ist, die zwischen jeder Ecke der Isolierungsstruktur (34) und der äußeren Wand der Säule (32, 52, 62, 72) vorgesehen sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Säule (32, 52, 62, 72) unter der Verwendung von wenigstens zwei Sätzen von radialen Trägern (36) gehalten ist, die längs der Länge der Säule (32, 52, 62, 72) vorgesehen sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei die Säule (52, 62, 72) eine interne Versteifungsstruktur (54, 64, 74) aufweist, um lokale Belastungen bzw. Beanspruchungen zu verteilen, bzw. zu streuen, die auf die Wand der Säule (52, 62, 72) durch die radialen Träger (63) ausgeübt werden.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die interne Versteifungsstruktur (54, 64, 74) während der Destillation in der Säule (52, 62, 72) verbleibt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Dicke der Wand der Säule (52, 62, 72) kleiner als die Dicke ist, die benötigt wird, um die Säule (52, 62, 72) sowohl während des Transportes als auch während des Aufstellens auf einem Einsatzort ohne eine interne Versteifungsstruktur (54, 64, 74) zu halten.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Säule (32, 52, 62, 72) eine Kryogen- bzw. Tieftemperatur-Luftdestillationssäule ist.
  10. Vorrichtung, im Wesentlichen, wie sie unter Bezugnahme auf die 3 bis 7 beschrieben wurde.
  11. Verfahren zum Transport einer Vorrichtung mit einer Säule (32, 52, 62, 72) und einer Isolierungsstruktur (34), wobei das Verfahren die Halterung der Säule (32, 52, 62, 72) in der Struktur (34) von inneren Ecken der Struktur (34) und den Transport der Vorrichtung aufweist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Vorrichtung in einem der Ansprüche 2 bis 9 definiert ist.
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