DE69516377T2

DE69516377T2 - Lufttrennung

Info

Publication number: DE69516377T2
Application number: DE69516377T
Authority: DE
Inventors: Brian Anthony Keenan; Thomas Rathbone
Original assignee: BOC Group Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd
Priority date: 1994-12-16
Filing date: 1995-12-14
Publication date: 2000-12-07
Anticipated expiration: 2015-12-15
Also published as: AU4048995A; ZA9510410B; US5609041A; EP0717249A2; EP0717249A3; AU707805B2; EP0717249B1; GB9425484D0; DE69516377D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Lufttrennung. Sie betrifft insbesondere, aber nicht ausschließlich, das Trennen eines Sauerstoffprodukts von Luft zur Verwendung bei der Erzeugung eines Brennstoffgases unter hohem Druck, das wiederum in die Brennkammer einer energieerzeugenden Gasturbine zugeführt wird.
Der Betrieb einer Gasturbine zur Erzeugung von Energie ist bekannt. Eine Gasturbine umfaßt einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Expansionseinrichtung. Der Verdichter und die Expansionseinrichtung sind beide Rotationsmaschinen und ihre Rotoren sind typischerweise auf einer gemeinsamen Welle montiert. Luft wird zum Verdichter zugeführt und dadurch im Druck typischerweise auf etwa 15 Bar angehoben. Die verdichtete Luft gelangt in die Brennkammer, in welcher sie die Verbrennung eines druckbeaufschlagten flüssigen Brennstoffs unterstützt. Die resultierenden gasförmigen Verbrennungsprodukte strömen in die Expansionseinrichtung und werden darin auf einen Druck von etwa 1 Bar espandiert. Die Expansionsarbeit erzeugt nicht nur die notwendige Energie zum Antrieb des Verdichters, sondern wird auch zum Antrieb eines Wechselstromgenerators ausgenutzt, der Teil einer elektrischen Energieerzeugungsanlage bildet.
Es ist bekannt, beispielsweise aus der US-A-4 224 045 und US-A-4 557 735, einen Teil der verdichteten Luft abzuzweigen und ihn durch Rektifizierung in Sauerstoff- und Stickstoffprodukte zu trennen. Mindestens ein Teil des Stickstoffprodukts kann in die Turbine eingeleitet werden, um die aufgrund der Luftanzapfung verringerte Erzeugung von Verbrennungsprodukten zu kompensieren. (Das Einleiten von Stickstoff in die Verbrennungsprodukte trägt auch zur Verringerung der Bildung von Stickoxiden bei.) Die Ausgangsleistung der Gasturbine hängt von der Strömung der Verbrennungsprodukte und Stickstoff zur Expansionseinrichtung ab. Eine Gasturbine muß normalerweise innerhalb eines Bereichs verschiedener Bedingungen betrieben werden, um in der Lage zu sein, um einem Bereich des wechselnden Bedarfs nach elektrischer Energie zu entsprechen. Insbesondere ist der Energiebedarf während der Nacht gewöhnlich kleiner als während des Tages. Normalerweise ist die Gasturbine für einen Betrieb mit maximaler Ausgangsleistung ausgelegt und arbeitet mit einem Axialluftverdichter.
Obwohl es möglich ist, einen Axialverdichter in gewissen Maße zu drosseln, d. h. den Strömungsdurchsatz an verdichteter Luft aus der Turbine zu verringern, ist eine solche Verringerung von einem rapiden Abfall des Auslaßdrucks der Luft begleitet. Dementsprechend führt ein Drosseln des Verdichters zur Anpassung an Bedarfsschwankungen nach elektrischer Energie zu einer ausgeprägten Verringerung des Drucks, bei welchem die Luft getrennt wird. Ein solcher variabler Luftzuführdruck zur Rektifiziersäule bzw. zu den Säulen einer Lufttrennanlage bedingt größere betriebliche und regeltechnische Probleme. Es ist deshalb wünschenswert, einen konstanten Luftspeisedruck aufrechtzuerhalten. Ein solcher konstanter Luftspeisedruck kann erreicht werden, indem der Betrieb des Luftverdichters, der Teil der Gasturbine bildet, auf stationärem Zustand gehalten wird, und indem in geeigneter Weise der Durchsatz, mit welchem Luft vor der Lufttrennanlage abgezweigt wird, gesteigert wird. Das Resultat einer Steigerung des Durchsatzes, mit welchem Luft zur Lufttrennanlage zugeführt wird, ist jedoch eine Steigerung der Sauerstofferzeugungsrate. Während Perioden, während welcher der elektrische Energiebedarf sich auf verringertem Pegel befindet, ist auch der Bedarf der Gasturbine für Brennstoffgas (und folglich der Bedarf für Sauerstoff in der Vergasungsanlage) ebenfalls verringert. Infolgedessen wird die Sauerstofferzeugungsrate gerade in einer Periode gesteigert, wenn der tatsächliche Bedarf hierfür abfällt. Dementsprechend stellt der Betrieb des Luftverdichters mit konstantem Druck, während die Luftanzapfungsrate hiervon zu einer Lufttrennanlage verändert wird, selten eine zufriedenstellende Lösung des Problems der Integration einer Lufttrennanlage, einer Gasturbine und einer Vergasungsanlage dar.
Es ist natürlich möglich, diese oder analoge Probleme dadurch zu lösen, daß man eine vollständig unabhängige Speisung zur Lufttrennanlage hat. Diese Maßnahme opfert jedoch den gesamten Kostenvorteil, der dadurch gewonnen werden kann, daß die Lufttrennanlage vom Luftverdichter der Gasturbine gespeist wird.
Die DE-A-39 08 505 beschreibt mit Bezug auf deren Fig. 2 ein Verfahren zum Trennen von Luft, wobei ein Teil der Speiseluft von der Gasturbine und ein weiterer Teil von einem unabhängigen Verdichter zugeführt wird. Ein Teil der von der Gasturbine zugeführten Luft wird kondensiert und durch ein Druckminderventil in die Druckstufe einer Doppelsäule eingeleitet, die eine erste Stufe, die mit erhöhtem Druck arbeitet, und eine zweite Stufe umfaßt, die etwa mit atmosphärischem Druck arbeitet. Der unabhängige Verdichter liefert ebenfalls Luft, aber in dampfförmigem Zustand zur Drucksäule. Der unabhängige Verdichter hat daher einen Auslaßdruck nur ein wenig oberhalb des Drucks der Drucksäule. Die Flüssigluftzufuhr zur Drucksäule wird durch Wärmeaustausch mit einem druckbeaufschlagtem Strom flüssigen Sauerstoffs kondensiert, der mittels einer Pumpe von der Säule niedrigeren Drucks abgezogen wird. Der Sauerstoff wird dadurch verdampft. Ein Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß, wenn Sauerstoff von der Niederdrucksäule in die Expansionseinrichtung der Gasturbine eingeleitet werden muß, es notwendig ist, dessen Druck von etwa 1 Bar auf den Betriebsdruck am Einlaß der Expansionseinrichtung (normalerweise im Bereich von 15 Bar) anzuheben. Es ist daher nicht möglich, die beträchtlichen Energieeinsparungen zu erreichen, die beispielsweise bei den Verfahren nach den US-A-4 224 045 und US-A-4 557 735 erreicht werden, indem die Säule niedrigeren Drucks auf einem Druck deutlich oberhalb des atmosphärischen Drucks betrieben wird.
Wenn Stickstoff zur Expansionseinrichtung der Gasturbine aus der Säule niedrigeren Drucks zugeführt werden muß, zeigt die DE-A-39 08 505 in Fig. 3 in der Tat ein Verfahren zu diesem Zweck. Bei diesem Verfahren wird der gesamte Luftstrom zur Lufttrennanlage vom Luftverdichter der Gasturbine entnommen, und die Hochdrucksäule wird im wesentlichen auf dem Auslaßdruck der Gasturbine betrieben. Zusätzlich wird ein Sauerstoffprodukt in gasförmigem Zustand aus der Niederdrucksäule entnommen und erfordert daher eine Verdichtung am Sauerstoffauslaß der Anlage. Folglich unterliegt diese Lufttrennanlage den oben erwähnten Regelproblemen und benötigt ebenfalls einen Verdichter für gasförmigen Sauerstoff.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anlage zum Trennen von Luft und zum Erzeugen eines Hochdruck-Sauerstoffprodukts zu schaffen, die verhältnismäßig leicht zu regeln sind, und die in der Lage sind, einen Stickstoffstrom unter erhöhtem Druck aus der Säule niedrigeren Drucks zu liefern, aber die einen Teil ihrer Speisung aus dem einer Gasturbine zugeordneten Luftverdichter erhalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Trennen von Luft vorgesehen, das umfaßt:
a) Entnehmen eines ersten Luftstroms aus einem ersten Luftverdichter, der einer Gasturbine zugeordnet ist,
b) Reinigen des ersten Luftstroms durch Abscheiden von Wasserdampf und Kohlendioxid hieraus,
c) Weiterverdichten mindestens eines Teils des ersten Luftstroms in einem zweiten Luftverdichter,
d) Wärmeaustausch mindestens eines Teils des weiterverdichteten und gereinigen ersten Luftstroms mit einem druckbeaufschlagten Sauerstoffstrom, der in flüssigem Zustand aus einer Rektifiziersäule niedrigerem Drucks entnommen wird,
e) Reduzieren des Drucks mindestens eines Teils des dem Wärmeaustausch unterzogenen ersten Luftstroms und Einleiten desselben in eine Rektifiziersäule höheren Drucks,
f) Verdichten eines zweiten Luftstroms in einem dritten Luftverdichter, der von der genannten Gasturbine unabhängig ist,
g) Reinigen des zweiten Luftstroms durch Abscheiden von Wasserdampf und Kohlendioxid hiervon, Abkühlen des zweiten Luftstroms, und Einleiten des abgekühlten zweiten Luftstroms in die Rektifiziersäule höheren Drucks,
h) Rektifizieren der Luftströme in den Rektifiziersäulen höheren und niedrigeren Drucks, und
i) Abziehen eine gasförmigen Stickstoffstroms aus der Rektifiziersäule niedrigeren Drucks,
dadurch gekennzeichnet, daß:
i) der zweite Luftverdichter einen Auslaßdruck aufweist, der unabhängig von Ausgangsleistungsschwankungen der Gasturbine ist,
ii) die Reinigung des ersten Luftstromes unter einem Druck von mindestens 5 Bar weniger als demjenigen erfolgt, mit welchem der genannte Teil des ersten Luftstroms den zweiten Verdichter verläßt,
iii) die Rektifiziersäule niedrigeren Drucks mit Drücken oberhalb von 2 Bar betrieben wird,
iv) der flüssige Stickstoff mit einem Druck von mindestens Bar beaufschlagt wird.
Die Erfindung beinhaltet auch eine Anlage zur Trennung von Luft, mit:
a) einem ersten Luftverdichter, der einer Gasturbine zugeordnet ist,
b) einer Einrichtung zum Reinigen des ersten Luftstroms durch Abscheiden von Wasserdampf und Kohlendioxid hiervon,
c) einem zweiten Luftverdichter zum weiteren Verdichten mindestens eines Teils des gereinigten ersten Luftstroms,
d) einem Wärmeaustauscher zur Verringerung der Temperatur des ersten Luftstroms im Gegenstrom-Wärmeaustausch mit einem druckbeaufschlagten Sauerstoffstrom,
e) einer Anordnung aus einer Rektifiziersäule höheren Drucks und einer Rektifiziersäule niedrigeren Drucks, wobei die Rektifiziersäule höheren Drucks einen Einlaß für mindestens einen Teil des abgekühlten ersten Luftstroms aufweist,
f) einem dritten Luftverdichter, der von der genannten Gasturbine unabhängig ist, zum Verdichten eines zweiten Luftstroms,
g) einer Einrichtung zum Reinigen des zweiten Luftstroms durch Abscheiden von Wasserdampf und Kohlendioxid hiervon,
h) einem Wärmeaustauscher zum Abkühlen des gereinigten zweiten Luftstroms mit einem Auslaß für abgekühlte Luft, der in Verbindung mit der Rektifiziersäule höheren Drucks steht, und
i) einer Pumpe zum Abziehen des genannten druckbeaufschlagten Sauerstoffstroms aus der Rektifiziersäule niedrigeren Drucks, und
j) einem Auslaß von der Rektifiziersäule niedrigeren Drucks für einen gasförmigen Stickstoffstrom,
dadurch gekennzeichnet, daß:
i) der zweite Luftverdichter Mittel zum Einstellen seines Betriebs derart aufweist, daß sein Auslaßdruck unabhängig von Schwankungen der Ausgangsleistung der Gasturbine ist,
ii) die Einrichtung zum Reinigen des ersten Luftstroms sich an einer Position stromauf des zweiten Luftverdichters befindet oder einen Einlaß in Verbindung mit einem Auslaß einer Stufe des zweiten Luftverdichters und einen Auslaß in Verbindung mit einem Einlaß einer weiteren Stufe des zweiten Luftverdichters aufweist,
iii) die Rektifiziersäule niedrigeren Drucks bei Drücken oberhalb von 2 Bar betreibbar ist,
iv) die genannte Pumpe zum Anheben des Drucks des Sauerstoffs auf mindestens 25 Bar betreibbar ist.
Das Verfahren und die Anlage nach der vorliegenden Erfindung sind besonders zur Verwendung zur Zuführung eines gasförmigen Sauerstoffstroms unter erhöhtem Druck bei etwa 40 Bar zu einer Kohlevergasungsanlage (die zum Erzeugen eines Brennstoffgases eingesetzt wird, das in der Brennkammer der Gasturbine verbrannt wird) in einer Weise geeignet, die einfach zu regeln ist und die in der Lage ist, Schwankungen der Ausgangsleistung der Gasturbine (und folglich im Druck der in die Brennkammer der Gasturbine einströmenden Luft) zu bewältigen. Das Verfahren und die Anlage nach der Erfindung können ohne Rückgriff auf einen Sauerstoffgasverdichter am warmen Ende des Wärmeaustauschers betrieben werden, in welchem der druckbeaufschlagte Sauerstoffstrom mit dem zweiten Luftstrom in Wärmeaustausch gebracht wird. Solche Verdichter für gas förmigen Sauerstoff müssen im Hinblick auf die durch sie begründete mögliche Explosionsgefahr mit der äußersten Sorgfalt gewartet werden, und die Vermeidung ihres Einsatzes stellt in der Praxis einen beträchtlichen Vorteil dar.
Der zweite Luftverdichter ist vorzugsweise ein mit integriertem Getriebe versehener Zentrifugalverdichter mit einer Mehrzahl von Laufrädern. Bei einem solchen Verdichter hat typischerweise jedes Laufrad sein eigenes Gehäuse und eine Gruppe von ihm stromaufseitig zugeordneten Leitschaufeln sowie eine Gruppe von seiner stromabwärtigen Seite zugeordneten Diffusorschaufeln. Durch Anordnen einiger oder aller dieser Gruppen von Leitschaufeln und/oder Diffusorschaufeln in einstellbarer Weise ist der zweite Luftverdichter in der Lage, Luft unter einem im wesentlichen konstanten Auslaßdruck innerhalb des normalen zu erwartenden Schwankungsbereichs zu liefern. Des weiteren ist das Verhältnis von Auslaßdruck zu Einlaßdruck des zweiten Luftverdichters vorzugsweise verhältnismäßig hoch, d. h. es beträgt mindestens 3 zu 1 und liegt vorzugsweise im Bereich von 4 zu 1 bis 8 zu 1, um so den Proportionaleffekt von Schwankungen im Druck des ersten Luftstroms zu verringern.
Die Anzahl von im zweiten Luftverdichter verwendeten Laufrädern wird entsprechend der Größe des Verhältnisses von Auslaßdruck zu Einlaßdruck gewählt. Die Anzahl von Gruppen von Leitschaufeln und/oder Diffusorschaufeln, die einstellbar sind, kann nicht nur entsprechend der Notwendigkeit zum Erzeugen eines konstanten Auslaßdrucks des zweiten Luftverdichters, sondern auch entsprechend dem Ausmaß gewählt werden, in welchem es gewünscht wird, veränderliche Strömungsdurchsätze der Luft durch den zweiten Luftverdichter zu berücksichtigen. Typischerweise ist der zweite Luftverdichter so ausgelegt, daß er mit maximalem Luftströmungsdurchsatz arbeitet. Je größer das Maß der im normalen Betrieb erforderlichen Drosselung ist, desto größer ist die Anzahl einstellbarer Gruppen von Leitschaufeln und/oder Diffusorschaufeln, die darin benutzt werden.
Vorzugsweise werden der Strömungsdurchsatz des gereinigten ersten Luftstroms und der Strömungsdurchsatz des gereinigten zweiten Luftstroms entsprechend den Schwankungen des Sauerstoffbedarfs eingestellt. Das Verhältnis der beiden Strömungsdurchsätze neigt jedoch dazu, nur um ein geringes Maß zu schwanken. Falls dies zum Geringhalten der Notwendigkeit zum Abblasen oder Entlüften von Luft aus dem ersten Luftverdichter während Perioden niedrigeren Bedarfs nach elektrischer Energie gewünscht wird, wird ein Teil des ersten Luftstroms vorzugsweise von einer Position stromab des ersten Luftverdichters, jedoch stromauf des Auslasses des zweiten Luftverdichters, entnommen und vorzugsweise an einer Zwischenposition im dritten Luftverdichter in den zweiten Luftstrom eingeleitet.
Die Reinigung des ersten Luftstroms stromauf des zweiten Luftverdichters stellt sicher, daß die Reinigungsapparatur nicht bei übermäßigen Drücken arbeiten muß. Wenn beispielsweise ein Sauerstoffprodukt bei 40 Bar benötigt wird, erfolgt sein Wärmeaustausch mit dem zweiten Luftstrom bei einem Druck von etwa 80 Bar. Bei einem solchen Druck unterliegen Konstruktion und Betrieb einer herkömmlichen adsorptiven Luftreinigungsapparatur beträchtlichen Problemen. Weitere Schwierigkeiten treten dabei auf, eine entsprechende adsorptive Abscheidung von Kohlendioxid bei so hohen Drücken vorzunehmen. Vorzugsweise wird der erste Luftstrom bei einem Druck im Bereich von 10 bis 20 Bar gereinigt.
Vorzugsweise wird ein einziger Wärmeaustauscher zur Durchführung der Funktionen des Abkühlens des ersten und des zweiten Luftstroms eingesetzt.
Vorzugsweise wird mindestens ein Teil des zweiten Stickstoffstroms verdichtet und in die Expansionseinrichtung der Gasturbine eingeleitet, um die aus dem ersten Luftverdichter entnommene Luft zu kompensieren.
Die Rektifiziersäule höheren Drucks wird vorzugsweise bei Drücken betrieben, die so nahe wie praktisch möglich am Auslaßdruck des dritten Luftverdichters liegen. Bei Berücksichtigung eines Druckabfalls in der Reinigungsapparatur und der Wärmeaustauschapparatur ist es normalerweise möglich, die Rektifiziersäule höheren Drucks mit einem Druck an ihrem Boden von nicht mehr als 1,5 Bar weniger als dem Auslaßdruck des dritten Verdichters zu betreiben. Falls sämtliche Luft aus dem ersten Luftverdichter entnommen würde, wäre ein effizienter Betrieb des Lufttrennverfahrens nicht möglich angesichts der Schwankungen im Leistungsausgang der Gasturbine, da eine effektive Trennung der Hochdrucksäule von diesen Schwankungen dann nur auf Kosten einer weiteren Verdichtung des gesamten in die Anlage einströmenden Luftstroms möglich wäre.
Vorzugsweise 10 bis 30% des gesamten Luftstroms für die Trennung wird aus dem ersten Luftverdichter entnommen. Die Fähigkeit, die Anlage nach der Erfindung mit einem solchen verhältnismäßig niedrigen Anteil der aus dem ersten Luftverdichter entnommenen Luft betreiben zu können, stellt einen besonderen Vorteil dar, da bei manchen Gasturbinen die zur Lufttrennanlage abzweigbare Luftstrommenge begrenzt ist. Bei solchen Beispielen des Verfahrens und der Anlage nach der Erfindung wird die Kühlung für das Lufttrennverfahren vorzugsweise durch Expandieren eines vom zweiten Luftstrom entnommenen Luftstroms erzeugt. Es ist jedoch auch möglich, wenn die von der Gasturbine verfügbare Luftmenge nicht so beschränkt ist, die Kühlung für die Lufttrennung durch Expandieren eines Teils des ersten Luftstroms zu erzeugen. Dieser Teil kann von einer Stelle stromab einer Stufe und stromauf der nächsten Stufe des zweiten Luftverdichters entnommen und unter Leistung von Arbeit in einer Turbine expandiert werden, die verstellbare Eintrittsdüsen hat, so daß die Expansionsturbine eine Luftströmung mit einem Durchsatz und einem Druck unabhängig von Schwankungen im Ausgang der Gasturbine liefen kann.
Vorzugsweise wird ein Strom von sauerstoffangereicherter Flüssigluft von der Rektifiziersäule höheren Drucks abgezogen und in einer Rektifiziersäule mittleren Drucks getrennt, die auf einen Druck zwischen dem Druck am oberen Ende der Rektifiziersäule höheren Drucks unter demjenigen am Boden der Rektifiziersäule niedrigeren Drucks betrieben wird, um so eine weiter mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit sowie einen Flüssigdampf zu erzeugen. Ein Strom der weiter angereicherten Flüssigkeit wird vorzugsweise in der Rektifiziersäule niedrigeren Drucks getrennt. Der Zwischendampf ist vorzugsweise Stickstoff, wird vorzugsweise kondensiert, und ein Teil des resultierenden Kondensats wird zur Rektifiziersäule niedrigeren Drucks als Rückfluß zugeführt, und ein weiterer Teil wird als Rückfluß in die Säule mittleren Drucks benutzt.
Vorzugsweise enthält das Sauerstoffprodukt von 80 bis 97 Volumenprozent Sauerstoff. Dementsprechend braucht die Rektifiziersäule niedrigeren Drucks keinen Argon-Sauerstoff-Trennbereich zu haben. Wenn ein solches unreines Sauerstoffprodukt erzeugt wird, wird in der Rektifiziersäule höheren Drucks abgetrennter Stickstoff vorzugsweise durch Wärmeaustausch mit Flüssigkeit kondensiert, die aus einem mittleren Massenaustauschbereich der Rektifiziersäule niedrigeren Drucks abgezogen wird, und ein vom zweiten Luftstrom entnommener Strom wird vorzugsweise zum Rückverdampfen unreinen Sauerstoffs verwendet, der von einem unteren Massenaustauschabschnitt der Rektifiziersäule niedrigeren Drucks entnommen wird, um eine Rückverdampfung für den Bodenabschnitt der Säule zu schaffen.
Das Verfahren und die Anlage nach der Erfindung werden nun beispielsweise unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Strömungsschaltbild, das nicht maßstäblich ist, einer Lufttrennanlage, und
Figur Fig. 2 ein schematisches Strömungsschaltbild, das die Integration der Lufttrennanlage mit einem Kohlenvergaser und einer Gasturbine darstellt.
Gemäß Fig. 1 der Zeichnungen wird Luft mit einem Druck von etwa 15 Bar vom Auslaß eines Luftverdichters 2 abgezweigt, der Teil einer Gasturbine bildet (dessen übrige Teile in Figur nicht dargestellt sind). Der erste Luftverdichter ist ein Axialverdichter, der ohne Zwischenstufenkühlung oder irgendeine Nachkühlung betrieben wird, und dessen Anzapfluft sich deshalb auf erhöhter Temperatur befindet. Die Anzapfluft wird in ein Anordnung von Wärmeaustauschern, die allgemein durch das Bezugszeichen 4 bezeichnet ist, etwa auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Typischerweise umfaßt die Anordnung von Wärmeaustauschern einen, der die Luft durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Stickstoffstrom abkühlt, um so den Stickstoffstrom stromab der Verdichtung auf eine zur Einleitung in eine Brennkammer (in Fig. 1 nicht dargestellt) der Gasturbine geeignete Temperatur zu erwärmen. Die resultierende abgekühlte Luft gelangt durch eine Reinigungsapparatur bzw. Einheit 6, die das Abscheiden von Wasserdampf und Kohlendioxid hieraus bewirkt. Die Einheit 6 arbeitet mit Adsorptionsmittelbetten (nicht dargestellt), um diese Abscheidung von Wasserdampf und Kohlendioxid zu bewirken. Die Betten werden außer Fase miteinander betrieben, so daß, während ein oder mehr Betten den Speiseluftstrom reinigen, die übrigen regeneriert werden, indem sie beispielsweise mit einem Strom heißen Stickstoffs gespült werden. Typischerweise werden aktivierte Aluminiumoxidteilchen zum Abscheiden von Wasserdampf und ggf. einigen Kohlendioxid eingesetzt, und der Rest des Kohlendioxids wird durch Adsorptionsmittelteilchen aus Zeolith 13X adsorbiert. Eine solche Reinigungseinheit und ihr Betrieb sind auf dem Fachgebiet bekannt und werden daher nicht mehr im einzelnen beschrieben.
Der gereinigte erste Luftstrom gelangt in einen zweiten Luftverdichter 8. Der zweite Luftverdichter 8 ist ein mit integriertem Getriebe ausgebildeter Zentrifugalverdichter. Er hat einen Auslaßdruck im Bereich von 80 Bar und weist dementsprechend mehrere Stufen bzw. Laufräder (nicht dargestellt) auf, um die notwendige Verdichtung zu erreichen. Jedes Laufrad ist in seinem eigenen Gehäuse (nicht dargestellt) untergebracht und hat auf seiner stromaufwärtigen Seite verstellbare Leitschaufeln (nicht dargestellt) und auf seiner stromabwärtigen Seite verstellbare Diffusorschaufeln (nicht dargestellt). Des weiteren sind Mittel (nicht dargestellt) zum Kühlen des Luftstroms zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Stufen und stromab der letzten Stufe vorgesehen. Im Betrieb resultiert eine Abnahme des Luftbedarfs vom Verdichter 2 durch die Gasturbine in einem Drosseln des Luftverdichters 2. Als Konsequenz ergibt sich wegen der Betriebseigenschaften von Axialverdichtern eine beträchtliche Verringerung des Auslaßdrucks des Luftverdichters 2. Um eine konstante Luftströmung durch den zweiten Luftverdichter 8 aufrecht zu erhalten, werden die Leitschaufeln und Diffusorschaufeln so verstellt, daß der Auslaßdruck im wesentlichen konstant gehalten wird. Dementsprechend verringert die Verstellung den Strömungswiderstand für die Luftströmung, der von den Leitschaufeln und Diffusorschaufeln erzeugt wird.
Der weiterverdichtete Luftstrom (der mit 80 Bar oberhalb seines Kontaktpunkts (d. h. des kritischen Punkts, bei welchem Flüssigluft im Gleichgewicht mit gasförmiger Luft vorhanden sein kann) liegt und folglich eine überkritische Flüssigkeit ist) strömt durch den Hauptwärmetauscher 10 von dessen warmem Ende 12 zu dessen kaltem Ende 14. Stromab des kalten Endes 14 des Hauptwärmetauschers 10 gelangt der erste Luftstrom durch eine Expansionseinrichtung 16, um ihren Druck im wesentlichen auf denjenigen abzusenken, bei welchem die Rektifiziersäule 18 höheren Drucks arbeitet. Die Expansionseinrichtung 16 ist vorzugsweise ein Drosselventil, kann aber alternativ auch eine Expansionsturbine sein. Die von der Einrichtung 16 bewirkte Druckminderung bewirkt die Verflüssigung des ersten Luftstroms, und die resultierende Flüssigluftströmung (auf einem Druck von etwa 12 Bar) wird in die Rektifiziersäule 18 höheren Drucks durch einen Einlaß 20 auf einem mittleren Pegel desselben eingeleitet.
Ein zweiter Luftstrom tritt in einen dritten Luftverdichter 22 ein und wird darin auf beispielsweise einen Druck von etwa 13 Bar verdichtet. Der verdichtete zweite Luftstrom wird durch Abscheiden von Wasserdampf und Kohlendioxid in einer zweiten Reinigungsapparatur oder Einheit 24 gereinigt. Die Einheit bzw. Apparatur 24 ist hinsichtlich Konstruktion und Betrieb im wesentlichen gleich wie die Einheit 6. Eine mit Ventil versehene Umgehungsleitung 25 verläuft von einer Stelle stromab der Wärmetauscher 4, aber stromauf der Reinigungseinheit 6, zum Einlaß einer Stufe (vorzugsweise der am weitesten stromabwärtigen Stufe) des dritten Luftverdichters 22. Die Leitung 25 enthält ein Druckminderventil 27, das darin so positioniert ist, daß es den Druck der Umgehungsluft auf den Einlaßdruck der gewählten Stufe des Verdichters 22 absenkt. Im Betrieb, wenn der Bedarf nach elektrischer Energie sich auf einem Maximum befindet, wird die Leitung 25 geschlossen gehalten (mittels eines weiteren Ventils (nicht dargestellt), das wahlweise zum Öffnen der Leitung 25 betätigbar ist).
Stromab der Einheit 24 wird der gereinigte zweite Luftstrom in zwei Ströme unterteilt. Ein erster dieser Ströme strömt durch den Hauptwärmetauscher 10 von dessen warmem Ende 12 zu dessen kaltem Ende 14 und wird auf seine Sättigungstemperatur oder eine dieser nahen Temperatur abgekühlt. Der so abgekühlte erste Strom des zweiten Luftstroms wird in zwei Teilströme unterteilt. Ein Teilstrom wird in die Rektifiziersäule 18 höheren Drucks durch einen Einlaß 26 eingeleitet, der sich unterhalb sämtlicher Flüssigkeits-Dampf-Kontakteinrichtungen 28 innerhalb der Säule 18 befindet. Der zweite Teilstrom wird durch Hindurchleiten durch einen ersten Rückverdampfer-Kondensator 30 durch Wärmeaustausch mit unreinem flüssigem Sauerstoff kondensiert, der in einer Rektifiziersäule 32 niedrigeren Drucks abgetrennt wird. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, befindet sich der Kondensator-Rückverdampfer 30 innerhalb der Säule 32. Gewünschtenfalls kann er auch außerhalb der Säule 32 angeordnet sein. Der resultierende kondensierte zweite Teilstrom der Luft wird mit dem ersten Luftstrom stromab der Expansionseinrichtung 16 vermischt und wird daher mit dieser in die Rektifiziersäule 18 höheren Drucks durch den Einlaß 20 eingeleitet.
In der Rektifiziersäule 18 höheren Drucks wird Stickstoff in einer auf dem Fachgebiet bekannten Weise durch innige Berührung und folglich Massenaustausch auf den Einrichtungen 28 (die Destillationsschalen oder eine Packung sein können) zwischen einer aufsteigenden Dampfphase und einer absteigenden Flüssigkeitsphase getrennt. Ein Stickstoffstrom wird vom oberen Ende der Rektifiziersäule 18 höheren Drucks abgezogen und durch Wärmeaustausch in einem zweiten Rückverdampfer-Kondensator 34 mit Flüssigkeit kondensiert, die aus einem mittleren Massenaustauschbereich der Rektifiziersäule 32 niedrigeren Drucks abgezogen wird. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist der zweite Kondensator-Rückverdampfer innerhalb der Säule 32 angeordnet, aber gewünschtenfalls kann er auch außerhalb der Säule 32 angeordnet sein. Ein weiterer Stickstoffstrom wird vom oberen Ende der Rektifiziersäule 18 höheren Drucks entnommen und in einen dritten Rückverdampfer-Kondensator 36 durch Flüssigkeit kondensiert, die von einem unteren Massenaustauschbereich einer Rektifiziersäule 38 mittleren Drucks entnommen wird. Obwohl der dritte Rückverdampfer-Kondensator 36 nach der Darstellung in Fig. 1 innerhalb der Rektifiziersäule 38 mittleren Drucks angeordnet ist, könnte er auch außerhalb der Säule angeordnet sein. Die Kondensate aus den Rückverdampfer-Kondensatoren 34 und 36 werden miteinander vermischt, und ein Teil des Gemischs wird als Rückfluß für die Rektifiziersäule 18 höheren Drucks verwendet.
Ein Strom sauerstoffangereicherter Flüssigluft, die sich typischerweise etwa im Gleichgewicht mit dem durch den Einlaß eingeleiteten Dampf befindet, wird durch einen Auslaß 40 aus der Rektifiziersäule 18 höheren Drucks abgezogen. Dieser Strom strömt durch ein Druckminder- bzw. Drosselventil 42 und wird in den Boden der Rektifiziersäule 38 mittleren Drucks eingeleitet. Ein weiterer Flüssigluftstrom wird aus der Säule 18 durch einen Auslaß 44 auf gleicher Höhe wie der Einlaß 20 entnommen und durch ein Druckminder- bzw. Drosselventil 46 in die Rektifiziersäule 38 mittleren Drucks zugeführt. Obwohl in Fig. 1 nicht dargestellt, können die beiden aus der Säule 18 höheren Drucks zur Säule 38 mittleren Drucks fließenden Ströme beide stromauf ihres Durchgangs durch das jeweilige Ventil 42 bzw. 46 unterkühlt werden.
Stickstoff wird aus dem in die Rektifiziersäule 38 mittleren Drucks eingeleiteten Luftstrom in auf dem Fachgebiet bekannterweise durch innige Berührung und folglich durch Massentransfer zwischen einer absteigenden Flüssigkeitsphase und einer aufsteigenden Dampfphase abgetrennt. Die Berührung wird auf Flüssigkeits-Dampf-Berührungseinrichtungen 48 bewirkt, die Destillationsschalen oder Packungsabschnitte sein können. Eine Abwärtsströmung von Flüssigkeitsrückfluß durch die Säule 38 wird durch Abziehen von Stickstoff vom oberem Ende der Säule 38, Kondensieren desselben in einem Kondensator 50, und Rückführen eines Teils den Kondensats zum oberen Ende der Säule 38 erzeugt.
Eine sauerstoffangereicherte Flüssigkeit, deren Sauerstoffkonzentration größer als diejenige der vom Boden der Rektifiziersäule 18 höheren Drucks durch den Auslaß 40 abgezogenen Flüssigkeit ist, wird aus der Rektiviziersäule 38 mittleren Drucks durch einen Auslaß 52 geleitet, durch Hindurchleiten durch einen Teil eines Wärmeaustauschers 54 unterkühlt, durch Hindurchleiten durch ein Drosselventil 56 im Druck abgesenkt, und mindestens teilweise durch Wärmeaustausch im Kondensator 50 mit dem darin kondensierenden Stickstoffstrom verdampft. Der resultierende, mindestens teilweise verdampfte sauerstoffangereicherte Luftstrom wird in die Rektifiziersäule niedrigeren Drucks durch einen Einlaß 58 auf einem mittleren Pegel der Säule 32 eingeleitet. Zusätzlich wird ein Flüssigluftstrom aus einem mittleren Massenaustauschbereich der Rektifiziersäule 38 mittleren Drucks durch einen Auslaß 60 abgezogen, durch Hindurchleiten durch einen Teil des Wärmeaustauschers 54 unterkühlt, durch Hindurchleiten durch ein Drosselventil 62 im Druck abgesenkt, und in die Rektiviziersäule 32 niedrigeren Drucks durch einen Einlaß 64 eingeleitet, der sich oberhalb des Einlasses 58 befindet. Ein weiterer Luftstrom zur Trennung in der Rektifiziersäule 32 niedrigeren Drucks wird durch den oben erwähnten zweiten Strom der gereinigten Luft aus der Reinigungsapparatur 24 gebildet. Dieser Luftstrom wird auf eine Temperatur im Bereich von 150K durch Hindurchleiten durch den Hauptwärmeaustauscher 10 von dessen warmem Ende 12 zu einem Zwischenbereich desselben abgekühlt. Der so abgekühlte Luftstrom wird in einer Expansionsturbine 66 unter Leistung externer Arbeit expandiert und in die Rektifiziersäule 32 niedrigeren Drucks durch einen Einlaß 68 eingeleitet, der oberhalb des Einlasses 58, aber unterhalb des Einlasses 64 gelegen ist.
Die in der Rektifiziersäule 32 niedrigeren Drucks eingeleitete Luft wird in auf dem Fachgebiet bekannterweise in Stickstoff und unreinen Sauerstoff getrennt. Die Trennung findet durch innige Berührung und folglich durch Massenaustausch zwischen einer aufsteigenden Dampfströmung und einer absteigenden Flüssigkeitsströmung statt. Der notwendige Flüssigstickstoffrückfluß zum Betrieb der Rektifiziersäule 32 niedrigeren Drucks wird dadurch bereitgestellt, daß ein Teil des flüssigen Stickstoffs entnommen wird, der in den Rückverdampfer-Kondensatoren 34 und 36 und im Kondensator 50 kondensiert wird. Folglich wird ein Teil der kombinierten Strömung des flüssigen Stickstoffkondensats aus den Rückverdampfer-Kondensatoren 34 und 36 durch ein Drosselventil 70 hindurchgeleitet, um so seinen Druck abzusenken, und mit einem Teil des Kondensats vereinigt, das im Kondensator 50 gebildet wird. Gewünschtenfalls kann die kombinierte Strömung stromauf des Drosselventils 70 unterkühlt werden. Der resultierende kombinierte Strom flüssigen Stickstoffs wird durch Hindurchleiten durch einen Teil des Wärmeaustauschers 54 unterkühlt, durch Hindurchleiten durch ein Drosselventil 72 weiter im Druck abgesenkt und in das obere Ende der Rektifiziersäule 32 niedrigeren Drucks durch einen Einlaß 74 eingeleitet.
Eine Flüssigkeitsströmung abwärts durch die Säule 32 kommt in innige Berührung mit einem aufsteigenden Dampf, der durch den Betrieb der Rückverdampfer-Kondensatoren 30 und 34 erzeugt wird. Die innige Berührung findet auf geeigneten Flüssigkeits-Dampf-Berührungseinrichtungen 82 statt, die beispielsweise Destillationsschalen oder eine Packung (beispielsweise eine strukturierte Packung).
Ein unreines flüssiges Sauerstoffprodukt wird vom Boden der Rektifiziersäule 32 niedrigeren Drucks durch einen Auslaß 76 mittels einer Pumpe 78 abgezogen, welche die Flüssigkeit auf einen erhöhten Druck von beispielsweise 40 Bar anhebt. Die resultierende druckbeaufschlagte Flüssigkeit (oder überkritische Flüssigkeit, wenn die Pumpe den Druck oberhalb des kritischen Drucks von Flüssigsauerstoff anhebt) strömt durch den Hauptwärmetauscher 10 von dessen kaltem Ende 14 zu dessen warmem Ende 12 und verläßt den Wärmetauscher 10 auf etwa Umgebungstemperatur als Gas bzw. als überkritische Flüssigkeit. Der Sauerstoff kann ohne weitere Verdichtung einem Kohlevergaser (in Fig. 1 nicht dargestellt) zugeführt werden, in welchem ein Brennstoffgas zur Verbrennung in der Gasturbine erzeugt wird.
Ein Stickstoffstrom wird vom oberen Ende der Rektifiziersäule 32 niedrigeren Drucks durch einen Auslaß 80 abgezogen und durch sequenzielles Hindurchleiten durch den Wärmeaustauscher 54 und den Hauptwärmeaustauscher 10 von dessen kaltem Ende 14 zu dessen warmem Ende 12 erwärmt. Der Stickstoff verläßt den Wärmeaustauscher 10 auf etwa Umgebungstemperatur. Ein Teil des Stickstoffs kann weiterverdichtet und in der Expansionseinrichtung (in Fig. 1 nicht dargestellt) der Gasturbine zur Kompensation der Luftanzapfung aus dem Luftverdichter 2 verwendet werden. Des weiteren kann derselbe oder ein weiterer Teil des Stickstoffs zum Regenerieren der Reinigungseinheiten 6 und 24 benutzt werden.
Bei einem typischen Beispiel des Betriebs der in Fig. 1 dargestellten Lufttrennanlage kann die Säule höheren Drucks mit einem Druck von etwa 12 Bar an ihrem oberen Ende, die Rektifiziersäule 38 mittleren Drucks mit einem Druck von etwa 8 Bar an ihrem oberen Ende, und die Rektifiziersäule 32 niedrigeren Drucks mit einem Druck von etwa 4,5 Bar an ihrem oberen Ende arbeiten. Die Verwendung der Rektifiziersäule 38 mittleren Drucks ermöglicht die Aufrechterhaltung eines verhältnismäßig kleinen Verhältnisses zwischen den Betriebsdrücken der Säulen höheren und niedrigeren Drucks. Dementsprechend ist bei einem gegebenen Betriebsdruck der Säule 18 höheren Drucks der Druck, auf welchem das Stickstoffprodukt in der Rektifiziersäule 32 niedrigeren Drucks erzeugt wird, höher als in einer herkömmlichen Doppelsäule, und als Ergebnis braucht weniger Stickstoffverdichtungsarbeit stromab des warmen Endes des Hauptwärmeaustauschers 10 geleistet zu werden, um den Druck des Stickstoffs auf den Betriebsdruck der Gasturbine anzuheben (der normalerweise im Bereich vom 15 Bar liegt).
Im Betrieb wird auf eine Verringerung der Entnahmerate des Sauerstoffs aus der in Fig. 1 dargestellten Anlage durch Verringern der Rate reagiert, mit welcher Luft zur Trennung entnommen wird. Dementsprechend führt eine Verringerung der Sauerstoffproduktentnahmerate zu einer Verringerung des Durchsatzes, mit welchem der erste Luftstrom zum Wärmeaustauscher 10 zugeführt wird. Der Strömungsdurchsatz von Luft aus der Reinigungseinheit 24 stellt also sicher, daß Sauerstoff mit dem gewünschten Durchsatz erzeugt wird. Typischerweise bleibt das Verhältnis des Durchsatzes des gereinigten ersten Luftstroms zum gereinigten zweiten Luftstrom etwa konstant, unabhängig von Änderungen des Sauerstoffproduktströmungsdurchsatzes. Die Verringerung des Durchsatzes im zweiten Luftstrom kann durch geeignetes Drosseln des dritten Luftverdichters 32 bewirkt werden. Um zu verhindern, daß Pumpbedingungen im ersten Luftverdichter 2 auftreten, kann die Umgehungsleitung 25 geöffnet und ein Teil der Luft aus dem gekühlten ersten Luftstrom von stromauf der Reinigungseinheit 6 zum Luftverdichter 22 umgeleitet werden, wie weiter oben beschrieben. Die Rate, mit welchem solche Umgehungsluft entnommen werden kann, ist begrenzt, und dementsprechend ist der Auslaß des Luftverdichters 2 typischerweise mit einer mit einem Ventil versehenen Entlüfteleitung (typischerweise stromab des Wärmeaustauschers 4) versehen, um etwaige Überschußluft in die Atmosphäre entlüften zu können.
In Fig. 2 ist die Lufttrennanlage (ausgenommen ihre Verdichter) allgemein mit dem Bezugszeichen 200 versehen. Die Luftverdichter- und Reinigungseinheiten und zugeordnete Teile sind durch gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet. Das Sauerstoffprodukt wird durch eine Leitung 202 von der Lufttrennanlage 200 zu einer Kohlevergasungsanlage 204 zugeführt. Zwischen der Lufttrennanlage 200 und der Kohlevergasungsanlage 204 findet keine Verdichtung des Sauerstoffs statt. Ein Brenngas wird über eine Leitung 208 zu der Brennkammer 210 einer Gasturbine 212 zugeführt, von welcher der Luftverdichter 2 einen Teil bildet. Die Ausrüstung zum Kühlen, Reinigen und Verstellen des Drucks des Brenngasstroms sind aus Fig. 2 weggelassen, aber auf dem Fachgebiet bekannt. Die Brennkammer 210 weist außerdem einen Einlaß für den Hauptteil der im Verdichter 2 verdichteten Luft auf. Die Verbrennung des Brenngases findet in der Brennkammer 210 statt, und die resultierenden Abgase werden in der Expansionseinrichtung 214 der Turbine 212 expandiert. Typischerweise werden die aus der Expansionseinsrichtung 214 austretenden Gase zum Überhitzen von Dampf verwendet, und der resultierende Dampf wird in einer Dampfturbine (nicht dargestellt) expandiert. Die Expansionseinrichtung 214 und die Dampfturbine sind typischerweise mit Wechselstromgeneratoren (nicht dargestellt) gekuppelt, die Teil der elektrischen Energieerzeugungsanlage (nicht dargestellt) bilden.
Ein Drosseln des Strömungsdurchsatzes von Luft in die Anlage 200 verringert nicht nur den Durchsatz, mit welchem Sauerstoff erzeugt wird, sondern auch denjenigen, mit welchem Stickstoff erzeugt wird, und typischerweise gibt es eine entsprechende Verringerung des Stickstoffzufuhrdurchsatzes zur Turbine 2212.
Ein Stickstoffstrom wird durch eine Leitung 216 von der Lufttrennanlage entnommen und auf den Betriebsdruck der Gasturbine 212 in einen Verdichter 218 verdichtet. Der resultierende verdichtete Stickstoff wird in die Brennkammer 210 eingeleitet.
Die in Fig. 2 dargestellte Anlage ist für den Betrieb bei einem gewählten Leistungsausgang von der Gasturbine 212 ausgelegt, der dafür vorgesehen ist, einem Tageszeit-Spitzenbedarf nach elektrischer Energie zu entsprechen. Normalerweise fällt der Bedarf nach elektrischer Energie zur Nachtzeit ab, und folglich soll die Gasturbine 212 dann weniger Energie erzeugen. Dementsprechend wird Brenngas von der Anlage 204 mit geringerem Durchsatz benötigt, und Luft wird sowohl von der Gasturbine als auch von der Lufttrennanlage 200 mit niedrigerem Durchsatz benötigt, und es besteht auch noch eine Verringerung des Bedarfs für die Zufuhr von Stickstoff und Sauerstoff von der Lufttrennanlage 200 zur Gasturbine 212 bzw. zur Vergasungsanlage 204. Wie vorstehend beschrieben, kann diesen Bedürfnissen durch Drosseln der drei Luftverdichter 2, 8 und 22 entsprochen werden. Falls notwendig, kann ein Teil des ersten Luftstroms durch das Regelsystem der Lufttrennanlage durch die Leitung 25 zum Verdichter 22 geleitet werden, falls der Verdichter 2 auf seinem minimalen Betriebsströmungsdurchsatz noch einen Luftüberschuß über den Bedarf des Verdichters 8 erzeugt. Falls die Grenze, bis zu welcher der Verdichter 22 solche Umgehungsluft aufnehmen kann, erreicht wird, wird etwaige weitere Luftströmung aus der Anlage entlüftet.

Claims

1. Verfahren zur Lufttrennung, das umfaßt:

a) Entnehmen eines ersten Luftstroms aus einem ersten Luftverdichter, der einer Gasturbine zugeordnet ist,

b) Reinigen des ersten Luftstroms durch Abscheiden von Wasserdampf und Kohlendioxyd hieraus,

c) Weiterverdichten mindestens eines Teils des ersten Luftstroms in einem zweiten Luftverdichter,

d) Wärmeaustausch mindestens eines Teils des weiterverdichteten und gereinigten ersten Luftstroms mit einem druckbeaufschlagten Sauerstoffstrom, der in flüssigem Zustand aus einer Rektifiziersäule niedrigeren Drucks entnommen wird,

e) Reduzieren des Drucks mindestens eines Teils des dem Wärmeaustausch unterzogenen ersten Luftstroms und Einleiten desselben in eine Rektifiziersäule höheren Drucks,

f) Verdichten eines zweiten Luftstroms in einem dritten Luftverdichter, der von der genannten Gasturbine unabhängig ist,

g) Reinigen des zweiten Luftstroms durch Abscheiden von Wasserdampf und Kohlendioxyd hiervon, Abkühlen des zweiten Luftstroms, und Einleiten des abgekühlten zweiten Luftstroms in die Rektifiziersäule höheren Drucks,

h) Rektifizieren der Luftströme in den Rektifiziersäulen höheren und niedrigeren Drucks, und

i) Abziehen eines gasförmigen Stickstoffstroms aus der Rektifiziersäule niedrigeren Drucks,

dadurch gekennzeichnet, daß:

i) der zweite Luftverdichter einen Auslaßdruck aufweist, der unabhängig von Ausgangsleistungsschwankungen der Gasturbine ist,

ii) die Reinigung des ersten Luftstroms unter einem Druck von mindestens 5 bar weniger als demjenigen erfolgt, mit welchem der genannte Teil des ersten Luftstroms den zweiten Verdichter verläßt,

iii) die Rektifiziersäule niedrigeren Drucks mit Drücken oberhalb von 2 bar betrieben wird,

iv) der flüssige Sauerstoff mit einem Druck von mindestens 25 bar beaufschlagt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Luftverdichter ein über Getriebe integrierter Zentrifugalverdichter ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Luftverdichter mit einem Verhältnis seines Auslaßdrucks zu seinem Einlaßdruck zu mindestens 3 : 1 betrieben wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Absolutwerte der Strömungsdurchsätze der gereinigten Luft entsprechend dem Bedarf für das Sauerstoffprodukt variiert werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Teil des ersten Luftstroms von einer Stelle stromab des ersten Luftverdichters, aber stromauf des zweiten Luftverdichters, entnommen und in den zweiten Luftstrom eingeleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Teil des ersten Luftstroms, der in den zweiten Luftstrom eingeleitet wird, an einer Zwischenposition im dritten Luftverdichter in den zweiten Luftstrom eintritt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Teil des genannten Stickstoffs einer Expansionseinrichtung zugeführt wird, die Teil der Gasturbine bildet.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Reinigung des ersten Luftstroms bzw. mindestens eines Teils hiervon auf einem Druck im Bereich von 10 bis 20 bar durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Strom sauerstoffangereicherter Flüssigluft aus der Rektifiziersäule höheren Drucks abgezogen und in einer Rektifiziersäule mittleren Drucks auf einem Druck getrennt wird, der zwischen dem Druck am oberen Ende der Rektifiziersäule höheren Drucks und am Boden der Rektifiziersäule niedrigeren Drucks liegt, um sowohl eine weiter sauerstoffangereicherte Flüssigkeit als auch einen Zwischendampf zu erzeugen, und wobei ein Strom der weiter angereicherten Flüssigkeit in der Rektifiziersäule niedrigeren Drucks getrennt wird.

10. Anlage zur Lufttrennung, mit:

a) einem ersten Luftverdichter, der einer Gasturbine zugeordnet ist,

b) einer Einrichtung zum Reinigen des ersten Luftstroms durch Abscheiden von Wasserdampf und Kohlendioxyd hiervon,

c) einem zweiten Luftverdichter zum weiteren Verdichten mindestens eines Teils des gereinigten ersten Luftstroms,

d) einem Wärmeaustauscher zur Verringerung der Temperatur des ersten Luftstroms im Gegenstrom-Wärmeaustausch mit einem druckbeaufschlagten Sauerstoffstrom,

e) einer Anordnung aus einer Rektifiziersäule höheren Drucks und einer Rektifiziersäule niedrigeren Drucks, wobei die Rektifiziersäule höheren Drucks einen Einlaß für mindestens einen Teil des abgekühlten ersten Luftstroms aufweist,

f) einem dritten Luftverdichter, der von der genannten Gasturbine unabhängig ist, zum Verdichten eines zweiten Luftstroms,

g) einer Einrichtung zum Reinigen des zweiten Luftstroms durch Abscheiden von Wasserdampf und Kohlendioxyd hiervon,

h) einem Wärmeaustauscher zum Abkühlen des gereinigten zweiten Luftstroms mit einem Auslaß für abgekühlte Luft, der in Verbindung mit der Rektifiziersäule höheren Drucks steht, und

i) einer Pumpe zum Abziehen des genannten druckbeaufschlagten Sauerstoffstroms aus der Rektifiziersäule niedrigeren Drucks, und

j) einem Auslaß von der Rektifiziersäule niedrigeren Drucks für einen gasförmigen Stickstoffstrom,

dadurch gekennzeichnet, daß:

i) der zweite Luftverdichter Mittel zum Einstellen seines Betriebs derart aufweist, daß sein Auslaßdruck unabhängig von Schwankungen der Ausgangsleistung der Gasturbine ist,

ii) die Einrichtung zum Reinigen des ersten Luftstroms sich an einer Position stromauf des zweiten Luftverdichters befindet oder einen Einlaß in Verbindung mit einem Auslaß einer Stufe des zweiten Luftverdichters und einen Auslaß in Verbindung mit einem Einlaß einer weiteren Stufe des zweiten Luftverdichters aufweist,

iii) die Rektifiziersäule niedrigeren Drucks bei Drücken oberhalb von 2 bar betreibbar ist,

iv) die genannte Pumpe zum Anheben des Drucks des Sauerstoffs auf mindestens 25 bar betreibbar ist.

11. Anlage nach Anspruch 10, wobei der zweite Luftverdichter ein über Getriebe integrierter Zentrifugalverdichter ist.

12. Anlage nach Anspruch 11, wobei der Zentrifugalverdichter eine Mehrzahl von Flügelrädern aufweist, von denen jedes Flügelrad sein eigenes Gehäuse, eine Gruppe von seiner stromaufwärtigen Seite zugeordneten Leitschaufeln und eine Gruppe von seiner stromabwärtigen zugeordneten Diffusorschaufeln aufweist.

13. Anlage nach Anspruch 12, wobei einige oder sämtliche Gruppen von Leitschaufeln oder Diffusorschaufeln verstellbar sind, so daß der zweite Luftverdichter in der Lage ist, Luft mit etwa konstantem Druck im normalen Bereich der Schwankungen des Gasturbinenleistungsausgangs zu fördern.

14. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 13, die zusätzlich Mittel zum wahlweisen Plazieren des Auslasses des ersten Luftverdichters in Verbindung mit dem zweiten Luftstrom aufweist.