EP1191291B1 - Regelverfahren für eine Tieftemperatur-Rektifikationsanlage - Google Patents

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EP1191291B1
EP1191291B1 EP20010122754 EP01122754A EP1191291B1 EP 1191291 B1 EP1191291 B1 EP 1191291B1 EP 20010122754 EP20010122754 EP 20010122754 EP 01122754 A EP01122754 A EP 01122754A EP 1191291 B1 EP1191291 B1 EP 1191291B1
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    • F25J2235/58—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being argon or crude argon

Definitions

  • the invention relates to a method for regulating the capacity of a cryogenic rectification plant, in which a fluid in a working at a higher pressure column a cryogenic rectification unit is initiated, which at higher Pressure working column and a lower pressure column and at the liquid from the sump of the higher pressure working Column is passed into the lower pressure column.
  • Control methods are known for changing the capacity of a cryogenic rectification plant, in which in the working at higher pressure column Setpoint for the sump level is set as manipulated variable. By changing the Setpoint of the sump level, the plant is on a modified amount of feed fluid set.
  • the change in capacity is also called load change.
  • the known control methods therefore have the goal keep the F / D ratio as constant as possible, so that the products of the Rectification plant for different load cases of the plant the same purity exhibit. This is in all known methods by a regulation of Sump level reached, which uses the level as a control variable.
  • Control methods are known for example from the publications EP 0 684 436 or US 3,912,476 known.
  • the invention is therefore based on the object of a method available provide a cryogenic rectification with consistent product purity Load changes, as well as in case of malfunction with fluctuating amount of input fluid guaranteed.
  • This object is achieved according to the invention in that the amount of liquid, which is taken from the bottom of the working column at higher pressure and the working at lower pressure column is fed via a Flow control is regulated, with a manipulated variable for the flow control a desired flow rate is set and the level of the Liquid in the bottom of the working at higher pressure column without Setpoint setting according to the amount of liquid removed.
  • flow control a FIC unit (Flow Indicated Control) as Control component used.
  • This unit usually has one Flow meter, as well as at least one with the flow meter via a Control line connected, controllable valve on.
  • the cryogenic rectification plant is a cryogenic rectification plant for air separation.
  • Particularly preferred is to increase the Operational safety in addition to flow control a sump level indicator (Level Indicator) whose purpose is to exceed a set maximum value for the sump level, as well as the undershoot a specified minimum value. Appropriately, in the described Under- or overruns issued a warning signal.
  • Level Indicator level Indicator
  • a development of the invention provides that the cryogenic rectification plant in addition to the higher pressure column and the working at lower pressure column an argon column with a Head condenser and liquid from the sump at higher pressure working column in the top condenser and from the top condenser in the lower pressure working column is passed, wherein by means of Flow control a valve is controlled, the amount of zu adopteddem Fluid determined in the working at lower pressure column, and a valve is controlled, the corresponding amount of fluid in the top condenser of the Argon column enter.
  • the degree of opening of the two valves by means of a split-range control specified. This is a division of the sump taken amount of liquid.
  • the distribution of the amount on the two valves specified in proportions.
  • the invention has the advantage that even with fluctuations of Use of fluid only a constant amount of liquid from the bottom of the higher pressure working column is removed. This leaves the diestechniksaufgabe in the working at lower pressure column constant and undisturbed. The rectification remains in the lower pressure column unchanged, good. The product purity is retained. Furthermore, one is Flow control a simple, with little effort on components to be realized, reliable control method.
  • the change in the amount of feed fluid makes each case only in a change of Sump level noticeable, which without setpoint specification according to the Bottom of the working at higher pressure column amount Adjusting fluid.
  • To increase security are just a maximum value and a Minimum value for the sump level. When exceeding the specified Maximum value for the sump level and below the specified level Minimum value is conveniently issued a warning signal. Within this Limits may be the sump level of the column operating at higher pressure or rise without disturbing the rectification.
  • the removal amount of liquid from the sump increased or the amount of feed air reduced. It can also be the feed amount of the nitrogen-rich liquid in the be raised at a lower pressure column or in a storage tank.
  • a working at a higher pressure column 1, a at lower pressure column 2, a subcooler 3, and a FIC control 4 (Flow Indicated Control 4), a valve 5, and a control line 6 are shown.
  • the taken from the bottom of working at higher pressure column 1 Liquid is passed via the subcooler 3 to the FIC control 4, the one Flowmeter has.
  • the flow and the resulting Feed via the valve 5 in the lower pressure column 2 is regulated so that the F / D ratio in the column 2 also change in itself Feed air quantity remains constant.
  • a sump level indicator 7 mounted at the Exceeding a specified maximum value for the sump level and at Falls below a specified minimum value gives a signal.
  • FIG. 2 shows, in addition to those already described in the section on FIG Components an argon column 8, a top condenser 9 of the argon column 8, and a second control line 10, which controls a second valve 11, through the the supply amount of fluid is fed to the overhead condenser 9 of the argon column 8 becomes.
  • the FIC control 4 is executed in this example as a split-range control 4, thereby ensuring that the division of the withdrawn from the sump Amount of liquid to the two valves 5, 11 at a change of Flow rate through the FIC unit is adjusted so that the Readjust valve positions automatically according to their fluid proportions.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Kapazität einer Tieftemperatur-Rektifikationsanlage, bei dem ein Fluid in eine bei höherem Druck arbeitende Kolonne einer Tieftemperatur-Rektifikationsanalge eingeleitet wird, welche die bei höherem Druck arbeitende Kolonne und eine bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne aufweist, und bei dem Flüssigkeit von dem Sumpf der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne in die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne geleitet wird.
Bekannt sind Regelverfahren zur Änderung der Kapazität einer Tieftemperatur-Rektifikationsanlage, bei denen in der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne ein Sollwert für den Sumpfpegel als Stellgröße eingestellt wird. Durch Änderung des Sollwerts des Sumpfpegels wird die Anlage auf eine geänderte Menge an Einsatzfluid eingestellt. Die Änderung der Kapazität wird auch Lastwechsel genannt. Bei einer mit einem Lastwechsel einhergehenden Änderung der Menge des Einsatzfluids tritt in der Rektifikationskolonne vorübergehend eine Änderung des Verhältnisses von Flüssigkeit zu Dampf (F/D-Verhältnis) auf. Diese Änderung zieht eine unerwünschte Änderung der Reinheit der Produkte nach sich. Die bekannten Regelverfahren haben daher zum Ziel, das F/D-Verhältnis möglichst konstant zu halten, so dass die Produkte der Rektifikationsanlage für verschiedene Lastfälle der Anlage die gleiche Reinheit aufweisen. Dies wird bei allen bekannten Verfahren durch eine Regelung des Sumpfpegels erreicht, die den Pegelstand als Stellgröße benutzt. Derartige Regelverfahren sind beispielsweise aus den Druckschriften EP 0 684 436 oder US 3,912,476 bekannt.
Darüber hinaus ist es bekannt, zum Konstanthalten des F/D-Verhältnisses Pufferspeicher einzusetzen. Diese Methode ist jedoch mit einem erheblichen baulichen Aufwand verbunden.
Bekannt ist außerdem, dass nicht nur bei Kapazitätsänderungen Maßnahmen ergriffen werden müssen, um das F/D-Verhältnis konstant zu halten, sondern auch bei auftretenden Betriebsstörungen. Beispielsweise führen Schwankungen in der Luftmenge bei einer Luftzerlegungsanlage zu unterschiedlichen Flüssigkeitszuläufen in den Sumpf der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne. Bei der bekannten Sumpfstandregelung, die den Sumpfstand konstant hält, wird die geänderte Flüssigkeitszulaufmenge auch als ebenso geänderte Flüssigkeitsablaufmenge weitergegeben. Das heißt, dass aus dem Sumpf der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne variable Stöme in die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne gelangen. Dies wirkt sich in der bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne negativ aus, weil die variable Flüssigkeitsaufgabe die Rektifikation stört.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das eine Tieftemperatur-Rektifikation mit gleichbleibender Produktreinheit bei Lastwechsel, wie auch bei Betriebsstörungen mit schwankender Einsatzfluidmenge gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Menge der Flüssigkeit, die aus dem Sumpf der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne entnommen wird und der bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne zugeführt wird, über eine Durchflussregelung geregelt wird, wobei eine Stellgröße für die Durchflussregelung auf eine gewünschte Durchflussmenge eingestellt ist und sich der Pegelstand der Flüssigkeit im Sumpf der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne ohne Sollwertvorgabe entsprechend der entnommenen Menge an Flüssigkeit einstellt. Dabei ist als Durchflussregelung bevorzugt eine FIC-Einheit (Flow Indicated Control) als Regelungskomponente eingesetzt. Diese Einheit weist üblicherweise einen Durchflussmesser, sowie mindestens ein mit dem Durchflussmesser über eine Regelungsleitung verbundenes, ansteuerbares Ventil auf.
Bevorzugt ist die Tieftemperatur-Rektifikationsanlage eine Tieftemperatur-Rektifikationsanlage zur Luftzerlegung. Besonders bevorzugt wird zur Erhöhung der Betriebssicherheit zusätzlich zur Durchflussregelung ein Sumpfpegelanzeiger (Level Indicator) eingesetzt, dessen Zweck darin besteht, die Überschreitung eines festgelegten Maximalwerts für den Sumpfpegel anzuzeigen, sowie die Unterschreitung eines festgelegten Minimalwerts. Zweckmäßigerweise wird bei den beschriebenen Unter- bzw. Überschreitungen ein Warnsignal abgegeben.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Tieftemperatur-Rektifikationsanlage zusätzlich zu der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne und der bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne eine Argonkolonne mit einem Kopfkondensator aufweist und Flüssigkeit von dem Sumpf der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne in den Kopfkondensator und von dem Kopfkondensator in die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne geleitet wird, wobei mittels der Durchflussregelung ein Ventil angesteuert wird, das die Menge an zuzuführendem Fluid in die bei niedriegerem Druck arbeitende Kolonne bestimmt, und ein Ventil angesteuert wird, das die entsprechende Menge an Fluid in den Kopfkondensator der Argonkolonne eintreten lässt.
Besonders vorteilhaft wird der Öffnungsgrad der beiden Ventile mittels einer Split-Range-Regelung vorgegeben. Dabei erfolgt eine Aufteilung der aus dem Sumpf entnommenen Flüssigkeitsmenge. Vorteilhaft wird die Verteilung der Menge auf die beiden Ventile in Anteilen vorgegeben. Bei einer Änderung der Durchflussmenge passen sich die Ventilstellungen entsprechend ihrer Anteile automatisch an.
Mit besonderem Vorteil wird bei einer Erhöhung der Kapazität einer Tieftemperatur-Rektifikationsanlage keine außerhalb der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne gespeicherte stickstoffreiche Flüssigkeit in die bei höherem Druck arbeitende Kolonne eingeführt. Bevorzugt werden der Sumpf und das anschließende Leitungsnetz in der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne, sowie gegebenenfalls der Kopfkondensator der Argonkolonne als Flüssigkeitspuffer bei Laständerungen eingesetzt. Damit wird das konstanthalten des F/D-Verhältnisses erleichtert. Mit Vorteil wird auch eine Kombination von beidem als Pufferspeicher eingesetzt.
Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass auch bei Schwankungen der Einsatzfluidmenge nur eine konstante Flüssigkeitsmenge aus dem Sumpf der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne entnommen wird. Dadurch bleibt die Flüsigkeitsaufgabe in die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne konstant und ungestört. Die Rektifikation in der bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne bleibt unverändert gut. Die Produktreinheit bleibt erhalten. Des Weiteren ist eine Durchflussregelung eine einfach, mit geringem Aufwand an Bauteilen zu realisierende, zuverlässige Regelungsmethode.
Die Änderung der Einsatzfluidmenge macht sich jeweils nur in einer Änderung des Sumpfpegels bemerkbar, der sich ohne Sollwertvorgabe entsprechend der aus dem Sumpf der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne entnommenen Menge an Flüssigkeit einstellt. Zur Erhöhung der Sicherheit sind lediglich ein Maximalwert und ein Mmimalwert für den Sumpfpegel festgelegt. Bei Überschreitung des festgelegten Maximalwerts für den Sumpfpegel sowie bei Unterschreitung des festgelegten Minimalwerts wird zweckmäßigerweise ein Wamsignal abgegeben. Innerhalb dieser Grenzen kann der Sumpfpegel der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne fallen oder steigen, ohne dass das störende Auswirkungen auf die Rektifikation hat.
Für den Fall, dass eine Überschreitung des festgelegten Maximalwerts oder eine Unterschreitung des festgelegten Minimalwerts für den Sumpfpegel durch ein Warnsignal angezeigt wird, stehen mehrere Maßnahmen zu Verfügung, die alle darauf abzielen, den Sumpfpegel wieder in den unkritischen Bereich zwischen dem Maximal- und dem Minimalwert zu bringen. Allen Maßnahmen ist gemein, dass ein oder mehrere der Fluidströme, die aus der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne heraus oder in diese hinein strömen, in ihrem Durchsatz verändert werden.
Beispielsweise wird bei einer Überschreitung des Maximalwerts für den Sumpfpegel die Entnahmemenge an Flüssigkeit aus dem Sumpf erhöht oder die Einsatzluftmenge vermindert. Es kann auch die Einspeisemenge der stickstoffreichen Flüssigkeit in die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne oder in einen Speichertank erhöht werden.
Im Falle einer Unterschreitung des Minimalwerts für den Sumpfpegel in der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne werden die genannten Maßnahmen mit umgekehrtem Vorzeichen durchgeführt.
Im folgenden soll die Erfindung anhand von in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden:
Figur 1
zeigt einen Ausschnitt einer Tieftemperatur-Rektifikationsanlage, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine FIC-Regelung aufweist.
Figur 2
zeigt einen Ausschnitt einer Tieftemperatur-Rektifikationsanlage mit Argonkolonne, wobei zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine FIC-Regelung vorgesehen ist, die zwei Ventile ansteuert.
Im einzelnen ist in der Figur 1 eine bei höherem Druck arbeitende Kolonne 1, eine bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne 2, ein Unterkühler 3, sowie eine FIC-Regelung 4 (Flow Indicated Control 4), ein Ventil 5, sowie eine Regelungsleitung 6 gezeigt. Die aus dem Sumpf der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne 1 entnommene Flüssigkeit wird über den Unterkühler 3 zu der FIC-Regelung 4 geleitet, die einen Durchflussmesser aufweist. Der Durchfluss und die sich daraus ergebende Einspeisung über das Ventil 5 in die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne 2 wird so geregelt, dass das F/D-Verhältnis in der Kolonne 2 auch bei sich ändemder Einsatzluftmenge konstant bleibt. Mit besonderem Vorteil wird der Durchfluss des Fluids gemessen nachdem das Fluid den Unterkühler 3 passiert hat. Zur Erhöhung der Sicherheit ist im Bereich des Sumpfes der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne 1 vorteilhaft ein Sumpfpegelanzeiger 7 (Level Indicator 7) angebracht, der bei Überschreitung eines festgelegten Maximalwerts für den Sumpfpegel sowie bei Unterschreitung eines festgelegten Minimalwerts ein Signal abgibt.
Die Figur 2 zeigt zusätzlich zu den bereits im Abschnitt über die Figur 1 beschriebenen Komponenten eine Argonkolonne 8, einen Kopfkondensator 9 der Argonkolonne 8, sowie eine zweite Regelungsleitung 10, die ein zweites Ventil 11 ansteuert, durch das die Zufuhrmenge an Fluid in den Kopfkondensator 9 der Argonkolonne 8 eingespeist wird. Die FIC-Regelung 4 ist in diesem Beispiel als Split-Range-Regelung 4 ausgeführt, wodurch sichergestellt ist, dass die Aufteilung der aus dem Sumpf entnommenen Flüssigkeitsmenge auf die beiden Ventile 5, 11 bei einer Änderung der Durchflussmenge durch die FIC-Einheit so angepasst wird, dass sich die Ventilstellungen entsprechend ihren Fluidanteilen automatisch nachregeln.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Regelung der Kapazität einer Tieftemperatur-Rektifikationsanlage, bei dem ein Fluid in eine bei höherem Druck arbeitende Kolonne (1) einer Tieftemperatur-Rektifikationsanlage eingeleitet wird, welche die bei höherem Druck arbeitende Kolonne (1) und eine bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne (2) aufweist, und bei dem Flüssigkeit von dem Sumpf der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne (1) in die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne (2) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der Flüssigkeit, die aus dem Sumpf der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne (1) entnommen wird und der bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne (2) zugeführt wird, über eine Durchflussregelung (4) geregelt wird, wobei eine Stellgröße für die Durchflussregelung (4) auf eine gewünschte Durchflussmenge eingestellt ist und sich der Pegelstand der Flüssigkeit im Sumpf der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne (1) ohne Sollwertvorgabe entsprechend der entnommenen Menge an Flüssigkeit einstellt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tieftemperatur-Rektifikationsanlage eine Tieftemperatur-Rektifikationsanlage zur Luftzerlegung ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tieftemperatur-Rektifikationsanlage zusätzlich zu der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne (1) und der bei niedrigerem Druck arbeitenden Kolonne (2) eine Argonkolonne (8) mit einem Kopfkondensator (9) aufweist und Flüssigkeit von dem Sumpf der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne (1) in den Kopfkondensator (9) und von dem Kopfkondensator (9) in die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne (2) geleitet wird, wobei mittels der Durchflussregelung (4) ein Ventil (5) angesteuert wird, das die Menge an zuzuführendem Fluid in die bei niedrigerem Druck arbeitende Kolonne (2) bestimmt, und ein Ventil (11) angesteuert wird, das die entsprechende Menge an Fluid in den Kopfkondensator (9) der Argonkolonne (8) eintreten lässt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsgrad der beiden Ventile (5, 11) mittels einer Split-Range-Regelung (4) vorgegeben wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Erhöhung der Kapazität einer Tieftemperatur-Rektifikationsanlage keine außerhalb der bei höherem Druck arbeitenden Kolonne (1) gespeicherte stickstoffreiche Flüssigkeit in die bei höherem Druck arbeitende Kolonne (1) eingeführt wird.
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