EP1213552A1 - Maschinensystem zur arbeitsleistenden Entspannung zweier Prozess-Ströme - Google Patents

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EP1213552A1
EP1213552A1 EP01103829A EP01103829A EP1213552A1 EP 1213552 A1 EP1213552 A1 EP 1213552A1 EP 01103829 A EP01103829 A EP 01103829A EP 01103829 A EP01103829 A EP 01103829A EP 1213552 A1 EP1213552 A1 EP 1213552A1
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EP
European Patent Office
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machine
relaxation
gas
liquid
process stream
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Ceased
Application number
EP01103829A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Dipl.-Ing. Lochner
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
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    • F25J2235/50—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being oxygen
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    • F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F25J2240/10—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream the fluid being air
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    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/04—Down-flowing type boiler-condenser, i.e. with evaporation of a falling liquid film

Definitions

  • the invention relates to a machine system for work relaxation two Process streams.
  • the system assigns a first relaxation machine work-relieving relaxation of a first process stream, a second Relaxation machine for work-relieving relaxation of a second process stream and an electric generator.
  • An essential area of application of the invention is the disassembly of Gas mixtures, especially the low-temperature separation of air.
  • a machine system of the type mentioned at the outset is in EP 93448 B1, EP 869322 A1 or the unpublished German patent application 10045128.
  • Such systems are particularly useful in systems with pressure evaporation product obtained in liquid form (internal compression) or in liquefaction cycles used.
  • GET and FET are coupled with separate braking devices.
  • On electric generator provides a common braking device for Relaxation machines.
  • the invention has for its object a machine system of the beginning specified type that is economically particularly favorable and in particular has low manufacturing costs.
  • the first expansion machine is preferably a gas expansion machine trained and / or the second relaxation machine provides a liquid relaxation machine represents.
  • gas relaxation machine here is a relaxation machine understood, which is designed for work-relieving relaxation of a current is in the gaseous or supercritical state at the inlet of the machine. This stream then emerges essentially in gaseous or completely gaseous form Gas relaxation machine.
  • the maximum liquid content at the outlet is approximately 20 mol%, preferably up to about 7%.
  • liquid relaxation machine here is a relaxation machine understood, which is designed for work-relieving relaxation of a current is in the liquid or supercritical state at the inlet of the machine.
  • the Electricity then emerges essentially or completely in liquid form from the gas expansion machine out.
  • the gas fraction at the outlet is a maximum of about 10 mol%, preferably up to about 5%.
  • Gas relaxation machine and liquid relaxation machine will be preferably implemented as expansion turbines.
  • a subcritical process stream that is complete or is referred to as "gaseous" is essentially completely in the form of a gas (liquid fraction 0 mol% or less than 1 mol%).
  • a "critical” is a subcritical process stream that is completely or in the is essentially completely in the form of a liquid (gas fraction 0 mol% or less than 1 mol%).
  • a "process stream" whose pressure is above the critical pressure and / or its temperature is lower than the critical Temperature is.
  • the electrical generator is preferably not mechanical with a compressor coupled. This results in a particularly inexpensive and relatively compact Machine unit.
  • the invention also relates to an application of the machine system in one Gas separation system according to claims 7 to 12 and a device for the decomposition of a feed gas, in particular feed air according to Claim 13.
  • FIG. 1 shows a machine system which has a gas expansion machine 101, a liquid expansion machine 103 and two electrical generators 102 and 104. It is integrated in a low-temperature air separation plant which has an air compressor 2, an aftercooler 3, a heat exchanger system which is formed by a main heat exchanger 5 and at least one separation column (not shown).
  • Atmospheric air 1 is compressed in the air compressor 2 and then after-cooled (3). After cleaning (especially removal of water and Carbon dioxide, not shown) it flows via line 4 to the warm end of Main heat exchanger 5 too. At an intermediate temperature, the Feed air flow into a first partial flow 6, which comes from the main heat exchanger 5 is removed, and into a second partial flow, which passes through the passages 7 to the cold End of the main heat exchanger 5 flows.
  • the first partial stream 6 forms the "first process stream". It flows in gaseous (or supercritical) state of the gas expansion machine 101 and is there relaxed working.
  • the first partial stream 7, which is relaxed in terms of work, is located essentially or completely in the gaseous state and becomes the Separation column or one of the separation columns of the low-temperature air separation plant fed.
  • the second partial stream forms the "second process stream". It flows in liquid (or supercritical) condition from the cold end of the main heat exchanger 5 Line 8 to the liquid expansion machine 103 and is there to work relaxed.
  • the work-relieved relaxed second partial flow 9 is in the Substantially or completely in the liquid state and also becomes the one of the separation columns of the low-temperature air separation plant.
  • a liquid product stream is preferably from the Separation column or one of the separation columns of the low-temperature air separation plant evaporated under increased pressure compared to the separation column pressure and then obtained as a printed product (not shown).
  • gas expansion machine 101 and liquid expansion machine are used 103 braked in a conventional manner, namely with one each separate generator 102, 104.
  • the generators are directly shared Shaft connected to the respective relaxation machine.
  • FIG. 2 shows a machine system in which the gas expansion machine 101 and the liquid expansion machine 102 are connected to a single generator 205 via a gear 206.
  • the procedure and the arrangement of the other parts of the apparatus correspond to FIG. 1).
  • the three machines 101, 103 and 205 are connected to the transmission 206 via separate shafts 301, 303, 305, specifically via a transmission wheel 401, 403 and 405, respectively, which is non-positively connected to the respective shaft.
  • the teeth of wheels 401 and 403 engage those of wheel 405.
  • the wheels 401 and 403 can be the same or different sizes.
  • the invention can also be applied to a circulatory system.
  • Such Cycles are used, for example, for product liquefaction in gas separation plants, especially in low-temperature air separation plants.
  • the process diagram of Figure 1 is then also applicable, the process stream 1 through the Circulation medium (for example air or nitrogen) is formed and the compressor 2 represents the circuit compressor.
  • the feed gas is formed by atmospheric air 501. This is compressed in an air compressor 502 to approximately the rectification pressure and, after pre-cooling (not shown), is cleaned in a cleaning device 503, in particular of water and carbon dioxide.
  • the cleaned air flow 504 is branched into three partial flows.
  • the first substream 505 flows to the warm end of a main heat exchanger system to that in the example by two heat exchanger blocks 508a, 508b is formed. At the cold end of block 508b, the first partial flow of feed air occurs via line 509 and finally becomes a high pressure column 511 via line 510 fed, directly over their swamp.
  • a second partial flow 506 of the feed air is in the secondary compressor 513 and 515 (with Aftercooling 514, 516) to a high pressure, in the heat exchanger block 508a liquefied or (if supercritical) pseudo-liquefied and occurs in liquid or supercritical state (line 517, "second process stream" in the sense of the claims) in a liquid turbine (dense fluid turbine) 103 which is a liquid relaxation machine. There he becomes a worker relaxed to about rectification pressure and via line 519 into the high pressure column 511 fed.
  • the feed point is one floor or a few floors above the Introduction of the gaseous air 510.
  • At least part 520 of the liquid air 519 is immediately removed from the high pressure column 511 and after hypothermia in a supercooling counterflow 521 via lines 522 and 523 into one Low pressure column 512 fed.
  • the outlet pressure of the liquid turbine 103 could also be below the Operating pressure of the high pressure column. In this case, the liquid air 519 directly into the supercooling counterflow 521 and further into the low pressure column directed.
  • the third partial flow 507 is in the Post-compressor 513 post-compressed to an intermediate pressure. He will be in Main heat exchanger system (block 508a), however, only at an intermediate temperature cooled and then flows in the gaseous state (line 524, "first process stream" in the sense of the claims) to a turbine 101, which is a gas expansion machine represents. After work-related relaxation to about Rectification pressure occurs the third part of the feed air essentially gaseous (Liquid fraction, for example, about 7 mol%) via line 526 from turbine 101 and is fed into a separator (phase separator) 527. The liquid portion 528 is throttled to approximately low pressure column pressure (529) and via lines 529 and 530 inserted into the low pressure column 512.
  • the bottom product 531 of the high pressure column (oxygen-enriched liquid) cooled in the supercooling counterflow 521 and via the lines 532 and 534 and throttle valve 533 are fed into the low pressure column 512.
  • Gaseous top nitrogen 535 of the high pressure column is 536 in a first part Main heat exchanger system (block 508a) to approximately ambient temperature warmed up and discharged via line 537 as a gaseous pressure product (P-GAN).
  • the rest of the head gas 535 of the high pressure column is in a main condenser 538 essentially fully condensed.
  • the liquid nitrogen 540 obtained in the process is part 541 on the high pressure column, part 542, 543 on the Low pressure column abandoned as a return.
  • Gaseous nitrogen 544 is withdrawn from the top of the low pressure column 512, in both blocks 508a, 508b of the main heat exchanger system warmed up and over Line 545 released into the atmosphere and / or as a regeneration gas in the Cleaning device 503 and / or used for evaporative cooling (not ) Shown.
  • the oxygen accumulating in the lower area of the low pressure column 512 is in the Liquid example via line 546.
  • a part 547 is pumped onto the brought desired product pressure (so-called internal compression) and via line 549 introduced into the main heat exchanger system (block 508a), warmed up there, evaporated or pseudo-evaporated and finally on Brought ambient temperature.
  • the warm oxygen 550 is called gaseous Oxygen product (GOX-IC) withdrawn via 550 line.
  • GOX-IC gaseous Oxygen product
  • the remainder 551 of the liquid oxygen 546 from the bottom of the low pressure column is with another pump 552 is conveyed via line 553 to the main condenser 539, where it evaporates at least partially.
  • the oxygen-rich steam 554 is in the Low pressure column sump returned. If necessary, lines 555 and 556 oxygen can be obtained as a liquid product (LOX).
  • the turbine (gas expansion machine) 101 and the liquid turbine (liquid expansion machine) 103 are as shown in Figure 2 with a generator coupled.
  • Argon can be obtained with crude argon column and via lines 557 and 558 optionally connected with a pure argon column, such as that in EP 377117 B2, EP 628777 B1, EP 669508 A1 or in EP 669509 B1.
  • the supercooled bottom fraction 532 of the high pressure column as a refrigerant for the Raw argon column and / or as a heating medium for the pure argon column, before it is fed into the low pressure column (line 534).
  • the liquid air 519 from the internal compression, which here from the Liquid turbine 103 comes as a coolant in the condenser of the crude argon column are used - if necessary after subcooling in the subcooling countercurrent 521.
  • a corresponding method (without a liquid turbine) is in EP 716280 A2 shown in detail.

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Abstract

Das Maschinensystem dient zur arbeitsleistenden Entspannung zweier Prozess-Ströme. Es weist eine erste Entspannungsmaschine (101) zur arbeitsleistenden Entspannung eines ersten Prozess-Stroms sowie eine Flüssigkeits-Entspannungsmaschine (103) zur arbeitsleistenden Entspannung eines zweiten, Prozess-Stroms auf. Ein elektrischer Generator (205) ist sowohl mit der ersten Entspannungsmaschine (101) als auch mit der zweiten Entspannungsmaschine (103) mechanisch gekoppelt (206). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Maschinensystem zur arbeitsleistenden Entspannung zweier Prozess-Ströme. Das System weist eine erste Entspannungsmaschine zur arbeitsleistenden Entspannung eines ersten Prozess-Stroms, eine zweite Entspannungsmaschine zur arbeitsleistenden Entspannung eines zweiten Prozess-Stroms und einen elektrischen Generator auf.
Ein wesentliches Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Zerlegung von Gasgemischen, insbesondere die Tieftemperatur-Zerlegung von Luft.
Ein Maschinensystem der eingangs genannten Art ist in EP 93448 B1, EP 869322 A1 oder der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 10045128 gezeigt. Solche Systeme werden insbesondere bei Anlagen mit Druckverdampfung eines flüssig gewonnenen Produkts (Innenverdichtung) oder bei Verflüssigungskreisläufen eingesetzt. GET und FET sind mit separaten Brems-Vorrichtungen gekoppelt. Ein elektrischer Generator stellt eine übliche Brems-Vorrichtung für Entspannungsmaschinen dar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Maschinensystem der eingangs genannten Art anzugeben, das wirtschaftlich besonders günstig ist und insbesondere niedrige Herstellungskosten aufweist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der elektrische Generator sowohl mit der Gas-Entspannungsmaschine als auch mit der Flüssigkeits-Entspannungsmaschine mechanisch gekoppelt ist.
Auf diese Weise reicht ein einziger Generator aus, um die mechanische Energie aus beiden Entspannungsmaschinen zurückzugewinnen. Die Apparatur wird dadurch besonders einfach und ist dadurch kostengünstig herzustellen. Gleichzeitig wird die Energieausbeute gegenüber einer Kopplung einer der oder beider Entspannungsmaschinen mittels dissipativer Bremse(n) verbessert.
Vorzugsweise ist die erste Entspannungsmaschine als Gas-Entspannungsmaschine ausgebildet und /oder die zweite Entspannungsmaschine stellt eine Flüssigkeits-Entspannungsmaschine dar.
Unter "Gas-Entspannungsmaschine" wird hier eine Entspannungsmaschine verstanden, die zur arbeitsleistenden Entspannung eines Stroms ausgebildet ist, der sich am Eintritt der Maschine im gasförmigen oder überkritischen Zustand befindet. Dieser Strom tritt dann im Wesentlichen gasförmig oder vollständig gasförmig aus der Gas-Entspannungsmaschine aus. Der Flüssiganteil am Austritt beträgt maximal etwa 20 mol%, vorzugsweise bis zu etwa 7 %.
Unter "Flüssigkeits-Entspannungsmaschine" wird hier eine Entspannungsmaschine verstanden, die zur arbeitsleistenden Entspannung eines Stroms ausgebildet ist, der sich am Eintritt der Maschine im flüssigen oder überkritischen Zustand befindet. Der Strom tritt dann im Wesentlichen oder vollständig flüssig aus der Gas-Entspannungsmaschine aus. Der Gasanteil am Austritt beträgt maximal etwa 10 mol%, vorzugsweise bis zu etwa 5 %.
Gas-Entspannungsmaschine und Flüssigkeits-Entspannungsmaschine werden vorzugsweise als Expansions-Turbinen realisiert.
Als "gasförmig" wird ein unterkritischer Prozess-Strom bezeichnet, der vollständig oder im Wesentlichen vollständig als Gas vorliegt (Flüssiganteil 0 mol% oder kleiner als 1 mol%).
Als "flüssig" wird ein unterkritischer Prozess-Strom bezeichnet, der vollständig oder im wesentlichen vollständig als Flüssigkeit vorliegt (Gasanteil 0 mol% oder kleiner als 1 mol%).
Als "überkritisch" wird ein Prozess-Strom bezeichnet, dessen Druck oberhalb des kritischen Drucks liegt und/oder dessen Temperatur niedriger als die kritische Temperatur ist.
Vorzugsweise ist der elektrische Generator nicht mechanisch mit einem Verdichter gekoppelt. Damit ergibt sich eine besonders kostengünstige und relativ kompakte Maschineneinheit.
Grundsätzlich ist eine direkte mechanische Kopplung zwischen dem Generator und einer der beziehungsweise beiden Entspannungsmaschinen möglich. In vielen Fällen ist es jedoch günstiger, ein Getriebe vorzusehen, das zwischen dem elektrischen Generator und der Gas-Entspannungsmaschine und/oder der Flüssigkeits-Entspannungsmaschine angeordnet ist. Dadurch können die Drehzahlen der Entspannungsmaschine(n) einerseits und des Generators andererseits unabhängig voneinander optimiert werden. Die beiden Entspannungsmaschinen können untereinander die gleiche Drehzahl oder verschiedene Drehzahlen aufweisen. Im letzteren Fall sind sie mit verschiedenen Rädern des Getriebes verbunden.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Anwendung des Maschinensystems in einem Gaszerlegungssystem gemäß den Patentansprüchen 7 bis 12 sowie eine Vorrichtung zur Zerlegung eines Einsatzgases, insbesondere von Einsatzluft gemäß Patentanspruch 13.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:
Figur 1
ein Maschinensystem mit zwei separaten Generatoren,
Figur 2
ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Maschinensystem und
Figur 3
ein Ausführungsbeispiel für ein Gaszerlegungsverfahren (Tieftemperatur-Zerlegung von Luft) gemäß der Erfindung.
In Figur 1 ist ein Maschinensystem dargestellt, das eine Gas-Entspannungsmaschine 101, eine Flüssigkeits-Entspannungsmaschine 103 und zwei elektrische Generatoren 102 und 104 aufweist. Es ist eingebunden in eine Tieftemperatur-Luftzerlegungs-Anlage, die einen Luftverdichter 2, einen Nachkühler 3, ein Wärmetauscher-System, das durch einen Hauptwärmetauscher 5 gebildet wird, und mindestens eine Trennsäule (nicht dargestellt) aufweist.
Atmosphärische Luft 1 wird in dem Luftverdichter 2 verdichtet und anschließend nachgekühlt (3). Nach Reinigung (insbesondere Entfernung von Wasser und Kohlendioxid, nicht dargestellt) strömt sie über Leitung 4 dem warmen Ende des Hauptwärmetauschers 5 zu. Bei einer Zwischentemperatur verzweigt der Einsatzluftstrom in einen ersten Teilstrom 6, der aus dem Hauptwärmetauscher 5 entnommen wird, und in einen zweiten Teilstrom, der über die Passagen 7 zum kalten Ende des Hauptwärmetauschers 5 strömt.
Der erste Teilstrom 6 bildet den "ersten Prozess-Strom". Er fließt in gasförmigem (oder überkritischem) Zustand der Gas-Entspannungsmaschine 101 zu und wird dort arbeitsleistend entspannt. Der arbeitsleistend entspannte erste Teilstrom 7 befindet sich im Wesentlichen oder vollständig im gasförmigen Zustand und wird der Trennsäule oder einer der Trennsäulen der Tieftemperatur-Luftzerlegungs-Anlage zugeleitet.
Der zweite Teilstrom bildet den "zweiten Prozess-Strom". Er fließt in flüssigem (oder überkritischem) Zustand vom kalten Ende des Hauptwärmetauschers 5 aus über Leitung 8 zur Flüssigkeits-Entspannungsmaschine 103 und wird dort arbeitsleistend entspannt. Der arbeitsleistend entspannte zweite Teilstrom 9 befindet sich im Wesentlichen oder vollständig im flüssigen Zustand und wird ebenfalls der oder einer der Trennsäulen der Tieftemperatur-Luftzerlegungs-Anlage zugeleitet.
Im Hauptwärmetauscher 2 wird vorzugsweise ein flüssiger Produktstrom aus der Trennsäule oder einer der Trennsäulen der Tieftemperatur-Luftzerlegungs-Anlage unter gegenüber dem Trennsäulen-Druck erhöhtem Druck verdampft und anschließend als Druck-Produkt gewonnen (nicht dargestellt).
Im Beispiel der Figur 1 werden Gas-Entspannungsmaschine 101 und Flüssigkeits-Entspannungsmaschine 103 auf konventionelle Weise gebremst, nämlich mit je einem separaten Generator 102, 104. Die Generatoren sind direkt über eine gemeinsame Welle mit der jeweiligen Entspannungsmaschine verbunden.
Figur 2 zeigt dagegen ein Maschinensystem, bei dem die Gas-Entspannungsmaschine 101 und die Flüssigkeits-Entspannungsmaschine 102 über ein Getriebe 206 mit einem einzigen Generator 205 verbunden ist. (Die Verfahrensführung und die Anordnung der übrigen Apparate-Teile sind entsprechen Figur 1). Die drei Maschinen 101, 103 und 205 stehen über separate Wellen 301, 303, 305 mit dem Getriebe 206 in Verbindung, und zwar über jeweils ein Getriebe-Rad 401, 403 beziehungsweise 405, das kraftschlüssig mit der jeweiligen Welle verbunden ist. Die Zähne der Räder 401 und 403 greifen in diejenigen des Rades 405 ein. Je nach Drehzahl der angeschlossenen Maschinen können die Räder 401 und 403 gleich oder verschieden groß sein.
Die Erfindung kann auch auf ein Kreislauf-System angewandt werden. Solche Kreisläufe dienen zum Beispiel zur Produkt-Verflüssigung bei Gaszerlegungsanlagen, insbesondere bei Tieftemperatur-Luftzerlegungs-Anlagen. Das Verfahrensdiagramm von Figur 1 ist dann ebenfalls anwendbar, wobei der Prozess-Strom 1 durch das Kreislauf-Medium (zum Beispiel Luft oder Stickstoff) gebildet wird und der Kompressor 2 den Kreislauf-Kompressor darstellt.
Bei dem Gaszerlegungsverfahren von Figur 3 wird das Einsatzgas durch atmosphärische Luft 501 gebildet. Diese wird in einem Luftverdichter 502 auf etwa Rektifizierdruck verdichtet und nach Vorkühlung (nicht dargestellt) in einer Reinigungsvorrichtung 503 gereinigt, insbesondere von Wasser und Kohlendioxid. Der gereinigte Luftstrom 504 wird in drei Teilströme verzweigt.
Der erste Teilstrom 505 strömt dem warmen Ende eines Hauptwärmetauscher-Systems zu, das in dem Beispiel durch zwei Wärmetauscher-Blöcke 508a, 508b gebildet wird. Am kalten Ende des Blocks 508b tritt der erste Teilstrom der Einsatzluft über Leitung 509 aus und wird schließlich über Leitung 510 einer Hochdrucksäule 511 zugeführt, und zwar unmittelbar über deren Sumpf.
Ein zweiter Teilstrom 506 der Einsatzluft wird in den Nachverdichtem 513 und 515 (mit Nachkühlem 514, 516) auf einen hohen Druck nachverdichtet, im Wärmetauscher-Block 508a verflüssigt beziehungsweise (falls überkritisch) pseudo-verflüssigt und tritt in flüssigem beziehungsweise überkritischem Zustand (Leitung 517, "zweiter Prozess-Strom" im Sinne der Patentansprüche) in eine Flüssigturbine (dense fluid turbine) 103 ein, die eine Flüssigkeits-Entspannungsmaschine darstellt. Dort wird er arbeitsleistend auf etwa Rektifizierdruck entspannt und über Leitung 519 in die Hochdrucksäule 511 eingespeist. Die Einspeisestelle liegt einen Boden oder einige Böden oberhalb der Einleitung der gasförmigen Luft 510. Mindestens ein Teil 520 der Flüssigluft 519 wird sofort wieder aus der Hochdrucksäule 511 entnommen und nach Unterkühlung in einem Unterkühlungs-Gegenströmer 521 über die Leitungen 522 und 523 in eine Niederdrucksäule 512 eingespeist. Alternativ zu der in der Zeichnung dargestellte Verfahrensweise könnte der Austrittsdruck der Flüssigturbine 103 auch unterhalb des Betriebsdrucks der Hochdrucksäule liegen. In diesem Fall würde die Flüssigluft 519 direkt in den Unterkühlungs-Gegenströmer 521 und weiter in die Niederdrucksäule geleitet.
Gemeinsam mit dem zweiten Teilstrom wird der dritte Teilstrom 507 in dem Nachverdichter 513 auf einen Zwischendruck nachverdichtet. Er wird im Hauptwärmetauscher-System (Block 508a) jedoch nur auf eine Zwischentemperatur abgekühlt und strömt dann im gasförmigen Zustand (Leitung 524, "erster Prozess-Strom" im Sinne der Patentansprüche) einer Turbine 101 zu, die eine Gas-Entspannungsmaschine darstellt. Nach arbeitsleistender Entspannung auf etwa Rektifizierdruck tritt der dritte Teilstrom der Einsatzluft im Wesentlichen gasförmig (Flüssigkeitsanteil beispielsweise etwa 7 mol%) über Leitung 526 aus der Turbine 101 aus und wird in einen Abscheider (Phasentrenner) 527 geleitet. Der flüssige Anteil 528 wird auf etwa Niederdrucksäulen-Druck gedrosselt (529) und über die Leitungen 529 und 530 in die Niederdrucksäule 512 eingeführt.
Das Sumpfprodukt 531 der Hochdrucksäule (sauerstoffangereicherte Flüssigkeit) wird im Unterkühlungs-Gegenströmer 521 abgekühlt und über die Leitungen 532 und 534 und Drosselventil 533 in die Niederdrucksäule 512 eingespeist.
Gasförmiger Kopfstickstoff 535 der Hochdrucksäule wird zu einem ersten Teil 536 im Hauptwärmetauscher-System (Block 508a) auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und über Leitung 537 als gasförmiges Druckprodukt (P-GAN) abgegeben. Der Rest des Kopfgases 535 der Hochdrucksäule wird in einem Hauptkondensator 538 im Wesentlichen vollständig kondensiert. Der dabei gewonnene Flüssig-Stickstoff 540 wird zum einen Teil 541 auf die Hochdrucksäule, zum anderen Teil 542, 543 auf die Niederdrucksäule als Rücklauf aufgegeben.
Vom Kopf der Niederdrucksäule 512 wird gasförmiger Stickstoff 544 abgezogen, in beiden Blöcken 508a, 508b des Hauptwärmetauscher-Systems angewärmt und über Leitung 545 in die Atmosphäre abgegeben und/oder als Regeneriergas in der Reinigungsvorrichtung 503 und/oder zur Verdunstungskühlung eingesetzt (nicht dargestellt).
Der im unteren Bereich der Niederdrucksäule 512 anfallende Sauerstoff wird in dem Beispiel flüssig über Leitung 546. Ein Teil 547 wird mittels einer Pumpe auf den gewünschten Produktdruck gebracht (so genannte Innenverdichtung) und über Leitung 549 in das Hauptwärmetauscher-System (Block 508a) eingeführt, dort angewärmt, verdampft beziehungsweise pseudo-verdampft und schließlich auf Umgebungstemperatur gebracht. Der warme Sauerstoff 550 wird als gasförmiges Sauerstoff-Produkt (GOX-IC) über 550 Leitung abgezogen.
Der Rest 551 des fiüssigen Sauerstoffs 546 vom Sumpf der Niederdrucksäule wird mit einer weiteren Pumpe 552 über Leitung 553 zum Hauptkondensator 539 gefördert, wo er mindestens teilweise verdampft. Der sauerstoffreiche Dampf 554 wird in den Niederdrucksäulen-Sumpf zurückgeleitet. Bei Bedarf kann über die Leitungen 555 und 556 Sauerstoff als Flüssigprodukt (LOX) gewonnen werden.
Die Turbine (Gas-Entspannungsmaschine) 101 und die Flüssigturbine (Flüssigkeits-Entspannungsmaschine) 103 sind wie in Figur 2 dargestellt mit einem Generator gekoppelt.
Über die Leitungen 557 und 558 kann eine Argongewinnung mit Rohargonsäule und gegebenenfalls mit Reinargonsäule angeschlossen sein, wie sie beispielsweise in EP 377117 B2, EP 628777 B1, EP 669508 A1 oder in EP 669509 B1. Dabei kann die unterkühlte Sumpffraktion 532 der Hochdrucksäule als Kältemittel für die Rohargonsäule und/oder als Heizmittel für die Reinargonsäule eingesetzt werden, bevor sie in die Niederdrucksäule eingespeist wird (Leitung 534). Alternativ oder zusätzlich kann die Flüssigluft 519 aus der Innenverdichtung, die hier aus der Flüssigturbine 103 stammt, als Kühlmittel im Kondensator der Rohargonsäule eingesetzt werden - gegebenenfalls nach Unterkühlung im Unterkühlungs-Gegenströmer 521. Ein entsprechendes Verfahren (ohne Flüssigturbine) ist in EP 716280 A2 im Detail dargestellt.

Claims (13)

  1. Maschinensystem zur arbeitsleistenden Entspannung zweier Prozess-Ströme (6, 8) mit
    einer ersten Entspannungsmaschine (101) zur arbeitsleistenden Entspannung eines ersten Prozess-Stroms (6, 524), mit
    einer zweiten Entspannungsmaschine (103) zur arbeitsleistenden Entspannung eines zweiten Stroms (8, 517) und mit
    einem elektrischen Generator (205),
    dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Generator (205) sowohl mit der ersten Entspannungsmaschine (101) als auch mit der zweiten Entspannungsmaschine (103) mechanisch gekoppelt ist (206).
  2. Maschinensystem nach Anspruch 1, bei dem die erste Entspannungsmaschine (101) als Gas-Entspannungsmaschine ausgebildet ist.
  3. Maschinensystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die zweite Entspannungsmaschine (103) als Flüssigkeits-Entspannungsmaschine ausgebildet ist.
  4. Maschinensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der elektrische Generator (205) nicht mechanisch mit einem Verdichter gekoppelt ist.
  5. Maschinensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Getriebe (206), das zwischen dem elektrischen Generator (205) und der ersten Entspannungsmaschine (101) angeordnet ist.
  6. Maschinensystem einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Getriebe (206), das zwischen dem elektrischen Generator (205) und der zweiten Entspannungsmaschine (103) angeordnet ist.
  7. Anwendung eines Maschinensystems nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einem Gaszerlegungssystem, insbesondere in einem System zur Tieftemperatur-Zerlegung von Luft.
  8. Anwendung nach Anspruch 7, bei der in dem Gaszerlegungssystem ein Einsatzgas, insbesondere Einsatzluft, zerlegt wird, wobei ein erster, gasförmiger oder überkritischer Prozess-Strom (6, 524) in der ersten Entspannungsmaschine (101) des Maschinensystems arbeitsleistend entspannt wird, ein zweiter, flüssiger oder überkritischer Prozess-Strom (8, 103) in der zweiten Entspannungsmaschine (103) des Maschinensystems arbeitsleistend entspannt wird, mindestens ein Teil der bei den arbeitsleistenden Entspannungen erzeugten mechanischen Energie auf den elektrischen Generator (205) des Maschinensystems übertragen wird.
  9. Anwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Prozess-Strom (6, 524) durch einen ersten Teilstrom des Einsatzgases (1, 4, 501, 504) oder eines Kreislaufgases gebildet wird.
  10. Anwendung nach Anspruch 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Prozess-Strom (8, 517) durch einen zweiten Teilstrom des Einsatzgases (1, 4, 501, 504) oder eines Kreislaufgases gebildet wird.
  11. Anwendung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Prozess-Strom (6, 8, 524, 517) aus einem Gesamtstrom (1, 4, 501, 504), insbesondere des Einsatzgases oder eines Kreislaufgases, abgezweigt werden.
  12. Anwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtstrom (4, 505/506/507) in ein Wärmetauscher-System (5, 508a/508b) eingeleitet und dort auf eine Zwischentemperatur abgekühlt wird, bei der Zwischentemperatur der erste Prozess-Strom (6, 524) aus dem Wärmetauscher-System (5, 508a/508b) entnommen und zur Gas-Entspannungsmaschine (101) geleitet wird, mindestens ein Teil des Rests des Gesamtstroms im Wärmetauscher-System (5, 508a/508b) weiter abgekühlt wird und schließlich den zweiten Prozess-Strom (8, 517) bildet, welcher der Flüssigkeits-Entspannungsmaschine (103) zugeführt wird.
  13. Vorrichtung zur Zerlegung eines Einsatzgases, insbesondere von Einsatzluft, die ein Maschinensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.
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