EP1586838A1 - Process and device for the production of variable amounts of a pressurized product by cryogenic separation of air - Google Patents

Process and device for the production of variable amounts of a pressurized product by cryogenic separation of air Download PDF

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EP1586838A1
EP1586838A1 EP04011434A EP04011434A EP1586838A1 EP 1586838 A1 EP1586838 A1 EP 1586838A1 EP 04011434 A EP04011434 A EP 04011434A EP 04011434 A EP04011434 A EP 04011434A EP 1586838 A1 EP1586838 A1 EP 1586838A1
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pressure
mode
transfer fluid
product
heat transfer
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Withdrawn
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EP04011434A
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German (de)
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Horst Altmeyer
Andreas Brox
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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    • F25J3/04296—Claude expansion, i.e. expanded into the main or high pressure column
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    • F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval

Definitions

  • the invention relates to a method for the variable production of a printed product by cryogenic separation of air according to the preamble of the claim 1 and a corresponding device according to the preamble of the claim 10th
  • the distillation column system of the invention can be used as a single column system for nitrogen-oxygen separation be formed as a two-pillar system (for example as classic Linde double column system), or as a three- or multi-column system. It may be additional to the columns for nitrogen-oxygen separation Devices for obtaining other air components, in particular of noble gases have, for example, an argon recovery.
  • the invention relates to internal compaction processes.
  • At least one of the products for example, nitrogen from high-pressure column or oxygen out Low-pressure column of a two-column system
  • liquid from one of the columns of the Distillation column system or from one connected to one of these columns Capacitor removed, in the liquid state to an increased product pressure brought in indirect heat exchange with a heat transfer fluid (for example Feed air or nitrogen) evaporates or (at supercritical pressure) pseudo-evaporated and finally recovered as gaseous pressure product.
  • a heat transfer fluid for example Feed air or nitrogen
  • the gaseous print product can then, if necessary, a further pressure increase beyond the internal compression pressure (here called "product pressure”) subject become.
  • the invention is based on the object in an economically particularly favorable manner To gain pressure oxygen with variable pressure.
  • the inventive method a total of three in principle have different modes of operation, wherein in a third mode of operation both the first and second liquid product streams in indirect Heat exchange with the heat transfer fluid to be evaporated.
  • the first and second booster can be independent be driven by each other. In many cases, however, it is favorable if the first and the second after-compressor having a common drive.
  • the two compressors can pass through different stages of a multi-stage Compressor are formed, for example, a deduction at an intermediate stage having.
  • the first mode of operation especially if no or virtually no gaseous Print product is produced under the higher pressure, it is advantageous if on the dispensed further recompression of the heat transfer fluid and thus Compression energy is saved.
  • the heat transfer fluid via a lockable Bypass is passed past the second booster. If the first and the second boosters have a common drive, turn the second booster corresponding (n) compressor stage (s) with, but are by Shut off the pressure and suction lines. The blocked stage (s) run evacuated in the bypass, but cause by appropriate Vane adjustment no or no significant pressure increase.
  • Claim 3 is preferably the second after-compressor with respect to the first Operating mode increased load operated. Additionally or alternatively, the first After-compressor with reduced compared to the first mode of operation reduced load become. This results in a particularly energetically favorable operation of the two Boosters.
  • a second part of the process stream downstream of the first Reciprocating be relaxed in a relaxation machine work.
  • the work-performing relaxed stream is preferably in a separation column of the Destarriulen system initiated, for example, in the high-pressure column or the Low-pressure column of a two-column system. That way, the first one becomes Recuperator used simultaneously for internal compression and cooling.
  • the second part of the process stream can be between the first booster and Relaxation machine can be further compressed in a third booster, the is driven in particular by the expansion machine.
  • the heat transfer fluid can through a part of the feed air be formed.
  • the feed air in one Main air compressor is compressed to a pre-pressure, which is lower than the first pressure and then at least part of the air compressed to the admission pressure Process stream is introduced into the first booster.
  • the invention relates to a device for the variable production of a printed product by cryogenic separation of air according to claim 10.
  • atmospheric air 1 in a main air compressor 2 is compressed to a pre-pressure of, for example, 5 to 6 bar and purified under approximately this pressure ( FIG . 3).
  • the entire purified feed air 4 is supplied as a "process stream" to a first secondary compressor 5 and further compressed there to a first pressure of, for example, 30 bar.
  • the total air 6 is branched into a first partial flow 8 and into a second partial flow 9.
  • the first partial flow 8 forms the "heat transfer fluid". He will be in a second After-compressor 10 further compressed to a second pressure of for example 50 bar and supplied under this pressure to the warm end of a main heat exchanger 12 (11). In the main heat exchanger 12 it is cooled and - if the pressure subcritical is - liquefied and then flows through line 13 of the high pressure column and / or Low-pressure column of a distillation column system designed as a two-column system to (not shown).
  • the first liquid product stream 20 is in a valve 22 to a first Product pressure throttled, for example, 10 bar, flows via line 23 to the cold End of the main heat exchanger 12 and occurs there under about the first product pressure in indirect heat exchange with the high-pressure air 11, causing it to evaporate or pseudo-evaporated and warmed to about ambient temperature becomes.
  • the generated oxygen gas forms the first part of the gaseous Printed product.
  • the second liquid product stream 21 is not throttled but flows under the higher second product pressure in the main heat exchanger 12, where he also evaporated in indirect heat exchange with the high pressure air 11 or pseudo-evaporated and warmed to about ambient temperature becomes. It then forms the second part 25 of the gaseous printed product.
  • gaseous product and / or residual streams in the Main heat exchanger 12 are warmed up.
  • gaseous product and / or residual streams in the Main heat exchanger 12 are warmed up.
  • the embodiment is according to a nitrogen-rich residual stream 26/27 shown.
  • the pressure increase in the liquid state may alternatively to the restriction 22 through several pumps or a multi-stage pump with outlet under intermediate pressure be carried out (see, for example, DE 10213212 A1).
  • Figure 1 relates to a "third mode of operation” in which a portion 25 of the oxygen product below the second, higher product pressure is won.
  • a “first mode of operation” in the exclusively printed product 24 is released under the first, lower product pressure, the Heat transfer fluid via line 8 'guided past the second booster 10; Line 8 is doing upstream and downstream of the booster 10th locked off (not shown).
  • the system can also be operated in a "second mode" in which the entire print product is produced under the higher second product pressure.
  • FIG. 2 differs from FIG. 1 in that the second after-compressor 10 a separate drive (in the example: engine), and thus independent of the first booster is operable. He can do so in the "first mode” completely shaded (load 0%) by the heat transfer fluid through the Bypass line 8 'flows.
  • FIG. 1 the description of FIG. 1 also applies to FIG.
  • the methods of the embodiments are accessible to further modifications.
  • the first and / or the second product pressure depending on the needs of the consumer can also be varied during operation.
  • Variation of throughput and pressure ratio of the two booster 5, 10 can this can be done in a particularly energetic way.
  • the machines are powered by motors, in particular electric motors driven.
  • motors in particular electric motors driven.
  • other types of drives such as steam turbines or gas turbines are used. Details like that Aftercooling of the individual compressor stages or the pre-cooling of the air before the Cleaning 3 are not shown in the simplified drawings.
  • a system according to the invention can also be realized without the turbine stream 9 be used in conjunction with a nitrogen turbine instead of the Air turbine 15. Also differing from the embodiments circuit an air turbine is possible; For example, the turbine air before the first After-compressor 5, after the second booster 10 or from a Intermediate stage of one of the two booster 5, 10 are deducted.

Abstract

A cost effective method for producing pressurises gas, e.g. oxygen or nitrogen, from air has the incoming air pressurised in stages and split into two flows; a first component (7) as the process flow and a second component (8) as a heat transfer flow. Both flows are ducted into a main heat exchanger (12) with connections to a column distillation system from where liquid gas is ducted into the heat exchanger to produced controlled pressures and flow of selected gasses. More than one column distillation system can be connected enabling e.g. noble gasses to be separated from air.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur variablen Erzeugung eines Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß dem Oberbegriff das Patentanspruchs 1 und eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.The invention relates to a method for the variable production of a printed product by cryogenic separation of air according to the preamble of the claim 1 and a corresponding device according to the preamble of the claim 10th

Verfahren und Vorrichtungen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft sind zum Beispiel aus Hausen/Linde, Tieftemperaturtechnik, 2. Auflage 1985, Kapitel 4 (Seiten 281 bis 337) bekannt.For example, methods and apparatus for cryogenic decomposition of air are known from Hausen / Linde, low temperature technique, 2nd edition 1985, chapter 4 (pages 281 to 337).

Das Destilliersäulen-System der Erfindung kann als Einsäulensystem zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung ausgebildet sein, als Zweisäulensystem (zum Beispiel als klassisches Linde-Doppelsäulensystem), oder auch als Drei- oder Mehrsäulensystem. Es kann zusätzlich zu den Kolonnen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung weitere Vorrichtungen zur Gewinnung anderer Luftkomponenten, insbesondere von Edelgasen aufweisen, beispielsweise eine Argongewinnung.The distillation column system of the invention can be used as a single column system for nitrogen-oxygen separation be formed as a two-pillar system (for example as classic Linde double column system), or as a three- or multi-column system. It may be additional to the columns for nitrogen-oxygen separation Devices for obtaining other air components, in particular of noble gases have, for example, an argon recovery.

Die Erfindung bezieht sich auf Innenverdichtungs-Prozesse. Dabei wird mindestens eines der Produkte (zum Beispiel Stickstoff aus Hochdrucksäule oder Sauerstoff aus Niederdrucksäule eines Zweisäulensystems) flüssig aus einer der Säulen des Destilliersäulen-Systems oder aus einem mit einer dieser Säulen verbundenen Kondensator entnommen, in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Produktdruck gebracht, in indirektem Wärmeaustausch mit eine Wärmeträger-Fluid (zum Beispiel Einsatzluft oder Stickstoff) verdampft beziehungsweise (bei überkritischem Druck) pseudo-verdampft und schließlich als gasförmiges Druckprodukt gewonnen. Das gasförmige Druckprodukt kann anschließend bei Bedarf einer weiteren Druckerhöhung über den Innenverdichtungsdruck (hier "Produktdruck" genannt) hinaus unterworfen werden.The invention relates to internal compaction processes. At least one of the products (for example, nitrogen from high-pressure column or oxygen out Low-pressure column of a two-column system) liquid from one of the columns of the Distillation column system or from one connected to one of these columns Capacitor removed, in the liquid state to an increased product pressure brought in indirect heat exchange with a heat transfer fluid (for example Feed air or nitrogen) evaporates or (at supercritical pressure) pseudo-evaporated and finally recovered as gaseous pressure product. The gaseous print product can then, if necessary, a further pressure increase beyond the internal compression pressure (here called "product pressure") subject become.

Derartige Innenverdichtungsverfahren sind zum Beispiel bekannt aus DE 830805, DE 901542 (= US 2712738/US 2784572), DE 952908, DE 1103363 (= US 3083544), DE 1112997 (= US 3214925), DE 1124529, DE 1117616 (= US 3280574), DE 1226616 (= US 3216206), DE 1229561 (= US 3222878), DE 1199293, DE 1187248 (= US 3371496), DE 1235347, DE 1258882 (= US 3426543), DE 1263037 (= US 3401531), DE 1501722 (= US 3416323), DE 1501723 (= US 3500651), DE 2535132 (= US 4279631), DE 2646690, EP 93448 B1 (= US 4555256), EP 384483 B1 (= US 5036672), EP 505812 B1 (= US 5263328), EP 716280 B1 (= US 5644934), EP 842385 B1 (= US 5953937), EP 758733 B1 (= US 5845517), EP 895045 B1 (= US 6038885), DE 19803437 A1, EP 949471 B1 (= US 6185960 B1), EP 955509 A1 (= US 6196022 B1), EP 1031804 A1 (= US 6314755), DE 19909744 A1, EP 1067345 A1 (= US 6336345), EP 1074805 A1 (= US 6332337), DE 19954593 A1, EP 1134525 A1 (= US 6477860), DE 10013073 A1, EP 1139046 A1, EP 1146301 A1, EP 1150082 A1, EP 1213552 A1, DE 10115258 A1, EP 1284404 A1 (= US 2003051504 A1), EP 1308680 A1 (= US 6612129 B2), DE 10213212 A1, DE 10213211 A1, EP 1357342 A1 oder DE 10238282 A1.Such internal compression methods are known, for example, from DE 830805, DE 901542 (= US 2712738 / US 2784572), DE 952908, DE 1103363 (= US 3083544), DE 1112997 (= US 3214925), DE 1124529, DE 1117616 (= US 3280574), DE 1226616 (= US 3216206), DE 1229561 (= US 3222878), DE 1199293, DE 1187248 (= US 3371496), DE 1235347, DE 1258882 (= US 3426543), DE 1263037 (= US 3401531), DE 1501722 (= US 3416323), DE 1501723 (= US 3500651), DE 2535132 (= US 4279631), DE 2646690, EP 93448 B1 (= US 4555256), EP 384483 B1 (= US Pat. No. 5,036,672), EP 505812 B1 (= US Pat. No. 5,263,328), EP 716280 B1 (= US Pat. No. 5,644,934), EP 842385 B1 (= US Pat. No. 5,954,937), EP 758733 B1 (= US Pat. No. 5,845,517), EP 895045 B1 (= US 6038885), DE 19803437 A1, EP 949471 B1 (= US 6185960 B1), EP 955509 A1 (= US 6196022 B1), EP 1031804 A1 (= US 6314755), DE 19909744 A1, EP 1067345 A1 (= US 6336345), EP 1074805 A1 (= US 6332337), DE 19954593 A1, EP 1134525 A1 (= US Pat. No. 6,477,860), DE 10013073 A1, EP 1139046 A1, EP 1146301 A1, EP 1150082 A1, EP 1213552 A1, DE 10115258 A1, EP 1284404 A1 (= US 2003051504 A1), EP 1308680 A1 (= US Pat. No. 6,612,129 B2), DE 10213212 A1, DE 10213211 A1, EP 1357342 A1 or DE 10238282 A1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf wirtschaftlich besonders günstige Weise Drucksauerstoff mit variablem Druck zu gewinnen.The invention is based on the object in an economically particularly favorable manner To gain pressure oxygen with variable pressure.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Hierbei sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren grundsätzlich zwei Innenverdichtungsströme vorgesehen, die aus einem ersten und einem zweiten Flüssigproduktstrom gespeist werden, die unter verschiedenen Drücken gegen das Wärmeträger-Fluid verdampft (beziehungsweise pseudo-verdampft) werden:

  • der erste Flüssigproduktstrom unter einem ersten, niedrigeren Produktdruck und
  • der zweite Flüssigproduktstrom unter einem zweiten, höheren Produktdruck.
This object is solved by the features of patent claim 1. In principle, two internal compression flows are provided in the method according to the invention, which are fed from a first and a second liquid product stream which evaporate (or pseudo-evaporate) under different pressures against the heat transfer fluid:
  • the first liquid product stream under a first, lower product pressure and
  • the second liquid product stream under a second, higher product pressure.

Gemäß Anspruch1 wird der Prozess in zwei unterschiedliche Betriebsweisen zu verschiedenen Zeitpunkten gefahren:

  • In einer ersten Betriebsweise wird das gasförmige Druckprodukt zum Beispiel ausschließlich oder praktisch ausschließlich unter dem niedrigeren Druck gewonnen; jedenfalls wird in der ersten Betriebsweise ein kleinerer Anteil des gasförmigen Druckprodukts unter dem höheren Produktdruck gewonnen als bei der im Folgenden beschriebenen zweiten Betriebsweise. Zu dieser Zeit wird also beispielsweise kein oder im Wesentlichen kein zweiter Flüssigproduktstrom in indirektem Wärmeaustausch mit dem Wärmeträger-Fluid verdampft und/oder angewärmt. Dies bedeutet, dass die Menge des zweiten Flüssigproduktstroms höchstens 20 mol-%, vorzugsweise höchstens 10 mol%, vorzugsweise höchstens 1 mol-% der Menge des ersten Flüssigproduktstroms beträgt.
  • In einer zweiten Betriebsweise wird ein wesentlicher Teil (jedenfalls eine größere molare Menge als in der ersten Betriebsweise) des gasförmigen Druckprodukts unter dem zweiten, höheren Druck erzeugt, indem eine entsprechende Menge des zweiten Flüssigproduktstroms in indirektem Wärmeaustausch mit dem Wärmeträger-Fluid verdampft und/oder angewärmt wird. Ansonsten kann in der zweiten Betriebsweise, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, gleichzeitig ein grundsätzlich beliebiger Anteil des gasförmigen Druckprodukts durch Verdampfen/Anwärmen des ersten Flüssigproduktstroms unter dem ersten, niedrigeren Druck gewonnen werden. Die zweite Betriebsweise kann aber auch ausschließlich oder im Wesentlichen ausschließlich mit dem zweiten Flüssigproduktstrom gefahren werden.
According to claim 1, the process is run in two different modes at different times:
  • In a first mode of operation, for example, the gaseous pressure product is recovered exclusively or practically exclusively at the lower pressure; In any case, in the first mode of operation, a smaller proportion of the gaseous pressure product is recovered under the higher product pressure than in the second mode of operation described below. At this time, for example, no or substantially no second liquid product stream is vaporized and / or heated in indirect heat exchange with the heat transfer fluid. This means that the amount of the second liquid product stream is at most 20 mol%, preferably at most 10 mol%, preferably at most 1 mol% of the amount of the first liquid product stream.
  • In a second mode of operation, a substantial portion (at least a greater molar amount than in the first mode of operation) of the gaseous pressure product is generated at the second, higher pressure by evaporating and / or evaporating a corresponding amount of the second liquid product stream in indirect heat exchange with the heat transfer fluid is warmed up. Otherwise, in the second mode of operation, as defined in claim 1, at the same time a basically arbitrary proportion of the gaseous printed product can be obtained by evaporation / warming of the first liquid product stream below the first, lower pressure. However, the second mode of operation can also be driven exclusively or substantially exclusively with the second liquid product stream.

Hierdurch kann in ein und derselben Anlage, also mit relativ niedrigen Investitionskosten, eine hohe Flexibilität hinsichtlich des Produktdrucks erreicht werden.This can be in one and the same system, so with relatively low Investment costs, high flexibility in terms of product pressure achieved become.

Gemäß dem weiteren Aspekt, der in Patentanspruch 3 beschrieben ist, wird in der zweiten Betriebsweise kein oder im Wesentlichen kein erster Flüssigproduktstrom in indirektem Wärmeaustausch mit dem Wärmeträger-Fluid verdampft beziehungsweise angewärmt.According to the further aspect described in claim 3 is in the second mode of operation no or substantially no first liquid product stream in evaporates indirect heat exchange with the heat transfer fluid or warmed up.

In diesem Fall kann das erfindungsgemäße Verfahren insgesamt drei grundsätzlich unterschiedliche Betriebsweisen aufweisen, wobei in einer dritten Betriebsweise sowohl der erste als auch der zweite Flüssigproduktstrom in indirektem Wärmeaustausch mit dem Wärmeträger-Fluid verdampft werden.In this case, the inventive method a total of three in principle have different modes of operation, wherein in a third mode of operation both the first and second liquid product streams in indirect Heat exchange with the heat transfer fluid to be evaporated.

Grundsätzlich können der erste und der zweite Nachverdichter unabhängig voneinander angetrieben werden. In vielen Fällen ist es jedoch günstig, wenn der erste und der zweite Nachverdichter einen gemeinsamen Antrieb aufweisen. Beispielsweise können die beiden Verdichter durch unterschiedliche Stufen eines mehrstufigen Verdichters gebildet werden, der beispielsweise einen Abzug an einer Zwischenstufe aufweist. In principle, the first and second booster can be independent be driven by each other. In many cases, however, it is favorable if the first and the second after-compressor having a common drive. For example The two compressors can pass through different stages of a multi-stage Compressor are formed, for example, a deduction at an intermediate stage having.

In der ersten Betriebsweise, wenn insbesondere kein oder praktisch kein gasförmiges Druckprodukt unter dem höheren Druck erzeugt wird, ist es vorteilhaft, wenn auf die weitere Nachverdichtung des Wärmeträger-Fluids verzichtet und damit Verdichtungsenergie eingespart wird. Dies kann insbesondere dadurch geschehen, dass in der ersten Betriebsweise das Wärmeträger-Fluid über einen absperrbaren Bypass an dem zweiten Nachverdichter vorbeigeleitet wird. Falls der erste und der zweite Nachverdichter einen gemeinsamen Antrieb aufweisen, drehen sich die dem zweiten Nachverdichter entsprechende(n) Verdichterstufe(n) mit, werden aber durch Absperrung der Druck- und Saugleitungen eingeblockt. Die eingeblockte(n) Stufe(n) laufen evakuiert im Bypass mit, bewirken aber durch entsprechende Leitschaufeleinstellung keine oder keine nennenswerte Druckerhöhung.In the first mode of operation, especially if no or virtually no gaseous Print product is produced under the higher pressure, it is advantageous if on the dispensed further recompression of the heat transfer fluid and thus Compression energy is saved. This can be done in particular by that in the first mode of operation, the heat transfer fluid via a lockable Bypass is passed past the second booster. If the first and the second boosters have a common drive, turn the second booster corresponding (n) compressor stage (s) with, but are by Shut off the pressure and suction lines. The blocked stage (s) run evacuated in the bypass, but cause by appropriate Vane adjustment no or no significant pressure increase.

Bei gleichzeitiger Verdampfung beider Flüssigproduktströme in der zweiten Betriebsweise gemäß Anspruch 1 beziehungsweise in der dritten Betriebsweise nach Anspruch 3 wird vorzugsweise der zweite Nachverdichter mit gegenüber der ersten Betriebsweise erhöhter Last betrieben. Zusätzlich oder alternativ kann der erste Nachverdichter mit gegenüber der ersten Betriebsweise verringerter Last gefahren werden. Hierdurch ergibt sich ein energetisch besonders günstiger Betrieb der beiden Nachverdichter.With simultaneous evaporation of both liquid product streams in the second Mode of operation according to claim 1 or in the third mode of operation Claim 3 is preferably the second after-compressor with respect to the first Operating mode increased load operated. Additionally or alternatively, the first After-compressor with reduced compared to the first mode of operation reduced load become. This results in a particularly energetically favorable operation of the two Boosters.

Zum Zwecke der Kälteerzeugung kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ein zweiter Teil des Prozess-Stroms stromabwärts des ersten Nachverdichters in einer Entspannungsmaschine arbeitsleistend entspannt werden. Der arbeitsleistend entspannte Strom wird vorzugsweise in eine Trennsäule des Destilliersäulen-Systems eingeleitet, beispielsweise in die Hochdrucksäule oder die Niederdrucksäule eines Zweisäulensystems. Auf diese Weise wird der erste Nachverdichter gleichzeitig für die Innenverdichtung und die Kältegewinnung genutzt. Der zweite Teil des Prozess-Stroms kann zwischen erstem Nachverdichter und Entspannungsmaschine in einem dritten Nachverdichter weiterverdichtet werden, der insbesondere von der Entspannungsmaschine angetrieben wird.For the purpose of refrigeration can in the context of the invention Process a second part of the process stream downstream of the first Reciprocating be relaxed in a relaxation machine work. The work-performing relaxed stream is preferably in a separation column of the Destilliersäulen system initiated, for example, in the high-pressure column or the Low-pressure column of a two-column system. That way, the first one becomes Recuperator used simultaneously for internal compression and cooling. The second part of the process stream can be between the first booster and Relaxation machine can be further compressed in a third booster, the is driven in particular by the expansion machine.

Wie bereits oben erwähnt, kann das Wärmeträger-Fluid durch einen Teil der Einsatzluft gebildet werden. In diesem Fall ist es günstig, wenn die Einsatzluft in einem Hauptluftverdichter auf einen Vordruck verdichtet wird, der niedriger als der erste Druck ist, und anschließend mindestens ein Teil der auf den Vordruck verdichteten Luft als Prozess-Strom in den ersten Nachverdichter eingeleitet wird.As already mentioned above, the heat transfer fluid can through a part of the feed air be formed. In this case, it is favorable if the feed air in one Main air compressor is compressed to a pre-pressure, which is lower than the first pressure and then at least part of the air compressed to the admission pressure Process stream is introduced into the first booster.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Erzeugung eines Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß Patentanspruch 10.The invention relates to a device for the variable production of a printed product by cryogenic separation of air according to claim 10.

Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:

Figur 1
eine erste Ausführungsform der Erfindung mit gemeinsamem Antrieb von erstem und zweitem Nachverdichter und
Figur 2
eine zweite Ausführungsform, in der die beiden Nachverdichter separat angetrieben werden.
The invention and further details of the invention are explained below with reference to embodiments schematically illustrated in the drawings. Hereby show:
FIG. 1
a first embodiment of the invention with a common drive of the first and second booster and
FIG. 2
a second embodiment in which the two booster are driven separately.

Bei dem Verfahren der Figur 1 wird atmosphärische Luft 1 in einem Hauptluftverdichter 2 auf einen Vordruck von beispielsweise 5 bis 6 bar verdichtet und unter etwa diesem Druck gereinigt (3). In dem Ausführungsbeispiel wird die gesamte gereinigte Einsatzluft 4 als "Prozess-Strom" einem ersten Nachverdichter 5 zugeführt und dort weiter auf einen ersten Druck von beispielsweise 30 bar komprimiert. Bei 7 wird die Gesamtluft 6 in einen ersten Teilstrom 8 und in einen zweiten Teilstrom 9 verzweigt.In the method of FIG. 1 , atmospheric air 1 in a main air compressor 2 is compressed to a pre-pressure of, for example, 5 to 6 bar and purified under approximately this pressure ( FIG . 3). In the exemplary embodiment, the entire purified feed air 4 is supplied as a "process stream" to a first secondary compressor 5 and further compressed there to a first pressure of, for example, 30 bar. At 7, the total air 6 is branched into a first partial flow 8 and into a second partial flow 9.

Der erste Teilstrom 8 bildet das "Wärmeträger-Fluid". Er wird in einem zweiten Nachverdichter 10 weiter auf einen zweiten Druck von beispielsweise 50 bar verdichtet und unter diesem Druck dem warmen Ende eines Hauptwärmetauschers 12 zugeführt (11). Im Hauptwärmetauscher 12 wird er abgekühlt und - falls der Druck unterkritisch ist - verflüssigt und strömt dann über Leitung 13 der Hochdrucksäule und/oder der Niederdrucksäule eines als Zweisäulensystem ausgebildeten Destilliersäulen-Systems zu (nicht dargestellt).The first partial flow 8 forms the "heat transfer fluid". He will be in a second After-compressor 10 further compressed to a second pressure of for example 50 bar and supplied under this pressure to the warm end of a main heat exchanger 12 (11). In the main heat exchanger 12 it is cooled and - if the pressure subcritical is - liquefied and then flows through line 13 of the high pressure column and / or Low-pressure column of a distillation column system designed as a two-column system to (not shown).

Zur Kältegewinnung dient der zweite Teilstrom 9. Er wird - gegebenenfalls wie dargestellt nach weiterer Verdichtung in einem dritten Nachverdichter 14 - im Hauptwärmetauscher 12 nur auf eine Zwischentemperatur abgekühlt und anschließend in einer Entspannungsmaschine 15 arbeitsleistend entspannt. Die entspannte Luft 16 wird in dem Beispiel der Hochdrucksäule des Destilliersäulen-Systems zugeleitet (nicht dargestellt).For cooling the second partial flow is used 9. He will - if necessary, as shown after further compression in a third booster 14 - im Main heat exchanger 12 cooled only to an intermediate temperature and then working in a relaxation machine 15 working relaxed. The relaxed air 16 is fed in the example of the high-pressure column of the distillation column system (not ) Shown.

Aus der Niederdrucksäule des Destilliersäulen-Systems wird über Leitung 17 flüssiger Sauerstoff abgezogen, der sowohl den "ersten" als auch den "zweiten Flüssigproduktstrom" bildet. Die gesamte Fiüssigkeit wird in einer Pumpe 18 auf einen zweiten Produktdruck von beispielsweise 26 bar gebracht. Anschließend werden bei 19 der erste Flüssigproduktstrom 20 und der zweite Flüssigproduktstrom 21 voneinander getrennt.From the low pressure column of the distillation column system is liquid via line 17 Withdrawn oxygen, which both the "first" and the "second The total liquid is in a pump 18 to a second product pressure of for example 26 bar brought. Subsequently, at 19 the first liquid product stream 20 and the second liquid product stream 21 from each other separated.

Der erste Flüssigproduktstrom 20 wird in einem Ventil 22 auf einen ersten Produktdruck von beispielsweise 10 bar gedrosselt, strömt über Leitung 23 zum kalten Ende des Hauptwärmetauschers 12 und tritt dort unter etwa dem ersten Produktdruck in indirekten Wärmeaustausch mit der Hochdruckluft 11, wodurch er verdampft beziehungsweise pseudo-verdampft und auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt wird. Das dabei erzeugte Sauerstoffgas bildet den ersten Teil des gasförmigen Druckprodukts.The first liquid product stream 20 is in a valve 22 to a first Product pressure throttled, for example, 10 bar, flows via line 23 to the cold End of the main heat exchanger 12 and occurs there under about the first product pressure in indirect heat exchange with the high-pressure air 11, causing it to evaporate or pseudo-evaporated and warmed to about ambient temperature becomes. The generated oxygen gas forms the first part of the gaseous Printed product.

Im Gegensatz dazu wird der zweite Flüssigproduktstrom 21 nicht gedrosselt, sondern strömt unter dem höheren zweiten Produktdruck in den Hauptwärmetauscher 12, wo er ebenfalls in indirektem Wärmeaustausch mit der Hochdruckluft 11 verdampft beziehungsweise pseudo-verdampft und auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt wird. Er bildet anschließend den zweiten Teil 25 des gasförmigen Druckprodukts.In contrast, the second liquid product stream 21 is not throttled but flows under the higher second product pressure in the main heat exchanger 12, where he also evaporated in indirect heat exchange with the high pressure air 11 or pseudo-evaporated and warmed to about ambient temperature becomes. It then forms the second part 25 of the gaseous printed product.

Außerdem können gasförmige Produkt- und/oder Restströme in dem Hauptwärmetauscher 12 angewärmt werden. In dem Ausführungsbeispiel ist entsprechend ein stickstoffreicher Reststrom 26/27 dargestellt.In addition, gaseous product and / or residual streams in the Main heat exchanger 12 are warmed up. In the embodiment is according to a nitrogen-rich residual stream 26/27 shown.

Die Druckerhöhung im flüssigen Zustand kann alternativ zu der Drosselung 22 durch mehrere Pumpen oder eine mehrstufige Pumpe mit Abzug unter Zwischendruck durchgeführt werden (siehe zum Beispiel DE 10213212 A1).The pressure increase in the liquid state may alternatively to the restriction 22 through several pumps or a multi-stage pump with outlet under intermediate pressure be carried out (see, for example, DE 10213212 A1).

Die obige Beschreibung der Figur 1 bezieht sich auf eine "dritte Betriebsweise", in der ein Teil 25 des Sauerstoffprodukts unter dem zweiten, höheren Produktdruck gewonnen wird. Bei einer "ersten Betriebsweise", in der ausschließlich Druckprodukt 24 unter dem ersten, niedrigeren Produktdruck abgegeben wird, wird das Wärmeträger-Fluid über Leitung 8' an dem zweiten Nachverdichter 10 vorbeigeleitet; Leitung 8 wird dabei stromaufwärts und stromabwärts des Nachverdichters 10 abgesperrt (nicht dargestellt).The above description of Figure 1 relates to a "third mode of operation" in which a portion 25 of the oxygen product below the second, higher product pressure is won. In a "first mode of operation", in the exclusively printed product 24 is released under the first, lower product pressure, the Heat transfer fluid via line 8 'guided past the second booster 10; Line 8 is doing upstream and downstream of the booster 10th locked off (not shown).

Das System kann auch in einer "zweiten Betriebsweise" gefahren werden, in der das gesamte Druckprodukt unter dem höheren zweiten Produktdruck erzeugt wird.The system can also be operated in a "second mode" in which the entire print product is produced under the higher second product pressure.

Bei einer "ersten Betriebsweise", in der ausschließlich Druckprodukt unter dem ersten, niedrigeren Produktdruck abgegeben wird, durchströmt das Wärmeträger-Fluid den zweiten Nachverdichter 10 nicht, sondern wird über Leitung 8' vorbeigeführt.In a "first mode of operation" in which only printed product under the first, given lower product pressure, the heat transfer fluid flows through the second booster 10 is not, but is passed over line 8 '.

Außerdem wird die Last (gemessen als molarer Durchsatz) der beiden Nachverdichter 10, 14 in Abhängigkeit von der Betriebsweise variiert. In einem konkreten Zahlenbeispiel sehen die relativen Werte (bezogen auf die zweite Betriebsweise mit ausschließlich Hochdruckproduktion) folgendermaßen aus:

  • Erste Betriebsweise (100 % des Sauerstoffprodukts unter dem ersten Produktdruck): Erster Nachverdichter 95 % Last Zweiter Nachverdichter 5 bis 10 % Last
  • Zweite Betriebsweise (100 % des Sauerstoffprodukts unter dem zweiten Produktdruck): Erster Nachverdichter 100 % Last Zweiter Nachverdichter 100 % Last
  • Dritte Betriebsweise (jeweils 50 mol-% des Sauerstoffprodukts unter dem ersten bzw. dem zweiten Produktdruck): Erster Nachverdichter 95 % Last Zweiter Nachverdichter 104 % Last
    • In addition, the load (measured as the molar throughput) of the two booster 10, 14 is varied depending on the mode of operation. In a concrete numerical example, the relative values (with regard to the second mode of operation with exclusively high-pressure production) are as follows:
  • First mode of operation (100% of the oxygen product under the first product pressure): First re-compressor 95% load Second booster 5 to 10% load
  • Second mode of operation (100% of the oxygen product under the second product pressure): First re-compressor 100% load Second booster 100% load
  • Third mode of operation (in each case 50 mol% of the oxygen product under the first or the second product pressure): First re-compressor 95% load Second booster 104% load

    • In der "ersten Betriebsweise" befindet sich das System, das in Figur 2 dargestellt ist, wenn die gestrichelt gezeichneten Leitungen nicht genutzt werden. Ansonsten unterscheidet sich Figur 2 dadurch von Figur 1, dass der zweite Nachverdichter 10 einen separaten Antrieb (in dem Beispiel: Motor) aufweist, und damit unabhängig von dem ersten Nachverdichter betreibbar ist. Er kann damit in der "ersten Betriebsweise" vollständig abgeschattet werden (Last 0 %), indem das Wärmeträger-Fluid durch die Bypassleitung 8' strömt.In the "first mode" is the system shown in Figure 2, if the dashed lines are not used. Otherwise FIG. 2 differs from FIG. 1 in that the second after-compressor 10 a separate drive (in the example: engine), and thus independent of the first booster is operable. He can do so in the "first mode" completely shaded (load 0%) by the heat transfer fluid through the Bypass line 8 'flows.

    Im Übrigen trifft die Beschreibung von Figur 1 auch auf Figur 2 zu.Incidentally, the description of FIG. 1 also applies to FIG.

    Die Verfahren der Ausführungsbeispiele sind weiteren Abwandlungen zugänglich. Zum Beispiel können der erste und/oder der zweite Produktdruck je nach den Bedürfnissen des Verbrauchers auch während des Betriebs variiert werden. Durch entsprechende Variation von Durchsatz und Druckverhältnis der beiden Nachverdichter 5, 10 kann dies auf energetisch besonders günstige Weise durchgeführt werden.The methods of the embodiments are accessible to further modifications. To the Example, the first and / or the second product pressure depending on the needs of the consumer can also be varied during operation. By appropriate Variation of throughput and pressure ratio of the two booster 5, 10 can this can be done in a particularly energetic way.

    In dem Beispiel werden die Maschinen durch Motoren, insbesondere Elektromotoren angetrieben. Im Rahmen der Erfindung können jedoch auch andere Antriebsarten wie zum Beispiel Dampfturbinen oder Gasturbinen eingesetzt werden. Details wie die Nachkühlung der einzelnen Verdichterstufen oder die Vorkühlung der Luft vor der Reinigung 3 sind in den vereinfachten Zeichnungen nicht dargestellt.In the example, the machines are powered by motors, in particular electric motors driven. In the context of the invention, however, other types of drives such as For example, steam turbines or gas turbines are used. Details like that Aftercooling of the individual compressor stages or the pre-cooling of the air before the Cleaning 3 are not shown in the simplified drawings.

    Ein erfindungsgemäßes System kann auch ohne den Turbinenstrom 9 realisiert werden, beispielsweise in Verbindung mit einer Stickstoffturbine an Stelle der Luftturbine 15. Auch eine von den Ausführungsbeispielen abweichende Schaltung einer Luftturbine ist möglich; zum Beispiel könnte die Turbinenluft vor dem ersten Nachverdichter 5, nach dem zweiten Nachverdichter 10 oder auch von einer Zwischenstufe eines der beiden Nachverdichter 5, 10 abgezogen werden.A system according to the invention can also be realized without the turbine stream 9 be used in conjunction with a nitrogen turbine instead of the Air turbine 15. Also differing from the embodiments circuit an air turbine is possible; For example, the turbine air before the first After-compressor 5, after the second booster 10 or from a Intermediate stage of one of the two booster 5, 10 are deducted.

    Claims (10)

    Verfahren zur variablen Erzeugung eines gasförmigen Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Destilliersäulen-System, das mindestens eine Trennsäule aufweist, bei dem Einsatzluft in das Destilliersäulen-System eingeführt und ein Prozess-Strom in einem ersten Nachverdichter auf einen ersten Druck gebracht wird, und bei dem in einer ersten Betriebsweise ein erster Flüssigproduktstrom aus einer Trennsäule des Destilliersäulen-Systems entnommen, in flüssigem Zustand auf einen ersten Produktdruck gebracht, unter etwa dem ersten Produktdruck durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Wärmeträger-Fluid verdampft und/oder angewärmt und anschließend als gasförmiges Druckprodukt gewonnen wird, wobei das Wärmeträger-Fluid durch mindestens einen ersten Teil des Prozess-Stroms stromabwärts des ersten Nachverdichters gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Betriebsweise ein zweiter Flüssigproduktstrom aus einer Trennsäule des Destilliersäulen-Systems entnommen, in flüssigem Zustand auf einen zweiten Produktdruck gebracht wird, der höher als der erste Produktdruck ist, unter etwa dem zweiten Produktdruck durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Wärmeträger-Fluid verdampft und/oder angewärmt und anschließend als gasförmiges Druckprodukt gewonnen wird, wobei in der zweiten Betriebsweise mindestens ein Teil des Wärmeträger-Fluids in einem zweiten Nachverdichter, der stromabwärts des ersten Nachverdichters und stromaufwärts des indirekten Wärmeaustauschs mit dem zweiten Flüssigproduktstrom angeordnet ist, auf einen zweiten Druck weiterverdichtet wird, der höher als der erste Druck ist und in der ersten Betriebsweise keine Weiterverdichtung des Wärmeträger-Fluids zwischen dem ersten Nachverdichter und dem indirekten Wärmeaustausch mit dem ersten Flüssigproduktstrom durchgeführt wird. A process for the variable production of a gaseous print product by cryogenic separation of air in a distillation column system having at least one separation column, in which Feed air introduced into the distillation column system and a process stream is brought to a first pressure in a first booster, and in a first mode of operation a first liquid product stream is taken from a separation column of the distillation column system, brought to a first product pressure in the liquid state, vaporized and / or heated below about the first product pressure by indirect heat exchange with a heat transfer fluid, and subsequently recovered as a gaseous pressure product, wherein the heat transfer fluid is formed by at least a first portion of the process stream downstream of the first post-compressor, characterized in that in a second mode of operation, removing a second liquid product stream from a separation column of the distillation column system, in the liquid state to a second product pressure higher than the first product pressure, evaporating below about the second product pressure by indirect heat exchange with the heat transfer fluid and / or warmed and then recovered as a gaseous pressure product, wherein in the second mode of operation, at least a portion of the heat transfer fluid in a second reboiler located downstream of the first reboiler and upstream of the indirect heat exchange with the second liquid product stream is further compressed to a second pressure higher than the first pressure and in the first mode of operation, no further compression of the heat transfer fluid between the first after-compressor and the indirect heat exchange with the first liquid product stream is carried out. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Betriebsweise eine geringere molare Menge an zweitem Flüssigproduktstrom in indirektem Wärmeaustausch mit dem Wärmeträger-Fluid verdampft und/oder angewärmt wird als in der zweiten Betriebsweise, wobei insbesondere in der ersten Betriebsweise kein oder im wesentlichen kein zweiter Flüssigproduktstrom in indirektem Wärmeaustausch mit dem Wärmeträger-Fluid verdampft und/oder angewärmt wird.A method according to claim 1, characterized in that in the first mode of operation a smaller molar amount of second liquid product stream is vaporized and / or heated in indirect heat exchange with the heat transfer fluid than in the second mode of operation, in particular in the first mode of operation no or substantially no second liquid product stream is vaporized and / or heated in indirect heat exchange with the heat transfer fluid. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Betriebsweise kein oder im Wesentlichen kein erster Flüssigproduktstrom in indirektem Wärmeaustausch mit dem Wärmeträger-Fluid verdampft beziehungsweise angewärmt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that in the second mode of operation no or substantially no first liquid product stream is vaporized or heated in indirect heat exchange with the heat transfer fluid. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer dritten Betriebsweise sowohl der erste als auch der zweite Flüssigproduktstrom in indirektem Wärmeaustausch mit dem Wärmeträger-Fluid verdampft werden.A method according to claim 3, characterized in that in a third mode of operation, both the first and the second liquid product stream are vaporized in indirect heat exchange with the heat transfer fluid. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Nachverdichter einen gemeinsamen Antrieb aufweisen.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first and the second booster have a common drive. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Betriebsweise das Wärmeträger-Fluid an dem zweiten Nachverdichter vorbeigeleitet wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the first mode of operation, the heat transfer fluid is conducted past the second after-compressor. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei gleichzeitiger Verdampfung beider Flüssigproduktströme in der zweiten Betriebsweise beziehungsweise in der dritten Betriebsweise der zweite Nachverdichter mit gegenüber der ersten Betriebsweise erhöhter Last betrieben wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that with simultaneous evaporation of both liquid product streams in the second mode of operation or in the third mode of operation, the second after-compressor is operated with respect to the first mode of operation increased load. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Teil des Prozess-Stroms stromabwärts des ersten Nachverdichters in einer Entspannungsmaschine arbeitsleistend entspannt und insbesondere in eine Trennsäule des Destilliersäulen-Systems eingeleitet wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that a second part of the process stream downstream of the first after-compressor in a relaxation machine work expanded and in particular introduced into a separation column of the distillation column system. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Einsatzluft in einem Hauptluftverdichter auf einen Vordruck verdichtet wird, der niedriger als der erste Druck ist, und anschließend mindestens ein Teil der auf den Vordruck verdichteten Luft als Prozess-Strom in den ersten Nachverdichter eingeleitet wird.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that feed air is compressed in a main air compressor to a pre-pressure which is lower than the first pressure, and then at least a portion of the compressed air to the form as process stream in the first rebooster is initiated. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einem Destilliersäulen-System, das mindestens eine Trennsäule aufweist, einer Einsatzluftleitung zur Einführung von Einsatzluft in das Destilliersäulen-System, einem ersten Nachverdichter zur Nachverdichtung eines Prozess-Stroms auf einen ersten Druck, einer ersten Flüssigproduktleitung zur Entnahme eines ersten Flüssigproduktstroms aus einer Trennsäule des Destilliersäulen-Systems, die über ein Mittel zur Druckerhöhung in flüssigem Zustand auf einen ersten Produktdruck zu einem Wärmetauscher zum Verdampfen und/oder Anwärmen des ersten Flüssigproduktstroms unter etwa dem ersten Produktdruck durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Wärmeträger-Fluid führt, einer ersten Gasproduktleitung zum Abziehen des verdampften und/oder angewärmten ersten Flüssigproduktstroms aus dem Wärmetauscher als gasförmiges Druckprodukt und mit Mitteln zur Entnahme des Wärmeträger-Fluids als mindestens einen ersten Teil des Prozess-Stroms stromabwärts des ersten Nachverdichters, gekennzeichnet durch eine umschaltbare Bypassleitung (8'), über die das Wärmeträger-Fluid an den zweiten Nachverdichter vorbeigeführt werden kann. Apparatus for carrying out the method according to one of claims 1 to 9 with a distillation column system having at least one separation column, a feed air line for introducing feed air into the distillation column system, a first after-compressor for recompressing a process stream to a first pressure, a first liquid product line for withdrawing a first liquid product stream from a distillation column of the distillation column system having a means for increasing the pressure in the liquid state to a first product pressure to a heat exchanger for vaporizing and / or warming the first liquid product stream below about the first product pressure by indirect heat exchange a heat transfer fluid leads, a first gas product line for withdrawing the vaporized and / or warmed first liquid product stream from the heat exchanger as a gaseous pressure product and with Means for removing the heat transfer fluid as at least a first portion of the process stream downstream of the first post-compressor, marked by a switchable bypass line (8 '), via which the heat transfer fluid can be guided past the second after-compressor.
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