EP2313724A2 - Verfahren und vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft

Info

Publication number
EP2313724A2
EP2313724A2 EP09777817A EP09777817A EP2313724A2 EP 2313724 A2 EP2313724 A2 EP 2313724A2 EP 09777817 A EP09777817 A EP 09777817A EP 09777817 A EP09777817 A EP 09777817A EP 2313724 A2 EP2313724 A2 EP 2313724A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure column
nitrogen
air
nitrogen stream
stream
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09777817A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Alekseev
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Publication of EP2313724A2 publication Critical patent/EP2313724A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04163—Hot end purification of the feed air
    • F25J3/04169—Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities
    • F25J3/04181—Regenerating the adsorbents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02—Preparation of oxygen
    • C01B13/0229—Purification or separation processes
    • C01B13/0248—Physical processing only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02—Preparation of oxygen
    • C01B13/0229—Purification or separation processes
    • C01B13/0248—Physical processing only
    • C01B13/0259—Physical processing only by adsorption on solids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04078—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
    • F25J3/0409—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression of oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04157—Afterstage cooling and so-called "pre-cooling" of the feed air upstream the air purification unit and main heat exchange line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/04193—Division of the main heat exchange line in consecutive sections having different functions
    • F25J3/04206—Division of the main heat exchange line in consecutive sections having different functions including a so-called "auxiliary vaporiser" for vaporising and producing a gaseous product
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/04218—Parallel arrangement of the main heat exchange line in cores having different functions, e.g. in low pressure and high pressure cores
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04309—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04527—Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general
    • F25J3/04533—Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general for the direct combustion of fuels in a power plant, so-called "oxyfuel combustion"
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04563—Integration with a nitrogen consuming unit, e.g. for purging, inerting, cooling or heating
    • F25J3/04575—Integration with a nitrogen consuming unit, e.g. for purging, inerting, cooling or heating for a gas expansion plant, e.g. dilution of the combustion gas in a gas turbine
    • F25J3/04581—Hot gas expansion of indirect heated nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04612—Heat exchange integration with process streams, e.g. from the air gas consuming unit
    • F25J3/04618—Heat exchange integration with process streams, e.g. from the air gas consuming unit for cooling an air stream fed to the air fractionation unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04854—Safety aspects of operation
    • F25J3/0486—Safety aspects of operation of vaporisers for oxygen enriched liquids, e.g. purging of liquids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04872—Vertical layout of cold equipments within in the cold box, e.g. columns, heat exchangers etc.
    • F25J3/04878—Side by side arrangement of multiple vessels in a main column system, wherein the vessels are normally mounted one upon the other or forming different sections of the same column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04951—Arrangements of multiple air fractionation units or multiple equipments fulfilling the same process step, e.g. multiple trains in a network
    • F25J3/04957—Arrangements of multiple air fractionation units or multiple equipments fulfilling the same process step, e.g. multiple trains in a network and inter-connecting equipments upstream of the fractionation unit (s), i.e. at the "front-end"
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0043—Impurity removed
    • C01B2210/0046—Nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/30—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a washing, e.g. "scrubbing" or bubble column for purification purposes
    • F25J2205/32—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a washing, e.g. "scrubbing" or bubble column for purification purposes as direct contact cooling tower to produce a cooled gas stream, e.g. direct contact after cooler [DCAC]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/30—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a washing, e.g. "scrubbing" or bubble column for purification purposes
    • F25J2205/34—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a washing, e.g. "scrubbing" or bubble column for purification purposes as evaporative cooling tower to produce chilled water, e.g. evaporative water chiller [EWC]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/60—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using adsorption on solid adsorbents, e.g. by temperature-swing adsorption [TSA] at the hot or cold end
    • F25J2205/66—Regenerating the adsorption vessel, e.g. kind of reactivation gas
    • F25J2205/70—Heating the adsorption vessel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/06—Splitting of the feed stream, e.g. for treating or cooling in different ways
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
    • F25J2240/44—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval the fluid being nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/42—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/30—External or auxiliary boiler-condenser in general, e.g. without a specified fluid or one fluid is not a primary air component or an intermediate fluid
    • F25J2250/40—One fluid being air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/30—External or auxiliary boiler-condenser in general, e.g. without a specified fluid or one fluid is not a primary air component or an intermediate fluid
    • F25J2250/50—One fluid being oxygen

Definitions

  • Warming the first nitrogen flow is used, the transfer of this heat can be performed in two stages, which are arranged in front of the first and second expansion machine.
  • Subcooling countercurrent 34 of the low pressure column 32 abandoned as reflux.
  • a portion of the introduced into the low pressure column 32 nitrogen can be discharged via line 80 as a liquid product (LIN - liquid nitrogen).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, insbesondere zur Lieferung eines sauerstoffangereicherten Produktstroms an ein Oxyfuel-Kraftwerk. Das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung weist eine Hochdrucksäule (26) und eine Niederdrucksäule (32) auf. Die Hochdrucksäule (26) und die Niederdrucksäule (32) sind über einen Kondensator- Verdampfer (37) thermisch gekoppelt. Einsatzluft (1 ) wird in einem Luftverdichter (3) verdichtet, mindestens in einem ersten Nachkühler (6) gekühlt und in einer Reinigungsvorrichtung (22) gereinigt, in einem Hauptwärmetauscher (23a, 23b, 23c) abgekühlt und mindestens teilweise in die Hochdrucksäule (26) eingeleitet (25, 29). Mindestens ein flüssiger Strom (33, 35) wird aus der Hochdrucksäule (26) in die Niederdrucksäule (32) eingeleitet. Der Niederdrucksäule (32) wird ein sauerstoffangereicherter Produktstrom (41, 45, 46, 47, 48) entnommen. Ein erster Stickstoffstrom (63, 64, 65, 66) wird aus der Hochdrucksäule (26) abgezogen und auf eine Temperatur von mindestens 280 K angewärmt (6). Der angewärmte erste Stickstoffstrom (67) wird in einer ersten warmen Entspannungsmaschine (68) arbeitsleistend entspannt, 72). Der in der ersten warmen Entspannungsmaschine (68) entspannte erste Stickstoffstrom (70, 71 ) wird in einer zweiten warmen Entspannungsmaschine (72) arbeitsleistend entspannt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Grundlagen der Tieftemperaturzerlegung von Luft im Allgemeinen sowie der Aufbau von Zwei-Säulen-Anlagen im Speziellen sind in der Monografie "Tieftemperaturtechnik" von Hausen/Linde (2. Auflage, 1985) und in einem Aufsatz von Latimer in Chemical Engineering Progress (Vol. 63, No.2, 1967, Seite 35) beschrieben. Die thermische Kopplung zwischen Hochdrucksäule und Niederdrucksäule wird im Regelfall durch einen als Kondensator- Verdampfer ausgebildeten Hauptkondensator realisiert, in dem Kopfgas der Hochdrucksäule gegen verdampfende Sumpfflüssigkeit der Niederdrucksäule verflüssigt wird.
Die Einsatzluft für die Tieftemperaturzerlegung wird in einem Luftverdichter verdichtet und in einer Reinigungsvorrichtung gereinigt, bevor sie in einem Hauptwärmetauscher auf etwa Taupunkt abgekühlt wird. Die Reinigungsvorrichtung arbeitet vorzugsweise mit mindestens zwei umschaltbaren Behältern, die ein Adsorbens, beispielsweise ein Molekularsieb enthalten, und periodisch regeneriert werden müssen, entweder durch Temperaturwechsel (TSA - temperature swing adsorption) oder durch Druckwechsel (PSA - pressure swing adsorption). Beim Regenerieren wird einer der Behälter von einem Regeneriergas durchströmt.
Die warme Entspannungsmaschine dient der Rückgewinnung von Druckenergie, die in der Luftzerlegung selbst nicht genutzt werden kann. Überschüssige Energie aus der Luftzerlegung wird dabei in mechanische Energie (Arbeit) umgesetzt. Diese kann beispielsweise an einen an die Entspannungsmaschine angeschlossenen Generator abgegeben und dort in elektrische Energie umgewandelt werden.
Verfahren der eingangs genannten Art sind aus FR 2690982 A1 und JP 11063811 A bekannt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Verfahren energetisch zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Patentanspruchs 1 gelöst. Zusätzlich zu der ersten warmen Entspannungsmaschine für den ersten Stickstoffstrom aus der Hochdrucksäule wird eine zweite warme Entspannungsmaschine eingesetzt wird, die seriell mit der ersten verbunden ist. Eine solche zweistufige warme Entspannung wurde bisher als weit überhöhter Aufwand für die Rückgewinnung überschüssiger Energie angesehen. Im Rahmen solcher warmen Entspannungen (häufig als Hot Gas Turbine-Prozesse bezeichnet) wurde daher bisher nicht erwogen, zwei- oder mehrstufige Entspannungen einzusetzen. Im Rahmen der Erfindung wurde jedoch überraschenderweise festgestellt, dass bei bestimmten Verfahren, insbesondere solchen, die für die Sauerstoffversorgung von Oxyfuel- Kraftwerken eingesetzt werden, der energetische Vorteil den zusätzlichen apparativen Aufwand überwiegt.
Unter einer "warmen Entspannungsmaschine" wird hier eine Entspannungsmaschine verstanden, deren Eintrittstemperatur 280 K oder mehr, beispielsweise 290 K oder mehr, insbesondere 300 K oder mehr oder 320 K oder mehr beträgt
Die Eintrittstemperatur der ersten warmen Entspannungsturbine beträgt bei der Erfindung beispielsweise 330 bis 360 K, vorzugsweise 340 bis 350 K. Der erste Stickstoffstrom wird dort auf einen Zwischendruck von 2 bis 3 bar, vorzugsweise 2.1 bis 2.5 bar entspannt und anschließend in der zweiten warmen Entspannungsturbine von dem Zwischendruck aus auf einen Enddruck von 1 ,1 bis 1 ,2 bar.
Die Hochdrucksäule weist einen höheren Betriebsdruck als die Niederdrucksäule auf. Übliche Werte (jeweils am Kopf der Säulen) sind 4,5 bis 5,2 bar in der Hochdrucksäule und unter 1 ,4 bar, vorzugsweise unter 1 ,25 bar in der Niederdrucksäule.
Der erste Stickstoffstrom, der in den warmen Entspannungsmaschinen entspannt wird, wird der Drucksäule gasförmig entnommen, beispielsweise von deren Kopf oder von einer Zwischenstelle im oberen Bereich der Säule. Die bei der Entspannung des ersten Stickstoffstroms gewonnene mechanische Energie kann unmittelbar zum Antrieb eines Verdichters genutzt werden; vorzugsweise wird sie in jeweils einem an die Entspannungsmaschinen gekoppelten Generator in elektrische Energie umgewandelt.
Es ist günstig, wenn die Anwärmung des ersten Stickstoffstroms mindestens zum Teil dem ersten Nachkühler durchgeführt und der erste Stickstoffstrom dort in indirekten Wärmeaustausch mit der Luft stromabwärts des Luftverdichters gebracht wird. Hierdurch wird die Abwärme des Luftverdichters zur Anwärmung des Stickstoffs vor der arbeitsleistenden Entspannung genutzt. Dies erhöht sich bei der Entspannung erzeugte Energie. Der zweite Stickstoffstrom tritt beispielsweise unter etwa Umgebungstemperatur aus dem warmen Ende des Hauptwärmetauschers aus und wird in dem ersten Nachkühler weiter auf die erhöhte Temperatur von 330 bis 360 K, vorzugsweise 340 bis 350 K gebracht und unter dieser erhöhten Temperatur der ersten warmen Entspannungsmaschine zugeleitet. Die Endtemperatur, also die Austrittstemperatur der zweiten Entspannungsmaschine beträgt dann beispielsweise 283 bis 313 K. Alternativ kann zur Anwärmung des ersten Stickstoffstroms Restwärme aus einer anderen Quelle eingesetzt werden, beispielsweise aus einer benachbarten Anlage, die solche Restwärme liefert.
Die erfindungsgemäße zweistufige Entspannung ermöglicht eine Zwischenerwärmung und damit eine erhöhte Austrittstemperatur aus der Endstufe bei gleicher oder sogar höherer Energieerzeugung. Hierdurch kann insbesondere Energie gespart werden, wenn bei der Weiterverwendung des ersten Stickstoffstroms - etwa als Regeneriergas - eine erhöhte Temperatur benötigt wird.
Dabei wird insbesondere der erste Stickstoff ström in dem ersten Nachkühler angewärmt und anschließend in der ersten Entspannungsmaschine auf einen Zwischendruck entspannt, und der auf den Zwischendruck entspannte erste Stickstoffstrom in einem zweiten Nachverdichter erwärmt und anschließend in einer zweiten Entspannungsmaschine auf einen Enddruck entspannt wird, der niedriger als der Zwischendruck ist. Auch wenn Restwärme aus einer anderen Quelle zur
Anwärmung des ersten Stickstoffstroms eingesetzt wird, kann die Übertragung dieser Wärme in zwei Stufen durchgeführt werden, die vor der ersten beziehungsweise zweiten Entspannungsmaschine angeordnet sind.
Der erste und der zweite Nachkühler sind vorzugsweise luftseitig parallel geschaltet. Für die Zwischenerhitzung wird also abermals Abwärme des Luftverdichters eingesetzt.
Vorzugsweise wird der in der zweiten warmen Entspannungsmaschine arbeitsleistend entspannte erste Stickstoffstrom mindestens teilweise als Regeneriergas in der
Reinigungsvorrichtung eingesetzt. Da das Abgas der zweiten Entspannungsmaschine bei der Erfindung eine relativ hohe Temperatur aufweist, kann auf diese Weise Energie eingespart werden, die ansonsten für die Erhitzung des Regeneriergases notwendig wäre.
Es ist ferner günstig, wenn ein zweiter Stickstoffstrom aus der Hochdrucksäule abgezogen, in dem Hauptwärmetauscher auf eine Zwischentemperatur angewärmt wird, der auf die Zwischentemperatur angewärmte zweite Stickstoffstrom in einer kalten Entspannungsmaschine arbeitsleistend entspannt und anschließend erneut im Hauptwärmetauscher angewärmt wird. Auf diese Weise kann die im Stickstoff aus der Hochdrucksäule enthaltene Druckenergie außerdem zur Erzeugung von Prozesskälte genutzt werden.
Der arbeitsleistend entspannte zweite Stickstoffstrom kann - zusätzlich oder alternativ zum ersten Stickstoffstrom - mindestens teilweise als Regeneriergas in der
Reinigungsvorrichtung eingesetzt werden. Betriebstechnisch besonders günstig ist es, beide Stickstoffströme als Regeneriergas einzusetzen. Bei dem Verfahren stehen damit zwei Quellen für Regeneriergas zur Verfügung, von denen eine unabhängig von der Kältegewinnung ist. Damit ist betriebstechnisch unerwünschte Kopplung von Regeneriergasmenge an die erzeugte Kältemenge aufgehoben. Regeneriergasmenge und Kälteerzeugung können unabhängig voneinander optimiert werden. Insgesamt wird das Verfahren betriebstechnisch besonders einfach und energetisch besonders günstig.
Das von dem ersten und/oder zweiten Stickstoffstrom abgeleitete Regeneriergas kann vor der Einleitung in die Reinigungsvorrichtung in einem elektrischen oder mit Dampf betriebenen Regeneriergaserhitzer erhitzt werden.
Sowohl der erste als auch der zweite Stickstoffstrom werden vorzugsweise vom Betriebsdruck der Hochdrucksäule aus (abzüglich Leitungsverlusten) auf einen etwas überatmosphärischen Druck arbeitsleistend entspannt, der ausreicht, um die Ströme nach Durchfließen der Reinigungsvorrichtung an die Atmosphäre abzugeben. Die Verwendung als Regeneriergas findet in der Regel nur zeitweise statt, wenn ein entsprechender Bedarf der Reinigungsvorrichtung vorliegt. Gleichzeitig kann ein Teil des arbeitsleistend entspannten Stickstoffs aus der kalten und/oder warmen Entspannung als gasförmiges Stickstoffprodukt abgegeben oder direkt in die Atmosphäre abgegeben werden.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß Patentanspruch 8. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 9 bis 14 angeführt.
Des Weiteren betrifft die Erfindung Oxyfuel-Kraftwerk und ein Verfahren zum Betreiben eines Oxyfuel-Kraftwerks gemäß den Patentansprüchen 15 beziehungsweise 16
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Atmosphärische Luft 1 wird über ein Filter 2 von einem Luftverdichter 3 angesaugt und dort auf einen Druck von 4,8 bis 5,0 bar verdichtet. Die verdichtete Einsatzluft 4 wird zu einem ersten Teil 5 in einem ersten Nachkühler 6, zu einem zweiten Teil 7 in einem zweiten Nachkühler 8 und zu einem dritten Teil 9 in einem dritten Nachkühler 10 abgekühlt. Die Luftströme aus den Nachkühlern werden anschließend zusammengeführt, gegebenenfalls mit einem vierten Teil 1 1 , der über einen Bypass an den Nachkühlern vorbeigeführt werden kann. Der wiedervereinigte Einsatzluftstrom 12 wird in einem Direktkontaktkühler 13 in direktem Wärmeaustausch mit Kühlwasser (14, 16) weiter abgekühlt. Das Kühlwasser stammt aus einem Frischwasserstrom 17, der zu einem ersten Teil 16 direkt als Kühlwasser auf den Direktkontaktkühler 13 aufgegeben und zu einem zweiten Teil 18, 14 zuvor in einem Verdunstungskühler 15 abgekühlt wird. Das am Sumpf des Direktkontaktkühlers 13 anfallende Wasser wird über die Leitung 19 und 20 abgezogen. Die weiter abgekühlte Einsatzluft wird in eine Reinigungsvorrichtung 22 eingeleitet. Diese besteht in dem Beispiel aus zwei umschaltbaren Behältern, die mit einem Molekularsieb als Adsorbens gefüllt sind.
Die gereinigte Luft strömt dem warmen Ende des Hauptwärmetauschers zu, der in dem Beispiel durch drei luftseitig parallel geschaltete Blöcke 23a, 23b, 23c gebildet wird. Die auf etwa Taupunkt abgekühlte Einsatzluft 24 wird zum größten Teil 25 der Hochdrucksäule 26 unmittelbar oberhalb ihres Sumpfs zugeführt. Ein kleiner Teil 27 kann in einem Nebenkondensator 28 kondensiert und über Leitung 29 flüssig an einer Zwischenstelle der Hochdrucksäule 16 eingeleitet und/oder über Leitung 30/31 direkt zur Niederdrucksäule 32 geführt werden.
Die Betriebsdrücke der Säulen (jeweils am Kopf) betragen in dem Ausführungsbeispiel 4,5 bar in der Hochdrucksäule 26 und 1 ,2 bar in der Niederdrucksäule 32. Hochdrucksäule 26 und Niederdrucksäule 32 sind über einen als Kondensator- Verdampfer ausgebildeten Hauptkondensator 37 thermisch gekoppelt. In dem Beispiel sind sie nebeneinander angeordnet und bilden das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung.
Die sauerstoffangereicherte Sumpfflüssigkeit 33 der Hochdrucksäule wird in einem Unterkühlungs-Gegenströmer 34 abgekühlt und über Leitung 35 in die Niederdrucksäule 32 eingeleitet. Ein erster Teil 36 des gasförmigen Kopfstickstoffs der Hochdrucksäule 26 wird in die Verflüssigungspassagen des Hauptkondensators 37 eingeleitet. Dabei gewonnener flüssiger Stickstoff wird zu einem ersten Teil 38 der Hochdrucksäule 26 und zu einem zweiten Teil 39/40 nach Durchströmen des
Unterkühlungs-Gegenströmers 34 der Niederdrucksäule 32 als Rücklauf aufgegeben. Ein Teil des in die Niederdrucksäule 32 eingeleiteten Stickstoffs kann über Leitung 80 als Flüssigprodukt (LIN - liquid nitrogen) abgegeben werden.
Vom Sumpf der Niederdrucksäule wird ein Sauerstoff 41 mit einer Reinheit von ca. 40 mol-% flüssig entnommen und mittels einer Pumpe 42 auf einen leicht erhöhten Druck von ca. 4 bar gebracht. Ein erster Teil 43 des gepumpten Sauerstoffs wird in die Verdampfungspassagen des Hauptkondensators 37 gefördert und über Leitung 44 als aufsteigendes Gas in die Niederdrucksäule 32 zurückgeführt. Ein zweiter Teil wird über Leitung 45 sauerstoffangereicherter Produktstrom in den Verdampfungsraum des Nebenkondensators 28 praktisch vollständig verdampft, bis auf einen kleinen Spülstrom 82. Der gasförmige sauerstoffangereicherte Produktstrom 46 wird im Hauptwärmetauscher 23c auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und weiter (47) im dritten Nachkühler 9 des Luftverdichters 3 erwärmt und schließlich über Leitung 48 als gasförmiges Produkt (GOX - gaseous oxygen) abgegeben und insbesondere der Brennkammer eines Oxyfuel-Kraftwerks zugeleitet. Ein dritter Teil 81 des Sauerstoffs aus der Pumpe 42 kann als Flüssigprodukt (LOX - liquid oxygen) abgegeben werden.
Am Kopf der Niederdrucksäule 32 wird gasförmiger Stickstoff 49 abgezogen, im Unterkühlungs-Gegenströmer 34 angewärmt, über Leitung 50 dem kalten Ende des Hauptwärmetauschers 23b zugeführt, dort auf etwa Umgebungstemperatur gebracht und schließlich über Leitung 51 dem Verdunstungskühler 15 als trockenes Gas zugespeist.
Ein zweiter Teil 52 des gasförmigen Kopfstickstoffs der Hochdrucksäule 26 wird als "zweiter Stickstoffstrom" dem kalten Ende des Hauptwärmetauschers 23c zugeführt, auf einer Zwischentemperatur von 133 K über Leitung 53 wieder entnommen und in einer kalten Entspannungsmaschine 54 arbeitsleistend auf 1 ,2 bar entspannt. Der entspannte zweite Stickstoffstrom 56 wird wieder zum kalten Ende des Hauptwärmetauschers 23c zurückgeleitet, auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und über die Leitungen 58 und 59 mindestens teilweise der Reinigungsvorrichtung 33 als Regeneriergas zugeführt, gegebenenfalls nach weiterer Erwärmung in einem dampfbetriebenen Regeneriergaserhitzer 60. Beladenes Regeneriergas 61 wird an die Atmosphäre abgegeben.
Ein Teil des Gases aus Leitung 58 - oder wenn zeitweise kein Bedarf an Regeneriergas besteht, auch die Gesamtmenge - kann über Leitung 62 in die Atmosphäre abgeblasen werden.
Ein dritter Teil 63 des gasförmigen Kopf Stickstoffs der Hochdrucksäule 26 wird als "erster Stickstoffstrom" im Hauptwärmetauscher 23a auf etwa Umgebungstemperatur erwärmt und mindestens teilweise über die Leitungen 64, 65 und 66 dem ersten Nachkühler 6 zugeleitet und dort auf etwa 340 K erhitzt. Der erstmals erhitzte erste Stickstoffstrom 67 wird in einer ersten warmen Entspannungsmaschine 68 auf einen Zwischendruck von etwa 2,3 bar und eine Temperatur von etwa 288 K arbeitsleistend entspannt. Der unter dem Zwischendruck stehende erste Stickstoffstrom 70 wird in dem zweiten Nachkühler 8 ein zweites Mal auf etwa 340 K erhitzt. Der zum zweiten Mal erhitzte erste Stickstoffstrom 71 wird in einer zweiten warmen Entspannungsmaschine 72 auf einen Enddruck von etwa 1 ,15 bar und eine Temperatur von etwa 287 K arbeitsleistend entspannt. Der auf den Enddruck entspannte erste Stickstoffstrom 74 wird über die Leitungen 75, 76 mit dem entspannten und angewärmten zweiten Stickstoffstrom 57 vermischt und ebenfalls mindestens teilweise als Regeneriergas für die Reinigungsvorrichtung 22 eingesetzt. Über eine Bypass-Leitung 76 kann mindestens ein Teil des Gases aus Leitung 65 an den beiden warmen Entspannungsturbinen 69, 72 vorbeigeführt werden.
Ein Teil 83 des im WT 23a angewärmten Druckstickstoffs 83 kann als gasförmiges Druckprodukt abgegeben werden (PGAN - pressurized gaseous nitrogen).
Ein Teil der Einsatzluft 23 kann als Ausgleichsstrom 77, 78, 79 zwischen dem zweiten Block 23b und dem dritten Block 23c des Hauptwärmetauschers genutzt werden.
Alle Entspannungsmaschinen des Ausführungsbeispiels sind als Turboexpander ausgeführt und werden von Generatoren 55, 69, 73 gebremst.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, das eine Hochdrucksäule (26) und eine Niederdrucksäule (32) aufweist, wobei - die Hochdrucksäule (26) und die Niederdrucksäule (32) über einen
Kondensator-Verdampfer (37) thermisch gekoppelt sind,
- Einsatzluft (1) in einem Luftverdichter (3) verdichtet, mindestens in einem ersten Nachkühler (6) gekühlt und in einer Reinigungsvorrichtung (22) gereinigt, in einem Hauptwärmetauscher (23a, 23b, 23c) abgekühlt und mindestens teilweise in die Hochdrucksäule (26) eingeleitet (25, 29) wird,
- mindestens ein flüssiger Strom (33, 35) aus der Hochdrucksäule (26) in die Niederdrucksäule (32) eingeleitet wird,
- der Niederdrucksäule (32) ein sauerstoffangereicherter Produktstrom (41 , 45, 46, 47, 48) entnommen wird, - ein erster Stickstoffstrom (63, 64, 65, 66) aus der Hochdrucksäule (26) abgezogen und auf eine Temperatur von mindestens 280 K angewärmt (6) wird und
- der angewärmte erste Stickstoffstrom (67) in einer ersten warmen Entspannungsmaschine (68) arbeitsleistend entspannt, 72) wird, dadurch gekennzeichnet, dass
- der in der ersten warmen Entspannungsmaschine (68) entspannte erste Stickstoffstrom (70, 71) in einer zweiten warmen Entspannungsmaschine (72) arbeitsleistend entspannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Anwärmung des ersten Stickstoffstroms Restwärme eingesetzt wird, wobei insbesondere die Anwärmung des ersten Stickstoffstroms mindestens zum Teil in dem ersten Nachkühler (6) durchgeführt und der erste Stickstoffstrom (66) dort in indirekten Wärmeaustausch mit Einsatzluft (5) stromabwärts des Luftverdichters (3) gebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste
Stickstoffstrom (66, 67) stromaufwärts der ersten warmen Entspannungsmaschine (68) in dem ersten Nachkühler (6) angewärmt, anschließend in der ersten Entspannungsmaschine (68) auf einen Zwischendruck entspannt wird, und der auf den Zwischendruck entspannte erste Stickstoffstrom (70) in einem zweiten Nachkühler (8) erwärmt und anschließend in der zweiten warmen Entspannungsmaschine (72) auf einen Enddruck entspannt wird, der niedriger als der Zwischendruck ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Nachkühler (6, 8) luftseitig parallel geschaltet sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der in der zweiten warmen Entspannungsmaschine (72) arbeitsleistend entspannte erste Stickstoffstrom (74) mindestens teilweise als Regeneriergas (58, 59) in der Reinigungsvorrichtung (22) eingesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
- ein zweiter Stickstoffstrom (52) aus der Hochdrucksäule (26) abgezogen, in dem Hauptwärmetauscher (23c) auf eine Zwischentemperatur angewärmt wird,
- der auf die Zwischentemperatur angewärmte zweite Stickstoffstrom (53) in einer kalten Entspannungsmaschine (54) arbeitsleistend entspannt und anschließend erneut im Hauptwärmetauscher (23c) angewärmt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der arbeitsleistend entspannte zweite Stickstoffstrom (57) mindestens teilweise als Regeneriergas (58, 59) in der Reinigungsvorrichtung (22) eingesetzt wird.
8. Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
- mit einem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, das eine Hochdrucksäule (26) und eine Niederdrucksäule (32) aufweist,
- wobei die Hochdrucksäule (26) und die Niederdrucksäule (32) über einen Kondensator-Verdampfer (37) thermisch gekoppelt sind,
- mit einem Luftverdichter (3) zum Verdichten von Einsatzluft (1), einem ersten Nachkühler (6) zur Kühlung verdichteter Einsatzluft (4), einer stromabwärts des ersten Nachkühlers (6) angeordneten Reinigungsvorrichtung (22) für Einsatzluft, einem Hauptwärmetauscher (23a. 23b, 23c) zur Abkühlen gereinigter Einsatzluft (23) und einer Hauptluftleitung (25) zum Einleiten abgekühlter Einsatzluft in die Hochdrucksäule (26),
- mit Mitteln zur Entnahme mindestens eines flüssigen Stroms (33, 35) aus der Hochdrucksäule (26) und dessen Einleitung in die Niederdrucksäule (32) , - mit einer Sauerstoffproduktleitung zum Entnehmen eines sauerstoffangereicherten Produktstroms (41 , 45, 46, 47, 48) aus der Niederdrucksäule,
- mit einer ersten Stickstoffleitung zum Entnehmen eines ersten Stickstoffstroms (63) aus der Hochdrucksäule (26), - mit Mitteln (6) zum Anwärmen des ersten Stickstoffstroms (65, 66) auf eine
Temperatur von mindestens 280 K und
- mit einer ersten warmen Entspannungsmaschine (68) zur arbeitsleistenden Entspannung des angewärmten ersten Stickstoffstroms (67), gekennzeichnet durch eine zweite warme Entspannungsmaschine (72) zur arbeitsleistenden Entspannung des in der ersten warmen Entspannungsmaschine
(68) entspannten ersten Stickstoffstroms (70, 71).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Anwärmen des zweiten Stickstoff Stroms den ersten Nachkühler (6) umfassen, und dieser für den indirekten Wärmeaustausch zwischen dem ersten Stickstoffstrom
(66) und verdichteter Einsatzluft (5) ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten warmen Entspannungsmaschine (68) und der zweiten warmen Entspannungsmaschine (72) ein zweiter Nachkühler (8) angeordnet ist, der für den indirekten Wärmeaustausch zwischen dem zweiten Stickstoffstrom (70) und verdichteter Einsatzluft (7) ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Nachkühler (6, 8) luftseitig parallel geschaltet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , gekennzeichnet durch Mittel zum Zuführen des in der zweiten warmen Entspannungsmaschine (72) arbeitsleistend entspannten ersten Stickstoffstroms (74) als Regeneriergas (58, 59) zu der Reinigungsvorrichtung (22).
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, gekennzeichnet durch eine zweite Stickstoffleitung zum Entnehmen eines zweiten Stickstoffstroms (52) aus der Hochdrucksäule (26), wobei die zweite Stickstoff leitung durch den Hauptwärmetauscher (23c) führt, an einer Zwischenstelle aus dem
Hauptwärmetauscher (23c) austritt und weiter durch eine kalte Entspannungsmaschine (54) und erneut durch den Hauptwärmetauscher (23c) führt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Mittel zum Zuführen des arbeitsleistend entspannten zweiten Stickstoffstroms (57) als Regeneriergas (58, 59) zu der Reinigungsvorrichtung
15. Oxyfuel-Kraftwerk mit einer Brennkammer und einer Tieftemperatur- Luftzerlegungsanlage, wobei die Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage als
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14 ausgeführt ist und die Sauerstoffproduktleitung (48) mit der Brennkammer verbunden ist.
16. Verfahren zum Betrieben eines Oxyfuel-Kraftwerks, das eine Brennkammer und eine Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage, bei dem die Tieftemperatur- Luftzerlegungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7 betrieben wird und der sauerstoffangereicherte Produktstrom (48) mindestens teilweise der Brennkammer zugeführt wird.
(22),
EP09777817A 2008-08-14 2009-08-11 Verfahren und vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft Withdrawn EP2313724A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008037693 2008-08-14
PCT/EP2009/005830 WO2010017968A2 (de) 2008-08-14 2009-08-11 Verfahren und vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2313724A2 true EP2313724A2 (de) 2011-04-27

Family

ID=41669383

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP09777817A Withdrawn EP2313724A2 (de) 2008-08-14 2009-08-11 Verfahren und vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20110214453A1 (de)
EP (1) EP2313724A2 (de)
WO (1) WO2010017968A2 (de)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2947042A1 (fr) * 2009-12-10 2010-12-24 Air Liquide Echangeur principal d'un appareil de separation d'air et procede de refroidissement d'air utilisant un tel echangeur
FR2961892A1 (fr) * 2010-06-29 2011-12-30 Air Liquide Installation de separation d’air comprenant au moins un echangeur a surface primaire
CN103282732B (zh) * 2010-07-05 2016-08-03 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 通过低温蒸馏分离空气的装置和方法
DE102010034802A1 (de) 2010-08-19 2012-02-23 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP2447653A1 (de) * 2010-11-02 2012-05-02 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur kryogenischen Luftabscheidung mit einem Nebenkondensator
FR2976059B1 (fr) * 2011-05-31 2013-05-31 Air Liquide Appareil et procede integre de separation d'un melange de dioxyde de carbone et au moins un autre gaz et de separation d'air par distillation cryogenique
US20130111948A1 (en) 2011-11-04 2013-05-09 Air Products And Chemicals, Inc. Purification of Carbon Dioxide
CN105556228B (zh) 2013-07-09 2018-02-09 林德股份公司 产生压缩气流的方法和设备及低温分离空气的方法和设备
EP2863156A1 (de) * 2013-10-17 2015-04-22 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Gewinnung wenigstens eines Luftprodukts in einer Luftbehandlungsanlage und Luftbehandlungsanlage
JP6090223B2 (ja) * 2014-04-02 2017-03-08 Ｊｆｅスチール株式会社 冷却用窒素の供給量の制御方法およびプログラム
EP3026380A1 (de) 2014-11-27 2016-06-01 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Ausschleusen schwerer als Sauer- stoff flüchtiger Komponenten aus einer Luftzerlegungsanlage
EP3559576A2 (de) * 2016-12-23 2019-10-30 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungsanlage
US11054182B2 (en) * 2018-05-31 2021-07-06 Air Products And Chemicals, Inc. Process and apparatus for separating air using a split heat exchanger

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4557735A (en) * 1984-02-21 1985-12-10 Union Carbide Corporation Method for preparing air for separation by rectification
AT389526B (de) * 1988-03-15 1989-12-27 Voest Alpine Ind Anlagen Verfahren zur gewinnung von fluessig-roheisen in einem einschmelzvergaser
GB9015377D0 (en) * 1990-07-12 1990-08-29 Boc Group Plc Air separation
FR2690982A1 (fr) * 1992-05-11 1993-11-12 Air Liquide Procédé et installation de production d'oxygène gazeux impur par distillation d'air.
IL108546A (en) * 1994-02-03 1997-01-10 Israel Electric Corp Ltd Compressed air energy storage method and system
US5396772A (en) * 1994-03-11 1995-03-14 The Boc Group, Inc. Atmospheric gas separation method
JP2875206B2 (ja) * 1996-05-29 1999-03-31 日本エア・リキード株式会社 高純度窒素製造装置及び方法
JP3737612B2 (ja) * 1997-08-12 2006-01-18 大陽日酸株式会社 低純度酸素の製造方法及び装置
FR2827371A1 (fr) * 2002-09-04 2003-01-17 Air Liquide Procede de production d'oxygene liquide, d'azote liquide et d'azote gazeux par distillation d'air
US7827794B1 (en) * 2005-11-04 2010-11-09 Clean Energy Systems, Inc. Ultra low emissions fast starting power plant
US9222725B2 (en) * 2007-06-15 2015-12-29 Praxair Technology, Inc. Air separation method and apparatus

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2010017968A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010017968A2 (de) 2010-02-18
US20110214453A1 (en) 2011-09-08
WO2010017968A3 (de) 2012-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2313724A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft
EP1067345B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE69413918T2 (de) Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP1994344A1 (de) Vefahren und vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft
EP2015012A2 (de) Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP0093448A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von gasförmigem Sauerstoff unter erhöhtem Druck
EP1031804B1 (de) Tieftemperaturzerlegung von Luft mit Stickstoff Rückführung
DE102010052545A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung eines gasförmigen Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE102010052544A1 (de) Verfahren zur Gewinnung eines gasförmigen Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP1074805B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Sauerstoff unter überatmosphärischem Druck
WO2014019698A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur erzeugung elektrischer energie
EP2520886A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines gasförmigen Sauerstoff-Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP3059536A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung eines Druckstickstoffprodukts
EP3290843A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von druckstickstoff und flüssigstickstoff durch tieftemperaturzerlegung von luft
EP2963369B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft
DE19951521A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung eines Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP0768503B1 (de) Dreifachsäulenverfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP2551619A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Druckstickstoff und Drucksauerstoff durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
WO2016058666A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur variablen gewinnung von argon durch tieftemperaturzerlegung
DE60016874T2 (de) Luftzerlegung
WO2017108187A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von reinem stickstoff und reinem sauerstoff durch tieftemperaturzerlegung von luft
DE19933558C5 (de) Dreisäulenverfahren und -vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE102007042462A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP2770286B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Hochdruck-Sauerstoff und Hochdruck-Stickstoff
EP1189001B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung hoch reinen Stickstoffs durch Tieftemperatur-Luftzerlegung

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20110201

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA RS

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
R17D Deferred search report published (corrected)

Effective date: 20121122

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20130611