EP2979051A2 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von gasförmigem drucksauerstoff mit variablem energieverbrauch - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von gasförmigem drucksauerstoff mit variablem energieverbrauch

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EP2979051A2
EP2979051A2 EP14714174.1A EP14714174A EP2979051A2 EP 2979051 A2 EP2979051 A2 EP 2979051A2 EP 14714174 A EP14714174 A EP 14714174A EP 2979051 A2 EP2979051 A2 EP 2979051A2
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EP
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pressure
air
oxygen
heat exchanger
main heat
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Dimitri Goloubev
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Linde GmbH
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    • 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
    • F25J2240/42—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 air

Definitions

  • the invention relates to a method for the variable production of gaseous
  • the distillation column system can be designed as a two-column system (for example as a classic Linde double column system), or as a three-column or multi-column system. It may in addition to the columns for nitrogen-oxygen separation further devices for obtaining highly pure products and / or other air components, in particular of noble gases, for example, an argon production and / or a krypton-xenon recovery.
  • nitrogen-oxygen separation further devices for obtaining highly pure products and / or other air components, in particular of noble gases, for example, an argon production and / or a krypton-xenon recovery.
  • a liquid pressurized oxygen product stream is vaporized against a heat carrier and finally recovered as a gaseous pressure product.
  • This method is also called internal compression. It serves for the production of pressure oxygen. In the case of a supercritical pressure, no phase transition takes place in the true sense, the product is then "pseudo-evaporated".
  • a high-pressure heat carrier is liquefied (or pseudo-liquefied when it is under supercritical pressure).
  • DFE liquid turbine
  • Electricity tariff fluctuations in the area of industrial plants are getting bigger and bigger. Influenced by the certain seasonal fluctuations, the fluctuation range of the electricity tariff is also determined by the day-night cycle. When there is a low power requirement in the grid (for example at night), there may be an excess of electricity. However, this surplus is to be reduced and is therefore offered for a lower price. If the electricity demand in the grid increases (for example, during the day), the price of electricity also increases. Depending on the region and special
  • Framework conditions can vary electricity prices in one place by a factor of five or even more.
  • a method according to the preamble of claim 1 is known from EP 793070 A2.
  • the invention has for its object to provide a method of the type mentioned above and a corresponding device that require a relatively low cost of equipment, yet allow variable in a particularly wide range operation of the system in terms of energy consumption and work very efficiently.
  • Patent claim 1 solved.
  • the system With low energy supply and high electricity price, the system is operated in the second mode. It is by the supply of liquid oxygen Both cold introduced into the system as well as already performed separation work. The oxygen, which is supplied from outside, no longer needs to be generated in the system. Accordingly, the total amount of air introduced into the plant can be reduced. It is also possible to reduce the production of refrigeration, in extreme cases to zero. The turbine flow (second partial flow) is thus reduced or even completely switched off. The amount of gaseous pressure oxygen product remains the same or substantially the same. Under “essentially the same” here becomes one
  • booster also called BAC called "booster air compressor”
  • boost air compressor for the second and the third partial flow of air used;
  • the corresponding after-compressor is designed to be double-stranded. This causes a particularly wide range in which the total amount of feed air and thus the energy consumption of the system can be varied.
  • the energy consumption in a second mode is reduced to 50% by switching off one of the two booster and operating the other in underload (about 0%) of the
  • Total air flow is first compressed, it may also be formed multi-stranded or optionally single-stranded.
  • the two booster have, for example, 2 to 5 stages, in particular 3 to 4 stages.
  • three or more parallel-connected booster for the second and the third partial flow of air can be used; the booster is then formed three or more stranded.
  • upstream or downstream of the multistage reboiler additional boosters can be used which compress the second and third sub-streams individually or jointly.
  • first pressure first partial flow, so-called throttle flow
  • second high pressure second partial flow
  • Turbine flow may be the same or different. It is also possible to compress the total air to the first or second high pressure; Alternatively, the total air is compressed to a lower pressure, for example, the high pressure column pressure plus line losses, and the first and / or the second partial flow of the air are recompressed.
  • the second partial flow is after his work-performing relaxation usually at least partially, preferably completely or substantially completely introduced into the high-pressure column.
  • total airflow is meant the amount of air that is ultimately introduced into the distillation column system. This is done in different ways, in the form of two, three or more part streams, which flow through the main heat exchanger on at least one section.
  • Oxygen stream may be produced during the first mode of operation in the plant itself ("third oxygen stream" of claim 3); the "external source outside the distillation column system" is then replaced by a
  • Liquid oxygen tank formed in which during normal operation at least a portion of the third oxygen stream is introduced.
  • Air separation plant or from tank trucks is filled.
  • liquid products such as liquid nitrogen and / or liquid argon can be produced in the distillation column system in addition to the liquid oxygen.
  • the streams in the second mode of operation are reduced relative to the first mode of operation (normal mode with liquid production) by a value that lies in the following numerical ranges: total amount of air 5 mol% to 30 mol%
  • Turbine quantity (turbine stream) 10 mol% to 100 mol%
  • a third oxygen stream from the low pressure column is withdrawn as a liquid product.
  • less oxygen is obtained as a liquid product, preferably none at all.
  • the second amount of liquid oxygen (on LOX product) is preferably from 50 mole% to 100 mole% lower than the first amount of liquid oxygen.
  • the second mode of operation preferably none of the process streams of the
  • Distillation column system subjected to cold compaction.
  • no rotating machines are used in the second mode of operation, which are not used in the first mode of operation.
  • the hardware outlay for variable operation is thus very low.
  • cold compression is meant here a gas compression process in which the gas is supplied to the compression at a temperature which is significantly below the ambient temperature, in particular below 240 K.
  • the inventive method can be carried out particularly efficiently. All the cold that is supplied via the liquid feed can be used to reduce the amount of turbine air. By correspondingly less air must be recompressed or by - in processes with compression of the total air to a high pressure - the total air is compressed to a much lower pressure.
  • the work-performing expansion of the second partial flow is set completely, that is, the second turbine quantity is zero.
  • the two booster can each have a separate aftercooler; Alternatively, their heat of compression is removed in a common aftercooler.
  • the total air flow can only consist of the first partial flow (turbine flow) and the second partial flow (throttle flow).
  • the total air flow may also include other air partial flows, including a first part (direct air), the turbine without relaxation and in a substantially gaseous state in the
  • Distillation columns system in particular in the high-pressure column is fed.
  • substantially gaseous here is meant a stream which is completely gaseous or contains less than 1-2 mol% of liquid.
  • the total air flow is divided into exactly three air streams, as described in claim 7.
  • the invention also relates to a device according to claim 8.
  • the device according to the invention can be supplemented by device features which correspond to the features of the dependent method claims.
  • the variable operation according to the invention can be applied not only to systems that are designed from the outset to such a variable operation.
  • the invention also relates to a method for retrofitting an existing cryogenic air separation plant according to the claims 9 to 1 1.
  • 1 shows a first embodiment without argon recovery and 2 shows a second embodiment with argon recovery.
  • the main air compressor, the pre-cooling of the air and the air cleaning are not shown in Figure 1.
  • the purified total air 1 occurs in the first mode
  • a first part 2 is cooled under this pressure in a main heat exchanger 3 to about dew point and introduced via line 4 in the high pressure column 5 of a distillation column system, which also has a low pressure column 6 and a main capacitor 7.
  • the two columns have at their top an operating pressure of 5.0 to 5.5 bar or 1, 3 to 1, 4 bar.
  • the pressures in both columns may be raised approximately proportionally to a higher level.
  • a second part 8 of the total air 1 is recompressed to 58 bar in a pair of parallel-connected booster compressors 9, 10 with aftercooler 1 1 and supplied to the main heat exchanger 3 as "first partial flow” 13 and "second partial flow” 16.
  • the first partial flow is led to the cold end of the main heat exchanger and thereby pseudo-liquefied. After relaxation in a throttle valve 15, it is in
  • the second partial flow is at an intermediate temperature via line 16 from the
  • Main heat exchanger 3 removed, expanded in an expansion turbine 17 work to about high-pressure column pressure. After separation of a small proportion of liquid in a separator (phase separator) 18, the second partial stream is supplied together with the first part of the feed air via line 4 of the high-pressure column.
  • the turbine 17 is braked by an electric generator G.
  • the oxygen-enriched bottoms liquid 19 of the high-pressure column is cooled in a subcooling countercurrent 20 and fed via line 21 to the low-pressure column 6 at an intermediate point.
  • Impure liquid nitrogen 24 is also supercooled (20) and then fed via line 25 as reflux to the top of the low-pressure column 6.
  • a first part 27 of the gaseous nitrogen head 26 of the high-pressure column 5 is completely or almost completely liquefied in the main condenser 7.
  • the case obtained liquid nitrogen 28 is fed to a first part 29 as reflux to the head of the high-pressure column 5.
  • a second part 30, 32 can be obtained after supercooling 20 and flash gas separation in a separator (phase separator) 33 as a liquid product (LIN).
  • a second part 39 of the gaseous top nitrogen 26 of the high-pressure column 5 is warmed in the main heat exchanger and recovered via line 40 as a gaseous pressure nitrogen product (PGAN).
  • Main condenser 7 liquid oxygen 34 is withdrawn. A first part of this flows as "first oxygen stream" 35 to a pump 36 and is brought there in the liquid state to an elevated pressure of 30 bar.
  • the oxygen stream 37 (subcritical in the example) is fed to the cold end of the main heat exchanger. In the main heat exchanger 3, it is evaporated and at about
  • a second part 44/45 of the liquid oxygen 34 is - optionally after
  • LOX to tank liquid oxygen tank
  • a conduit 46 serves to feed a "second oxygen stream" from the liquid oxygen tank into the bottom of the low-pressure column; she is in the first one
  • Gaseous impurity nitrogen 41 from the head of the low pressure column 6 is in
  • nitrogen can be recovered as a liquid product (LIN) and pure gaseous nitrogen from the low pressure column (not shown).
  • line 45 is closed, preferably also no liquid nitrogen (LIN) is produced.
  • line 46 liquid oxygen is fed from outside the distillation column system into the low-pressure column.
  • the amount of gaseous pressure oxygen 38 / GOX IC remains the same.
  • the total amount of air 1 is reduced by about 32 mol% compared to the first mode of operation, the second part 8/12 even by 65 mol%;
  • one of the two booster 9, 10 is out of service, the other is driven with reduced power.
  • the turbine 17 stands still, the bypass 43 is open and is traversed by a small stream, which flushes the corresponding passages of the main heat exchanger.
  • the total air pressure is only 5.3 bar, the air pressure downstream of the booster 9, 10 only 53 bar.
  • the same amount of gaseous pressure oxygen product (GOX IC) is supplied under the same pressure as in the first mode of operation.
  • Print product can be obtained under about 30 bar. It also produces about the same amount of liquid nitrogen as liquid oxygen. Here, two effects increase and thus allow a particularly high reduction of the
  • Redensification (first and second partial flow): On the one hand, the total amount of air is reduced by supplying liquid oxygen from the outside (and thus no longer has to be generated from the supplied air volume); On the other hand, the non-produced LOX and LIN products further reduce the demand for air and refrigeration.
  • the second numerical example for a pure gas system shown below however, only the changes in quantity are described alone
  • the invention can be used mutatis mutandis in processes without recompression, in which the total air is compressed to significantly high-pressure column pressure (HAP - high air pressure).
  • HAP high-pressure column pressure
  • the turbine 7 can be braked instead of the generator by a compressor for turbine air.
  • An application of the invention to methods with so-called injection turbine the air from the main air compressor is not led to relaxation in the pressure column but in the low pressure column) or with more than one turbine and those with nitrogen cycle is possible.
  • Figure 2 differs from Figure 1 only by an added
  • Argon recovery which is shown here only schematically (argon box). This is connected in the usual way with high pressure column and low pressure column.
  • the system of Figure 2 can be operated as in Figure 1.
  • an amount of liquid argon LAR is obtained, which is reduced in proportion to the total amount of air.
  • a second numerical example deviates therefrom in that no liquid oxygen product is (also) obtained in the first mode of operation (and preferably also no
  • Liquid nitrogen product LIN Liquid nitrogen product LIN. Also in this case the amount of product is on
  • gaseous pressure oxygen 38 / GOX IC in the second mode of operation equal to that in the first mode.
  • the total amount of air is reduced compared to the first mode by 10 mol%, the second part 8/12 by 25 mol%.
  • This can also be accomplished with a single post-compressor (instead of the two parallel ones shown in the drawings).
  • the turbine stream 16 can also be withdrawn at an intermediate take-off of the two booster 9, 10, ie with a lower pressure than the pressure than the throttle flow 13, which is then removed from the outlet of the booster 9, 10.
  • the turbine 17 can also be braked with a post-compressor stage, which further compresses one of the streams 13 and 16 or both.

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Abstract

Das Verfahren und der Vorrichtung dienen zur variablen Erzeugung von gasförmigem Drucksauerstoff durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Destillationssäulen-System, das eine Hochdrucksäule (5) und eine Niederdrucksäule (6) aufweist. Einsatzluft wird in Form eines Gesamtluftstroms (1) in einem Hauptwärmetauscher (3) abgekühlt. Mindestens ein Teil der abgekühlten Einsatzluft wird in die Hochdrucksäule (5) eingeleitet. Ein erster Sauerstoffstrom (35) aus der Niederdrucksäule (6) wird in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck gebracht (36), im Hauptwärmetauscher (3) verdampft oder pseudo-verdampft und angewärmt und schließlich als gasförmiges Drucksauerstoffprodukt gewonnen. Ein erster und ein zweiter Teilstrom (12) der Einsatzluft werden vor ihrem Eintritt in den Hauptwärmetauscher (3) auf einen hohen Druck gebracht (9, 10), der mindestens 4 bar höher als der Betriebsdruck der Hochdrucksäule (5) ist. Der erste Teilstrom wird in dem Hauptwärmetauscher (3) verflüssigt oder pseudo-verflüssigt und anschließend in das Destillationssäulen-System eingeleitet (14). Der zweite Teilstrom (16) wird arbeitsleistend entspannt (17) und anschließend in das Destillationssäulen-System eingeleitet (4). In einer ersten Betriebsweise wird eine erste Gesamtluftmenge im Hauptwärmetauscher (3) abgekühlt und eine erste Turbinenmenge wird als erster Teilstrom (16) der arbeitsleistenden Entspannung zugeführt. In einer zweiten Betriebsweise wird ein zweiter Sauerstoffstrom (46) aus einer externen Quelle außerhalb des Destillationssäulen-Systems in flüssigem Zustand in die Niederdrucksäule (6) eingeführt, weniger Gesamtluft (1) im Hauptwärmetauscher (3) abgekühlt weniger Luft der arbeitsleistenden Entspannung (17) zugeführt als in der ersten Betriebsweise.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von gasförmigem Drucksauerstoff mit variablem Energieverbrauch
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur variablen Erzeugung von gasförmigem
Drucksauerstoff mit variablem Energieverbrauch gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Verfahren und Vorrichtungen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft sind zum Beispiel aus Hausen/Linde, Tieftemperaturtechnik, 2. Auflage 1985, Kapitel 4 (Seiten 281 bis 337) bekannt.
Das Destillationssäulen-System kann als Zwei-Säulen-System (zum Beispiel als klassisches Linde-Doppelsäulensystem) ausgebildet sein, oder auch als Drei- oder Mehr-Säulen-System. Es kann zusätzlich zu den Kolonnen zur Stickstoff-Sauerstoff- Trennung weitere Vorrichtungen zur Gewinnung hoch reiner Produkte und/oder anderer Luftkomponenten, insbesondere von Edelgasen aufweisen, beispielsweise eine Argongewinnung und/oder eine Krypton-Xenon-Gewinnung.
Bei dem Prozess wird ein flüssig auf Druck gebrachter Sauerstoff-Produktstrom gegen einen Wärmeträger verdampft und schließlich als gasförmiges Druckprodukt gewonnen. Diese Methode wird auch als Innenverdichtung bezeichnet. Sie dient zur Gewinnung von Drucksauerstoff. Für den Fall eines überkritischen Drucks findet kein Phasenübergang im eigentlichen Sinne statt, der Produktstfom wird dann "pseudo- verdampft".
Gegen den (pseudo-)verdampfenden Produktstrom wird ein unter hohem Druck stehender Wärmeträger verflüssigt (beziehungsweise pseudo-verflüssigt, wenn er unter überkritischem Druck steht). Der Wärmeträger wird häufig durch einen Teil der Luft gebildet, im vorliegenden Fall von dem "zweiten Teilstrom" der verdichteten Einsatzluft; gelegentlich wird dieser Strom auch Drosselstrom genannt, obwohl er anstelle eines Drosselventils auch in einer Flüssigturbine (DFE = "dense fluid expander") entspannt werden kann. Innenverdichtungsverfahren sind zum Beispiel bekannt aus DE 830805, DE 901542 (= US 2712738/US 2784572), DE 952908, DE 1103363 (= US 3083544), DE 1 1 12997 (= US 3214925), DE 1 124529, DE 1 1 17616 (= US 3280574), DE 1226616
(= US 3216206), DE 1229561 (= US 3222878), DE 1 199293, DE 1 187248
(= US 3371496), DE 1235347, DE 1258882 (= US 3426543), DE 1263037
(= US 3401531 ), DE 1501722 (= US 3416323), DE 1501723 (= US 3500651 ),
DE 253132 (= 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 1 134525 A1 (= US 6477860), DE 10013073 A1 , EP 1 139046 A1 , EP 1 146301 A1 , EP 1 150082 A1 , EP 1213552 A1 , DE 10115258 A1 , EP 1284404 A1 (= US 2003051504 A1 ), EP 1308680 A1 (= US 6612129 B2), DE 10213212 A1 , DE 1021321 1 A1 , EP 1357342 A1 oder DE 10238282 AI DE 10302389 A1 , DE 10334559 A1 , DE 10334560 A1 , DE 10332863 A1 , EP 1544559 A1 , EP 1585926 A1 , DE 102005029274 A1 EP 1666824 A1 ,EP 1672301 A1 , DE 102005028012 A1 , WO 2007033838 A1 , WO 2007104449 A1 , EP 1845324 A1 , DE 102006032731 A1 , EP 1892490 A1 , DE 102007014643 A1 , A1 , EP 2015012 A2, EP 2015013 A2, EP 2026024 A1 , WO 2009095188 A2 oder DE 102008016355 A1.
Vielfach zwingt ein schwankender Sauerstoffbedarf dazu, eine Luftzerlegungsanlage auf variablen Betrieb mit variabler Sauerstoffproduktion auszulegen. Umgekehrt kann es sinnvoll sein, eine Luftzerlegungsanlage trotz konstanter oder im Wesentlichen konstanter Produktion variabel zu betreiben, indem verschiedene Betriebsweisen vorgesehen sind, die unterschiedlich hohen Energieverbrauch aufweisen.
Gegeben durch unterschiedliche Faktoren (nicht zuletzt durch immer größer werdenden Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung) werden die
Stromtarif-Schwankungen im Bereich Industrieanlagen immer größer. Beeinflusst von den gewissen Saisonschwankungen, wird die Schwankungsbreite des Stromtarifs auch durch den Tag-Nacht-Zyklus bestimmt. Bei niedrigem Strombedarf im Netz (zum Beispiel in der Nacht) kann einen Überschuss an Strom vorliegen. Dieser Überschuss soll aber abgenommen werden und wird daher für einen niedrigeren Preis angeboten. Steigt der Strombedarf im Netz (zum Beispiel tagsüber), steigt auch der Strompreis. Je nach Region und speziellen
Rahmenbedingungen können die Strompreise an einem Ort um den Faktor fünf oder auch stärker variieren.
Es besteht also ein Bedarf, Luftzerlegungsanlagen mit einer schnellen und effizienten Lastanpassung auszustatten. Das kurzzeitige Abstellen solcher Anlage ist regelmäßig aufgrund einer stets aufrechtzuerhaltenden Lieferung an gasförmigem Drucksauerstoff nicht möglich.
Bereits seit über 30 Jahren ist es bekannt, Wechselspeicherverfahren einzusetzen, um ein schwankendes Energieangebot zu kompensieren (Springmann,
"Energieeinsparung", Linde-Symposium "Luftzerlegungsanlagen", 4. Arbeitstagung der Linde AG vom 15.-17.10.1980, Artikel H). Diese benötigen jedoch einen relativ hohen apparativen und regelungstechnischen Aufwand. Außerdem ist aus US 7272954 bekannt, bei hohem Strompreis, tiefkalte Flüssigkeit in das Destillationssäulen-System einzuleiten und die überschüssige Kälte mittels eines Kaltverdichters zu verbrauchen; auch hier wird allerdings zusätzlicher apparativen Aufwand notwendig.
Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus EP 793070 A2 bekannt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine entsprechende Vorrichtung anzugeben, die einen vergleichsweise niedrigen apparativen Aufwand erfordern, trotzdem einen in einem besonders weiten Bereich variablen Betrieb der Anlage hinsichtlich ihres Energieverbrauchs ermöglichen und dabei besonders effizient arbeiten.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des
Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei geringem Energieangebot und hohem Strompreis wird die Anlage in der zweiten Betriebsweise gefahren. Dabei wird durch die Einspeisung von flüssigem Sauerstoff sowohl Kälte in die Anlage eingebracht als auch bereits geleistete Trennarbeit. Der Sauerstoff, der von außen zugeführt wird, braucht nicht mehr in der Anlage erzeugt zu werden. Entsprechend kann die Gesamtluftmenge, die in die Anlage eingeführt wird, vermindert werden. Verringert werden kann auch die Kälteproduktion, im Extremfall auf Null. Der Turbinenstrom (zweiter Teilstrom) wird also verringert oder sogar ganz abgeschaltet. Dabei bleibt die Menge an gasförmigem Drucksauerstoffprodukt gleich oder im Wesentlichen gleich. Unter "im Wesentlichen gleich" wird hier eine
Veränderung um weniger als 3 %, vorzugsweise weniger als 2 % verstanden.
Bei der Erfindung werden zwei parallelgeschaltete Nachverdichter (auch BAC genannt - "booster air compressor") für den zweiten und den dritten Teilstrom der Luft eingesetzt; anders ausgedrückt ist der entsprechende Nachverdichter zweisträngig ausgebildet. Dies bewirkt eine besondere große Bandbreite, in der die Gesamtmenge der Einsatzluft und damit der Energieverbrauch der Anlage variiert werden kann.
Gegenüber einer ersten Betriebsweise, die als Designfall mit hoher Flüssigproduktion ausgestaltet ist, der Energieverbrauch in einer zweiten Betriebsweise auf 50 % reduziert werden, in dem einer der beiden Nachverdichter abgeschaltet und der andere in Unterlast (etwa 0 % betrieben wird. Der Hauptluftverdichter, in dem der
Gesamtluftstrom zunächst verdichtet wird, kann dabei ebenfalls mehrsträngig oder gegebenenfalls einsträngig ausgebildet sein. Die beiden Nachverdichter weisen beispielsweise 2 bis 5 Stufen auf, insbesondere 3 bis 4 Stufen. Selbstverständlich können bei der Erfindung auch drei oder mehr parallelgeschaltete Nachverdichter für den zweiten und den dritten Teilstrom der Luft eingesetzt werden; der Nachverdichter ist dann drei- oder mehrsträngig ausgebildet. Stromaufwärts oder stromabwärts des mehrsträngigen Nachverdichters können weitere Nachverdichter eingesetzt werden, die den zweiten und dritten Teilstrom einzeln oder gemeinsam verdichten.
Im Rahmen der Erfindung können der erste Druck (erster Teilstrom, so genannter Drosselstrom) und der zweite hohe Druck (zweiter Teilstrom, so genannter
Turbinenstrom) gleich oder unterschiedlich sein. Es kann auch die Gesamtluft auf den ersten oder zweiten hohen Druck verdichtet werden; alternativ wird die Gesamtluft auf einen niedrigeren Druck verdichtet, beispielsweise auf den Hochdrucksäulendruck plus Leitungsverlusten, und der erste und/oder der zweite Teilstrom der Luft werden nachverdichtet. Der zweite Teilstrom wird nach seiner arbeitsleistenden Entspannung in der Regel mindestens teilweise, vorzugsweise vollständig oder im Wesentlichen vollständig in die Hochdrucksäule eingeführt.
Unter dem "Gesamtluftstrom" wird hier die Menge an Luft verstanden, die im Endeffekt in das Destillationssäulen-System eingeleitet wird. Das geschieht auf unterschiedlichen Wegen, in Form von zwei, drei oder mehr Teilströmen, die den Hauptwärmetauscher auf mindestens einem Teilstück durchströmen.
Der in der zweiten Betriebsweise einzuspeisende Flüssigsauerstoff (zweiter
Sauerstoffstrom) kann während der ersten Betriebsweise in der Anlage selbst produziert werden ("dritter Sauerstoffstrom" des Patentanspruchs 3); die "externe Quelle außerhalb des Destillationssäulen-Systems" wird dann von einem
Flüssigsauerstofftank gebildet, in den während des Normalbetriebs mindestens ein Teil des dritten Sauerstoffstroms eingeleitet wird. Alternativ kann der zweite
Sauerstoffstrom vollständig, teilweise oder zeitweise aus einer anderen Quelle entnommen werden, beispielsweise aus einem Flüssigtank, der nicht aus dem
Destillationssäulen-System der Anlage, sondern aus dem einer benachbarten
Luftzerlegungsanlage oder aus Tankfahrzeugen befüllt wird. Im Normalbetrieb der Anlage können in dem Destillationssäulen-System neben dem Flüssigsauerstoff weitere Flüssigprodukte wie Flüssigstickstoff und/oder Flüssigargon erzeugt werden.
Es ist günstig, wenn bei der Erfindung mindestens eine, vorzugsweise alle der in Patentanspruch 2 genannten Bedingungen erfüllt sind. Bevorzugt werden die Ströme in der zweiten Betriebsweise (Betrieb bei reduziertem Energieangebot) relativ zur ersten Betriebsweise (Normalbetrieb mit Flüssigproduktion) um einen Wert reduziert, der in den folgenden Zahlenbereichen liegt: Gesamtluftmenge 5 mol-% bis 30 mol-%
Turbinenmenge (Turbinenstrom) 10 mol-% bis 100 mol-%
Regelmäßig wird in der zweiten Betriebsweise kein Flüssigprodukt erzeugt,
beziehungsweise, falls eine Argongewinnung vorgesehen ist, kein Flüssigprodukt außer Argon. Eine besonders wirksame Anpassung an ein schwankendes Energieangebot lässt sich bei einem Verfahren nach Patentanspruch 3 erreichen, bei dem in der ersten
Betriebsweise (im Normalbetrieb) ein dritter Sauerstoffstrom aus der Niederdrucksäule als Flüssigprodukt abgezogen wird. In der zweiten Betriebsweise (Stromsparbetrieb) wird weniger Sauerstoff als Flüssigprodukt gewonnen, vorzugsweise überhaupt keiner. Die zweite Flüssigsauerstoffmenge (an LOX-Produkt) ist vorzugsweise um 50 mol-% bis 100 mol-% niedriger als die erste Flüssigsauerstoffmenge. In der zweiten Betriebsweise wird vorzugsweise keiner der Prozessströme des
Destillationssäulen-Systems einer Kaltverdichtung unterzogen. Insbesondere werden in der zweiten Betriebsweise keinerlei rotierenden Maschinen eingesetzt, die nicht auch in der ersten Betriebsweise genutzt werden. Der Hardware-Aufwand für den variablen Betrieb ist damit denkbar gering.
Unter "Kaltverdichtung" wird hier ein Gasverdichtungsvorgang verstanden, bei dem das Gas der Verdichtung bei einer Temperatur zugeführt wird, die deutlich unterhalb der Umgebungstemperatur liegt, insbesondere unterhalb von 240 K. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren besonders effizient durchgeführt werden. Die gesamte Kälte, die über die Flüssigkeitszuspeisung zugeführt wird, kann genutzt werden, um die Turbinenluftmenge zu reduzieren. Indem entsprechend weniger Luft nachverdichtet werden muss oder indem - bei Verfahren mit Verdichtung der Gesamtluft auf einen hohen Druck - die Gesamtluft auf einen deutlich niedrigeren Druck verdichtet wird.
Vorzugsweise wird in der zweiten Betriebsweise die arbeitsleistende Entspannung des zweiten Teilstroms gänzlich eingestellt, das heißt die zweite Turbinenmenge ist null.
Die beiden Nachverdichter können jeweils einen separaten Nachkühler aufweisen; alternativ wird ihre Kompressionswärme in einem gemeinsamen Nachkühler entfernt. Grundsätzlich kann der Gesamtluftstrom nur aus dem ersten Teilstrom (Turbinenstrom) und dem zweiten Teilstrom (Drosselstrom) bestehen. Der Gesamtluftstrom kann auch weitere Luftteilströme umfassen, darunter einen ersten Teil (Direktluft), der ohne Turbinenentspannung und in im Wesentlichen gasförmigem Zustand in das
Destillationssäulen-System, insbesondere in die Hochdrucksäule eingespeist wird. Als "im Wesentlichen gasförmig" wird hier ein Strom bezeichneten, der vollständig gasförmig ist oder weniger als 1-2 mol-% Flüssigkeit enthält. Vorzugsweise wird der Gesamtluftstrom in genau drei Luftströme aufgeteilt, wie es im Patentanspruch 7 beschrieben ist.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 8. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann durch Vorrichtungsmerkmale ergänzt werden, die den Merkmalen der abhängigen Verfahrensansprüche entsprechen. Die erfindungsgemäße variable Betriebsweise kann nicht nur auf Anlagen angewendet werden, die von Vorneherein auf einen solchen variablen Betrieb ausgelegt sind.
Vielmehr betrifft die Erfindung außerdem ein Verfahren zum Nachrüsten einer bestehenden Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage gemäß den Patentansprüchen 9 bis 1 1.
Dabei muss kaum in die Hardware des bestehenden Destillationssäulen-Systems eingegriffen werden. Fehlt eine Leitung zum Einspeisen von Flüssigsauerstoff in die Niederdrucksäule, muss diese natürlich nachgerüstet werden. Unter Umständen kann auch eine vorhandene Leitung genutzt werden; dann müssen lediglich Armaturen und gegebenenfalls eine Pumpe ergänzt werden. Im Übrigen ist es mit einer Anpassung der Regelung getan, das heißt der Software des Betriebsleitsystems. Insbesondere müssen keinerlei rotierende Maschinen nachgerüstet werden. Eine Ausnahme kann der zweite Nachverdichter sein, wenn die bestehende Anlage nur einen einsträngigen Nachverdichter aufweist.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen: Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel ohne Argongewinnung und Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit Argongewinnung.
Der Hauptluftverdichter, die Vorkühlung der Luft und die Luftreinigung sind in Figur 1 nicht dargestellt. Der gereinigte Gesamtluft 1 tritt in der ersten Betriebsweise
(Normalbetrieb/Auslegungsfall) unter einem Druck von 5,8 bar ein. Ein erster Teil 2 wird unter diesem Druck in einen Hauptwärmetauscher 3 auf etwa Taupunkt abgekühlt und über Leitung 4 in die Hochdrucksäule 5 eines Destillationssäulen-Systems eingeleitet, das außerdem eine Niederdrucksäule 6 und einen Hauptkondensator 7 aufweist. Die beiden Säulen weisen an ihrem Kopf einen Betriebsdruck von 5,0 bis 5,5 bar beziehungsweise 1 ,3 bis 1 ,4 bar auf. Alternativ können die Drücke in beiden Säulen etwa proportional auf ein höheres Niveau angehoben werden.
Ein zweiter Teil 8 der Gesamtluft 1 wird in einem Paar von parallel geschalteten Nachverdichtern 9, 10 mit Nachkühler 1 1 auf 58 bar nachverdichtet und als "erster Teilstrom" 13 und "zweiter Teilstrom" 16 dem Hauptwärmetauscher 3 zugeführt. Der erste Teilstrom wird bis zum kalten Ende des Hauptwärmetauschers geführt und dabei pseudo-verflüssigt. Nach Entspannung in einem Drosselventil 15 wird er in
überwiegend flüssigem Zustand in die Hochdrucksäule 5 eingeleitet. Der zweite Teilstrom wird bei einer Zwischentemperatur über Leitung 16 aus dem
Hauptwärmetauscher 3 entnommen, in einer Expansionsturbine 17 arbeitsleistend auf etwa Hochdrucksäulendruck entspannt. Nach Abtrennung eines kleinen Flüssiganteils in einem Abscheider (Phasentrenner) 18 wird der zweite Teilstrom gemeinsam mit dem ersten Teil der Einsatzluft über Leitung 4 der Hochdrucksäule zugeführt. Die Turbine 17 wird von einem elektrischen Generator G gebremst.
Die sauerstoffangereicherte Sumpfflüssigkeit 19 der Hochdrucksäule wird in einem Unterkühlungs-Gegenströmers 20 abgekühlt und über Leitung 21 der Niederdrucksäule 6 an einer Zwischenstelle zugeführt. Über die Leitungen 22 und 23 wird mindestens ein Teil der in die Hochdrucksäule eingespeisten Luft gleich wieder entnommen und nach Unterkühlung 20 der Niederdrucksäule 6 zugespeist. Unreiner Flüssigstickstoff 24 wird ebenfalls unterkühlt (20) und dann über Leitung 25 als Rücklauf auf den Kopf der Niederdrucksäule 6 aufgegeben.
Ein erster Teil 27 des gasförmigen Kopf Stickstoffs 26 der Hochdrucksäule 5 wird in dem Hauptkondensator 7 vollständig oder fast vollständig verflüssigt. Der dabei gewonnene Flüssigstickstoff 28 wird zu einem ersten Teil 29 als Rücklauf auf den Kopf der Hochdrucksäule 5 aufgegeben. Ein zweiter Teil 30, 32 kann nach Unterkühlung 20 und Flashgasabtrennung in einem Abscheider (Phasentrenner) 33 als Flüssigprodukt (LIN) gewonnen werden. Ein zweiter Teil 39 des gasförmigen Kopfstickstoffs 26 der Hochdrucksäule 5 wird im Hauptwärmetauscher angewärmt und über Leitung 40 als gasförmiges Druckstickstoffprodukt (PGAN) gewonnen.
Vom Sumpf der Niederdrucksäule (genauer: aus dem Verdampfungsraum des
Hauptkondensators 7) wird flüssiger Sauerstoff 34 abgezogen. Ein erster Teil davon strömt als "erster Sauerstoffstrom" 35 zu einer Pumpe 36 und wird dort in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck von 30 bar gebracht. Der (in dem Beispiel unterkritische) Sauerstoffstrom 37 wird zum kalten Ende des Hauptwärmetauschers geführt. Im Hauptwärmetauscher 3 wird er verdampft und auf etwa
Umgebungstemperatur angewärmt. Über Leitung 38 wird der erste Sauerstoffstrom schließlich als gasförmiges Drucksauerstoffprodukt (GOX IC) gewonnen.
Ein zweiter Teil 44/45 des flüssigen Sauerstoffs 34 wird - gegebenenfalls nach
Unterkühlung 20 - über Leitung 45 als "dritter Sauerstoffstrom" abgezogen und als Flüssigprodukt gewonnen. Er wird insbesondere in einen Flüssigsauerstofftank (nicht dargestellt) eingeleitet (LOX to tank).
Eine Leitung 46 dient zur Einspeisung eines "zweiten Sauerstoffstroms" aus dem Flüssigsauerstofftank in den Sumpf der Niederdrucksäule; sie ist in der ersten
Betriebsweise jedoch außer Betrieb.
Gasförmiger Unreinstickstoff 41 vom Kopf der Niederdrucksäule 6 wird im
Unterkühlungs-Gegenströmer 20 und weiter im Hauptwärmetauscher 3 angewärmt und über Leitung 42 in die Atmosphäre abgeblasen oder als Regeneriergas in der nicht dargestellten Einrichtung zur Luftreinigung eingesetzt.
In der ersten Betriebsweise ist die Luftturbine 17 in Betrieb, die Bypass-Leitung 43 wird nicht durchströmt. Ebenso wird über Leitung 45 flüssiger Sauerstoff aus dem
Destillationssäulen-System abgezogen. Zusätzlich kann Stickstoff als Flüssigprodukt (LIN) gewonnen werden sowie reiner gasförmiger Stickstoff aus der Niederdrucksäule (nicht dargestellt). In einer zweiten Betriebsweise (Stromsparbetrieb) wird die Leitung 45 geschlossen, vorzugsweise wird auch kein Flüssigstickstoff (LIN) produziert. Umgekehrt wird über Leitung 46 Flüssigsauerstoff von außerhalb des Destillationssäulen-Systems in die Niederdrucksäule eingespeist. Die Produktmenge an gasförmigem Drucksauerstoff 38/GOX IC bleibt dabei gleich. Die Gesamtluftmenge 1 ist gegenüber der ersten Betriebsweise um etwa 32 mol-% vermindert, der zweite Teil 8/12 sogar um 65 mol-%; vorzugsweise ist einer der beiden Nachverdichter 9, 10 außer Betrieb, der andere wird mit reduzierter Leistung gefahren. Die Turbine 17 steht still, der Bypass 43 ist offen und wird von einem kleinen Strom durchflössen, der die entsprechenden Passagen des Hauptwärmetauschers spült. Der Gesamtluftdruck beträgt nur noch 5,3 bar, der Luftdruck stromabwärts der Nachverdichter 9, 10 nur noch 53 bar. Dabei wird in der zweiten Betriebsweise gleich viel gasförmiges Drucksauerstoffprodukt (GOX IC) unter gleichem Druck geliefert wie in der ersten Betriebsweise. Diese Zahlen gelten für den Fall, dass in der ersten Betriebsweise etwa 25 mol-% des Gesamtsauerstoffprodukts als Flüssigprodukt und etwa 75 mol-% als gasförmiges (innenverdichtetes)
Druckprodukt unter ca. 30 bar gewonnen werden. Außerdem wird dabei etwa gleich viel an flüssigem Stickstoff wie an flüssigem Sauerstoff produziert. Hier verstärken sich zwei Effekte und ermöglichen damit eine besonders hohe Verringerung des
Energieverbrauchs am Hauptluftverdichter (Gesamtluftmenge) und beim
Nachverdichten (erster und zweiter Teilstrom): Zum Einen wird die Gesamtluftmenge verringert, indem flüssiger Sauerstoff von außen eingespeist wird (und damit nicht mehr aus der eingespeisten Luftmenge erzeugt werden muss); zum Anderen verringern die nicht produzierten LOX- und LIN-Produkte den Luft- und Kältebedarf weiter. Bei dem unten dargestellten zweiten Zahlenbeispiel für eine reine Gasanlage werden dagegen nur die Mengenänderungen beschrieben, die alleine durch
Einspeisung des externen LOX in der zweiten Betriebsweise hervorgerufen sind.
Im Rahmen der Erfindung kann aus der Anlage zur Erzeugung von Flüssigprodukten (erste Betriebsweise) eine reine Gasanlage (zweite Betriebsweise) gemacht und dabei in Zeiten mit hohen Strompreisen viel Energie gespart werden. Das Verfahren bleibt dabei effizient, da keiner der Verdichter im Bypass betrieben wird und die Verluste bei der Drosselung des Turbinenstromes wegen der kleinen (überwiegend für das
Durchspülen von Wärmetauscherpassagen benötigten) Menge und der niedrigen Eintrittstemperatur (diese Temperatur liegt in der zweiten Betriebsweise wesentlich niedriger als in der ersten) relativ gering sind. Es wird praktisch ein effektiver
Betriebsmodus ohne Flüssigproduktion ermöglicht. Zusätzliche Energieeinsparung kommt von der reduzierten Gesamtluftmenge (entsprechend verringerte
Antriebsenergie am nicht dargestellten Hauptluftverdichter). Wegen nicht benötigter Kälteleistung wird außerdem Antriebsenergie beim Nachverdichten 9/10 eingespart.
Im Rahmen der Erfindung kann auch eine bestehende Flüssiganlage nach Figur 1 , aber ohne Leitung 46 entsprechend nachgerüstet werden. Dazu ist lediglich der Einbau dieser Leitung 46 erforderlich, ansonsten bleiben alle Bauteile gleich.
Die Erfindung kann sinngemäß auch bei Verfahren ohne Nachverdichtung genutzt werden, bei denen die Gesamtluft auf deutlich über Hochdrucksäulendruck verdichtet wird (HAP - high air pressure). Unabhängig davon kann die Turbine 7 anstelle des Generators von einem Nachverdichter für Turbinenluft gebremst werden. Auch eine Anwendung der Erfindung auf Verfahren mit so genannter Einblaseturbine (die Luft vom Hauptluftverdichter wird nach Entspannung nicht in die Drucksäule sondern in die Niederdrucksäule geleitet) oder mit mehr als einer Turbine sowie auf solche mit Stickstoffkreislauf ist möglich. Figur 2 unterscheidet sich von Figur 1 lediglich durch eine hinzugefügte
Argongewinnung, die hier nur schematisch dargestellt ist (Argon Box). Diese ist auf die übliche Weise mit Hochdrucksäule und Niederdrucksäule verbunden.
In einem ersten Zahlenbeispiel kann die Anlage nach Figur 2 wie bei Figur 1 betrieben werden. Dabei wird in der zweiten Betriebsweise wird eine Menge an flüssigem Argon LAR gewonnen, die proportional zur Gesamtluftmenge reduziert ist.
Ein zweites Zahlenbeispiel weicht hiervon ab, indem (auch) in der ersten Betriebsweise kein Flüssigsauerstoffprodukt gewonnen wird (und vorzugsweise auch kein
Flüssigstickstoff produkt LIN). Auch in diesem Fall ist die Produktmenge an
gasförmigem Drucksauerstoff 38/GOX IC in der zweiten Betriebsweise gleich derjenigen in der ersten Betriebsweise. Die Gesamtluftmenge wird gegenüber der ersten Betriebsweise um 10 mol-% vermindert, der zweite Teil 8/12 um 25 mol-%. Dies kann auch mit einem einzigen Nachverdichter (statt der in den Zeichnungen dargestellten zwei parallel geschalteten) bewerkstelligt werden. Abweichend von der Darstellung in den Zeichnungen kann der Turbinenstrom 16 auch an einem Zwischenabzug der beiden Nachverdichter 9, 10 abgezogen werden, also mit einem geringeren Druck als der Druck als der Drosselstrom 13, der dann vom Austritt der Nachverdichter 9, 10 abgenommen wird. Grundsätzlich kann die Turbine 17 auch mit einer Nachverdichterstufe gebremst werden, die eine der Ströme 13 und 16 oder beide weiter nachverdichtet.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Erzeugung von gasförmigem Drucksauerstoff mit variablem
Energieverbrauch durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem
Destillationssäulen-System, das eine Hochdrucksäule (5) und eine
Niederdrucksäule (6) aufweist, bei dem
- Einsatzluft in Form eines Gesamtluftstroms (1) in einem Hauptwärmetauscher (3) abgekühlt wird,
- mindestens ein Teil der abgekühlten Einsatzluft in die Hochdrucksäule (5) eingeleitet wird,
- ein erster Sauerstoffstrom (35) aus der Niederdrucksäule (6) in flüssigem
Zustand auf einen erhöhten Druck gebracht (36) wird,
- der auf den erhöhten Druck gebrachte erste Sauerstoffstrom (37) im
Hauptwärmetauscher (3) verdampft oder pseudo-verdampft und angewärmt wird,
- der angewärmte erste Sauerstoffstrom (38) als gasförmiges
Drucksauerstoffprodukt gewonnen wird,
- ein erster Teilstrom (13) der Einsatzluft vor seinem Eintritt in den
Hauptwärmetauscher (3) auf einen ersten hohen Druck gebracht (9, 10) wird, der mindestens 4 bar höher als der Betriebsdruck der Hochdrucksäule (5) ist,
- der erste Teilstrom unter dem ersten hohen Druck in dem Hauptwärmetauscher
(3) verflüssigt oder pseudo-verflüssigt und anschließend in das
Destillationssäulen-System eingeleitet (14) wird,
- ein zweiter Teilstrom (16) der Einsatzluft auf einen zweiten hohen Druck gebracht
(9, 10) wird, der mindestens 4 bar höher als der Betriebsdruck der
Hochdrucksäule (5) ist,
- der zweite Teilstrom in dem Hauptwärmetauscher (3) nur auf eine
Zwischentemperatur abgekühlt wird,
- der auf die Zwischentemperatur abgekühlte zweite Teilstrom (16) arbeitsleistend entspannt (17) und anschließend in das Destillationssäulen-System eingeleitet
(4) wird,
- wobei in einer ersten Betriebsweise
- eine erste Gesamtluftmenge im Hauptwärmetauscher (3) abgekühlt wird,
- eine erste Turbinenmenge als erster Teilstrom (16) der arbeitsleistenden
Entspannung zugeführt wird, - und wobei in einer zweiten Betriebsweise
- eine zweite Gesamtluftmenge im Hauptwärmetauscher (3) abgekühlt wird, die geringer ist als die erste Gesamtluftmenge,
- eine zweite Turbinenmenge als zweiter Teilstrom der arbeitsleistenden
Entspannung (17) zugeführt wird, die geringer ist als die erste Turbinenmenge dadurch gekennzeichnet, dass
- in der zweiten Betriebsweise ein zweiter Sauerstoffstrom (46) aus einer externen
Quelle außerhalb des Destillationssäulen-Systems in flüssigem Zustand in die Niederdrucksäule (6) eingeführt wird und
- in der ersten Betriebsweise der erste und der zweite Teilstrom (13, 16)
gemeinsam (8, 12) in einem Paar parallel geschalteter Nachverdichter (9, 10) nachverdichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:
- die zweite Gesamtluftmenge ist mindestens 5 mol-% geringer als die erste
Gesamtluftmenge,
- eine zweite Turbinenmenge ist mindestens 10 mol-% geringer, insbesondere mindestens 30 mol-% geringer als die erste Turbinenmenge.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- in der ersten Betriebsweise ein dritter Sauerstoffstrom aus der Niederdrucksäule im Umfang einer ersten Flüssigsauerstoffmenge als Flüssigprodukt abgezogen wird und
- in der zweiten Betriebsweise der dritte Sauerstoffstrom im Umfang einer zweiten
Flüssigsauerstoffmenge als Flüssigprodukt abgezogen wird, die geringer ist als die erste Flüssigsauerstoffmenge,
- wobei die zweite Flüssigsauerstoffmenge insbesondere um mindestens
50 mol-%, insbesondere um 100 % geringer ist als die erste
Flüssigsauerstoffmenge.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Betriebsweise keiner der Prozessströme des Destillationssäulen- Systems einer Kaltverdichtung unterzogen wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Turbinenmenge null ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Nachverdichter (9, 10) einen gemeinsamen Nachkühler (11) oder jeweils einen Nachkühler aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtluftstrom aus einem ersten Teil (2) und einem zweiten Teil (8) besteht, wobei der zweite Teil (2) aus dem ersten Teilstrom (13) und dem zweiten Teilstrom (16) besteht und insbesondere der erste Teil (2) ohne Turbinenentspannung in im Wesentlichen gasförmigem Zustand in das Destillationssäulen-System, insbesondere in die Hochdrucksäule (5) eingespeist wird.
Vorrichtung zur Erzeugung von gasförmigem Drucksauerstoff mit variablem Energieverbrauch durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
- mit einem Destillationssäulen-System, das eine Hochdrucksäule (5) und eine
Niederdrucksäule (6) aufweist,
- mit einem Hauptwärmetauscher (3) zum Abkühlen von Einsatzluft in Form eines
Gesamtluftstroms (1),
- mit Mitteln zum Einleiten mindestens eines Teils der abgekühlten Einsatzluft in die Hochdrucksäule (5),
- mit Mitteln (36), um einen ersten Sauerstoffstrom (35) aus der Niederdrucksäule
(6) in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck zu bringen,
- mit Mitteln zum Verdampfen oder Pseudo-Verdampfen und Anwärmen des auf den erhöhten Druck gebrachten ersten Sauerstoffstrom (37) im
Hauptwärmetauscher (3),
- mit Mitteln zum Gewinnen des angewärmten ersten Sauerstoffstroms (38) als gasförmiges Drucksauerstoffprodukt,
- mit Mitteln (9, 10), um einen ersten Teilstrom (13) der Einsatzluft vor seinem
Eintritt in den Hauptwärmetauscher (3) auf einen ersten hohen Druck zu bringen, der mindestens 4 bar höher als der Betriebsdruck der Hochdrucksäule (5) ist, - mit Mitteln zum Verflüssigen oder Pseudo-Verflüssigen des ersten Teilstroms unter dem ersten hohen Druck in dem Hauptwärmetauscher (3) verflüssigt oder pseudo-verflüssigt,
- mit Mitteins (14) zum Einleiten des (pseudo-)verflüssigten ersten Teilstroms in das Destillationssäulen-System eingeleitet (14),
- mit Mitteln (9, 10), um einen zweiten Teilstrom ( 6) der Einsatzluft auf einen zweiten hohen Druck zu bringen, der mindestens 4 bar höher als der
Betriebsdruck der Hochdrucksäule (5) ist,
- mit Mitteln zum Entnehmen des zweiten Teilstroms in dem Hauptwärmetauscher (3) bei einer Zwischentemperatur,
- mit Mitteln (17) zum arbeitsleistenden Entspannen des auf die
Zwischentemperatur abgekühlten zweiten Teilstroms (16)
- mit Mitteln (4) zum Einleiten des arbeitsleistend entspannten ersten Teilstroms in das Destillationssäulen-System eingeleitet (4),
gekennzeichnet durch
- Mittel zum Einleiten eines zweiten Sauerstoffstroms (46) in flüssigem Zustand aus einer externen Quelle außerhalb des Destillationssäulen-Systems in die Niederdrucksäule (6) und durch
- eine Regelvorrichtung, durch die folgende Prozessparameter eingestellt werden: - in einer ersten Betriebsweise
- eine erste Gesamtluftmenge, die im Hauptwärmetauscher (3) abgekühlt wird,
- eine erste Turbinenmenge, die als erster Teilstrom (16) der arbeitsleistenden
Entspannung zugeführt wird, dass in einer zweiten Betriebsweise
- und in einer zweiten Betriebsweise
- eine zweite Gesamtluftmenge im Hauptwärmetauscher (3) abgekühlt wird, die geringer ist als die erste Gesamtluftmenge,
- eine zweite Turbinenmenge als erster Teilstrom der arbeitsleistenden
Entspannung (17) zugeführt wird, die geringer ist als die erste
Turbinenmenge
- eine Menge an dem zweiten Sauerstoffstrom, die der Niederdrucksäule (6) in flüssigem Zustand zugeführt wird, die größer ist als die Menge in der ersten Betriebsweise .
Verfahren zum Nachrüsten einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage für einen Betrieb gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Einführen des zweiten Sauerstoffstroms in die Niederdrucksäule hinzugefügt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass einem vorhandenen Nachverdichter (9) ein weiterer Nachverdichter (10) parallelgeschaltet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass außer den Mitteln zum Einführen des zweiten Sauerstoffstroms in die Niederdrucksäule und gegebenenfalls dem weiteren Nachverdichter (10) keine oder keine wesentlichen Änderungen an der Vorrichtung vorgenommen werden.
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