EP3034974A1 - Method and assembly for the liquefaction of air and for electrical energy storage and recovery - Google Patents

Method and assembly for the liquefaction of air and for electrical energy storage and recovery Download PDF

Info

Publication number
EP3034974A1
EP3034974A1 EP20150003374 EP15003374A EP3034974A1 EP 3034974 A1 EP3034974 A1 EP 3034974A1 EP 20150003374 EP20150003374 EP 20150003374 EP 15003374 A EP15003374 A EP 15003374A EP 3034974 A1 EP3034974 A1 EP 3034974A1
Authority
EP
Grant status
Application
Patent type
Prior art keywords
air
pressure level
stream
level
pressure
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Withdrawn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
EP20150003374
Other languages
German (de)
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 AG
Original Assignee
Linde AG
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

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used)
    • F25J1/0002Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used) characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0012Primary atmospheric gases, e.g. air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used)
    • F25J1/003Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used) characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used) characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0035Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used) characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used)
    • F25J1/003Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used) characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used) characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0035Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used) characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work
    • F25J1/0037Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used) characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work of a return stream
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used)
    • F25J1/003Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used) characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used) characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/004Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used) characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by flash gas recovery
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used)
    • F25J1/003Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used) characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used) characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0042Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used) characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by liquid expansion with extraction of work
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used)
    • F25J1/02Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used) requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0201Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used) requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using only internal refrigeration means, i.e. without external refrigeration
    • F25J1/0202Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used) requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using only internal refrigeration means, i.e. without external refrigeration in a quasi-closed internal refrigeration loop
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used)
    • F25J1/02Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used) requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F25J1/0245Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control
    • F25J1/0251Intermittent or alternating process, so-called batch process, e.g. "peak-shaving"
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used)
    • F25J1/02Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures (not used) requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0285Combination of different types of drivers mechanically coupled to the same refrigerant compressor, possibly split on multiple compressor casings
    • F25J1/0288Combination of different types of drivers mechanically coupled to the same refrigerant compressor, possibly split on multiple compressor casings using work extraction by mechanical coupling of compression and expansion of the refrigerant, so-called companders
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00Refrigeration techniques used
    • F25J2270/04Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop
    • F25J2270/06Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop with multiple gas expansion loops

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verflüssigung von Luft, bei dem ein Druckluftstrom (b) auf einem ersten Druckniveau bereitgestellt und mittels eines Verdichters (11) auf ein zweites Druckniveau verdichtet wird, aus Luft des Druckluftstroms (b) nach der Verdichtung auf das zweite Druckniveau ein erster Teilstrom (b), ein zweiter Teilstrom (e) und ein dritter Teilstrom (f) gebildet wird, Luft des ersten Teilstroms (c) unter Verwendung von Kälte, die mittels einer Entspannung von Luft des zweiten Teilstroms (e) und des dritten Teilstroms (f) erzeugt wird, abgekühlt und zumindest teilweise verflüssigt wird, und zur Bereitstellung des Druckluftstroms (b) auf dem ersten Druckniveau Einsatzluft (a), die auf das erste Druckniveau verdichtet wird, und Luft des zweiten Teilstroms (e) und des dritten Teilstroms (f), die auf dem ersten Druckniveau bereitgestellt wird, verwendet wird. The invention relates to a process for the liquefaction of air in which a stream of compressed air (b) provided at a first pressure level and by means of a compressor (11) is compressed to a second pressure level of air flow of compressed air (b) after the compression to the second pressure level a first part-stream (b), a second partial flow (e) and a third part-stream (f) is formed, the air of the first partial stream (c) using cold, by means of a relaxation of air of the second partial stream (e) and the third part stream (f) is produced, is cooled and at least partially liquefied, and for providing the compressed air flow (b) on the first level of pressure feed air (a), which is compressed to the first pressure level, and air of the second partial stream (e) and the third part stream (f), which is provided on the first pressure level, is used. Es ist vorgesehen, dass die Luft des zweiten Teilstroms (e) nacheinander auf ein erstes Temperaturniveau abgekühlt, von dem zweiten Druckniveau auf das erste Druckniveau entspannt und gegen den ersten Teilstrom (c) erwärmt wird, und die Luft des dritten Teilstroms (f) nacheinander auf ein zweites Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus abgekühlt, auf ein drittes Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus entspannt, gegen den ersten Teilstrom (c) erwärmt und auf das erste Druckniveau rückverdichtet wird. It is contemplated that the air of the second partial stream (e) successively cooled to a first temperature level, is heated relaxed and (c) against the first part flow from the second pressure level to the first pressure level, and the air of the third sub-stream (f) successively cooled to a second temperature level lower than the first temperature level, laid on a third pressure level below the first pressure level, to the first partial flow (c) is heated and re-compressed to the first pressure level. Ferner ist vorgesehen, dass zum Rückverdichten des dritten Teilstroms (f) ein erster Booster (5) und ein zweiter Booster (6) verwendet werden, wobei der erste Booster (5) mit einer zur Entspannung des dritten Teilstroms (f) verwendeten Entspannungsmaschine (4) angetrieben wird und mechanisch gekoppelt ist, der zweite Booster (6) mit einer zur Entspannung des zweiten Teilstroms (e) verwendeten Entspannungsmaschine (3) angetrieben wird und mechanisch gekoppelt ist, und der erste Booster (5) und der zweite Booster (6) miteinander und mit dem Verdichter (11) mechanisch ungekoppelt sind. Further, it is provided that the rear compression of the third sub-stream (f) a first booster (5) and a second booster (6) are used, wherein the first booster (5) with a relaxation of the third sub-stream (f) used expansion machine (4 ) is driven and is mechanically coupled to the second booster (6) having a (relaxation of the second substream e) used expansion machine (3) is driven and is mechanically coupled, and the first booster (5) and the second booster (6) are mechanically uncoupled and connected to the compressor (11). Ein Verfahren zur Speicherung und Rückgewinnung von elektrischer Energie und eine entsprechende Anlage (100, 200, 300, 400) sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung. A method for the storage and recovery of electric power and to a corresponding plant (100, 200, 300, 400) are also an object of the present invention.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Verflüssigung von Luft und zur Speicherung und Rückgewinnung von elektrischer Energie gemäß den jeweiligen Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche. The invention relates to a method and a plant for the liquefaction of air and for the storage and recovery of electric energy according to the respective preambles of the independent claims.
  • Stand der Technik State of the art
  • Beispielsweise aus der For example, from the DE 31 39 567 A1 DE 31 39 567 A1 und der and the EP 1 989 400 A1 EP 1989400 A1 ist bekannt, Flüssigluft oder Flüssigstickstoff, also tiefkalte Luftverflüssigungsprodukte, zur Netzregelung und zur Bereitstellung von Regelleistung in Stromnetzen zu verwenden. is known to use liquid air or liquid nitrogen, so cryogenic air liquefaction products for network control and to provide control power in electricity grids.
  • Zu Billigstromzeiten oder Stromüberschusszeiten wird dabei Luft in einer Luftverflüssigungsanlage, die auch Teil einer Luftzerlegungsanlage sein kann, insgesamt oder teilweise zu einem derartigen Luftverflüssigungsprodukt verflüssigt. At low current time or current excess times it is air in an air liquefaction plant, which can also be part of an air separation plant, liquefied whole or in part to such an air liquefaction product. Das Luftverflüssigungsprodukt wird in einem Tanksystem mit Tieftemperaturtanks gespeichert. The air liquefaction product is stored in a tank system with cryogenic tanks. Dieser Betriebsmodus erfolgt in einem Zeitraum, der hier als Energiespeicherzeitraum bezeichnet wird. This mode of operation is performed in a period which is referred to herein as an energy storage period.
  • Zu Spitzenlastzeiten wird das Luftverflüssigungsprodukt aus dem Tanksystem entnommen, mittels einer Pumpe druckerhöht und bis auf etwa Umgebungstemperatur oder höher angewärmt und damit in einen gasförmigen oder überkritischen Zustand überführt. At peak load times, the air liquefaction product is removed from the tank system, druckerhöht means of a pump, and up to about and up warmed ambient temperature and transferred to a gaseous or supercritical state. Ein hierdurch erhaltener Druckstrom wird in einer Entspannungsmaschine oder mehreren Entspannungsmaschinen mit Zwischenerwärmung bis auf Umgebungsdruck entspannt. A thus obtained pressure stream is expanded in an expansion machine or more expansion machines with intermediate heating up to ambient pressure. Die dabei freiwerdende mechanische Leistung wird in einem oder mehreren Generatoren in elektrische Energie umgewandelt und in ein elektrisches Netz eingespeist. The released mechanical power is converted into one or more generators into electric power and fed into an electric network. Dieser Betriebsmodus erfolgt in einem Zeitraum, der hier als Energierückgewinnungszeitraum bezeichnet wird. This mode of operation is performed in a period which is referred to here as energy recovery period.
  • Es sind auch Druckluftspeicherkraftwerke bekannt, in denen die Luft jedoch nicht verflüssigt, sondern in einem Verdichter verdichtet und in einer unterirdischen Kaverne gespeichert wird. There are also known compressed air energy storage, but where not liquefy the air, but compressed in a compressor and is stored in an underground cavern. In Zeiten hoher Stromnachfrage wird die Druckluft aus der Kaverne in die Brennkammer einer Gasturbine geleitet. In times of high power demand, the pressure air is directed from the cavity into the combustion chamber of a gas turbine. Gleichzeitig wird der Gasturbine über eine Gasleitung Brennstoff, beispielsweise Erdgas, zugeführt und in der durch die Druckluft gebildeten Atmosphäre verbrannt. Simultaneously, the gas turbine via a gas line fuel, for example natural gas, is fed to and burned in the compressed air formed by the atmosphere. Das gebildete Abgas wird in der Gasturbine entspannt, wodurch Energie erzeugt wird. The exhaust gas formed is expanded in the gas turbine, whereby energy is generated.
  • Aus der From the EP 1 205 721 A1 EP 1205721 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer tiefkalten Flüssigkeit bekannt, bei dem eine Verdichteranordnung eingesetzt wird, bei der jeweils zwei Verdichterstufen auf einer Welle angeordnet sind. a method and an apparatus for manufacturing a cryogenic liquid are known in which a compressor assembly is inserted, are disposed at the two compressor stages on a shaft. Die Wellen tragen Ritzel, die über ein Antriebsrad mit einem Drehmoment beaufschlagt werden. The shafts carry pinions which are applied via a drive wheel with a torque.
  • Die The US 2011/0132032 A1 US 2011/0132032 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung, mittels welchem bzw. welcher Luft für eine spätere Verwendung verflüssigt und gespeichert werden kann. discloses a method and an apparatus which can be by means of which air or which is liquefied and stored for later use. Bei der späteren Verwendung wird die verflüssigte Luft flüssig druckbeaufschlagt, erwärmt und entspannt. In the subsequent use, the liquefied air becomes liquid pressurized, heated and relaxed. Kälte kann gespeichert werden. Cold can be saved.
  • Gemäß der According to the US 6,666,048 B1 US 6,666,048 B1 wird, um die Bildung eines bestimmten Produkts in einer Anlage, beispielsweise einer Luftzerlegungsanlage, erhöhen zu können, in die bestehende Anlage eine zusätzliche Anlage bzw. Anlagenkomponente, beispielsweise eine Absorptionskolonne, integriert. is, to a plant, for example an air separation plant, increase the formation of a particular product, integrated into the existing system, an additional system or system component, such as an absorption column.
  • Die The WO 2014/006426 A2 WO 2014/006426 A2 betrifft eine Verflüssigungsvorrichtung mit einem Wärmetauscher, einem ersten Phasentrenner, einer ersten Entspannungsvorrichtung, einer ersten Entspannungsturbine, einer zweiten Entspannungsturbine und einer Kälterückgewinnungsleitung mit einem Wärmetransferfluid. relates to a liquefaction apparatus having a heat exchanger, a first phase separator, a first expansion device, a first expansion turbine, a second expansion turbine and a refrigerant recovery pipe with a heat transfer fluid.
  • Insbesondere aufgrund der großen Mengen an zu verflüssigender Luft arbeiten bekannte Luftverflüssigungsanlagen für die genannten Aufgaben häufig nicht ausreichend effizient, wie auch nachfolgend noch erläutert, so dass Bedarf nach Verbesserungen besteht. In particular, due to the large amounts of air to liquefying known air liquefaction plants work for the tasks mentioned often not sufficiently efficient, as well as subsequently explained, so that there is a need for improvements. Entsprechendes gilt auch für Luftverflüssigungsanlagen für andere Zwecke als die Speicherung und Rückgewinnung von Energie. The same applies to air liquefaction plants for purposes other than the storage and recovery of energy.
  • Offenbarung der Erfindung Disclosure of the Invention
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Anlage zur Verflüssigung von Luft und zur Speicherung und Rückgewinnung von elektrischer Energie mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche gelöst. This object is achieved by a method and a plant for the liquefaction of air and for the storage and recovery of electrical energy with the features of the respective independent claims. Bevorzugte Ausgestaltungen sind jeweils auch Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Preferred embodiments are in each case also the subject of the dependent claims and the following description.
  • Vor der Erläuterung der im Rahmen der vorliegenden Erfindung erzielbaren Vorteile werden deren technische Grundlagen und einige in dieser Anmeldung verwendete Begriffe näher erläutert. Before explaining the achievable in the present invention benefits the technical basics and some of the terms used in this application are explained in detail.
  • Eine "Entspannungsmaschine", die über eine gemeinsame Welle mit weiteren Entspannungsmaschinen oder Energiewandlern wie Ölbremsen, Generatoren oder Verdichterstufen gekoppelt sein kann, ist zur Entspannung eines überkritischen, gasförmigen oder zumindest teilweise flüssigen Stroms eingerichtet. A "relaxation machine" which may be coupled by a common shaft with further expansion machines or energy converters, such as oil brake, generators or compressor stages is adapted for expansion of a supercritical, gaseous or at least partially liquid stream. Insbesondere können Entspannungsmaschinen zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung als Turboexpander ausgebildet sein. In particular, expansion machines may be constructed for use in the present invention as a turbo expander. Werden eine oder mehrere als Turboexpander ausgebildete Entspannungsmaschinen mit einer oder mehreren Verdichterstufen (siehe unten), beispielsweise in Form von Radialverdichterstufen, gekoppelt und ggf. zusätzlich mechanisch gebremst, so dass die Verdichterstufe(n) ohne extern, beispielsweise mittels eines Elektromotors, zugeführte Energie betrieben werden, wird für diese Anordnung allgemein auch der Begriff "Boosterturbine" verwendet. If one or more than turboexpander formed expansion machines coupled with one or more compressor stages (see below), for example in the form of centrifugal compressors and possibly additionally mechanically braked, so that operating the compressor stage (s) without externally, for example by means of an electric motor, supplied energy are, generally, the term "booster turbine" used for this arrangement. Die Verdichterstufe(n) einer entsprechenden Boosterturbine wird bzw. werden auch als "Booster" bezeichnet. The compressor stage (s) of a respective booster turbine is or are also referred to as "boosters". Eine derartige Boosterturbine verdichtet dabei zumindest einen Strom durch die Entspannung zumindest eines anderen Stroms, jedoch ohne extern, beispielsweise mittels eines Elektromotors, zugeführte Energie. Such a booster turbine compressed thereby at least a current through the relaxation of at least one other stream, but without externally, for example by means of an electric motor, the energy supplied.
  • Unter einem "Verdichter" wird hier dagegen eine extern, typischerweise elektrisch, angetriebene Vorrichtung verstanden, die zum Verdichten wenigstens eines gasförmigen Stroms von wenigstens einem Eingangsdruck, bei dem dieser dem Verdichter zugeführt wird, auf wenigstens einen Enddruck, bei dem dieser dem Verdichter entnommen wird, eingerichtet ist. A "compressor" an external, typically electrically driven device is, however, understood here that for compressing at least a gaseous stream of at least an input pressure at which it is supplied to the compressor, to at least a final pressure at which this is taken from the compressor is established. Der gesamte Verdichter bildet dabei eine bauliche Einheit, die jedoch mehrere einzelne Verdichtereinheiten oder "Verdichterstufen" in Form bekannter Kolben-, Schrauben- und/oder Schaufelrad- bzw. Turbinenanordnungen (also Radial- oder Axialverdichterstufen) aufweisen kann. The entire compressor forms a structural unit, but in the form of a known piston, screw and / or bucket wheel or turbine assemblies (ie radial or Axialverdichterstufen) may comprise a plurality of individual compressor units or "compressor stages". Insbesondere werden diese Verdichterstufen mittels eines gemeinsamen Antriebs, beispielsweise über eine gemeinsame Welle bzw. einen gemeinsamen Elektromotor, angetrieben. In particular, these compression stages are driven by a common drive, for example via a common shaft, or a common electric motor. Mehrere Verdichterstufen, zB Verdichterstufen in einer erfindungsgemäß eingesetzten Luftverflüssigungsanlage, können damit zusammen einen oder mehrere Verdichter bilden. Multiple compressor stages, such as compressor stages in a inventively used air liquefaction plant may thereby together form one or more compressors.
  • Drehende Einheiten, beispielsweise Entspannungsmaschinen bzw. Entspannungsturbinen, Verdichter bzw. Verdichterstufen, Boosterturbinen bzw. Booster, Rotoren von Elektromotoren und dergleichen, können mechanisch miteinander gekoppelt sein, wobei unter einer "mechanischen Kopplung" im Sprachgebrauch dieser Anmeldung verstanden wird, dass über mechanische Elemente wie Zahnräder, Riemen, Getriebe und dergleichen, eine feste oder mechanisch einstellbare Drehzahlbeziehung zwischen solchen drehenden Einheiten herstellbar ist. Rotating units, such as expanders or turbo expanders, compressors or compressor stages, booster turbine and booster rotors of electric motors and the like, can be mechanically coupled to each other, being understood to mean a "coupling" in the parlance of this application is that relating to the mechanical elements such as gears, belts, gears and the like, a fixed or mechanically adjustable speed relationship between such rotating units can be produced. Eine mechanische Kopplung kann allgemein durch zwei oder mehrere, jeweils zueinander in Eingriff, beispielsweise in Formeingriff oder Reibeingriff, stehende Elemente, beispielsweise Zahnräder oder Treibscheiben mit Riemen, oder eine drehfeste Verbindung hergestellt werden. A mechanical coupling can generally be prepared by two or more respective mutually engaged, for example in the form of engagement or frictional engagement properties elements, such as gears or drive pulleys with belts, or a rotationally fixed connection. Eine drehfeste Verbindung kann insbesondere über eine gemeinsame Welle bewirkt werden, auf der die drehenden Einheiten jeweils drehfest befestigt sind. A rotationally fixed connection can be effected via a common shaft, in particular, on which the rotating units are each secured against rotation. Die Drehzahl der drehenden Einheiten ist in diesem Fall gleich. The speed of the rotating units is equal in this case. Hingegen sind entsprechende Einheiten "mechanisch ungekoppelt", wenn keine feste oder mechanisch einstellbare Drehzahlbeziehung zwischen entsprechenden Elementen besteht. In contrast, respective units "mechanically uncoupled" when no fixed or mechanically adjustable rotational speed relationship between respective elements. Selbstverständlich können, beispielsweise zwischen mehreren Elektromotoren, insbesondere durch geeignete elektrische Ansteuerung, oder zwischen mehreren Turbinen, insbesondere durch die Wahl geeigneter Eingangs- und Enddrücke, auch bestimmte Drehzahlbeziehungen vorgegeben werden. Of course, certain speed relationships may, for example, between a plurality of electric motors, in particular by means of suitable electrical activation, or between a plurality of turbines, in particular by selecting appropriate input and final pressures are specified. Diese werden aber nicht durch zwei oder mehrere, jeweils zueinander in Eingriff, beispielsweise in Formeingriff oder Reibeingriff, stehende Elemente oder durch eine drehfeste Verbindung hervorgerufen. However, these are not caused by two or more respective mutually engaged, for example in the form of engagement or frictional engagement properties elements or by a rotationally fixed connection.
  • Ein "Wärmetauscher" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere unter Verwendung einer oder mehrerer Gegenstromwärmetauscheinheiten, beispielsweise einer oder mehrerer Plattenwärmetauscheinheiten, ausgebildet. A "heat exchanger" in the context of the present invention in particular by using one or more counter-current heat exchange units, such as one or more plate heat exchange units, are formed. Im Gegensatz zu beispielsweise Regeneratoren erfolgt die Abkühlung hier nicht durch Abgabe von Wärme an ein bzw. Aufnahme von Wärme aus einem festen Medium, sondern indirekt an einen bzw. aus einem im Gegenstrom geführten Wärme- bzw. Kälteträger. Unlike, for example, regenerators, cooling is not here by releasing heat to one or absorbing heat from a solid medium, but indirectly in and out of a run in counter-current heat or cold carrier. Zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung eignen sich sämtliche bekannten Wärmetauscheinheiten, beispielsweise Plattenwärmetauscher, Rohrbündelwärmetauscher und dergleichen. For use in the present invention include all known heat exchanger units, for example plate heat exchangers, tubular heat exchangers and the like are suitable. Ein Wärmetauscher dient also zur indirekten Übertragung von Wärme zwischen zumindest zwei im Gegenstrom zueinander geführten Strömen, beispielsweise einem warmen Druckluftstrom und einem oder mehreren kalten Strömen oder einem tiefkalten Luftverflüssigungsprodukt und einem oder mehreren warmen Strömen. Thus a heat exchanger is used for the indirect transfer of heat between at least two counter-current to each other recycle streams, for example, a warm stream of compressed air and one or more cold streams or a cryogenic air liquefaction product and one or more warm streams. Ein Wärmetauscher kann aus einem einzelnen oder mehreren parallel und/oder seriell verbundenen Abschnitten gebildet sein, zB aus einem oder mehreren Plattenwärmetauscherblöcken. A heat exchanger may be formed of a single or multiple parallel and / or serially connected sections, for example from one or more plate heat exchanger blocks.
  • Die vorliegende Anmeldung verwendet zur Charakterisierung von Drücken und Temperaturen die Begriffe "Druckniveau" und "Temperaturniveau", wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass Drücke und Temperaturen in einer entsprechenden Anlage nicht in Form exakter Druck- bzw. Temperaturwerte verwendet werden müssen, um das erfinderische Konzept zu verwirklichen. The present application is used for the characterization of pressures and temperatures, the terms "pressure level" and "temperature level", which is to be expressed that pressures and temperatures must not be used in the form of exact pressure and temperature values ​​in appropriate equipment to the to realize inventive concept. Jedoch bewegen sich derartige Drücke und Temperaturen typischerweise in bestimmten Bereichen, die beispielsweise ± 1%, 5%, 10%, 20% oder sogar 50% um einen Mittelwert liegen. However, such pressures and temperatures typically move in certain areas, which are, for example ± 1%, 5%, 10%, 20% or even 50% about a mean value. Entsprechende Druckniveaus und Temperaturniveaus können dabei in disjunkten Bereichen liegen oder in Bereichen, die einander überlappen. Corresponding pressure levels and temperature levels can thereby lie in disjoint areas or in areas that overlap. Insbesondere schließen beispielsweise Druckniveaus unvermeidliche Druckverluste oder zu erwartende Druckverluste, beispielsweise aufgrund von Abkühlungseffekten oder Leitungsverlusten, ein. In particular, for example, pressure levels include unavoidable pressure losses or expected pressure losses, for example due to cooling effects or line losses, one. Entsprechendes gilt für Temperaturniveaus. The same applies to temperature levels. Bei den hier in bar angegebenen Druckniveaus handelt es sich um Absolutdrücke. The data mentioned here in bar pressure level is absolute pressures.
  • Vorteile der Erfindung Advantages of the Invention
  • Wie zuvor erläutert, erfordert die Luftverflüssigung für Zwecke der Speicherung und Rückgewinnung von elektrischer Energie aufgrund der großen Mengen an zu verflüssigender Luft ggf. speziell hieran angepasste Luftverflüssigungseinrichtungen bzw. Luftverflüssigungsverfahren. As explained above, the liquefaction of air for the purpose of storage and recovery of electrical energy due to the large amounts required to be liquefying air possibly specially adapted thereto air liquefaction facilities or air liquefaction process. Herkömmliche Luftverflüssigungseinrichtungen sind dabei, wie auch unten unter Bezugnahme auf die Conventional air liquefaction facilities are there as well as below with reference to the Figur 1 Figure 1 erläutert, auf der Basis von zwei Verdichtern und zwei Boosterturbinen aufgebaut: explained, constructed on the basis of two compressors and two booster turbines:
  • In einem sogenannten Feedverdichter wird die gesamte zu verflüssigende Luftmenge, auch als Einsatzluft bezeichnet, bis auf ca. 6 bar verdichtet. In a so-called Feed compressor to be liquefied, the entire amount of air is also referred to as feed air, is compressed to about 6 bar. Ein dem Feedverdichter nachgeschalteter sogenannter Kreislaufverdichter verdichtet die Einsatzluft zusammen mit einer von stromab zurückgeführten Luftmenge weiter von den genannten ca. 6 bar bis auf ca. 30 bis 40 bar. A downstream the feed compressor so-called cycle compressor compresses the feed air together with said downstream of the recirculated quantity of air further from about 6 bar to about 30 to 40 bar. Ein Teil der auf den Druck von ca. 30 bis 40 bar verdichteten Einsatzluft wird in Form zweier Teilströme in einem Wärmetauscher auf unterschiedlich tiefe Temperaturen abgekühlt. A part of the pressure of about 30 to 40 bar compressed feed air is cooled in the form of two part flows in a heat exchanger to different low temperatures. Die Teilströme werden in jeweils einer der Entspannungsmaschinen der Boosterturbinen wieder auf den Druck von ca. 6 bar entspannt, wobei sich ein Teil der auf die tiefere Temperatur abgekühlten Luftmenge verflüssigt. The part streams are expanded in each of the expanders of the booster turbine back bar to the pressure of about 6, wherein a part of the liquefied cooled to the lower temperature air quantity. Der nicht verflüssigte Anteil der beiden entspannten Teilströme wird in dem Wärmetauscher erwärmt und auf dem Druck von ca. 6 bar zurück zum Eingang des Kreislaufverdichters geführt. The non-liquefied portion of the relaxed substreams is heated in the heat exchanger and led at the pressure of about 6 bar back to the entrance of the circulation compressor. Die Eintrittstemperatur in eine der beiden Entspannungsmaschinen liegt bei einer Temperatur zwischen 230 K und Umgebungstemperatur und die Eintrittstemperatur in die andere Entspannungsmaschine bei ca. 140 bis 180 K. The inlet temperature in one of the two expanders is at a temperature between 230 K and ambient temperature and the inlet temperature into the other expansion machine at about 140 to 180 K.
  • Ein weiterer Anteil der auf den Druck von ca. 30 bis 40 bar verdichteten Einsatzluft wird mittels den von den genannten Entspannungsmaschinen angetriebenen Boostern weiter auf ca. 60 bis 80 bar verdichtet. Another portion of the pressure of about 30 to 40 bar compressed feed air is compressed by means of the driven by said expansion machines boosters further bar to about 60 to 80 wt. Der entsprechend hoch verdichtete Luftstrom wird ebenfalls in dem Wärmetauscher abgekühlt und bei einer geeigneten Temperatur mittels einer Drossel entspannt. The correspondingly highly compressed air stream is also cooled in the heat exchanger and relaxed at a suitable temperature by means of a throttle. Auch die Luft dieses Luftstroms verflüssigt sich dabei zumindest zum Teil. The air of this airflow liquefies thereby at least partially. Die insgesamt verflüssigte Luft wird also aus Luft des auf den Druck von ca. 60 bis 80 bar verdichteten Luftstroms und aus der Luft, die der Entspannungsmaschine mit der Eintrittstemperatur von ca. 140 bis 180 K zugeführt wird, gebildet. The total liquefied air is thus formed from the air to the pressure of about 60 to 80 bar and compressed air stream from the air, which is supplied to the expansion machine with the inlet temperature of approximately 140 to 180 K. Die zu verflüssigende Luftmenge wird dabei zumindest teilweise durch die in den Entspannungsmaschinen entspannte Luft gekühlt. The air to be liquefied quantity is at least partially cooled by the relaxed in relaxation machine air.
  • Nachteilig an dem soeben erläuterten Verfahren ist, dass dieses um den Enddruck des Feedverdichters ausgestaltet ist und somit wenig Freiheitsgrade lässt. A disadvantage of the method just described that this is configured to the final pressure of the feed compressor and thus leaves little freedom. Sowohl der Eintrittsdruck des Kreislaufverdichters als auch der Druck am Austritt der beiden Entspannungsmaschinen sind auf diese Weise vorgegeben, und zwar auf den Enddruck des Feedverdichters bzw. den Eingangsdruck des Kreislaufverdichters. Both the inlet pressure of the compressor circuit and the pressure at the outlet of the expansion machines are preset in this way, on the final pressure of the feed compressor or the inlet pressure of the recycle compressor.
  • Speziell für die Energiespeicherung bzw. für hier für einsetzbare Luftverflüssigungseinrichtungen wären jedoch Feedverdichter mit relativ hohem Austrittsdruck von ca. 12 bis 20 bar von Vorteil. However, especially for energy storage and for here of usable air liquefaction facilities would feed compressor with relatively high discharge pressure of about 12 to 20 bar is advantageous. Entsprechend würden in dem herkömmlichen Verfahren auch der Druck, aber auch die minimale Temperatur am Austritt der Entspannungsmaschinen festgelegt, insbesondere der bei tieferen Temperaturen betriebenen Entspannungsmaschine. Correspondingly, the pressure, but also the minimum temperature at the outlet of the expansion machine would be set in the conventional method, in particular the expansion machine operated at lower temperatures. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Flüssigkeitsanteil am Austritt aus einer entsprechenden Entspannungsmaschine typischerweise nicht mehr als 6 bis 8 Prozent betragen darf. This is due to the fact that the liquid fraction at the outlet of a corresponding expansion machine may typically be not more than 6 to 8 percent. Diese Temperatur läge höher als im Fall des oben erläuterten Verfahrens, bei dem der Austrittsdruck des Feedverdichters bzw. der Eintrittsdruck des Kreislaufverdichters ca. 6 bar beträgt. This temperature would be higher than in the case of the method explained above, in which the outlet pressure of the feed compressor or the inlet pressure of the cycle compressor about 6 bar. Die hauptsächlich zu verflüssigende Luftmenge, dh die auf den nochmals höheren Druck von ca. 60 bis 80 bar verdichtete Luft, würde mit dem kalten Strom aus der erläuterten Entspannungsmaschine vorgekühlt, jedoch aufgrund der erläuterten Umstände nicht so stark wie in dem herkömmlichen Verfahren. precooled mainly to be liquefied air amount, ie to the even higher pressure of about 60 to 80 bar compressed air would, with the cold flow of the above-expansion machine, however, owing to the aforementioned circumstances, not as strong as in the conventional method. Gegenüber dem herkömmlichen Verfahren läge die Temperatur dieses Stroms an der kältesten Stelle deutlich höher, nämlich bei ca. 111 bis 120 K anstelle von 101 K. Nach der anschließenden Entspannung in der erläuterten Drossel entstünde daher deutlich mehr Dampf und vergleichsweise weniger Luftverflüssigungsprodukt, was auf größere Verluste hinweist. Compared with the conventional method, the temperature of this stream at the coldest point would be significantly higher, namely at about 111 to 120 K instead of 101 K. After the subsequent relaxation in the above throttle therefore would create significantly more steam, and relatively less air liquefaction product, indicating greater indicating losses.
  • Die Erfindung löst die Aufgabe, ein entsprechendes Verfahren zu verbessern, dadurch, dass der Austrittsdruck der erläuterten, bei tieferer Temperatur betriebenen Entspannungsmaschine reduziert wird, so dass dieser Druck niedriger als der Enddruck des Feedverdichters bzw. der Eintrittsdruck des Kreislaufverdichters wird. The invention achieves to improve a corresponding method the task, characterized in that the outlet pressure of the illustrated, operated at a lower temperature expansion machine is reduced, so that this pressure is lower than the final pressure of the feed compressor or the inlet pressure of the recycle compressor. Die in dieser Entspannungsmaschine entspannte Luftmenge wird dabei nicht direkt zum Eintritt des Kreislaufverdichters (bzw. über den Wärmetauscher zu diesem) geführt, sondern zunächst in zwei Boostern bis auf den Enddruck des Feedverdichters bzw. den Eintrittsdruck des Kreislaufverdichters rückverdichtet. The relaxed in this expansion machine air quantity is not taken directly to the inlet of the recycle compressor (or via the heat exchanger for this), but first re-compressed in two boosters up to the final pressure of the feed compressor or the inlet pressure of the recycle compressor.
  • Auf diese Weise wird erreicht, dass auch bei höheren Enddrücken eines Feedverdichters bzw. Eintrittsdrücken eines Kreislaufverdichters eine Entspannung auf geringere Drücke möglich ist, so dass eine effektive Kühlung zur Verflüssigung von Luft ermöglicht wird. In this way it is achieved that even at high discharge pressures of a feed compressor or discharge pressures of a cycle compressor a relaxation on lower pressures is possible so that effective cooling for liquefying air is possible. Auf diese Weise werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Verluste in nachgeschalteten Einrichtungen verringert. In this way, losses are reduced in downstream facilities in the context of the present invention.
  • Die vorliegende Erfindung geht vor diesem Hintergrund von einem Verfahren zur Verflüssigung von Luft aus, bei dem ein Druckluftstrom auf einem ersten Druckniveau bereitgestellt und mittels eines Verdichters, nämlich mittels des erläuterten Kreislaufverdichters, auf ein zweites Druckniveau verdichtet wird, aus Luft des Druckluftstroms nach der Verdichtung auf das zweite Druckniveau ein erster Teilstrom, ein zweiter Teilstrom und ein dritter Teilstrom gebildet wird, Luft des ersten Teilstroms unter Verwendung von Kälte, die mittels einer Entspannung von Luft des zweiten Teilstroms und des dritten Teilstroms erzeugt wird, abgekühlt und zumindest teilweise verflüssigt wird, und bei dem zur Bereitstellung des Druckluftstroms auf dem ersten Druckniveau Einsatzluft, die auf das erste Druckniveau verdichtet wird, und Luft des zweiten Teilstroms und des dritten Teilstroms, die auf dem ersten Druckniveau bereitgestellt wird, verwendet wird. The present invention goes against this background, to a method for the liquefaction of air in which a stream of compressed air to a first pressure level provided and is compressed by a compressor, namely by means of the described cycle compressor, to a second pressure level of air flow of compressed air after compression on the second pressure level, a first portion stream, a second partial flow and a third partial flow is formed, the air of the first substream using refrigeration generated by a relaxation of air of the second stream and the third sub-stream, cooled and at least partially liquefied, and is used in which for providing the compressed air stream on the first pressure level feed air which is compressed to the first pressure level, and air of the second part stream, and which is provided on the first pressure level of the third part stream.
  • Die vorliegende Erfindung sieht dabei vor, dass die Luft des zweiten Teilstroms nacheinander auf ein erstes Temperaturniveau abgekühlt, von dem zweiten Druckniveau auf das erste Druckniveau entspannt und gegen den ersten Teilstrom erwärmt wird, und dass die Luft des dritten Teilstroms nacheinander auf ein zweites Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus abgekühlt, auf ein drittes Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus entspannt, gegen den ersten Teilstrom erwärmt und auf das erste Druckniveau rückverdichtet wird. The present invention provides in this respect that the air of the second partial stream successively cooled to a first temperature level, laid from the second pressure level to the first pressure level and is warmed against the first partial flow, and that the air of the third sub-stream one after the other below a second temperature level of the first temperature level cooled, expanded to a third pressure level below the first pressure level, is heated against the first partial stream and re-compressed to the first pressure level. Durch die Entspannung auf das dritte Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus werden die zuvor erläuterten Vorteile erzielt, nämlich eine verbesserte Kälteproduktion, die im Bereich der Kälteproduktion in herkömmlichen Anlagen mit einem entsprechenden Feedverdichterenddruck von ca. 6 bar bzw. einem derartigen Kreislaufverdichtereintrittsdruck liegt. By relaxing the third pressure level below the first pressure level, the advantages discussed above are achieved, namely improved cold production, which is bar in the refrigeration production in conventional systems with a corresponding Feedverdichterenddruck of about 6 or such a cycle compressor inlet pressure. Zugleich können die Vorteile eines höher verdichtenden Feedverdichters genutzt werden. At the same time the advantages of a higher compacted feed compressor can be used.
  • Erfindungsgemäß werden zum Rückverdichten des dritten Teilstroms dabei ein erster Booster und ein zweiter Booster verwendet, wobei der erste Booster mit einer zur Entspannung der Luft des zweiten Teilstroms verwendeten Entspannungsmaschine angetrieben wird und mechanisch gekoppelt ist und der zweite Booster mit einer zur Entspannung der Luft des dritten Teilstroms verwendeten Entspannungsmaschine angetrieben wird und mechanisch gekoppelt ist. According to the invention, a first booster and a second booster can be for returning compression of the third sub-stream thereby used, wherein the first booster is driven at a used to relax the air of the second substream expansion machine and is mechanically coupled, and the second booster with a relaxation of the air of the third expansion machine part stream used is driven and is mechanically coupled. Dies ermöglicht es, bei der Entspannung der Teilströme freiwerdende Leistung effektiv zur Rückverdichtung der Luft des dritten Teilstroms einzusetzen. This makes it possible to use in relaxing the partial flows released power effective for recompression of the air of the third partial stream. Es sind keine zusätzlichen, extern angetriebenen Verdichter erforderlich. There are no additional externally driven compressor required. Der erste Booster und der zweite Booster sind erfindungsgemäß miteinander und mit dem (Kreislauf-)Verdichter im oben erläuterten Sinne mechanisch ungekoppelt. The first booster and said second booster according to the invention are mechanically uncoupled and connected to the (circulatory) compressor in the sense explained above. Mechanisch ungekoppelt sind damit auch die beiden genannten Entspannungsmaschinen untereinander und mit dem Verdichter. so are uncoupled mechanically also said two expanders among themselves and with the compressor. Auf diese Weise können der Verdichter, der erste Booster mit der zur Entspannung der Luft des zweiten Teilstroms verwendeten Entspannungsmaschine und der zweite Booster mit der zur Entspannung der Luft des dritten Teilstroms verwendeten Entspannungsmaschine jeweils (innerhalb betrieblicher Grenzen) unabhängig voneinander betrieben werden. In this way, the compressor, the first booster can be operated with the expansion machine used for the expansion of the air of the second substream and the second booster to the one used to relax the air of the third partial stream expansion machine respectively (within operating limits) independently of one another. Insbesondere können hierdurch die durch Entspannung des zweiten und des dritten Teilstroms bereitgestellte Kälte sowie die Austrittsdrücke der Booster individuell und unabhängig von dem Verdichter eingestellt werden. In particular, the provided by expansion of the second and the third partial stream cooling, and the outlet pressure of the booster can thereby be adjusted individually and independently of the compressor. Insbesondere kann das dritte Druckniveau unabhängig eingestellt werden. In particular, the third pressure level can be set independently.
  • Aus den erläuterten mechanischen Beziehungen der Booster und Entspannungsmaschinen untereinander und mit dem Verdichter ergibt sich, dass die Rückverdichtung der Luft des Teilstroms auf das erste Druckniveau und die Verdichtung des Druckluftstroms auf das erste Druckniveau unabhängig voneinander, dh in unterschiedlichen Apparaten (dem ersten Booster und dem zweiten Booster einerseits und in dem Verdichter andererseits) erfolgt. For the reasons explained mechanical relationships of the booster and expansion machines with each other and with the compressor results in that the re-compression of the air of the partial flow to the first pressure level, and the compression of the pressure air flow to the first pressure level independently, that is (in different apparatuses of the first booster and the second booster one hand and on the other) takes place in the compressor. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als die Luft des dritten Teilstroms, die nach dem Abkühlen auf das zweite Temperaturniveau und dem Entspannen auf das dritte Druckniveau gegen den ersten Teilstrom erwärmt und auf das erste Druckniveau rückverdichtet wird, Luft des dritten Teilstroms verwendet, die auf dem dritten Druckniveau und einem durch die Entspannung auf das dritte Druckniveau erzeugten dritten Temperaturniveau gasförmig bleibt. According to a particularly preferred embodiment of the present invention, as the air which is heated after cooling to the second temperature level and flashing to the third pressure level against the first partial stream and re-compressed to the first pressure level, uses air of the third partial stream of the third sub-stream, the third at the pressure level and a signal generated by the expansion to the third pressure level third temperature level remains gaseous. Mit anderen Worten wird gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nach der Entspannung des dritten Teilstroms auf das dritte Druckniveau eine Flüssigphase abgeschieden und nur die Luft des dritten Teilstroms durch einen entsprechenden Wärmetauscher geführt und zum Abkühlen des ersten Teilstroms verwendet, die hier gasförmig bleibt. In other words, a liquid phase is deposited in accordance with this embodiment of the present invention after expansion of the third sub-stream to the third pressure level and only performed the air of the third sub-stream by a respective heat exchanger and to cool the first partial flow is used, which remains gaseous here.
  • Gemäß dieser besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass Luft des dritten Teilstroms, die auf das zweite Temperaturniveau abgekühlt und auf das dritte Druckniveau entspannt wurde und auf den dritten Temperaturniveau und dem dritten Druckniveau flüssig vorliegt, mit verflüssigter Luft des ersten Teilstroms zu vereinigen. According to this particularly preferred embodiment of the invention it can be provided that air of the third sub-stream, which has been cooled to the second temperature level and is expanded to the third pressure level, and is liquid at the third temperature level and the third pressure level, to unite with liquefied air of the first substream , Derartige Luft wurde bereits verflüssigt, so dass sie vorteilhaft zur Gewinnung des Luftverflüssigungsprodukts entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren genutzt werden kann. Such air has been liquefied so that they can advantageously be used for obtaining the air liquefaction product in accordance with the inventive method.
  • Vorteilhafterweise wird die Luft des ersten Teilstroms nach dem Abkühlen auf ein viertes Druckniveau unterhalb des dritten Druckniveaus entspannt. Advantageously, the air of the first partial flow, after cooling, is depressurized to a fourth pressure level below the third pressure level. Hierzu wird vorteilhafterweise eine Drosseleinrichtung, beispielsweise ein Drosselventil oder eine Generatorturbine, eingesetzt, in der durch Joule-Thompson-Entspannung weitere Kälte generiert und damit eine bessere Verflüssigung der Luft bewirkt wird. For this purpose advantageously a throttle device, for example a throttle valve or a turbine generator is inserted, generated in the other by Joule-Thompson expansion cooling and thus a better liquefaction of air is effected.
  • Vorteilhafterweise kann, bevor die Luft des ersten Teilstroms auf das vierte Druckniveau entspannt wird, diese Luft zunächst auf das zuvor erläuterte dritte Druckniveau entspannt werden. Advantageously, before the air can of the first substream is expanded to the fourth pressure level, this air is first laid on the above-explained third pressure level. Auf diese Weise wird eine Vereinigung von Anteilen des ersten Teilstroms mit beispielsweise verflüssigter Luft des dritten Teilstroms, die auf dem dritten Druckniveau vorliegt, ermöglicht. In this way, an association of portions of the first part stream with, for example, liquefied air of the third sub-stream, which is present on the third pressure level, allows.
  • Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Luft des dritten Teilstroms, die nach dem Abkühlen auf das zweite Temperaturniveau und dem Entspannen auf das dritte Temperaturniveau gegen den ersten Teilstrom erwärmt und auf das erste Druckniveau rückverdichtet wird, nach dem Entspannen auf das dritte Druckniveau mit auf das dritte Druckniveau entspannter und gasförmig bleibender Luft des ersten Teilstroms zu vereinigen. It is particularly advantageous here, the air which is heated after cooling to the second temperature level and flashing to the third temperature level against the first partial stream and re-compressed to the first pressure level of the third partial stream, after the expansion to the third pressure level with the uniting third pressure level relaxed and gas constant of air of the first substream. Entsprechende Luft kann daher effektiv genutzt und zum Eintritt eines Kreislaufverdichters zurückgeführt werden. Corresponding air can therefore be effectively used and returned to the entry of a cycle compressor.
  • Vorteilhafterweise liegt das erste Druckniveau im Rahmen der vorliegenden Erfindung bei 5 bis 25 bar, insbesondere bei 10 bis 20 bar und/oder das zweite Druckniveau bei 50 bis 100 bar, insbesondere bei 60 bis 80 bar. Advantageously, the first pressure level in the context of the present invention is from 5 to 25 bar, in particular 10 to 20 bar and / or the second pressure level at 50 to 100 bar, in particular at 60 to 80 bar. Beispielsweise können als erstes Druckniveau ca. 17 bar und als zweites Druckniveau ca. 70 bar verwendet werden. For example, can be used as a second pressure level bar and about 70 bar as a first pressure level about 17th Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich daher in besonderer Weise für Verfahren zur Verflüssigung von Luft, die in Verfahren zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, wo vergleichsweise große Luftmengen verflüssigt werden müssen, eingesetzt werden, wie zuvor erläutert. Therefore, the method of the invention is particularly suitable for process for the liquefaction of air, which are used in processes for the storage and recovery of energy, where relatively large amounts of air have to be liquefied, as previously explained. In gleicher Weise eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren aber auch für andere Einsatzszenarios, bei denen entsprechende Anforderungen bestehen. In the same way the inventive method is also suitable for other application scenarios in which there are such requirements. Insbesondere sind durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens Feedverdichter verwendbar, die entsprechend hohe erste Druckniveaus liefern. In particular, feed compressors are usable by the use of the method according to the invention, which provide correspondingly high first pressure level.
  • Vorteilhafterweise liegt das dritte Druckniveau mindestens 1, 5 oder 10 bar und bis zu 20 bar unterhalb des zweiten Druckniveaus und/oder das vierte Druckniveau 1, 5 oder 10 bar und bis zu 20 bar unterhalb des dritten Druckniveaus, wobei das vierte Druckniveau insbesondere bei Atmosphärendruck liegt. Advantageously, the third pressure level of at least 1, 5 or 10 bar and up to 20 bar below the second pressure level and / or the fourth pressure level 1, 5 or 10 bar and up to 20 bar below the third pressure level, said fourth pressure level in particular at atmospheric pressure lies. Ein Beispiel für das dritte Druckniveau sind ca. 6,5 bar. An example of the third pressure level is about 6.5 bar. Eine entsprechende Entspannung auf ein derart niedriges drittes Druckniveau das den Feedverdichterend- bzw. Kreislaufverdichtereingangsdrücken in den zuvor erläuterten herkömmlichen Verfahren entspricht, ermöglicht eine besonders effektive Abkühlung. A corresponding relaxation on such a low level that corresponds to the third pressure Feedverdichterend- or circulation compressor inlet pressures in the previously explained conventional method makes possible a particularly effective cooling.
  • Vorteilhafterweise liegt das erste Temperaturniveau bei 230 bis 330 K und/oder das zweite Temperaturniveau bei 140 bis 180 K. Entsprechende Temperaturniveaus entsprechen jenen herkömmlicher Verfahren, wie sie zuvor erläutert wurden, so dass sich hierbei verwendete Erfahrungswerte weiter nutzen lassen. Advantageously, the first temperature level is at 230 and 330 K and / or the second temperature level of 140 to 180 K. The corresponding temperature levels corresponding to those conventional methods, as explained above, so that it is possible to continue to use this experience used.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Speicherung und Rückgewinnung von elektrischer Energie, das einen ersten Betriebsmodus, in dem mittels elektrischer Energie Luft verflüssigt wird, und einen zweiten Betriebsmodus, in dem unter Verwendung der in dem ersten Betriebsmodus verflüssigten Luft elektrische Energie gewonnen wird, umfasst. The invention further relates to a method for the storage and recovery of electrical energy, comprising a first operating mode in which air is liquefied by means of electrical energy, and in which, using the liquefied in the first mode of air electric power is generated a second operating mode, , Der erste Betriebsmodus ist dabei der eingangs erläuterte Betriebsmodus in Billigstromzeiten oder Stromüberschusszeiten, also in einem Energiespeicherzeitraum, der zweite Betriebsmodus der Betriebsmodus, der in Spitzenlastzeiten verwendet wird, also in einem Energierückgewinnungszeitraum. The first operating mode is the initially-mentioned operation mode to low power periods or power surplus times, ie in an energy storage period, the second operating mode, the operating mode which is used during peak load periods, ie, in an energy recovery period. Ein entsprechendes Verfahren zur Speicherung und Rückgewinnung von elektrischer Energie zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass in dem ersten Betriebsmodus ein Verfahren verwendet wird, wie es zuvor erläutert wurde. A corresponding method for the storage and recovery of electric power according to the invention is characterized by the fact that a method is used in the first operation mode, as explained previously. Bezüglich dieses Verfahrens wird daher auf die Merkmale und Vorteile, die zuvor erläutert wurden, ausdrücklich verwiesen. With regard to this process, therefore, expressly refer to the features and advantages that have been discussed above.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Anlage zur Verflüssigung von Luft. The invention further relates to a plant for the liquefaction of air. Diese weist Mittel auf, die dafür eingerichtet sind, einen Druckluftstrom auf einem ersten Druckniveau bereitzustellen und mittels eines Verdichters, des mehrfach erwähnten Kreislaufverdichters, auf ein zweites Druckniveau zu verdichten, aus Luft des Druckluftstroms nach der Verdichtung auf das zweite Druckniveau einen ersten Teilstrom, einen zweiten Teilstrom und einen dritten Teilstrom zu bilden, Luft des ersten Teilstroms unter Verwendung von Kälte, die mittels einer Entspannung von Luft des zweiten Teilstroms und des dritten Teilstroms erzeugt wird, abzukühlen und zumindest teilweise zu verflüssigen, und zur Bereitstellung des Druckluftstroms auf dem ersten Druckniveau Einsatzluft, die auf das erste Druckniveau verdichtet wird, und Luft des zweiten Teilstroms und des dritten Teilstroms, die auf dem ersten Druckniveau bereitgestellt wird, zu verwenden. This has means which are adapted to provide a flow of compressed air to a first pressure level and by means of a compressor to compress at a second pressure level of the multi-mentioned cycle compressor, selected from air, the compressed air stream after compression to the second pressure level a first partial flow, a to form second sub-stream and a third partial flow of cooling air of the first substream using refrigeration generated by a relaxation of air of the second stream and the third sub-stream, and liquefy at least partly, and for providing the compressed air stream on the first pressure level to use is compressed to the first pressure level feed air, and air of the second part stream, and which is provided on the first pressure level of the third part stream.
  • Es sind Mittel vorgesehen, die dafür eingerichtet sind, die Luft des zweiten Teilstroms nacheinander auf ein erstes Temperaturniveau abzukühlen und von dem zweiten Druckniveau auf das erste Druckniveau zu entspannen und gegen den ersten Teilstrom zu erwärmen, und die ferner dafür eingerichtet sind, die Luft des dritten Teilstroms nacheinander auf ein zweites Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus abzukühlen, auf ein drittes Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus zu entspannen, gegen den ersten Teilstrom zu erwärmen und auf das erste Druckniveau rückzuverdichten. Means are provided which are adapted to successively cool the air of the second partial stream to a first temperature level and to relax from the second pressure level to the first level of pressure and heat against the first part stream, and which are also adapted to the air of the cool third partial flow successively to a second temperature level lower than the first temperature level to relax to a third pressure level below the first pressure level to heat against the first partial stream and rückzuverdichten to the first pressure level.
  • Erfindungsgemäß sind zum Rückverdichten des dritten Teilstroms ein erster Booster und ein zweiter Booster bereitgestellt, wobei der erste Booster mit einer zur Entspannung des dritten Teilstroms verwendeten Entspannungsmaschine antreibbar und mechanisch gekoppelt ist, der zweite Booster mit einer zur Entspannung des zweiten Teilstroms verwendeten Entspannungsmaschine antreibbar und mechanisch gekoppelt ist, und der erste Booster und der zweite Booster miteinander und mit dem Verdichter mechanisch ungekoppelt sind. According to the invention, a first booster for returning compression of the third sub-stream and a second boosters are provided, wherein the first booster is coupled to be driven and mechanically connected to one used for the relaxation of the third part stream expansion machine, the second booster with a used for expansion of the second part stream expansion machine driven and mechanically is coupled, and the first booster and the second booster are mechanically uncoupled and connected to the compressor.
  • Zu Merkmalen und Vorteilen einer entsprechenden Anlage wird ebenfalls auf die zuvor erläuterten Merkmale und Vorteile verwiesen. About features and benefits of a corresponding investment is also made to the aforementioned features and benefits. Insbesondere ist eine entsprechende Anlage zur Durchführung eines Verfahrens eingerichtet, wie es zuvor erläutert wurde, es kann sich also auch um eine Anlage zur Speicherung und Rückgewinnung von elektrischer Energie handeln. In particular by a system for performing a process is set up, as explained previously, so it can also be a facility for the storage and recovery of electrical energy.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen Ausführungsformen der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik veranschaulicht sind. The invention is explained below with reference to the accompanying drawings, in which embodiments of the invention over the prior art are illustrated.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief Description of Drawings
    • Figur 1 Figure 1 veranschaulicht eine nicht erfindungsgemäße Anlage zur Verflüssigung von Luft in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms. illustrates a system not according to the invention for the liquefaction of air in the form of a schematic process flow diagram.
    • Figur 2 Figure 2 veranschaulicht eine Anlage zur Verflüssigung von Luft gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms. illustrates a plant for the liquefaction of air in accordance with an embodiment of the invention in form of a schematic process flow diagram.
    • Figur 3 Figure 3 veranschaulicht eine Anlage zur Verflüssigung von Luft gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms. illustrates a plant for the liquefaction of air in accordance with an embodiment of the invention in form of a schematic process flow diagram.
    • Figur 4 Figure 4 veranschaulicht eine Anlage zur Verflüssigung von Luft gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms. illustrates a plant for the liquefaction of air in accordance with an embodiment of the invention in form of a schematic process flow diagram.
    • Figur 5 Figure 5 veranschaulicht eine Anlage zur Verflüssigung von Luft gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms. illustrates a plant for the liquefaction of air in accordance with an embodiment of the invention in form of a schematic process flow diagram.
  • In den Figuren sind einander entsprechende Elemente, Ströme und Vorrichtungen mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert. In the figures, corresponding elements, currents and devices are each provided with identical reference numerals and the clarity's sake are not explained repeatedly. Fluidströme sind jeweils mit Groß- bzw. Kleinbuchstaben angegeben, überwiegend oder ausschließlich gasförmige Fluidströme ferner mit nicht ausgefüllten (weißen), überwiegend oder ausschließlich flüssige Fluidströme hingegen mit ausgefüllten (schwarzen) Flusspfeilen veranschaulicht. Fluid flows are indicated by uppercase or lowercase, predominantly or exclusively gaseous fluid flows further with unfilled (white), predominantly or exclusively liquid fluid flows on the other hand with filled (black) flow arrows illustrated.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen Detailed Description of the Drawings
  • Figur 1 Figure 1 veranschaulicht eine nicht erfindungsgemäße Anlage zur Verflüssigung von Luft, die insgesamt mit 500 bezeichnet ist. illustrates a system not according to the invention for the liquefaction of air, which is generally indicated at 500th Der besseren Unterscheidbarkeit halber sind die Fluidströme hier mit Großbuchstaben angegeben. The better differentiation half are given the fluid flows here with capital letters.
  • Der Anlage 500 wird Einsatzluft A bei Umgebungsdruck zugeführt, und nach Vereinigung mit einem weiteren Luftstrom X in einem Verdichter 12, dem sogenannten Feedverdichter, verdichtet. The system 500 is fed to feed air A at ambient pressure, and, after combination with a further air stream X in a compressor 12, the so-called Feed compressor, is compressed. Dem Feedverdichter 12 kann ein nicht gesondert bezeichneter Nachkühler nachgeschaltet sein. The feed compressor 12 may be followed by a not separately designated cooler. Ein entsprechend erhaltener Druckluftstrom, nun mit B bezeichnet, wird einem zweiten Verdichter 11, dem sogenannten Kreislaufverdichter, dem ebenfalls ein nicht gesondert bezeichneter Nachkühler nachgeschaltet sein kann, zugeführt. A correspondingly received compressed air stream, now designated by B, is a second compressor 11, the so-called cycle compressor, to which a not separately designated aftercooler may also be fed downstream. Ebenfalls dem Kreislaufverdichter 11 wird ein Strom Y zugeführt, der wie unten erläutert gebildet wird. Also the circulation compressor 11, a current is supplied to Y, which is formed as explained below. Die Ströme B und Y werden in dem Kreislaufverdichter 11 weiter verdichtet. The currents B and Y are further compressed in the cycle compressor. 11 Stromab des Kreislaufverdichters 11 wird ein durch die Verdichtung erhaltener Strom, der nun mit C bezeichnet ist, in einen ersten Teilstrom D und einen zweiten Teilstrom E aufgeteilt. Downstream of the cycle compressor 11 is a value obtained by the compression of current, which is now designated by C, is divided into a first partial flow and a second partial stream D E. Der erste Teilstrom D wird einem Wärmetauscher 13 warmseitig zugeführt und diesem auf einem Zwischentemperaturniveau entnommen. The first part of stream D is fed to a heat exchanger 13 fed to the warm side and discharged therefrom at an intermediate temperature level. Der erste Teilstrom D wird anschließend in einer ersten Entspannungsmaschine 14 auf das durch den Feedverdichter 12 bereitgestellte Druckniveau entspannt und dem Wärmetauscher 13 auf einem Zwischentemperaturniveau zugeführt. The first partial flow D is then expanded in a first expansion machine 14 to the feed provided by the compressor 12 pressure level and the heat exchanger 13 is supplied to an intermediate temperature level.
  • Der zweite Teilstrom E wird zunächst in einem ("ersten") Booster 15 und anschließend in einem ("zweiten") Booster 16, denen jeweils nicht gesondert bezeichnete Nachkühler nachgeordnet sein können, auf ein höheres Druckniveau verdichtet. The second partial stream E is first in a ( "first") booster 15 and then in a ( "second") booster 16, which in each case not separately designated aftercooler may be arranged downstream, compressed to a higher pressure level. Der entsprechend verdichtete zweite Teilstrom E wird ebenfalls warmseitig dem Wärmetauscher 13 zugeführt und diesem teilweise auf einem Zwischentemperaturniveau in Form des Stroms F entnommen. The correspondingly compressed second part-stream E is also supplied to the hot-side heat exchanger 13 that partially removed at an intermediate temperature level in the form of the stream F. Der Strom F wird in einer Entspannungsmaschine 17 entspannt und anschließend in einen Abscheidebehälter 18 überführt. The stream F is expanded in an expansion machine 17, and then transferred into a separating 18th Die Entspannung in der Entspannungsmaschine 17 erfolgt ebenfalls auf das durch den Feedverdichter 12 bereitgestellte Druckniveau. The expansion in the expansion machine 17 is also carried on the provided by the compressor 12 Feed pressure level.
  • Ebenfalls dem Abscheidebehälter 18 zugeführt wird ein zweiter Anteil des zweiten Teilstroms E, der hier mit G bezeichnet ist und beinahe bis zum kalten Ende durch den Wärmetauscher 13 geführt wird. a second portion of the second part stream E, which is here designated G, and is almost out to the cold end through the heat exchanger 13 is also supplied to the separating vessel 18th Im Sumpf des Abscheidebehälters 18 abgeschiedene Flüssigluft wird in Form des Stroms H abgezogen, in einem Teil des Wärmetauschers 13 unterkühlt und anschließend teilweise beispielsweise in einen Tank überführt. In the bottom of the separating vessel 18 deposited liquid air is withdrawn in the form of stream H, subcooled in a part of the heat exchanger 13 and then transferred partially, for example in a tank. Zur Unterkühlung wird unter anderem Kälte verwendet, die aus einer Entspannung eines Teils des Stroms H zu dem erwähnten Strom X gewonnen werden kann. For sub-cooling refrigerant among other things is used, the X can be obtained from an expansion of a portion of the stream to the H-mentioned current. Letzterer wird anschließend vom kalten zum warmen Ende durch den Wärmetauscher 13 geführt. The latter is then passed from the cold to the warm end of the heat exchanger. 13 Die in dem Abscheidebehälter 18 gasförmig verbleibende Luft wird in Form des Stroms I abgezogen, in dem Wärmetauscher 13 erwärmt und anschließend in Form des Stroms Y mit dem zuvor erläuterten Druckluftstrom B vereinigt. The gas remaining in the separating vessel 18 air is withdrawn in the form of the current I is heated in the heat exchanger 13 and then combined in the form of the current Y with the above-explained compressed air stream B.
  • Wie zuvor erwähnt, weist die in As previously mentioned, the in Figur 1 Figure 1 veranschaulichte Luftverflüssigungsanlage 100 Nachteile auf. illustrated air liquefaction plant 100 disadvantages. In dem Feedverdichter 12 wird die Einsatzluft des Stroms A bis auf etwa 6 bar verdichtet. In the feed compressor 12, the feed air of the stream A is compressed to about 6 bar. Der Kreislaufverdichter 11 verdichtet die Einsatzluft des Stroms A zusammen mit einer zurückgeführten Luftmenge des Stroms Y weiter von den genannten ca. 6 bar bis auf ca. 30 bis 40 bar. The cycle compressor 11 compresses the feed air of the stream A, together with a recycled air amount of current from said Y further about 6 bar to about 30 to 40 bar. In der Entspannungsmaschine 14 wird die auf den Druck von ca. 30 bis 40 bar verdichtete Luft des Stroms D dann erneut auf den Druck von ca. 6 bar entspannt und auf diesem Druckniveau als Teil des Stroms Y zurück zum Eingang des Kreislaufverdichters 11 geführt. In the expansion machine 14, to the pressure of about 30 to 40 bar compressed air of the stream is D then performed again on the pressure of about 6 bar, and at this pressure level, as part of the current Y back to the input of the cycle compressor. 11 In der Entspannungsmaschine 17 wird die zunächst auf den Druck von ca. 30 bis 40 bar verdichtete und anschließend in den Boostern 15 und 16 weiter auf ca. 60 bis 80 bar verdichtete Luft des Stroms F ebenfalls auf den Druck von ca. 6 bar entspannt. is in the expansion machine 17, the first to the pressure of about 30 to 40 bar and then compacted further also relaxed in the boosters 15 and 16 to about 60 to 80 bar compressed air of the flow F to the pressure of about 6 bar. Ein dabei in dem Abscheidebehälter 18 gasförmig bleibender Anteil hiervon wird als Teil des Stroms Y ebenfalls zurück zum Eingang des Kreislaufverdichters 11 geführt. A gaseous thereby maintaining in the separating portion 18 thereof is passed as part of the current Y also back to the input of the cycle compressor. 11
  • Die Entspannungsmaschinen 14 und 17 sind dabei so platziert, dass die Eintrittstemperatur in die Entspannungsmaschine 14 auf einem Temperaturniveau zwischen 230 K und Umgebungstemperatur und die Eintrittstemperatur der Entspannungsmaschine 17 bei ca. 140 bis 180 K liegt. The expanders 14 and 17 are placed so that the inlet temperature is in the expansion machine 14 at a temperature level between 230 K and ambient temperature and the inlet temperature of the expansion machine 17 at about 140 to 180 K. Dies wird erreicht, indem man die Ströme D und F durch den Wärmetauscher 13 führt und diesem bei den genannten Temperaturen entnimmt. This is achieved by the currents D and F through the heat exchanger 13, and this takes at said temperatures. Die von den genannten Entspannungsmaschinen 14 und 17 angetriebenen Booster 15 und 16 verdichten den Strom E auf das genannte Druckniveau von ca. 60 bis 80 bar. The driven by said expansion machines 14 and 17, booster 15 and 16 compress the stream E to said pressure level of about 60 to 80 bar. Ein Teil des auf das Druckniveau von ca. 60 bis 80 bar verdichteten Stroms E wird in Form des Stroms G über eine Drossel in den Abscheidebehälter 18 entspannt. A part of the pressure level of about 60 to 80 bar compressed stream E is released in the form of stream G via a throttle into the separating 18th Die Luft dieses Stroms G verflüssigt sich dabei zumindest zum Teil. The air of this current G liquefies thereby at least partially. Die verflüssigte Luft des Stroms H wird aus der verflüssigten Luft des Stroms G und aus verflüssigter Luft des in der Entspannungsmaschine 17 entspannten Stroms F gebildet. The liquefied air of the stream H is formed from the liquefied air stream G and the liquefied air from the expanded in the expansion machine 17 F stream. Die zu verflüssigende Luftmenge wird dabei jeweils durch die in den Entspannungsmaschinen 14 und 17 entspannte Luft gekühlt. The amount of air to be liquefied is cooled in each case by the expanders 14 and 17 expanded air.
  • Nachteilig hieran ist, dass ein entsprechendes Verfahren um den Enddruck des Feedverdichters 12 ausgestaltet werden muss und somit wenig Freiheitsgrade lässt. This has the disadvantage that a corresponding process to the final pressure of the feed compressor 12 has to be designed and thus leaves little freedom. Sowohl der Eintrittsdruck des Kreislaufverdichters 11 als auch der Druck am Austritt der beiden Entspannungsmaschinen 14 und 17 sind auf diese Weise vorgegeben, und zwar auf den Enddruck des Feedverdichters 12 bzw. den Eintrittsdruck des Kreislaufverdichters 11. Feedverdichter 12 mit höherem Enddruck von ca. 12 bis 20 bar wären von Vorteil. Both the inlet pressure of the cycle compressor 11 and the pressure at the outlet of the two expanders 14 and 17 are set in this manner, namely to the final pressure of the feed compressor 12 and the inlet pressure of the recycle compressor 11. Feed compressor 12 with a higher final pressure of about 12 to 20 bar would be an advantage. Entsprechend würde aber in dem in der Luftverflüssigungsanlage 500 implementierten Verfahren auch der Druck und die minimale Temperatur am Austritt der Entspannungsmaschinen 14 und 17 entsprechend festgelegt, insbesondere der bei tieferen Temperaturen betriebenen Entspannungsmaschine 17. Der Flüssigkeitsanteil am Austritt aus einer solchen Entspannungsmaschine 17 darf typischerweise nicht mehr als 6 bis 8 Prozent betragen. Accordingly, however, would set in the implemented in the air liquefaction plant 500 method, the pressure and the minimum temperature at the outlet of the expansion engines 14 and 17 accordingly, in particular of operating at lower temperatures the expansion machine 17. The liquid fraction at the outlet from such expansion machine 17 can not be more typically be as 6 to 8 percent. Diese hierzu einzuhaltende Temperatur liegt dann aber höher als im Fall eines Verfahrens, bei dem der Austrittsdruck des Feedverdichters 12 bzw. der Eintrittsdruck des Kreislaufverdichters 11 ca. 6 bar beträgt. This purpose to be observed temperature is then however higher than in the case of a method in which the discharge pressure of the feed compressor 12 and the inlet pressure of the cycle compressor 11 is approximately 6 bar. Die zur verflüssigende Luftmenge, dh die auf das dritte Druckniveau von ca. 60 bis 80 bar verdichtete Luft des Stroms E würde mit dem kalten Strom F aus der Entspannungsmaschine 17 vorgekühlt, jedoch aufgrund der erläuterten Umstände nicht so weit wie in einem herkömmlichen Verfahren, bei dem der Austrittsdruck des Feedverdichters 12 bzw. der Eintrittsdruck des Kreislaufverdichters 11 ca. 6 bar beträgt. The not so far for liquefying air amount, ie to the third pressure level of about 60 to 80 bar compressed air of the stream E would pre-cooled with the cold flow F from the expansion machine 17, however, owing to the aforementioned circumstances at as in a conventional method, is about 6 bar to the discharge pressure of the feed compressor 12 and the inlet pressure of the cycle compressor. 11 Gegenüber einem herkömmlichen Verfahren läge die Endtemperatur deutlich höher, nämlich bei ca. 111 bis 120 K anstelle von 101 K. Nach der anschließenden Entspannung in der erläuterten Drossel entstünde daher deutlich mehr Dampf und vergleichsweise weniger Luftverflüssigungsprodukt, was auf größere Verluste hinweist. Compared to a conventional method, the final temperature would be significantly higher, namely at about 111 to 120 K instead of 101 K. After the subsequent relaxation in the above throttle therefore would create significantly more steam, and relatively less air liquefaction product, indicating greater losses.
  • In In Figur 2 Figure 2 ist eine Anlage zur Verflüssigung von Luft gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms veranschaulicht und insgesamt mit 100 bezeichnet. is a plant for the liquefaction of air in accordance with an embodiment of the invention illustrated in the form of a schematic process flow chart and indicated generally by 100.
  • Der Anlage 100 wird Einsatzluft a auf einem ersten Druckniveau zugeführt. The system 100 is a feed air supplied at a first pressure level. Auch hier wird unter "Einsatzluft" dabei extern bereitgestellte und beispielsweise mittels geeigneter Reinigungseinrichtungen von Wasser und/oder Kohlendioxid befreite Luft verstanden, die mittels eines in Here, too, thereby externally provided and, for example, by means of suitable cleaning devices of water and / or carbon dioxide is under "feed air" is understood freed air in by means of a Figur 2 Figure 2 nicht dargestellten Feedverdichters auf ein Druckniveau ("erstes Druckniveau") verdichtet wird, das hier jedoch deutlich höher liegt als in der Anlage 500, beispielsweise bei den erwähnten ca. 12 bis 20 bar. not feed compressor to a pressure level ( "first pressure level") shown is compressed, which is here, however, significantly higher than in the system 500, for example, in the above-mentioned approximately 12 to 20 bar.
  • Durch Vereinigung mit einem weiteren Luftstrom g auf dem ersten Druckniveau (siehe unten zu Strom g) wird ein Druckluftstrom b gebildet und mittels eines Verdichters, des mehrfach erwähnten Kreislaufverdichters 11, der aber ggf. unterschiedlich zu dem bezüglich der Anlage 500 gemäß By association with a further air stream g to the first pressure level (see below to current g) is a compressed air flow b formed and by means of a compressor of the multi-mentioned cycle compressor 11 but possibly different according to the relation to the unit 500 Figur 1 Figure 1 erläuterten Kreislaufverdichter 11 ausgebildet sein kann, weiter auf ein "zweites" Druckniveau verdichtet. described cycle compressor 11 may be formed, further compressed pressure level to a "second". Dem Kreislaufverdichter 11 kann auch hier ein nicht gesondert bezeichneter Nachkühler nachgeschaltet sein. The cycle compressor 11, a not separately designated after-cooler can be followed here as well. Aus dem auf das zweite Druckniveau verdichteten Druckluftstrom b werden letztlich drei Teilströme c, e und f, gebildet. are ultimately from the compressed to the second pressure level pressurized air stream b three substreams c, e and f, are formed. Der Teilstrom c wird dabei warmseitig einem Wärmetauscher 2 zugeführt und diesem kaltseitig entnommen, entspannt und dabei abgekühlt und zumindest teilweise verflüssigt. The partial flow c is then fed to a hot-side heat exchanger 2 and this cold side removed, expanded and cooled there and at least partially liquefied. Zur Abkühlung und damit zur zumindest teilweisen Verflüssigung des Teilstroms c wird dabei Kälte verwendet, die, wie nachfolgend erläutert, mittels einer Entspannung von Luft des zweiten Teilstroms e und des dritten Teilstroms f erzeugt wird. To cool and thus for at least partial liquefaction of the partial stream c case refrigerant is used, as explained below, f is generated by means of a relaxation of air of the second partial flow e and the third sub-stream.
  • Die Luft des zweiten Teilstroms e und des dritten Teilstroms f wird zunächst gemeinsam warmseitig dem Wärmetauscher 2 zugeführt. The air of the second partial flow e and the third partial flow f is first warm side jointly supplied to the heat exchanger. 2 Die Luft des zweiten Teilstroms e wird dem Wärmetauscher 2 auf einem ersten Temperaturniveau entnommen, die Luft des dritten Teilstroms f auf einem zweiten Temperaturniveau, wobei das zweite Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus liegt. The air of the second partial stream e is removed from the heat exchanger 2 at a first temperature level, the air of the third partial flow f to a second temperature level, wherein the second temperature level is below the first temperature level. Die Luft des zweiten Teilstroms e wird in einer ersten Entspannungsmaschine 3 wieder auf das erste Druckniveau entspannt, hierdurch weiter abgekühlt, dem Wärmetauscher 2 auf einer Zwischentemperatur zugeführt, dem Wärmetauscher 2 warmseitig entnommen und entsprechend erwärmt, und anschließend mit der Luft des dritten Teilstroms f vereinigt, der wie nachfolgend erläutert behandelt wird. The air of the second partial stream e is expanded in a first expansion machine 3 back to the first pressure level, thereby further cooled, the heat exchanger 2 is fed to an intermediate temperature, the heat exchanger 2 on the warm side removed and appropriately heated, and then combined with the air of the third partial flow f which is treated as described below.
  • Der dritte Teilstrom f wird einer zweiten Entspannungsmaschine 4 zugeführt, in dieser entspannt und dabei ebenfalls abgekühlt. The third partial flow f is supplied to a second expansion machine 4, relaxed and likewise cooled therein. Während die Luft des zweiten Teilstroms e in der ersten Entspannungsmaschine 3 auf das erste Druckniveau entspannt wird, bei dem auch die Einsatzluft a bereitgestellt wird und der Druckluftstrom b vorliegt, erfolgt die Entspannung des dritten Teilstroms f in der zweiten Entspannungsmaschine 4 jedoch auf ein "drittes" Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus. While the air of the second partial stream e is expanded in the first expansion machine 3 at the first pressure level at which the feed air a is provided and the compressed air stream b is present, the relaxation of the third partial flow f in the second expansion machine 4 takes place, however, on a "third "pressure level below the first pressure level. Der dritte Teilstrom f wird dem Wärmetauscher 2 kaltseitig zugeführt und warmseitig entnommen. The third partial flow f is supplied to the heat exchanger 2 the cold side and the warm side removed. Anschließend wird der dritte Teilstrom f mittels zweier Booster 5 und 6, denen nicht gesondert bezeichnete Nachkühler nachgeschaltet sein können, und die jeweils mit der zweiten Entspannungsmaschine 4 (Booster 5) und der ersten Entspannungsmaschine 3 (Booster 6) mechanisch gekoppelt sind, auf das erste Druckniveau rückverdichtet. Subsequently, the third partial flow is f by means of two booster 5 and 6, which are not separately designated aftercooler can be connected downstream, and in each case with the second expansion machine 4 (booster 5) and the first expansion machine 3 (booster 6) are mechanically coupled to the first pressure level re-compressed. Die Booster 5, 6 und die Entspannungsmaschinen 3, 4 sind untereinander und mit dem Kreislaufverdichter 11 mechanisch ungekoppelt. The booster 5, 6 and the expansion machines 3, 4 are mechanically uncoupled with each other and with the circulation compressor. 11 Wie bereits erläutert erfolgt anschließend eine Vereinigung der Luft des dritten Teilstroms f mit der Luft des zweiten Teilstroms e, im Beispiel zu dem bereits erläuterten Luftstrom g. As already explained, a union of the air of the third partial flow is then carried f with the air of the second partial stream e, in the example to the already-explained air flow g.
  • Die mittels der Entspannung in den Entspannungsmaschinen 3 und 4 erzeugte Kälte wird in den Wärmetauscher 2 eingeleitet und dient hier zur Abkühlung und zumindest teilweisen Verflüssigung des ersten Teilstroms c. The cold generated by the expansion in the expansion machines 3 and 4 is introduced into the heat exchanger 2 and serves for cooling and at least partial liquefaction of the first substream c. Die zumindest teilweise verflüssigte Luft des ersten Teilstroms c wird einer Entspannungseinrichtung 7, die beispielsweise eine Generatorturbine und ein oder mehrere Entspannungsventile umfassen kann, zugeführt und in dieser entspannt. The at least partially liquefied air of the first substream c is an expansion device 7, for example, a generator turbine and comprise one or more expansion valves can be fed, and relaxed in this. Die entsprechend entspannte Luft des ersten Teilstroms c wird anschließend in einen Abscheidebehälter 8 überführt, in dessen Sumpf sich verflüssigte Luft abscheidet, welche als Flüssigluftstrom h abgezogen und gespeichert werden kann. The correspondingly expanded air of the first substream c is then transferred into a separating vessel 8, in which sump liquefied air to deposit, which can be withdrawn as a liquid air stream h and stored. Vom Kopf des Abscheidebehälters 8 wird gasförmige Luft des ersten Druckluftstroms c in Form des Stroms i abgezogen, kaltseitig dem Wärmetauscher 2 zugeführt und diesem warmseitig entnommen. From the head of the separating vessel 8 gaseous air of the first compressed air stream is withdrawn c i in the form of the current supplied to the cold-side heat exchanger 2 and discharged therefrom warm side.
  • Wie unter Bezugnahme auf die As with reference to the Figur 3 Figure 3 erläutert, die eine Variante der Anlage 100 gemäß describes a variant of the system 100 according to Figur 2 Figure 2 veranschaulicht, die insgesamt mit 200 bezeichnet ist, muss nicht die gesamte Luft des dritten Teilstroms f von dem dritten Druckniveau, das unterhalb des ersten Druckniveaus liegt, auf das erste Druckniveau rückverdichtet werden. illustrated, indicated overall with 200, does not need all of the air of the third partial flow f of the third pressure level which is below the first pressure level, to be re-compressed to the first pressure level. In der zweiten Entspannungsmaschine 4 kann die Luft des dritten Teilstroms f auch derart entspannt werden, dass sich die Luft des dritten Teilstroms f teilweise verflüssigt. In the second expansion machine 4, the air of the third partial flow can also be laid in such a way f that the air of the third partial flow f partially liquefied. Die gesamte Luft des dritten Teilstroms f kann daher zunächst in einen Abscheidebehälter 9 eingespeist werden, in dessen Sumpf sich flüssige Luft abscheidet, welche als Flüssigluftstrom k abgezogen und mit der Luft des ersten Teilstroms c vereinigt werden kann. All the air of the third partial flow f can be first fed into a separating vessel 9, therefore, in the bottoms liquid air separates out, which can be peeled k as liquid air stream and combined with the air of the first substream c. Verbleibende Luft des dritten Teilstroms f, den im Abscheidebehälter 9 gasförmig verbleibt, kann als Strom I wie zuvor bezüglich des gesamten dritten Teilstroms f erläutert, dem Wärmetauscher 2 kaltseitig zugeführt, warmseitig entnommen, und anschließend auf das erste Druckniveau rückverdichtet werden. Remaining air of the third partial flow f, which remains in gaseous form in the separating vessel 9 can be explained as a current I as before with respect to the total of the third partial flow f supplied cold side of the heat exchanger 2, the warm side removed, and then re-compressed to the first pressure level. In den in den In the Figuren 2 figures 2 und and 3 3 dargestellten Anlagen 100 und 200 wird der Abscheidebehälter 8 unterhalb des dritten Druckniveaus auf einem beliebigen "vierten" Druckniveau betrieben, so dass in der in Plants represented 100 and 200 is operated the separating vessel 8 below the third pressure level on any "fourth" level of pressure, so that in the in Figur 3 Figure 3 veranschaulichten Anlage 200 der Flüssigluftstrom k von dem dritten Druckniveau auf das vierte Druckniveau entspannt werden muss. illustrated system 200 of the liquid air stream k must be laid from the third pressure level to the fourth pressure level.
  • Eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Anlage ist in Another variant of a system according to the invention is in Figur 4 Figure 4 dargestellt und insgesamt mit 300 bezeichnet. illustrated and generally designated by the 300th Auch hier wird ein auf dem zuvor erläuterten vierten Druckniveau verwendeter Abscheidebehälter eingesetzt, der daher hier ebenfalls mit 8 bezeichnet ist. Here, too, a term used in the above-explained fourth pressure level separating vessel is used, which is therefore also referred to herein with the eighth Ein weiterer Abscheidebehälter, der auf dem dritten Druckniveau betrieben wird, dh auf dem Druckniveau, auf dem auch der Abscheidebehälter 9 gemäß Anlage 200 bzw. Another separating vessel, which is operated on the third pressure level, ie the pressure level at which also the separating vessel 9 according to system 200 and Figur 3 Figure 3 betrieben wird, ist hier ebenfalls mit 9 bezeichnet. is operated, is also indicated by 9 here. Die Luft des ersten Teilstroms c, die in der Entspannungseinrichtung 7 entspannt wird, wird hier jedoch nur auf das dritte Druckniveau entspannt und auf diesem in den Abscheidebehälter 9 überführt. The air of the first partial stream c, which is expanded in the expansion device 7, but relaxed only to the third pressure level and transferred to this in the separating vessel. 9 Verflüssigte Luft vom Sumpf des Abscheidebehälters 9 wird in Form des Stroms m auf das vierte Druckniveau entspannt und in den Abscheidebehälter 8 überführt. Liquefied air from the sump of the separating vessel 9 is transferred in the form of stream m to the fourth pressure level relaxed and in the separating vessel. 8 Gasförmig verbliebene Luft vom Kopf des Abscheidebehälters 9 wird auf dem dritten Druckniveau als Strom n abgezogen und mit der Luft des dritten Teilstroms f zu einem Sammelstrom o vereinigt. Gaseous remaining air from the head of the separating vessel 9 is withdrawn n on the third pressure level as a current and combined with the air of the third partial stream to a collecting f o stream. Der Sammelstrom o wird wie zuvor unter Bezugnahme auf den Strom I in The collector current o is as defined above in reference to the current I in Figur 3 Figure 3 bzw. Anlage 200 erläutert weiter behandelt, dh in dem Wärmetauscher 2 erwärmt und anschließend auf das erste Druckniveau rückverdichtet. or system 200 explained further treated, that is heated in the heat exchanger 2, and then re-compressed to the first pressure level.
  • In In Figur 5 Figure 5 ist eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Anlage dargestellt und insgesamt mit 400 bezeichnet. is shown and generally indicated at 400, a further variant of an inventive system. Auch diese weist zwei Abscheidebehälter auf, die aufgrund der jeweils verwendeten Druckniveaus hier ebenfalls mit 8 und 9 bezeichnet sind. These, too, has two separating vessel, which are also referred to based on the particular pressure levels here. 8 and 9 In der Anlage 400 gemäß In the system 400 according to Figur 5 Figure 5 wird die Luft des dritten Teilstroms f auf dem dritten Druckniveau mit der Luft des ersten Teilstroms c, die in der Entspannungseinrichtung 7 ebenfalls auf das dritte Druckniveau entspannt wurde, zu einem Sammelstrom p vereinigt und auf dem dritten Druckniveau in den Abscheidebehälter 9 eingespeist. the air of the third partial flow f is united to the third pressure level with the air of the first partial stream c, which has also been expanded in the expansion device 7 to the third pressure level to a collecting power p and fed to the third pressure level in the separating vessel. 9 In dem Abscheidebehälter 9 anfallende Flüssigluft wird in Form des Stroms r auf das vierte Druckniveau entspannt und in den Abscheidebehälter 8 überführt. In the separating vessel 9 resulting liquid air is expanded to the fourth pressure level and transferred to the separating vessel 8 in the form of the current r. Bei der Flüssigluft des Flüssigstroms r handelt es sich dabei um Luft, die aus Luft des ersten Teilstroms c und aus Luft des dritten Teilstroms f gebildet wurde. In the liquid air stream of the liquid r, these are to air that has been formed from the first partial flow of air from air c and the third sub-stream f. In dem Abscheidebehälter 9 gasförmig verbleibende Luft wird in Form des Stroms s abgezogen. In the separating vessel 9 gaseous s remaining air is drawn off in the form of the current. Bei der Luft des Stroms s handelt es sich damit ebenfalls um Luft des ersten Teilstroms c und Luft des dritten Teilstroms f. When the air of the stream s likewise involves an increase of air of the first partial flow and air c of the third partial flow f. Diese wird, wie zuvor unter Bezugnahme auf die Ströme I bezüglich Anlage 200 bzw. This is, as mentioned with respect to with reference to the system 200 or currents I Figur 3 Figure 3 und zu Strom o bezüglich Anlage 300 bzw. and o with respect to current system 300 and Figur 4 Figure 4 erläutert, behandelt. explains treated.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Verflüssigung von Luft, bei dem ein Druckluftstrom (b) auf einem ersten Druckniveau bereitgestellt und unter Verwendung eines Verdichters (11) auf ein zweites Druckniveau verdichtet wird, aus Luft des Druckluftstroms (b) nach der Verdichtung auf das zweite Druckniveau ein erster Teilstrom (b), ein zweiter Teilstrom (e) und ein dritter Teilstrom (f) gebildet werden, Luft des ersten Teilstroms (c) unter Verwendung von Kälte, die mittels einer Entspannung von Luft des zweiten Teilstroms (e) und des dritten Teilstroms (f) erzeugt wird, abgekühlt und zumindest teilweise verflüssigt wird, und zur Bereitstellung des Druckluftstroms (b) auf dem ersten Druckniveau sowohl Einsatzluft (a), die auf das erste Druckniveau verdichtet wird, als auch Luft des zweiten Teilstroms (e) und des dritten Teilstroms (f), die auf dem ersten Druckniveau bereitgestellt wird, verwendet wird, wobei die Luft des zweiten Teilstroms (e) nacheinander auf ein erstes Temperaturniveau abgekühlt, von dem A process for the liquefaction of air in which provided a compressed air flow (b) to a first pressure level and using a compressor (11) is compressed to a second pressure level of air flow of compressed air (b) after the compression to the second pressure level, a first portion stream (b) a second part stream (e) and a third partial flow (f) are formed, the air of the first partial stream (c) using cold, by means of a relaxation of air of the second partial stream (e) and the third sub-stream (f ) is produced, is cooled and at least partially liquefied, and for providing the compressed air flow (b) at the first pressure level both the feed air (a), which is compressed to the first pressure level, and air of the second partial stream (e) and the third partial stream (f) that is provided on the first pressure level is used, the air of the second partial stream (e) successively cooled to a first temperature level of the zweiten Druckniveau auf das erste Druckniveau entspannt und gegen den ersten Teilstrom (c) erwärmt wird, und wobei die Luft des dritten Teilstroms (f) nacheinander auf ein zweites Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus abgekühlt, auf ein drittes Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus entspannt, gegen den ersten Teilstrom (c) erwärmt und auf das erste Druckniveau rückverdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Rückverdichten des dritten Teilstroms (f) ein erster Booster (5) und ein zweiter Booster (6) verwendet werden, wobei der erste Booster (5) mit einer zur Entspannung des dritten Teilstroms (f) verwendeten Entspannungsmaschine (4) angetrieben wird und mechanisch gekoppelt ist, der zweite Booster (6) mit einer zur Entspannung des zweiten Teilstroms (e) verwendeten Entspannungsmaschine (3) angetrieben wird und mechanisch gekoppelt ist, und der erste Booster (5) und der zweite Booster (6) miteinander und mit dem Verdichter (11) mechanisch ungekoppelt second pressure level is heated relaxed and against the first part-stream (c) to the first pressure level, and wherein the air of the third part stream (f) successively cooled to a second temperature level lower than the first temperature level, laid on a third pressure level below the first pressure level, against heating the first partial stream (c) and re-compressed to the first pressure level, characterized in that the rear compression of the third sub-stream (f) a first booster (5) and a second booster (6) are used, wherein the first booster (5) expansion machine used with a relaxation of the third sub-stream (f) (4) is driven and is mechanically coupled to the second booster (6) used with a relaxation of the second partial stream (e) expansion machine (3) is driven and is mechanically coupled, and the first booster (5) and the second booster (6) and connected to the compressor (11) mechanically uncoupled sind. are.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei der für die mechanische Kopplung des ersten Boosters (5) mit der zur Entspannung des dritten Teilstroms (f) verwendeten Entspannungsmaschine (4) und des zweiten Boosters (6) mit der zur Entspannung des zweiten Teilstroms (e) verwendeten Entspannungsmaschine (3) jeweils eine gemeinsame Welle verwendet wird. used method of claim 1, used in for mechanical coupling of the first booster (5) with the relaxation of the third sub-stream (f) expansion machine (4) and second booster (6) with the relaxation of the second partial stream (e) expansion machine (3) is used in each case a common shaft.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als die Luft des dritten Teilstroms (f), die nach dem Abkühlen auf das zweite Temperaturniveau und dem Entspannen auf das dritte Druckniveau gegen den ersten Teilstrom (c) erwärmt und auf das erste Druckniveau rückverdichtet wird, Luft des dritten Teilstroms (f) verwendet wird, die auf dem dritten Druckniveau und einem durch die Entspannung auf das dritte Druckniveau erzeugten dritten Temperaturniveau gasförmig bleibt. The method of claim 1 or 2, wherein as the air of the third part stream (f), which is heated after cooling to the second temperature level and flashing to the third pressure level against the first part-stream (c) and re-compressed to the first pressure level, air of the third sub-stream (f) is used, which remains gaseous at the third pressure level and a signal generated by the expansion to the third pressure level third temperature level.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem Luft des dritten Teilstroms (f), die auf das zweite Temperaturniveau abgekühlt und auf das dritte Druckniveau entspannt wurde und auf dem dritten Druckniveau und dem dritten Temperaturniveau flüssig vorliegt, mit verflüssigter Luft des ersten Teilstroms (c) vereinigt wird. The method of claim 3, combined with the air of the third partial flow (f) which has been cooled to the second temperature level and is expanded to the third pressure level, and is liquid at the third pressure level, and the third temperature level, with liquefied air of the first partial stream (c) becomes.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Luft des ersten Teilstroms (c) nach dem Abkühlen und zumindest teilweisen Verflüssigen auf ein viertes Druckniveau unterhalb des dritten Druckniveaus entspannt wird. The method is expanded to a fourth pressure level below the third pressure level according to any one of the preceding claims, in which the air of the first partial stream (c), after cooling and at least partially liquefying.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Luft des ersten Teilstroms (c) vor dem Entspannen auf das vierte Druckniveau auf das dritte Druckniveau entspannt wird. A method according to claim 5, in which the air of the first partial stream (c) relaxing on the fourth pressure level to said third pressure level prior to the depressurization.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Luft des dritten Teilstroms (f), die nach dem Abkühlen auf das zweite Temperaturniveau und dem Entspannen auf das dritte Druckniveau gegen den ersten Teilstrom (c) erwärmt und auf das erste Druckniveau rückverdichtet wird, nach dem Entspannen auf das dritte Druckniveau mit auf das dritte Druckniveau entspannter und gasförmig bleibender Luft des ersten Teilstroms (f) vereinigt wird. The method of claim 6, wherein the air of the third sub-stream (f), which is heated after cooling to the second temperature level and flashing to the third pressure level against the first part-stream (c) and re-compressed to the first pressure level, after the expansion is united to the third pressure level with the third pressure level relaxed and gas constant of air of the first sub-stream (f).
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das erste Druckniveau bei 5 bis 25 bar, insbesondere bei 10 bis 20 bar. Method according to one of the preceding claims, wherein said first pressure level at 5 to 25 bar, in particular 10 to 20 bar. und/oder bei dem das zweite Druckniveau bei 50 bis 100 bar, insbesondere bei 60 bis 80 bar, liegt. and / or wherein the second pressure level at 50 to 100 bar, in particular at 60 to 80 bar is located.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das dritte Druckniveau mindestens 1, 5 oder 10 bar und höchstens 20 bar unterhalb des zweiten Druckniveaus liegt und/oder das vierte Druckniveau mindestens 1, 5 oder 10 bar und höchstens 20 bar unterhalb des dritten Druckniveaus liegt, wobei das vierte Druckniveau insbesondere bei Atmosphärendruck liegt. Method according to one of the preceding claims, wherein the third pressure level of at least 1, 5 or 10 bar and at most 20 is bar below the second pressure level and / or the fourth pressure level of at least 1, 5 or 10 bar and a maximum of 20 bar is less than the third pressure level wherein said fourth pressure level is in particular at atmospheric pressure.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das erste Temperaturniveau bei 230 bis 330 K und/oder bei dem das zweite Temperaturniveau bei 140 bis 180 K liegt. Method according to one of the preceding claims, wherein the first temperature level at 230 and 330 K, and / or wherein the second temperature level is at 140 to 180 K.
  11. Verfahren zur Speicherung und Rückgewinnung von elektrischer Energie, das einen ersten Betriebsmodus, in dem mittels elektrischer Energie Luft verflüssigt wird, und einen zweiten Betriebsmodus, in dem unter Verwendung der in dem ersten Betriebsmodus verflüssigten Luft elektrische Energie gewonnen wird, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Betriebsmodus ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchgeführt wird. A method for storage and recovery of electrical energy, comprising a first operating mode in which air is liquefied by means of electrical energy, and in which, using the liquefied in the first mode of air electric power is generated a second mode of operation, characterized, in that a method according to any one of the preceding claims is carried out in the first operating mode.
  12. Anlage (100, 200, 300, 400) zur Verflüssigung von Luft, mit Mitteln, die dafür eingerichtet sind, einen Druckluftstrom (b) auf einem ersten Druckniveau bereitzustellen und mittels eines Verdichters (11) auf ein zweites Druckniveau zu verdichten, aus Luft des Druckluftstroms (b) nach der Verdichtung auf das zweite Druckniveau einen ersten Teilstrom (b), einen zweiten Teilstrom (e) und einen dritten Teilstrom (f) zu bilden, Luft des ersten Teilstroms (c) unter Verwendung von Kälte, die mittels einer Entspannung von Luft des zweiten Teilstroms (e) und des dritten Teilstroms (f) erzeugt wird, abzukühlen und zumindest teilweise zu verflüssigen, und zur Bereitstellung des Druckluftstroms (b) auf dem ersten Druckniveau sowohl Einsatzluft (a), die auf das erste Druckniveau verdichtet wird, als auch Luft des zweiten Teilstroms (e) und des dritten Teilstroms (f), die auf dem ersten Druckniveau bereitgestellt wird, zu verwenden, wobei Mittel vorgesehen sind, die dafür eingerichtet sind, die Conditioning (100, 200, 300, 400) for the liquefaction of air, with means which are adapted to provide a compressed air flow (b) to a first pressure level and by means of a compressor to compress (11) to a second pressure level of air of to form compressed air stream (b) after the compression to the second pressure level a first part-stream (b), a second partial flow (e) and a third partial flow (f), the air of the first partial stream (c) using cold, by means of a relaxation of air of the second partial stream (e) and the third sub-stream (f) is generated, cool and liquefy at least partly, and for providing the compressed air flow (b) at the first pressure level both the feed air (a), which is compressed to the first pressure level to use, and air of the second partial stream (e) and the third sub-stream (f), which is provided on the first pressure level, means being provided which are adapted to the Luft des zweiten Teilstroms (e) nacheinander auf ein erstes Temperaturniveau abzukühlen, von dem zweiten Druckniveau auf das erste Druckniveau zu entspannen und gegen den ersten Teilstrom (c) zu erwärmen, und die ferner dafür eingerichtet sind, Luft des dritten Teilstroms (f) nacheinander auf ein zweites Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus abzukühlen, auf ein drittes Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus zu entspannen, gegen den ersten Teilstrom (c) zu erwärmen und auf das erste Druckniveau rückzuverdichten, dadurch gekennzeichnet, dass zum Rückverdichten des dritten Teilstroms (f) ein erster Booster (5) und ein zweiter Booster (6) bereitgestellt sind, wobei der erste Booster (5) mit einer zur Entspannung des dritten Teilstroms (f) verwendeten Entspannungsmaschine (4) antreibbar und mechanisch gekoppelt ist, der zweite Booster (6) mit einer zur Entspannung des zweiten Teilstroms (e) verwendeten Entspannungsmaschine (3) antreibbar und mechanisch gekop cool successively to a first temperature level to relax from the second pressure level to the first level of pressure and heat against the first part-stream (c), and which are further adapted air of the third part stream (f) successively air of the second partial stream (e) cool to a second temperature level lower than the first temperature level to relax to a third pressure level below the first pressure level to heat against the first part-stream (c) and rückzuverdichten on the first pressure level, characterized in that the rear compression of the third sub-stream (f) first booster (5) and a second booster (6) are provided, wherein said first booster (5) with a relaxation of the third sub-stream (f) used expansion machine (4) can be driven and mechanically coupled to the second booster (6) an expansion machine for expanding the second partial stream (s) used (3) and mechanically driven gekop pelt ist, und der erste Booster (5) und der zweite Booster (6) miteinander und mit dem Verdichter (11) mechanisch ungekoppelt sind. pelt, and the first booster (5) and the second booster (6) and connected to the compressor (11) are mechanically uncoupled.
  13. Anlage (100, 200, 300, 400) nach Anspruch 12, bei dem der erste Booster (5) mit der zur Entspannung des dritten Teilstroms (f) verwendeten Entspannungsmaschine (4) und der zweite Booster (6) mit der zur Entspannung des zweiten Teilstroms (e) verwendeten Entspannungsmaschine (3) jeweils mittels einer gemeinsamen Welle gekoppelt ist. Conditioning (100, 200, 300, 400) according to claim 12, wherein the use of the first booster (5) with the relaxation of the third sub-stream (f) expansion machine (4) and the second booster (6) with the relaxation of the second expansion machine sub-stream (s) used (3) is coupled in each case by means of a common shaft.
  14. Anlage (100, 200, 300, 400) nach Anspruch 12 oder 13, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 eingerichtet ist. Conditioning (100, 200, 300, 400) according to claim 12 or 13, which is adapted for performing a method according to any one of claims 1 to 11.
EP20150003374 2014-12-09 2015-11-26 Method and assembly for the liquefaction of air and for electrical energy storage and recovery Withdrawn EP3034974A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14004153 2014-12-09
EP20150003374 EP3034974A1 (en) 2014-12-09 2015-11-26 Method and assembly for the liquefaction of air and for electrical energy storage and recovery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20150003374 EP3034974A1 (en) 2014-12-09 2015-11-26 Method and assembly for the liquefaction of air and for electrical energy storage and recovery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3034974A1 true true EP3034974A1 (en) 2016-06-22

Family

ID=52231788

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20150003374 Withdrawn EP3034974A1 (en) 2014-12-09 2015-11-26 Method and assembly for the liquefaction of air and for electrical energy storage and recovery

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20160161179A1 (en)
EP (1) EP3034974A1 (en)
CN (1) CN105737514A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017074544A1 (en) * 2015-10-27 2017-05-04 Praxair Technology, Inc. System and method for providing refrigeration to a cryogenic separation unit

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3139567A1 (en) 1981-10-05 1983-04-21 Bautz Wilhelm Process for storing electrical energy, using liquefied gases, in particular liquid air
EP1205721A1 (en) 2000-11-02 2002-05-15 Air Products And Chemicals, Inc. A process and apparatus for the production of a liquid cryogen
US6666048B1 (en) 1999-04-05 2003-12-23 L'air Liquide - Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Variable capacity fluid mixture separation apparatus and process
EP1989400A1 (en) 2006-02-27 2008-11-12 Highview Enterprises Limited A method of storing energy and a cryogenic energy storage system
US20110132032A1 (en) 2009-12-03 2011-06-09 Marco Francesco Gatti Liquid air method and apparatus
WO2014006426A2 (en) 2012-07-06 2014-01-09 Highview Enterprises Limited Method and apparatus for cooling in liquefaction process

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3139567A1 (en) 1981-10-05 1983-04-21 Bautz Wilhelm Process for storing electrical energy, using liquefied gases, in particular liquid air
US6666048B1 (en) 1999-04-05 2003-12-23 L'air Liquide - Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Variable capacity fluid mixture separation apparatus and process
EP1205721A1 (en) 2000-11-02 2002-05-15 Air Products And Chemicals, Inc. A process and apparatus for the production of a liquid cryogen
EP1989400A1 (en) 2006-02-27 2008-11-12 Highview Enterprises Limited A method of storing energy and a cryogenic energy storage system
US20110132032A1 (en) 2009-12-03 2011-06-09 Marco Francesco Gatti Liquid air method and apparatus
WO2014006426A2 (en) 2012-07-06 2014-01-09 Highview Enterprises Limited Method and apparatus for cooling in liquefaction process

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017074544A1 (en) * 2015-10-27 2017-05-04 Praxair Technology, Inc. System and method for providing refrigeration to a cryogenic separation unit

Also Published As

Publication number Publication date Type
CN105737514A (en) 2016-07-06 application
US20160161179A1 (en) 2016-06-09 application

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19803437A1 (en) Oxygen and nitrogen extracted by low-temperature fractional distillation
EP1544559A1 (en) Process and device for the cryogenic separation of air
DE10013073A1 (en) Low temperature separation of air in distillation column system uses integrated heat exchanger system for cooling e.g. air supply by indirect heat exchange during vaporization of first liquid fraction
EP1150082A1 (en) Method and apparatus for heat exchange
EP1031804A1 (en) Air separation process with nitrogen recycling
DE10238282A1 (en) Process for the low temperature decomposition of air comprises feeding a first process air stream into a high pressure column, producing a first oxygen-enriched fraction in the high pressure column, and further processing
EP0384483B1 (en) Air rectification process and apparatus
EP0949471B1 (en) Cryogenic air separation plant with two different operation modes
EP0093448B1 (en) Process and apparatus for obtaining gaseous oxygen at elevated pressure
DE102007014643A1 (en) Method for producing gaseous pressurized product by low temperature separation of air entails first and fourth partial air flows being expanded in turbines, and second and third partial flows compressed in post-compressors
EP1074805A1 (en) Process for producing oxygen under pressure and device therefor
DE19954593A1 (en) Fractionated distillation of air to oxygen and nitrogen uses little energy and facilitates the production of oxygen of any purity level
EP0505812B1 (en) Low temperature air separation process
EP1134525A1 (en) Process for producing gaseous and liquid nitrogen with a variable quantity of liquid
DE102008016355A1 (en) Air cryogenic separation method for electrical energy at integrated gasification combined cycle power plant, involves bringing nitrogen flow into indirect exchange with partial flow in condenser-evaporator
EP1067345A1 (en) Process and device for cryogenic air separation
DE19937623A1 (en) Process for liquefying a hydrocarbon-rich stream e.g. natural gas, comprises carrying out indirect heat exchange with at least one cycle using a two-phase coolant mixture stream before compression
DE3528374A1 (en) A method and apparatus for producing nitrogen with superatmospheric pressure
DE3836061A1 (en) Method for evaporating liquid natural gas
DE10115258A1 (en) Machine system comprises relaxation machine for reducing pressure of first process fluid mechanically coupled to pump for increasing pressure of second process fluid present in liquid form
DE10055202A1 (en) Electrical generation steam cycle with increased efficiency, branches off working fluid and condenses it for cooling during expansion process
EP2128448A2 (en) Drive turbo machine for a machine line, machine line with and drive for drive turbo machine
EP1213552A1 (en) Engine system for the work expansion of two process streams
DE102006032731A1 (en) Air separation process for producing nitrogen-enriched and oxygen-enriched streams comprises introducing an instrument air stream into a gas pressure reservoir
DE10209421A1 (en) Process for recovering a compressed product comprises subjecting air to low temperature decomposition in a rectification system consisting of a high pressure column and a low pressure column

Legal Events

Date Code Title Description
AX Request for extension of the european patent to

Extension state: BA ME

AK Designated contracting states:

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL 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 RS SE SI SK SM TR

AV Request for validation of the european patent in

Extension state: MA MD

RBV Designated contracting states (correction):

Designated state(s): AL 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 RS SE SI SK SM TR

17P Request for examination filed

Effective date: 20161206

INTG Announcement of intention to grant

Effective date: 20170620

18D Deemed to be withdrawn

Effective date: 20171031