EP3446057A1 - Verfahren und anlage zur nutzung eines von einer gaszerlegeeinrichtung bereitgestellten zielgases - Google Patents

Verfahren und anlage zur nutzung eines von einer gaszerlegeeinrichtung bereitgestellten zielgases

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EP3446057A1
EP3446057A1 EP17715436.6A EP17715436A EP3446057A1 EP 3446057 A1 EP3446057 A1 EP 3446057A1 EP 17715436 A EP17715436 A EP 17715436A EP 3446057 A1 EP3446057 A1 EP 3446057A1
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EP
European Patent Office
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gas
compressor
target
compressed
gas flow
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17715436.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Benedikt Brüggemeier
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Fritz Winter Eisengiesserei GmbH and Co KG
Original Assignee
Fritz Winter Eisengiesserei GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Fritz Winter Eisengiesserei GmbH and Co KG filed Critical Fritz Winter Eisengiesserei GmbH and Co KG
Publication of EP3446057A1 publication Critical patent/EP3446057A1/de
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    • F25J2290/62—Details of storing a fluid in a tank

Definitions

  • the invention relates to a method for using a target gas flow consisting of pressurized target gas, which is provided by a continuously operated gas separation device, wherein the target gas flow is supplied to a target consumer, who discontinuously decreases the target gas flow, so that at times one of the target consumer not removed
  • the invention relates to a system for supplying a
  • Target consumer with a pressurized target gas stream and another consumer with another compressed gas comprises a gas separation device, which has a target gas flow for this one
  • Target gas stream discontinuously decreasing target consumer provides, so that in the gas separation device results in an excess target gas flow. Furthermore, such a system comprises a compressed gas operated
  • Compressor for compressing and feeding the compressed compressed gas in a leading to the other consumer compressed gas line.
  • a gas mixture is decomposed into a target gas and an exhaust gas.
  • An example of such a gas separation device are systems for air separation, in the English language called "Air Separation Unit” (ASU).
  • ASU Air Separation Unit
  • cryogenic distillation or low-temperature distillation Used on an industrial scale are air separation plants which operate on the basis of so-called cryogenic distillation or low-temperature distillation ("Linde process"). This process delivers as a target gas
  • the "waste gas" of the oxygen extraction process is a gas stream that does not contain the atmospheric nitrogen and other airborne substances in the respective decomposition process
  • Systems of this type are used, for example, in the environment of the production of iron or steel melts, but also in many other processes in which pure oxygen is required in larger quantities.
  • pure oxygen is required in larger quantities.
  • fresh oxygen is blown onto or into the respective melt to eliminate the carbon content of the melt or unwanted iron companion by oxidation.
  • the continuous provision of the target gas stream is usually more discontinuous, i. temporally fluctuating demand on the part of
  • Target consumer opposite.
  • the temporarily not or not completely surplus target gas stream can be cached in buffers in order to be kept ready for demand peaks.
  • the cost of such caching and the associated energy losses are considerable.
  • Air separation plant ready for blowing oxygen into a blast furnace.
  • the blast furnace temporarily or only partially removed excess oxygen flow is passed into a steam generator in order to improve the efficiency of there carried out to generate the required heat combustion of the resulting in the production of pig iron process gases.
  • the pressurized nitrogen arising as a waste gas in the air separation process is supplied on the one hand to a coal injection device and, on the other hand, used to support the drive of a gas turbine which drives a generator for generating electrical energy.
  • the object has arisen to propose a simplified and suitable for a wider use method and a similarly designed plant, which can be used to save resources in a gas separation plant excess target gases and optionally additionally generated waste gases.
  • the invention has to solve this problem, the method specified in claim 1 and proposed in claim 9 system proposed.
  • the excess target gas stream is now supplied as a propellant gas to a compressor which compresses another gas and feeds it as compressed gas into a compressed gas line, via which it is supplied to another consumer.
  • the drive side of a compressor which compresses a "different gas” different from the target gas flow and feeds it into a general compressed gas line, is supplied with the excess target gas flow.
  • "Excess” here includes both the case that the
  • Target consumer no target gas from the gas separation device decreases, so the excess target gas flow is equal to the target gas flow provided by the gas separation device, even the case that only a reduced amount of the target gas flow is removed from the target consumer, so only one
  • Partial flow of the provided by the gas separation device target gas flow is obtained as an excess target gas flow.
  • Gas separation device which provides a target gas flow for a target consumer this discontinuous decreasing target consumer, so that in the gas separation device results in an excess target gas flow, and a compressed gas compressor for compressing and feeding the
  • the compressor on the drive side by means of a propellant gas line with an outlet of the
  • Gas decomposition device connected via which the excess target gas stream flows as a propellant gas to a propellant gas connection of the compressor.
  • excess target gas flow stored energy is used for the compressor and at the same time the excess target gas flow through the compressor is relaxed. In this way, the excess target gas flow, depending on the type of gas it consists of, directly one
  • excess target gas is not only used to drive the compressor, but also introduced into the pressure line fed by the compressor.
  • the excess target gas stream can be mixed with the other gas to be compressed from the compressor or the compressed gas compressed by the compressor after or during passage through the compressor.
  • Target gas flow usually not directly due to the large pressure difference can feed into the compressed gas line, since this would make the proportion of the target gas or the pressure increase caused thereby in the compressed air line too large and there would be a risk of overloading the pressure line system.
  • the target gas after it has been vented through the compressor, to the suction side of the compressor so that it mixes with the other gas to be compressed and the gas mixture thus obtained is compressed by the compressor and fed into the compressed gas line.
  • a system according to the invention for this purpose may comprise a mixing device which is intended to mix the gas to be introduced into the pressure line target gas or waste gas flow another gas.
  • Another way to use the excess target gas stream for compressing a gas and simultaneously feed into the compressed gas line is the choice of a compressor in which a drive gas flow, ie the excess target gas flow, is fed into the respective compressor so that it as a propellant gas the pending on the suction side of the compressor, to entrain gas to be compressed and this compressed as a result of the pressure difference between the propellant and gas to be compressed.
  • a drive gas flow ie the excess target gas flow
  • the compressor has a suction side, a drive side and an exit side.
  • the suction side is the side of the compressor to which the gas to be compressed is supplied.
  • the exit side is accordingly, the side of the compressor at which the compressed gas in the compressor flows.
  • the side of the compressor is designated, via which the propellant gas is supplied.
  • the compressor therefore has two
  • Input volume flows to: the supply side as well as the suction side supplied volume flow.
  • the compressor compresses the gas supplied on the intake side via the present pressure difference between compressed propellant gas and expanded gas which is in contact with the intake side.
  • Air decomposition device is that extracts oxygen from the ambient air as the target gas.
  • each of the gas streams obtained by the decomposition (each) is supplied to a target consumer or one or more of these gas streams in the cutting process as
  • waste gas stream drops in the cutting process
  • the waste gas can be used as a buffer for the time in which due to a large demand at the target consumer is not sufficient for the operation of the compressor excess target gas flow available.
  • the generally also with high pressure resulting waste gas stream is thus passed in this embodiment in an accumulator, the waste gas stored there and then used as needed to drive the compressor.
  • Another advantage of this embodiment is that can be separated from the air separation process by the memory of the compressor.
  • a reservoir may be provided which is connected to an outlet of the gas separation device for a waste gas arising during the gas separation process.
  • waste gas should also be usable for the compression of the other gas, this can be accomplished by additionally connecting the reservoir to the drive side of the compressor via a supply line and providing a valve which releases the supply line as needed to supply the compressor by means of the compressor stored in the memory
  • the memory can the outlet side with the suction side of the compressor or with the
  • Compressed gas line to be connected, if necessary, to mix waste gas in the compressed gas stream to be compressed by the compressor or in the pressurized gas stream compressed by the compressor.
  • the interference of target or waste gas into the other gas proves to be particularly resource-saving. This applies in particular if the admixture of the target gas and waste gas takes place simultaneously.
  • the gas mixture fed as compressed gas into the compressed gas line, from target gas, waste gas and the other gas may have optimized properties for the respective uses or at least be composed, that despite the admixture of the target gas or waste gas at least no negative impact on the one or the other with the then in the
  • the system comprises a mixing device, which is intended to add another gas to the target gas or waste gas stream to be introduced into the pressure line.
  • the one gas so for example, only the waste gas or only the excess target gas to mix before or in the compressor, while the other gas is added after the compressor to the compressed gas.
  • Fig. 1 shows a system for supplying a target consumer with a
  • Fig. 2 is a diagram showing the components of the invention
  • the system 1 shown in FIG. 1 for the supply of a target consumer and at least one further consumer is constructed as follows:
  • a target gas flow Z consisting of oxygen and high pressure is generated from the ambient air U.
  • the decomposition process falls in the gas separation plant 2 in addition from the remaining gas components of the ambient air U, mainly nitrogen, existing waste gas stream A from.
  • the generated by the gas separation plant 2 target gas flow Z is via a
  • the excess target gas flow Zue is guided via a propellant gas line 5 to the propellant gas inlet 6 of a compressor 7 designed as a gas jet compressor. Trained in a conventional manner, commercially available
  • Compressor 7 comprises a mixing chamber 8 with a suction connection 9 and a nozzle device 10, via which the excess target gas flow Zue is introduced into the mixing chamber 8.
  • the nozzle device 10 is designed so that the discharged excess target gas flow Zue with high
  • Velocity enters the mixing chamber 8, entraining a pending at the suction port 9 other gas G and then in a funnel-shaped tapered, in the flow direction of the entering into the mixing chamber 8 excess target gas flow Zue conical tapered
  • Compressor chamber 10a enters, in which the gas mixture formed from the target gas flow Zue and the other gas G is compressed so that it as
  • Compressed gas DG is fed into a compressed gas line 11.
  • the power of the compressor 7 is not sufficient, it can be arranged in series with a conventional compressor, which makes the possibly still required final compaction of the compressed gas DG to the respective prescribed pressure.
  • the compressed gas line 11 supplies various other consumers 12,13,14 with compressed gas DG.
  • compressed gas DG is fed into the compressed gas line 11 via a conventional compressor 15.
  • gas G is from waste gas AG and ambient air U mixed.
  • a mixing device 16 connected to the suction connection 9 is provided, which mixes ambient air U with a waste gas stream A 'in a specific mixing ratio.
  • the mixing ratio is adjusted depending on the guided in the compressor 7 excess target gas flow Zue so that on the one hand a sufficiently large compressed gas flow D enters the compressed gas line 11 and on the other hand, as the compressed gas flow D fed into the compressed gas line 11 compressed gas DG has an oxygen content, for example between the Oxygen content of normal air and 30 vol .-%. If a sufficiently large waste gas stream A 'is available, the amount of admixed
  • Oxygen content of the compressed gas DG can be set much higher, if the corrosion resistance of the compressed gas line system 11, through which the pressurized gas DG flows, and the supplied with the compressed gas DG consumer 13 allow this.
  • the waste gas stream A passes to the mixing device 16 via a line 19 which is connected to an output of a memory 17.
  • the storage 17 is fed by the Gaszerlegeeinrtchtung 2 via a supply line 18 with the waste gas stream A. About one to another output of the
  • Memory 17 connected supply line 20 may be another or several more consumers 21 are supplied with the waste gas AG. Through the memory 17, the gas separation device 2 is decoupled from the drive side of the compressor 7.
  • FIG. 2 illustrates the sequence of the method according to the invention, for example carried out on a system of the type shown in FIG. 1, in a general form.
  • a gas mixture U (ambient air) is decomposed in the gas separation device 2 into compressed target gas ZG and waste gas AG.
  • the waste gas AG is not blown off unused in the environment, but cached in the memory 17.
  • a further consumer 21 can be supplied with waste gas AG.
  • waste gas AG is supplied from the memory 17 of the mixing device 16.
  • a gas mixture G is adjusted in dependence on introduced into the compressor 7 excess target gas flow Zue so that the composition of the reaching into the compressed gas line 11 compressed gas DG corresponds to a target specification. If the waste gas stream A 'pending at the mixing device 16 is insufficient, ambient air U in the mixing device 16 is admixed with the waste gas stream A'.
  • the gas mixture G is compressed in the compressor 7 to the compressed gas DG, which is passed as compressed gas flow D in the compressed gas line 11 and the other consumers 2 - 4 supplied.
  • pressurized gas DG is additionally conveyed into the compressed gas line 1 via the compressor 15.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung eines aus druckbeaufschlagtem Zielgas (ZG) bestehenden Zielgasstroms (Z), der von einer kontinuierlich betriebenen Gaszerlegeeinrichtung (2) bereitgestellt wird, wobei mit dem Zielgasstrom (Z) ein Zielverbraucher (4) versorgt wird, der den Zielgasstrom (Z) diskontinuierlich abnimmt, so dass zeitweise ein vom Zielverbraucher (4) nicht abgenommener überschüssiger Zielgasstrom (Zue) anfällt, sowie eine Anlage zur Versorgung eines Zielverbrauchers (4). Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Anlage lassen sich die bei einer Gaszerlegeanlage anfallenden überschüssigen Zielgase und optional zusätzlich entstehenden Abfallgase ressourcenschonend nutzen. Dies wird dadurch erreicht, dass der überschüssige Zielgasstrom (Zue) als Treibgas einem Verdichter (7) zugeführt wird, der ein anderes Gas (G) komprimiert und als Druckgas in eine Druckgasleitung (11) speist, über die es einem anderen Verbraucher (12,13,14) zugeführt wird.

Description

Verfahren und Anlage zur Nutzung eines von einer Gaszerlegeeinrichtung bereitgestellten Zielgases
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung eines aus druckbeaufschlagtem Zielgas bestehenden Zielgasstroms, der von einer kontinuierlich betriebenen Gaszerlegeeinrichtung bereitgestellt wird, wobei mit dem Zielgasstrom ein Zielverbraucher versorgt wird, der den Zielgasstrom diskontinuierlich abnimmt, so dass zeitweise ein vom Zielverbraucher nicht abgenommener
überschüssiger Zielgasstrom abfällt.
Ebenso betrifft die Erfindung eine Anlage zur Versorgung eines
Zielverbrauchers mit einem druckbeaufschlagten Zielgasstrom und eines anderen Verbrauchers mit einem anderen Druckgas. Dabei umfasst die Anlage eine Gaszerlegeeinrichtung, die einen Zielgasstrom für einen diesen
Zielgasstrom diskontinuierlich abnehmenden Zielverbraucher bereitstellt, so dass bei der Gaszerlegeeinrichtung ein überschüssiger Zielgasstrom anfällt. Des Weiteren umfasst eine solche Anlage einen druckgasbetriebenen
Verdichter zum Verdichten und Einspeisen des komprimierten Druckgases in eine zu dem anderen Verbraucher führenden Druckgasleitung.
In einer Gaszerlegeeinrichtung wird ein Gasgemisch in ein Zielgas sowie ein Abgas zerlegt. Ein Beispiel für eine solche Gaszerlegeeinrichtung sind Anlagen zur Luftzerlegung, im englischen Sprachgebrauch "Air Separation Unit" (ASU) genannt. Solche Luftzerlegungsanlagen trennen die Umgebungsluft in ihre Hauptkomponenten Stickstoff und Sauerstoff. Je nach Einsatzgebiet können solche Luftzerlegungsanlagen aber aus der Umgebungsluft auch Argon oder andere Edelgase gewinnen.
Im großtechnischen Maßstab eingesetzt werden Luftzerlegeanlagen, die auf der Basis der sogenannten kryogenen Destillation oder Tieftemperaturdestillation arbeiten ("Linde-Verfahren"). Dieses Verfahren liefert als Zielgas
druckbeaufschlagten Sauerstoff. Daneben fällt als "Abfallgas" des Sauerstoff- Gewinnungsprozesses ein Gasstrom an, der den Luftstickstoff und die sonstigen in der Luft enthaltenen, im jeweiligen Zerlegeprozess nicht
separierten Gase enthält.
Anlagen dieser Art werden beispielsweise im Umfeld der Erzeugung von Eisenoder Stahlschmelzen, aber auch bei vielen anderen Prozessen, bei denen reiner Sauerstoff in größeren Mengen benötigt wird, eingesetzt. So wird beispielsweise für das so genannte "Frischen" Sauerstoff auf oder in die jeweilige Schmelze geblasen, um den Kohlenstoffgehalt der Schmelze oder unerwünschte Eisenbegleiter durch Oxidation zu beseitigen.
Ein grundsätzliches Problem besteht bei Gaszerlegeeinrichtungen der hier in Rede stehenden Art darin, dass sie in der Regel kontinuierlich betrieben werden, weil beim Hochfahren solcher Anlagen hohe Energie- und
Zeitaufwände entstehen. Gaszerlegeanlagen produzieren daher laufend einen optimalerweise konstanten Zielgasstrom. Dieser ist beim Verlassen der
Gaszerlegeanalge mit hohem Druck beaufschlagt.
Der kontinuierlichen Bereitstellung des Zielgasstroms steht ein in der Regel diskontinuierlicher, d.h. zeitlich schwankender Bedarf auf Seiten des
Zielverbrauchers gegenüber. Der zeitweise nicht oder nicht vollständig überschüssige Zielgasstrom kann zwar in Pufferspeichern zwischengespeichert werden, um für Bedarfsspitzen bereitgehalten zu werden. Jedoch sind der Aufwand für eine solche Zwischenspeicherung und die dabei anfallenden Energieverluste beträchtlich. Es sind verschiedene Vorschläge bekannt, die bei kontinuierlich betriebenen Gaszerlegeanlagen anfallenden überschüssigen Zielgas- und Abfallgasströme im Sinne einer Ressourcenschonung sinnvoll zu nutzen.
Ein Beispiel für diese Vorschläge ist die in der US 2012/0032378 A1
beschriebene Integration einer Luftzerlegungsanlage in einen
Roheisenerzeugungsprozess. In diesem Prozess stellt die
Luftzerlegungsanlage Sauerstoff zum Einblasen in einen Hochofen bereit. Der vom Hochofen zeitweise nicht oder nur teilweise abgenommene überschüssige Sauerstoffstrom wird in einen Dampferzeuger geleitet, um die Effektivität der dort zur Erzeugung der benötigten Wärme durchgeführten Verbrennung der bei der Roheisengewinnung anfallenden Prozessgase zu verbessern. Gleichzeitig wird der im Luftzerlegeprozess als Abfallgas anfallende druckbeaufschlagte Stickstoff einerseits einer Kohleeinblaseinrichtung zugeführt und andererseits zur Unterstützung des Antriebs einer Gasturbine genutzt, die einen Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie antreibt.
Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik ist die Aufgabe entstanden, ein vereinfachtes und für eine breitere Verwendung geeignetes Verfahren und eine ebenso beschaffene Anlage vorzuschlagen, mit der sich die bei einer Gaszerlegeanlage anfallenden überschüssigen Zielgase und optional zusätzlich entstehenden Abfallgase ressourcenschonend nutzen lassen.
Die Erfindung hat zur Lösung dieser Aufgabe das in Anspruch 1 angegebene Verfahren und die in Anspruch 9 angegebene Anlage vorgeschlagen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Nutzung eines aus druckbeaufschlagtem Zielgas bestehenden Zielgasstroms geht wie der eingangs erläuterte Stand der Technik davon aus, dass der Zielgasstrom von einer kontinuierlich betriebenen Gaszerlegeeinrichtung bereitgestellt wird. Jedoch nimmt ein mit dem
Zielgasstrom versorgter Zielverbraucher diesen Zielgasstrom nur
diskontinuierlich ab, so dass zeitweise ein vom Zielverbraucher nicht
abgenommener überschüssiger Zielgasstrom anfällt.
Erfindungsgemäß wird nun der überschüssige Zielgasstrom als Treibgas einem Verdichter zugeführt, der ein anderes Gas komprimiert und als Druckgas in eine Druckgasleitung speist, über die es einem anderen Verbraucher zugeführt wird.
Erfindungsgemäß wird somit die Treibseite eines Verdichters, der ein sich vom Zielgasstrom unterscheidendes "anderes Gas" komprimiert und in eine allgemeine Druckgasleitung einspeist, mit dem überschüssigen Zielgasstrom versorgt. "Überschüssig" umfasst hier sowohl den Fall, dass der
Zielverbraucher kein Zielgas von der Gaszerlegeeinrichtung abnimmt, also der überschüssige Zielgasstrom gleich dem von der Gaszerlegeeinrichtung bereitgestellten Zielgasstrom ist, auch den Fall, dass nur eine reduzierte Menge des Zielgasstroms vom Zielverbraucher abgenommen wird, also nur ein
Teilstrom des von der Gaszerlegeeinrichtung bereitgestellten Zielgasstroms als überschüssiger Zielgasstrom anfällt.
In entsprechender Weise umfasst eine erfindungsgemäße Anlage, die einen Zielverbraucher mit einem druckbeaufschlagten Zielgasstrom und einen anderen Verbraucher mit einem anderen Druckgas versorgt, eine
Gaszerlegeeinrichtung, die einen Zielgasstrom für einen diesen Zielgasstrom diskontinuierlich abnehmenden Zielverbraucher bereitstellt, so dass bei der Gaszerlegeeinrichtung ein überschüssiger Zielgasstrom anfällt, und einen druckgasbetriebenen Verdichter zum Verdichten und Einspeisen des
komprimierten Druckgases in eine zu dem anderen Verbraucher führenden Druckgasleitung. Erfindungsgemäß ist bei einer solchen Anlage der Verdichter antriebsseitig mittels einer Treibgasleitung mit einem Auslass der
Gaszerlegeeinrichtung verbunden, über den der überschüssige Zielgasstrom als Treibgas zu einem Treibgasanschluss des Verdichters strömt.
Der mit hohem Druck von der Gaszerlegeeinrichtung bereitgestellte
überschüssige Zielgasstrom wird so auf effektive Weise dazu genutzt, ein an anderer Stelle benötigtes Druckgas zu erzeugen, welches beispielsweise in großen Mengen oder mit einem niedrigeren Druckniveau an anderer Stelle des jeweiligen Anlagenverbunds benötigt wird, zu dem auch die
Gaszerlegeeinrichtung und der Zielverbraucher gehören. Der große Vorteil dieser erfindungsgemäßen Verkopplung besteht darin, dass die im
überschüssigen Zielgasstrom gespeicherte Energie für den Verdichter genutzt wird und gleichzeitig der überschüssige Zielgasstrom über den Verdichter entspannt wird. Auf diese Weise kann der überschüssige Zielgasstrom, abhängig von der Art des Gases, aus dem er besteht, direkt einer
Weiterverwendung zugeführt werden, für die er mit einem niedrigeren
Druckniveau benötigt wird.
Besonders vorteilhaft wirkt sich die Erfindung dann aus, wenn das
überschüssige Zielgas nicht nur zum Antrieb des Verdichters genutzt, sondern zusätzlich auch in die vom Verdichter gespeiste Druckleitung eingebracht wird. Der überschüssige Zielgasstrom kann dazu nach oder beim Durchleiten durch den Verdichter mit dem vom Verdichter zu komprimierenden anderen Gas oder dem vom Verdichter komprimierten Druckgas vermischt werden.
Dies kann, abhängig vom jeweiligen Druckniveau, auf dem sich das
überschüssige Zielgas beim Verlassen des Verdichters noch befindet oder auf das das vom Verdichter zu komprimierende Gas durch den Verdichter gebracht wird, dadurch erfolgen, dass das Zielgas in Strömungsrichtung nach dem Verdichter in das in die Druckgasleitung eingespeiste Gas eingemischt wird. Auf diese Weise wird das Problem umgangen, dass sich der überschüssige
Zielgasstrom in der Regel aufgrund des großen Druckunterschiedes nicht direkt in die Druckgasleitung einspeisen lässt, da dadurch der Anteil des Zielgases bzw. der dadurch verursachte Druckanstieg in der Druckluftleitung zu groß würde und die Gefahr einer Überlastung des Druckleitungssystems bestünde.
Genauso ist es möglich, das Zielgas, nachdem es über den Verdichter entspannt worden ist, der Saugseite des Verdichters zuzuführen, so dass es dort mit dem zu verdichtenden anderen Gas vermischt und die so erhaltene Gasmischung vom Verdichter verdichtet und in die Druckgasleitung eingespeist wird.
Unabhängig davon, ob die Zumischung des Zielgases zu dem in die
Druckleitung einzuspeisenden anderen Gases vor der Saugseite oder nach der Druckseite des Verdichters erfolgt, kann eine erfindungsgemäße Anlage für diesen Zweck eine Mischeinrichtung umfassen, die dazu vorgesehen ist, dem in die Druckleitung einzuleitenden Zielgas- oder Abfallgasstrom ein weiteres Gas zuzumischen.
Eine weitere Möglichkeit, den überschüssigen Zielgasstrom zum Verdichten eines Gases zu nutzen und gleichzeitig in die Druckgasleitung einzuspeisen, besteht in der Wahl eines Verdichters, bei dem ein Antriebsgasstrom, hier also der überschüssige Zielgasstrom, derart in den jeweiligen Verdichter eingespeist wird, dass er als Treibgas das an der Saugseite des Verdichters anstehende, zu komprimierende Gas mitnimmt und dieses in Folge der Druckdifferenz komprimiert, die zwischen dem Treibgas und zu komprimierenden Gas besteht. Die Vermischung von überschüssigem Zielgas mit dem im Verdichter komprimierten anderen Gas erfolgt dann im Verdichter selbst.
Das Prinzip eines solchen für die erfindungsgemäßen Zwecke geeigneten Gasstrahl-Kompressors ist in der DE 91 01 135 U1 beschrieben.
Erfindungsgemäß weist dabei der Verdichter eine Saugseite, eine Treibseite und eine Austrittseite auf. Die Saugseite ist dabei die Seite des Verdichters, welcher das zu komprimierende Gas zugeführt wird. Die Austrittseite ist dementsprechend die Seite des Verdichters, an welcher das im Verdichter komprimierte Gas abströmt. Als Treibseite des Verdichters wird
erfindungsgemäß die Seite des Verdichters bezeichnet, über welche das Treibgas zugeführt wird. Der Verdichter weist demnach zwei
Eingangsvolumenströme auf: den treibseitig sowie den saugseitig zugeführten Volumenstrom. Der Verdichter verdichtet das saugseitig zugeführte Gas über die vorliegende Druckdifferenz zwischen komprimiertem Treibgas und saugseitig anliegendem entspannten Gas.
Als besonders effektiv erweist sich die erfindungsgemäße Nutzung eines bei einer Gaszerlegeeinrichtung anfallenden überschüssigen Zielgasstroms dann, wenn es sich bei der Gaszerlegeeinrichtung um eine konventionelle
Luftzerlegeeinrichtung handelt, die aus der Umgebungsluft Sauerstoff als Zielgas gewinnt.
Grundsätzlich lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren bei allen
Gaszerlegeanlagen anwenden und zwar unabhängig davon, ob jeder der durch die Zerlegung gewonnen Gasströme (jeweils) einem Zielverbraucher zugeführt wird oder ein oder mehrere dieser Gasströme beim Zerlegeprozess als
Abfallgasströme abfallen, für die kein Zielverbraucher vorhanden ist.
Im Fall, dass im Zerlegeprozess ein Abfallgasstrom abfällt, so kann es zweckmäßig sein, das Abfallgas in einem Druckspeicher zu sammeln und bedarfsweise zum Antrieb des Verdichters zu nutzen. Auf diese Weise kann das Abfallgas als Puffer für die Zeit genutzt werden, in der aufgrund eines großen Bedarfs beim Zielverbraucher kein für den Betrieb des Verdichters ausreichender überschüssiger Zielgasstrom zur Verfügung steht. Der in der Regel ebenfalls mit hohem Druck anfallende Abfallgasstrom wird bei dieser Ausgestaltung somit in einen Druckspeicher geleitet, das Abfallgas dort gespeichert und dann bedarfsweise zum Antrieb des Verdichters genutzt. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass durch den Speicher der Verdichter vom Luftzerlegeprozess getrennt werden kann. Zu diesem Zweck kann bei einer erfindungsgemäßen Anlage ein Speicher vorgesehen sein, der an einen Auslass der Gaszerlegeeinrichtung für ein beim Gaszerlegeprozess anfallendes Abfallgas angeschlossen ist.
Soll das Abfallgas ebenfalls für die Verdichtung des anderen Gases nutzbar sein, so kann dies dadurch bewerkstelligt werden, dass der Speicher über eine Versorgungsleitung zusätzlich mit der Antriebsseite des Verdichters verbunden und ein Ventil vorgesehen ist, welches die Versorgungsleitung bedarfsweise freigibt, um den Verdichter mittels des in dem Speicher gespeicherten
Abfallgases anzutreiben.
Abhängig von seiner Art und der Art des in die Druckgasleitung
einzuspeisenden, von dem Verdichter zu verdichtenden anderen Gases kann es ebenfalls zweckmäßig sein, das Abfallgas mit dem vom Verdichter zu komprimierenden anderen Gas oder dem vom Verdichter komprimierten Druckgas zu vermischen.
Um die Mischung von Abfallgas mit dem anderen Gas und dem optional ebenfalls zugemischten überschüssigen Zielgas zu ermöglichen, kann der Speicher auslassseitig mit der Saugseite des Verdichters oder mit der
Druckgasleitung verbunden sein, um bedarfsweise Abfallgas in den vom Verdichter zu komprimierenden Gasstrom oder in den vom Verdichter komprimierten Druckgasstrom zu mischen.
Unabhängig davon, wo das Zumischen vorgenommen wird, erweist sich die Einmischung von Ziel- oder Abfallgas in das andere Gas als besonders ressourcenschonend. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Zumischung von Zielgas und Abfallgas gleichzeitig erfolgt. Durch Einstellung eines bestimmten Mischungsverhältnisses von zugemischtem Ziel- und Abfallgas kann das als Druckgas in die Druckgasleitung eingespeiste, aus Zielgas, Abfallgas und dem anderen Gas gebildete Gasgemisch für die jeweiligen Verwendungszwecke optimierte Eigenschaften besitzen oder so zumindest zusammengesetzt sein, dass es trotz der Zumischung von Zielgas oder Abfallgas zumindest keine negativen Auswirkungen auf den oder die anderen mit dem dann in die
Druckleitung eingespeisten Druckgasgemisch betriebenen Verbraucher hat und sich so die dem Ziel- und Abfallgas innewohnende Energie optimiert nutzen lässt. Bei einer erfindungsgemäßen Anlage kann das Zumischen von
überschüssigem Zielgas und Abfallgas dadurch ermöglicht werden, dass die Anlage eine Mischeinrichtung umfasst, die dazu vorgesehen ist, dem in die Druckleitung einzuleitenden Zielgas- oder Abfallgasstrom ein weiteres Gas zuzumischen.
Bei einer Mischung vor oder in dem Verdichter ist es selbstverständlich möglich, die Anteile der zugemischten Ziel- und Abfallgase am vom Verdichter zu verdichtenden Gasgemisch soweit zu erhöhen, dass zumindest zeitweise nahezu kein oder gar kein anderes Gas mehr benötigt wird, um den in die Druckleitung eingespeisten Druckgasstrom zu erzeugen.
Ebenso ist es selbstverständlich möglich, das eine Gas, also beispielsweise nur das Abfallgas oder nur das überschüssige Zielgas, vor oder im Verdichter zuzumischen, während das jeweils andere Gas nach dem Verdichter dem Druckgas zugemischt wird.
Besonders vorteilhaft wirkt sich die Möglichkeit der Zumischung von Ziel- oder Abfallgas vor, in oder nach dem Verdichter aus, wenn es sich bei dem Zielgas um Sauerstoff und bei dem vom Verdichter zu verdichtenden anderen Gas um Umgebungsluft handelt und wenn das Abfallgas aus den anderen in der Umgebungsluft enthaltenen Gasen, insbesondere Stickstoff, besteht. Soll nur der überschüssige Sauerstoff-Zielgasstrom dem anderen Gas (Umgebungsluft) zugemischt werden, so kann die zugemischte Sauerstoffmenge so begrenzt werden, dass ein hinsichtlich der Korrosion oder Oxidation von Maschinen- und Leitungsteilen möglicherweise kritischer Sauerstoffanteil im in die Druckleitung eingespeisten Druckgas nicht überschritten wird. Eine typische Grenze kann hier ein Sauerstoffanteil von 30 Vol.-% sein. Wird gleichzeitig auch noch Stickstoff zugemischt, so kann eine Gasmischung erzeugt werden, die eine der Umgebungsluft ähnliche Zusammensetzung hat, wobei auch hier der jeweils im Überschuss vorhandene Anteil an Zielgas- oder Abfallgas bis zu einer unschädlichen Grenze erhöht werden kann. Ein weiterer Vorteil der
erfindungsgemäß optional vorgesehenen Zumischung von überschüssigem Sauerstoff-Zielgas oder aus Stickstoff und optional den anderen
Gasbestandteilen der Umgebungsluft bestehenden Abfallgas besteht darin, dass der Aufwand für eine im Bereich der Drucklufterzeugung übliche
Partikelfilterung, Trocknung und Ölabscheidung reduziert wird, da sowohl das Abfallgas als auch das Zielgas diese Arbeitsgänge bereits in der
Gaszerlegeeinrichtung durchlaufen haben.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
Fig. 1 eine Anlage zur Versorgung eines Zielverbrauchers mit einem
druckbeaufschlagten Zielgasstrom und eines anderen Verbrauchers mit einem anderen Druckgas;
Fig. 2 ein Diagramm, das die Komponenten des erfindungsgemäßen
Verfahrens und ihr Zusammenwirken darstellt.
Die in Fig. 1 dargestellte Anlage 1 zur Versorgung von einem Zielverbraucher und mindestens einem weiteren Verbraucher ist wie folgt aufgebaut:
In der Gaszerleganlage 2 wird aus der Umgebungsluft U ein aus Sauerstoff bestehender, unter hohem Druck stehender Zielgasstrom Z erzeugt. Bei dem Zerlegeprozess fällt in der Gaszerlegeanlage 2 zusätzlich ein aus den restlichen Gasbestandteilen der Umgebungsluft U, hauptsächlich aus Stickstoff, bestehender Abfallgasstrom A ab. Der von der Gaszerlegeanlage 2 erzeugte Zielgasstrom Z wird über eine
Versorgungsleitung 3 einem Zielverbraucher 4 zugeführt. Der Zielverbraucher 4 nimmt jedoch das Zielgas ZG nur diskontinuierlich ab, so dass zeitweise bei der Gaszerlegeanlage 2 ein überschüssiger Zielgasstrom Zue anfällt.
Der überschüssige Zielgasstrom Zue wird über eine Treibgasleitung 5 zum Treibgaseingang 6 eines als Gasstrahl-Kompressors ausgebildeten Verdichters 7 geführt. Der in an sich bekannter Weise ausgebildete, handelsübliche
Verdichter 7 umfasst eine Mischkammer 8 mit einem Sauganschluss 9 und eine Düseneinrichtung 10, über die der überschüssige Zielgasstrom Zue in die Mischkammer 8 eingebracht wird. Die Düseneinrichtung 10 ist so ausgebildet, dass der ausgebrachte überschüssige Zielgasstrom Zue mit hoher
Geschwindigkeit in die Mischkammer 8 eintritt, ein am Sauganschluss 9 anstehendes anderes Gas G mitreißt und anschließend in eine trichterförmig zulaufende, in Strömungsrichtung des in die Mischkammer 8 eintretenden überschüssigen Zielgasstroms Zue trichterartig konisch zulaufende
Verdichterkammer 10a eintritt, in der das aus Zielgasstrom Zue und dem anderen Gas G gebildete Gasgemisch komprimiert wird, so dass es als
Druckgas DG in eine Druckgasleitung 11 gespeist wird. Sollte sich
herausstellen, dass die Leistung des Verdichters 7 nicht ausreicht, kann er in Serie mit einem konventionellen Verdichter angeordnet werden, der die gegebenenfalls noch erforderliche Fertigverdichtung des Druckgas DG auf den jeweils vorgeschriebenen Druck vornimmt.
Die Druckgasleitung 11 versorgt verschiedene andere Verbraucher 12,13,14 mit Druckgas DG. Für den Fall, dass kein für den Betrieb des Verdichters 7 ausreichender überschüssiger Zielgasstrom Zue zur Verfügung steht, wird Druckgas DG über einen konventionellen Kompressor 15 in die Druckgasleitung 11 gespeist.
Das am Sauganschluss 9 des Verdichters 7 anstehende andere, d.h. getrennt vom überschüssigen Zielgasstrom Zue zugeführte, Gas G ist aus Abfallgas AG und Umgebungsluft U gemischt. Dazu ist eine an den Sauganschluss 9 angeschlossene Mischeinrichtung 16 vorgesehen, die Umgebungsluft U mit einem Abfallgasstrom A' in einem bestimmten Mischungsverhältnis mischt. Das Mischungsverhältnis wird dabei in Abhängigkeit vom in den Verdichter 7 geleiteten überschüssigen Zielgasstrom Zue so eingestellt, dass einerseits ein ausreichend großer Druckgasstrom D in die Druckgasleitung 11 gelangt und andererseits das als Druckgasstrom D in die Druckgasleitung 11 gespeiste Druckgas DG einen Sauerstoffanteil aufweist, beispielsweise zwischen dem Sauerstoffanteil der normalen Luft und 30 Vol.-% . Steht ein ausreichend großer Abfallgasstrom A' zur Verfügung, kann die Menge an zugemischter
Umgebungsluft U auf "0%" zurückgefahren werden. Ebenso kann der
Sauerstoffanteil des Druckgases DG deutlich höher eingestellt werden, wenn die Korrosionsbeständigkeit des Druckgasleitungssystems 11 , durch das das Druckgas DG strömt, und die mit dem Druckgas DG versorgten Verbraucher 13 dies erlauben.
Der Abfallgasstrom A' gelangt zu der Mischeinrichtung 16 über eine Leitung 19, die an einen Ausgang eines Speichers 17 angeschlossen ist. Der Speicher 17 wird von der Gaszerlegeeinrtchtung 2 über eine Versorgungsleitung 18 mit dem Abfallgasstrom A gespeist. Über eine an einen weiteren Ausgang des
Speichers 17 angeschlossene Versorgungsleitung 20 kann ein weiterer oder können mehrere weitere Verbraucher 21 mit dem Abfallgas AG versorgt werden. Durch den Speicher 17 ist die Gaszerlegeeinrichtung 2 von der Antriebsseite des Verdichters 7 entkoppelt.
Fig. 2 verdeutlicht den Ablauf des erfindungsgemäßen, beispielsweise auf einer Anlage der in Fig. 1 dargestellten Art durchgeführten Verfahrens in einer allgemeinen Form.
Ein Gasgemisch U (Umgebungsluft) wird in der Gaszerlegeeinrichtung 2 in komprimiertes Zielgas ZG und Abfallgas AG zerlegt. Das Abfallgas AG wird jedoch nicht ungenutzt in die Umgebung abgeblasen, sondern im Speicher 17 zwischengespeichert.
Über den Speicher 17 kann ein weiterer Verbraucher 21 mit Abfallgas AG versorgt werden.
Zusätzlich wird Abfallgas AG aus dem Speicher 17 der Mischeinrichtung 16 zugeführt. Dort wird in Abhängigkeit von in den Verdichter 7 eingebrachten überschüssigen Zielgasstrom Zue eine Gasmischung G so eingestellt, dass die Zusammensetzung des in die Druckgasleitung 11 gelangenden Druckgases DG einer Sollvorgabe entspricht. Reicht der hierzu an der Mischeinrichtung 16 anstehende Abfallgasstrom A' nicht aus, so wird dem Abfallgasstrom A' Umgebungsluft U in der Mischeinrichtung 16 zugemischt.
Die Gasmischung G wird im Verdichter 7 zum Druckgas DG verdichtet, das als Druckgasstrom D in die Druckgasleitung 11 geleitet wird und die anderen Verbraucher 2 - 4 versorgt.
Reicht der zur Verfügung stehende überschüssige Zielgasstrom Zue nicht für die Erzeugung eines ausreichend großen Druckgasstroms D aus, so wird über den Kompressor 15 zusätzlich Druckgas DG in die Druckgasleitung 1 gefördert.
BEZUGSZEICHEN
1 Anlage
2 Gaszerlegeanlage
3 Versorgungsleitung
4 Zielverbraucher
5 Treibgasleitung
6 Treibgaseingang
7 Verdichter (Gasstrahl-Kompressor)
8 Mischkammer
9 Sauganschluss
10 Düseneinrichtung
10a Verdichterkammer
11 Druckgasleitung
12-14 andere Verbraucher
15 Kompressor
16 Mischeinrichtung
17 Speicher
18 Versorgungsleitung
19 Leitung
20 Versorgungsleitung
21 weitere(r) Verbraucher
A Abfallgasstrom
A' Abfallgasstrom
AG Abfallgas
D Druckgasstrom
DG Druckgas
G anderes Gas
U Umgebungsluft
Z Zielgasstrom
ZG Zielgas
Zue Zielgasstrom

Claims

PATENTANSPRÜCHE
. Verfahren zur Nutzung eines aus druckbeaufschlagtem Zielgas (ZG) bestehenden Zielgasstroms (Z), der von einer kontinuierlich betriebenen Gaszerlegeeinrichtung (2) bereitgestellt wird, wobei mit dem
Zielgasstrom (Z) ein Zielverbraucher (4) versorgt wird, der den
Zielgasstrom (Z) diskontinuierlich abnimmt, so dass zeitweise ein vom Zielverbraucher (4) nicht abgenommener überschüssiger Zielgasstrom (Zue) anfällt, dadurch gekennzeichnet, dass der überschüssige Zielgasstrom (Zue) als Treibgas einem Verdichter (7) zugeführt wird, der ein anderes Gas (G) komprimiert und als Druckgas in eine Druckgasleitung (11) speist, über die es einem anderen
Verbraucher (12,13,14) zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (7) ein Gasstrahl-Kompressor ist, dessen
Treibseite (6) der überschüssige Zielgasstrom (Zue) zugeführt wird.
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zielgas (ZG) Sauerstoff ist, der durch Zerlegung von Umgebungsluft (U) von der Gaszerlegeeinrichtung (2) gewonnen wird.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der überschüssige Zielgasstrom (Zue) nach oder beim Durchleiten durch den Verdichter (7) mit dem vom Verdichter (7) zu komprimierenden anderen Gas oder dem vom
Verdichter (7) komprimierten Druckgas (DG) vermischt wird.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass bei der Erzeugung des Zielgases (ZG) in der Gaszerlegeeinrichtung (2) ein Abfallgasstrom (A) abfällt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abfallgasstrom (A) in einen Druckspeicher (17) geleitet, das Abfallgas (AG) dort gespeichert und das Abfallgas (AG) bedarfsweise zum Antrieb des Verdichters (7) genutzt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, dass das Abfallgas (AG) mit dem vom Verdichter (7) zu komprimierenden anderen Gas (G) oder dem vom Verdichter (7) komprimierten Druckgas (DG) vermischt wird.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 7, dadurch
gekennzeichnet, dass sowohl überschüssiges Zielgas (ZG) als auch Abfallgas (AG) in einem bestimmten Mischungsverhältnis mit dem vom Verdichter (7) zu komprimierenden anderen Gas (U) oder dem vom Verdichter (7) komprimierten Druckgas (DG) vermischt wird.
9. Anlage zur Versorgung eines Zielverbrauchers (4) mit einem
druckbeaufschlagten Zielgasstrom (Zue) und eines anderen
Verbrauchers (12,13,14) mit einem anderen Druckgas (DG), wobei die Anlage (1)
- eine Gaszerlegeeinrichtung (2), die einen Zielgasstrom (Zue) für einen diesen Zielgasstrom (Zue) diskontinuierlich abnehmenden
Zielverbraucher (4) bereitstellt, so dass bei der Gaszerlegeeinrichtung (2) ein überschüssiger Zielgasstrom (Zue) anfällt, und
- einen druckgasbetriebenen Verdichter (7) zum Verdichten und
Einspeisen des komprimierten Druckgases (DG) in eine zu dem anderen Verbraucher (12,13,14) führenden Druckgasleitung (11) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (7) antriebsseitig mittels einer Treibgasleitung (5) mit einem Auslass der Gaszerlegeeinrichtung (2) verbunden ist, über den der überschüssige Zielgasstrom (Zue) als Treibgas zu einem Treibgasanschluss (6) des Verdichters (7) strömt.
10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (7) ein Gasstrahl-Kompressor ist.
11. Anlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, dass sie einen Speicher (17) umfasst, der an einen Auslass der Gaszerlegeeinrichtung (2) für ein beim
Gaszerlegeprozess anfallendes Abfallgas (AG) angeschlossen ist.
12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (17) über eine Versorgungsleitung (19) mit der
Antriebsseite des Verdichters (7) verbunden ist und dass ein Ventil vorgesehen ist, welches die Versorgungsleitung (19) bedarfsweise freigibt, um den Verdichter (7) mittels des in dem Speicher (17) gespeicherten Abfallgases (AG) anzutreiben.
13. Anlage nach einem der Ansprüche 9-12, dadurch
gekennzeichnet, dass der Speicher (17) auslassseitig mit der Saugseite (9) des Verdichters (7) oder mit der Druckgasleitung (11 ) verbunden ist, um bedarfsweise Abfallgas (AG) in den vom Verdichter (7) zu komprimierenden Gasstrom (G) oder in den vom Verdichter (7) komprimierten Druckgasstrom (D) zu mischen.
14. Anlage nach einem der Ansprüche 9-13, dadurch
gekennzeichnet, dass sie eine Mischeinrichtung (16) umfasst, die dazu vorgesehen ist, dem in die Druckleitung (11) einzuleitenden Zielgas- (Z) oder Abfallgasstrom (A) ein weiteres Gas (U) zuzumischen.
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