EP4739964A1 - Verfahren zur kryogenen erzeugung von luftprodukten und luftzerlegungssystem - Google Patents

Verfahren zur kryogenen erzeugung von luftprodukten und luftzerlegungssystem

Info

Publication number
EP4739964A1
EP4739964A1 EP24742826.1A EP24742826A EP4739964A1 EP 4739964 A1 EP4739964 A1 EP 4739964A1 EP 24742826 A EP24742826 A EP 24742826A EP 4739964 A1 EP4739964 A1 EP 4739964A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
compressor
arrangement
rectification
nitrogen
units
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.)
Pending
Application number
EP24742826.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel OTTE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Publication of EP4739964A1 publication Critical patent/EP4739964A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04012—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling
    • F25J3/04018—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling of main feed air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04012—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling
    • F25J3/0403—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04048—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. intermediate or oxygen enriched (waste) streams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04109—Arrangements of compressors and /or their drivers
    • F25J3/04145—Mechanically coupling of different compressors of the air fractionation process to the same driver(s)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04333—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04333—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04351—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/044—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a single pressure main column system only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04654—Producing crude argon in a crude argon column
    • F25J3/04666—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04781—Pressure changing devices, e.g. for compression, expansion, liquid pumping
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04812—Different modes, i.e. "runs" of operation
    • F25J3/04824—Stopping of the process, e.g. defrosting or deriming; Back-up procedures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04951—Arrangements of multiple air fractionation units or multiple equipments fulfilling the same process step, e.g. multiple trains in a network
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04951—Arrangements of multiple air fractionation units or multiple equipments fulfilling the same process step, e.g. multiple trains in a network
    • F25J3/04957—Arrangements of multiple air fractionation units or multiple equipments fulfilling the same process step, e.g. multiple trains in a network and inter-connecting equipments upstream of the fractionation unit (s), i.e. at the "front-end"
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/72—Refluxing the column with at least a part of the totally condensed overhead gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/24—Multiple compressors or compressor stages in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/40—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid being air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/42—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid being nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/02—Recycle of a stream in general, e.g. a by-pass stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/40—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/02—Bath type boiler-condenser using thermo-siphon effect, e.g. with natural or forced circulation or pool boiling, i.e. core-in-kettle heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/20—Boiler-condenser with multiple exchanger cores in parallel or with multiple re-boiling or condensing streams

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zur kryogenen Erzeugung von Luftprodukten vorgeschlagen, bei dem ein Luftzerlegungssystem (100) mit einer ersten Rektifikationsanordnung (110), einer zweiten Rektifikationsanordnung (120) und einer Verdichteranordnung (130) verwendet wird, wobei die erste Rektifikationsanordnung (110) und die zweite Rektifikationsanordnung (120) jeweils eine auf einem Druckniveau von mehr als 2 bar betriebene Rektifikationskolonne aufweisen und das Verfahren einen Kombinationsbetriebsmodus umfasst, in dem unter Verwendung der Verdichteranordnung (130) Einsatzluft einer Einsatzluftverdichtung unterworfen und anschließend in Anteilen der ersten Rektifikationsanordnung (110) und der zweiten Rektifikationsanordnung (120) zugeführt wird, in dem unter Verwendung der ersten Rektifikationsanordnung (110) und der zweiten Rektifikationsanordnung (120) Hochreinstickstoff bereitgestellt wird, und in dem unter Verwendung der ersten Rektifikationsanordnung (110) bereitgestellte Hochreinstickstoff oder ein Teil hiervon mittels der Verdichteranordnung (130) einer Hochreinstickstoffverdichtung unterworfen wird. Es ist vorgesehen, dass die Verdichteranordnung (130) mehrere erste Verdichtereinheiten (131 ) und eine zweite Verdichtereinheit (132) aufweist, wobei jede der ersten Verdichtereinheiten (131 ) eine erste Verdichterstufe (131a) und eine zweite Verdichterstufe (131b) aufweist, in den ersten Verdichtereinheiten (131 ) die erste Verdichterstufe (131a) und die zweite Verdichterstufe (131 b) mechanisch miteinander gekoppelt sind, und im Kombinationsbetriebsmodus die ersten Verdichterstufen (131 a) der ersten Verdichtereinheiten (131 ) und die zweiten Verdichtereinheiten (132) für die Einsatzluftverdichtung und die zweiten Verdichterstufen (131 b) der ersten Verdichtereinheiten (131 ) für die Hochreinstickstoffverdichtung verwendet werden. Ein entsprechendes Luftzerlegungssystem (100) ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Description

Beschreibung
Verfahren zur kryogenen Erzeugung von Luftprodukten und Luftzerlegungssystem
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kryogenen Erzeugung von Luftprodukten und ein Luftzerlegungssystem.
Hintergrund
Die Herstellung von Luftprodukten in flüssigem oder gasförmigem Zustand durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in Luftzerlegungsanlagen ist bekannt und beispielsweise bei H.-W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, insbesondere Abschnitt 2.2.5, „Cryogenic Rectification“, beschrieben. Hinsichtlich des technischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung wird auf entsprechende Literatur verwiesen.
Aus der US 5,582,034 A ist ein Verfahren zur Herstellung von Stickstoff durch Tieftemperaturzerlegung von Luft bekannt, bei dem eine einzelne Rektifikationskolonne verwendet wird. Der Rektifikationskolonne werden aus einem unteren Bereich Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Stickstoff- und Sauerstoffgehalten entnommen. Die Flüssigkeiten werden in einem Kondensatorverdampfer zur Kondensation von stickstoffreichem Kopfgas der Rektifikationskolonne verwendet, um auf diese Weise einen Rücklauf für die Rektifikationskolonne zu liefern. Nach Verdampfung der stickstoffreicheren und sauerstoffärmeren Flüssigkeit wird das gebildete Gas, oder ein Teil hiervon, rückverdichtet, abgekühlt, und in die Rektifikationskolonne rückgespeist. Dieses Gas wird auch als „Restgaskreislaufstrom“ bezeichnet. Die stickstoffärmere und sauerstoffreichere Flüssigkeit kann, ebenfalls nach entsprechender Verdampfung, in einer Entspannungsturbine entspannt werden, die einen Booster zur Rückverdichtung des Restgaskreislaufstroms antreibt. Weiteres Kopfgas der Rektifikationskolonne wird als Stickstoffprodukt aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet.
In der WO 2021/180362 A1 sind ebenfalls unterschiedliche Verfahren dieser Art beschrieben, welche die Anmelderin auch als SPECTRA-Verfahren bezeichnet. Auf die Erläuterungen auf Seite 2 dieser Druckschrift und die dortige Beschreibung zu Figur 1 wird vorliegend ausdrücklich Bezug genommen. In der WO 2020/083528 A1 ist eine Vielzahl von Ausgestaltungen beschrieben, in denen beispielsweise Reinsauerstoffkolonnen und/oder Argonkolonnen zusätzlich zu der ursprünglich einzelnen Rektifikationskolonne zur Stickstoffgewinnung eingesetzt werden. Außerdem sind Doppelsäulenverfahren zur gleichzeitigen Gewinnung von Druckstickstoff und Argon bekannt, beispielsweise aus der WO 2023/030679 A1 .
Der Bedarf an Luftprodukten bei Verbrauchern wie beispielsweise Chipherstellern kann schwanken, und zwar hinsichtlich der Menge als auch der Art der Luftprodukte. So kann beispielsweise nur zu bestimmten Zeiten Argon benötigt werden oder eine Menge an benötigtem Reinstickstoff schwanken. Das jeweils geforderte Produktverhältnis von beispielsweise Argon und/oder Sauerstoff zu Stickstoff kann unter Umständen dazu führen, dass die Konstruktion von unterschiedlichen Anlagentypen der zuvor erläuterten Art hinsichtlich der Erstellungskosten vorteilhaft ist. Für entsprechende Zwecke können dabei auch Luftzerlegungssysteme mit mehreren Rektifikationsanordnungen zum Einsatz kommen, die nur zu bestimmten Zeiten gemeinsam und zu anderen Zeiten jeweils einzeln in Betrieb sind und entsprechende Luftprodukte liefern.
Es besteht dabei jedoch weiterhin der Bedarf nach verbesserten Verfahren und Luftzerlegungssystemen dieser Art.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren zur kryogenen Erzeugung von Luftprodukten und ein Luftzerlegungssystem mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der nachfolgenden Beschreibung.
Die in einer Luftzerlegungsanlage eingesetzten Vorrichtungen sind in der zitierten Fachliteratur, beispielsweise bei Häring in Abschnitt 2.2.5.6, „Apparatus“, beschrieben. Sofern die nachfolgenden Definitionen nicht hiervon abweichen, wird daher zum Sprachgebrauch, der im Rahmen der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, ausdrücklich auf die zitierte Fachliteratur verwiesen. Es wird ein Verfahren zur kryogenen Erzeugung von Luftprodukten vorgeschlagen, bei dem ein Luftzerlegungssystem mit einer ersten Rektifikationsanordnung, die eine Doppelkolonneneinheit (111) aufweist, einer zweiten Rektifikationsanordnung, die eine Stickstoffkolonne (121) aufweist, und einer Verdichteranordnung verwendet wird, wobei die erste Rektifikationsanordnung und die zweite Rektifikationsanordnung jeweils eine Rektifikationskolonne aufweisen, die auf einem Druckniveau von mehr als 2 bar, insbesondere mehr als 3 bar, 4 bar oder 5 bar, und insbesondere bis zu 10 bar, 12 bar oder 15 bar, betrieben wird. Die erste und zweite Rektifikationsanordnung sind insbesondere insoweit entkoppelt, dass zwischen diesen keine Fluide ausgetauscht, d.h. von der ersten in die zweite Rektifikationsanordnung und umgekehrt überführt werden, oder dies höchstens in sehr geringem Umfang, bspw. zu weniger als 10% einer Gesamtmenge der jeweils in der ersten und der zweite Rektifikationsanordnung behandelten Fluide geschieht.
Die beiden "Rektifikationsanordnungen" stellen getrennte Stränge (Trains) dar, das heißt sie können im kalten Teil grundsätzlich unabhängig voneinander betrieben werden und weisen insbesondere jeweils eine eigene Coldbox oder einen eigenen Satz von Coldboxen auf, der getrennt ist von der anderen Rektifikationsanordnung. Die Lufteintritte in die Coldbox(en) der beiden Rektifikationsanordnungen sind insbesondere getrennt. Eine Stickstoffkolonne, wie sie in der zweiten Rektifikationsanordnung verwendet wird, wird durch eine Einzelsäule mit Kopfkondensator gebildet. Die zweite Rektifikationsanordnung kann, muss aber nicht, eine oder mehrere weitere Kolonnen wie beispielsweise eine Reinsauerstoffkolonne aufweisen. Eine Doppelkolonneneinheit besteht aus einer Hochdrucksäule, einer Niederdrucksäule und einem Kondensatorverdampfer (Hauptkondensator), über den die beiden Säulen in Wärmeaustauschbeziehung stehen. Die erste Rektifikationsanordnung kann, muss aber nicht, eine oder mehrere weitere Kolonnen aufweisen, insbesondere zur Gewinnung eines oder mehrerer Edelgase, beispielsweise Argon.
Es ist vorgesehen, dass das Verfahren einen Kombinationsbetriebsmodus umfasst, wobei in dem Kombinationsbetriebsmodus unter Verwendung der Verdichteranordnung Einsatzluft einer Einsatzluftverdichtung unterworfen und danach in Anteilen der ersten Rektifikationsanordnung und der zweiten Rektifikationsanordnung zugeführt wird. Der ersten Rektifikationsanordnung kann insbesondere ein erster Hauptwärmetauscher und der zweiten Rektifikationsanordnung insbesondere ein zweiter Hauptwärmetauscher zugeordnet sein, wobei der zur Speisung der ersten Rektifikationsanordnung verwendete Anteil der Luft durch den ersten und der zur Speisung der zweiten Rektifikationsanordnung verwendete Anteil der Luft separat dazu durch den zweiten Hauptwärmetauscher geführt wird, d.h. der zur Speisung der ersten Rektifikationsanordnung verwendete Anteil der Luft nicht durch den zweiten und der zur Speisung der zweiten Rektifikationsanordnung verwendete Anteil der Luft nicht durch den ersten Hauptwärmetauscher geführt wird. Auch hier können geringfügige Mengen von bspw. weniger als 10% der Einsatzluft abweichend behandelt werden.
Ferner ist vorgesehen, dass in dem Kombinationsbetriebsmodus unter Verwendung der ersten Rektifikationsanordnung und der zweiten Rektifikationsanordnung Hochreinstickstoff bereitgestellt wird, und in dem Kombinationsbetriebsmodus der unter Verwendung der ersten Rektifikationsanordnung bereitgestellte erste Hochreinstickstoffprodukt unter Verwendung der Verdichteranordnung einer Hochreinstickstoffverdichtung unterworfen wird. Das zweite Hochreinstickstoffprodukt aus der zweiten Rektifikationsanordnung wird nicht in die Verdichteranordnung eingeleitet.
Selbstverständlich kann zusätzlich zu dem ersten Hochreinstickstoffprodukt ein weiterer Hochreinstickstoffstrom aus der ersten Rektifikationsanordnung gewonnen werden, der beispielsweise gemeinsame mit dem erstem Hochdruckstickstoffprodukt aus der Doppelkolonne entnommen, aber nicht der Verdichteranordnung zugeführt wird.
Ferner wird bei der Erfindung mindestens ein Teil des in den zweiten Verdichterstufen der ersten Verdichtereinheiten verdichteten Hochreinstickstoffs als Kreislaufstickstoffstrom zurück in die erste Rektifikationsanordnung geleitet. Der Rest wird üblicherweise als Endprodukt gewonnen.
Unter „Hochreinstickstoff“ wird vorliegend insbesondere gasförmiger Stickstoff mit einem sehr geringen Gehalt von Sauerstoff verstanden, der insbesondere im ein-, zwei- oder dreistelligen ppb-Bereich (parts per billion, Milliardstel Anteile), d.h. insbesondere bei weniger als 100, 50, 10, 5, 1 , 0,5 oder 0,1 ppb, liegen kann. Ein Argongehalt kann typischerweise bei einem höheren Wert liegen, und zwar beispielsweise im ein-, zwei- oder dreistelligen ppm-Bereich (parts per million, Millionstel Anteile) oder weniger, d.h. insbesondere bei weniger als 100, 50, 10, 5, 1 , 0,5 oder 0,1 ppb. Die Hochreinstickstoffverdichtung erfolgt insbesondere von einem Druck in einem Druckbereich von 2 bis 5 bar auf einen Druck in einem Druckbereich von 8 bis 15 bar. Die Einsatzluftverdichtung erfolgt insbesondere von Atmosphärendruck auf einen Druck in einem Druckbereich von 8 bis 15 bar. Der Hochreinstickstoff aus der zweiten Rektifikationsanordnung kann insbesondere unverdichtet als Hochreinstickstoffprodukt bereitgestellt werden.
Hierbei ist vorgesehen, dass die Verdichteranordnung mehrere erste Verdichtereinheiten und eine zweite Verdichtereinheit aufweist, wobei jede der ersten Verdichtereinheiten eine erste Verdichterstufe und eine zweite Verdichterstufe aufweist, in jeder der ersten Verdichtereinheiten die erste Verdichterstufe und die zweite Verdichterstufe mechanisch miteinander gekoppelt sind, und in dem Kombinationsbetriebsmodus die ersten Verdichterstufen der ersten Verdichtereinheiten und die zweite Verdichtereinheit für die Einsatzluftverdichtung und die zweiten Verdichterstufen der ersten Verdichtereinheiten für die Hochreinstickstoffverdichtung verwendet werden.
Ein „Verdichter“ bzw. eine „Verdichtereinheit“ ist im hier zugrunde gelegten Verständnis eine Vorrichtung, 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. Ein Verdichter bildet dabei generell eine bauliche Einheit, die jedoch mehrere „Verdichterstufen“ in Form von Kolben-, Schrauben- und/oder Schaufelrad- bzw. Turbinenanordnungen (also Axial- oder Radialverdichterstufen) aufweisen kann. Dies gilt auch insbesondere für den „Haupt(luft)verdichter" einer Luftzerlegungsanlage, der sich dadurch auszeichnet, dass durch diesen die gesamte oder der überwiegende Anteil der in die Luftzerlegungsanlage eingespeisten Luftmenge, also der gesamte Einsatzluftstrom, verdichtet wird. Insbesondere werden entsprechende Verdichterstufen mittels eines gemeinsamen Antriebs, beispielsweise über eine gemeinsame Welle, angetrieben. Nachfolgend ist von „Verdichtereinheiten“ die Rede, wobei bestimmte Verdichtereinheiten für unterschiedliche Verdichtungszwecke verwendete Verdichterstufen aufweisen kann und diese Verdichterstufen mechanisch miteinander gekoppelt sind, beispielsweise über eine gemeinsame Welle. Die vorliegende Erfindung betrifft in ihren unterschiedlichen Ausgestaltungen insbesondere eine hinsichtlich der Erstellungskosten verbesserte Möglichkeit zur Bereitstellung von Einsatzluft für unterschiedliche Rektifikationsanordnung und gleichzeitig zur Verdichtung eines Hochreinstickstoffprodukts. Den nachfolgenden Erläuterungen liegen Systeme mit zwei Rektifikationsanordnungen zugrunde, von denen eine mit einer Doppelkolonne ausgebildet ist und ein Argongewinnungssystem aufweist und die andere in Form einer SPECTRA-Einheit ausgebildet ist und kein Argongewinnungssystem aufweist. Das hier vorgeschlagene Verfahren bzw. ein entsprechendes System ist dabei erweiterbar, insbesondere mit einer weiteren SPECTRA-Einheit zur Stickstoffgewinnung.
Eine SPECTRA-Einheit mit Argongewinnung ist herkömmlicherweise (zur Verringerung der Erstellungskosten) mit einem vierstufigen Hauptluftverdichter und einem zweistufigen Stickstoffverdichter in Form einer Kombinationsmaschine ausgestattet. Eine SPECTRA-Einheit ohne Argongewinnung ist herkömmlicherweise mit einem drei- oder vierstufigen Hauptluftverdichter ausgestattet.
Die vorliegende Erfindung wurde insbesondere für ein Anforderungsprofil mit einer Luftverdichteranordnung von N+2 entwickelt. Diese soll insbesondere eine Reduktion von 50% in der gesamten Gasversorgung ermöglichen, was zu einer in Betrieb befindlichen 50%-Maschinen für jede Anlage führt. Es soll ferner möglich sein, jede der Einheiten im Falle einer Wartung/Ausfallzeit der anderen Einheit zu betreiben. Eine herkömmliche Lösung würde daher die Verwendung von N+2 Maschinen, d.h. 2+2 für die SPECTRA-Einheit mit Argongewinnung und 2+2 für die SPECTRA-Einheit ohne Argongewinnung, und damit acht Maschinen insgesamt, führen. Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung bieten eine Lösung, um die Anzahl der installierten Maschinen auf ein Minimum zu reduzieren und trotzdem einen effizienten und flexiblen Betrieb insgesamt sicherzustellen.
Zur Argongewinnung können Luftzerlegungsanlagen mit sogenannten Roh- und Reinargonkolonnen eingesetzt werden. Ein Beispiel ist bei Häring (s.o.) in Figur 2.3A veranschaulicht und ab Seite 26 im Abschnitt "Rectification in the Low-pressure, Crude and Pure Argon Column" sowie ab Seite 29 im Abschnitt "Cryogenic Production of Pure Argon" beschrieben. In einer herkömmlichen Rohargonkolonne wird Rohargon gewonnen und in einer nachgeschalteten Reinargonkolonne zu Reinargon aufbereitet. Grundsätzlich kann zur Argongewinnung auch auf eine Reinargonkolonne verzichtet werden, wenn die betreffenden Rektifikationskolonnen entsprechend angepasst werden. Reinargon kann beispielsweise aus der Rohargonkolonne bzw. einer vergleichbaren Rektifikationskolonne weiter unterhalb als das herkömmlicherweise in die Reinargonkolonne überführte Fluid abgezogen werden, wobei ein oberhalb der Entnahmestelle angeordneter Abschnitt zur Stickstoffabtrennung dient. Zuvor und nachfolgend werden auch die Begriffe „Argongewinnungskolonne“ und „Argongewinnungssystem“ verwendet.
Die Erfindung ermöglicht eine Erstellungs- und Betriebskostenreduzierung durch Einhaltung der Flexibilität und der Produktanforderungen durch eine geschickte Verschaltung von Luft- und Hochreinstickstoffverdichtung und eine intelligente Definition der Verdichtungsanforderungen. Mindestens einer der Verdichter, d.h. die zweite Verdichtereinheit, ist dabei kein Kombinationsverdichter und damit nur für die Verdichtung von Luft eingerichtet.
Insbesondere kann bzw. können eine, mehrere oder alle der ersten Verdichtereinheiten zwei bis vier der ersten Verdichterstufen und/oder zwei bis vier der zweiten Verdichterstufen aufweisen. Hierbei können in einer, mehreren oder allen ersten Verdichtereinheiten eine, mehrere oder alle der ersten Verdichterstufen mit einer, mehreren oder allen der zweiten Verdichterstufe mechanisch gekoppelt sein. Auch eine paarweise Kopplung jeweils einer ersten und einer zweiten Verdichterstufe kann vorgesehen sein. Die obigen Erläuterungen zu „der“ ersten Verdichterstufe und „der“ zweiten Verdichterstufe betreffen daher auch solche Ausgestaltungen.
Ebenfalls kann in Ausgestaltungen der Erfindung die Verdichteranordnung zwei oder mehr zweite Verdichtereinheiten aufweisen, von denen dann eine, mehrere oder alle betrieben werden können wie zuvor erläutert.
Die ersten Verdichterstufen unterschiedlicher erster Verdichtereinheiten können dabei voneinander entkoppelt sein und die zweiten Verdichterstufen unterschiedlicher erster Verdichtereinheiten können ebenfalls voneinander entkoppelt sein.
Insbesondere weist die erste Rektifikationsanordnung eine Doppelkolonneneinheit mit einer Druckkolonne und einer Niederdruckkolonne sowie einer Argongewinnungskolonne auf, wobei der unter Verwendung der ersten Rektifikationsanordnung bereitgestellte Hochreinstickstoff aus der Doppelkolonneneinheit, insbesondere am Kopf einer Druckkolonne und/oder Niederdruckkolonne, entnommen wird, und wobei der Argongewinnungskolonne ein Argonprodukt entnommen wird.. Die Druck- und Niederdruckkolonne können dabei in einem gemeinsamen Mantel verbaut, aber auch separat zueinander bereitgestellt werden. Die Niederdruckkolonne kann einteilig oder zweiteilig ausgebildet sein. Der Betriebsdruck der Druckkolonne kann insbesondere bei 9 bis 14,5 bar liegen.
Auch die Argonkolonne kann einteilig oder zweiteilig ausgebildet sein. Die erste Rektifikationsanordnung kann eine oder mehrere Rektifikationskolonnen zur Herstellung von ultrahochreinem Sauerstoff und/oder zur Herstellung eines Krypton- /Xenon-Rohgemischs und/oder zur Herstellung eines Helium-/Neon-Rohgemischs umfassen.
Die zweite Rektifikationsanordnung weist insbesondere eine Stickstoffkolonne, aus der der unter Verwendung der zweiten Rektifikationsanordnung bereitgestellte Hochreinstickstoff entnommen wird, und keine Argongewinnungskolonne auf. Es kann sich insbesondere um eine Rektifikationskolonne handeln, wie sie für ein SPECTRA- System bekannt ist. Insbesondere kann in der zweiten Rektifikationsanordnung genau eine Stickstoffkolonne vorhanden sein, und zwar als einzige Kolonne, oder es können eine oder mehrere Stickstoffkolonnen zusammen mit einer oder mit mehreren weiteren Kolonnen vorhanden sein, insbesondere für die Produktion von ultrahochreinem Sauerstoff, wie eingangs erläutert.
Die erste Rektifikationsanordnung bzw. deren Doppelkolonneneinheit wird insbesondere betrieben, wie für entsprechende Anordnungen an sich bekannt. Der Stickstoffkolonne der zweiten Rektifikationsanordnung wird insbesondere Flüssigkeit entnommen, entspannt, gegen kondensierendes Kopfgas der zweiten Stickstoffkolonne verdampft, und zumindest zum Teil einer Rückverdichtung unterworfen und in die Stickstoffkolonne zurückgespeist. Die zweite Stickstoffkolonne ist dabei insbesondere vom Typ jener Rektifikationskolonnen, wie sie eingangs unter Bezug auf Druckschriften wie die US 5,582,034 A, die WO 2021/180362 A1 und die WO 2020/083528 A1 bzw. das SPECTRA-Verfahren beschrieben wurden. Die erwähnte Rückverdichtung kann dabei insbesondere unter Verwendung eines mit einer Entspannungsturbine gekoppelten Boosters eines Turbinenboosters erfolgen.
Eine „Entspannungsturbine“ bzw. „Entspannungsmaschine“, die über eine gemeinsame Welle mit weiteren Entspannungsturbinen oder Energiewandlern wie Ölbremsen, Generatoren oder Verdichtern gekoppelt sein kann, ist zur Entspannung eines gasförmigen oder zumindest teilweise flüssigen Stroms eingerichtet. Insbesondere können Entspannungsturbinen zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung als Turboexpander ausgebildet sein. Wird ein Verdichter mit einer oder mehreren Entspannungsturbinen angetrieben, jedoch ohne extern, beispielsweise mittels eines Elektromotors, zugeführte Energie, wird der Begriff „turbinengetriebener Verdichter“ oder alternativ „Turbinenbooster“ verwendet.
Der Stickstoffkolonne (in der zweiten Rektifikationsanordnung) können aus einem unteren Bereich insbesondere Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Stickstoff- und Sauerstoffgehalten entnommen werden, von denen die Flüssigkeit mit dem höheren Stickstoffgehalt insbesondere die bereits erwähnte Flüssigkeit sein kann. Die Flüssigkeiten können in einem Kondensatorverdampfer zur Kondensation des stickstoffreichen Kopfgases der Rektifikationskolonne verwendet werden, um auf diese Weise einen Rücklauf für die Stickstoffkolonne zu liefern. Nach Verdampfung der stickstoffreicheren und sauerstoffärmeren Flüssigkeit kann das gebildete Gas, oder ein Teil hiervon, rückverdichtet, abgekühlt, und in die Stickstoffkolonne rückgespeist.
Dieses Gas wird auch als „Restgaskreislaufstrom“ bezeichnet. Die stickstoffärmere und sauerstoffreichere Flüssigkeit kann, ebenfalls nach entsprechender Verdampfung, in einer Entspannungsturbine entspannt werden, die einen Booster zur Rückverdichtung des Restgaskreislaufstroms antreibt. Weiteres Kopfgas der Stickstoffkolonne kann als das Stickstoffprodukt aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann jede der ersten Verdichtereinheiten, wie erwähnt, bis zu vier der ersten Verdichterstufen und bis zu zwei der zweiten Verdichterstufen aufweisen. Eine entsprechende Verteilung von Verdichterstufen bzw. der Einsatz für die jeweiligen Zwecke kann insbesondere eine Anpassung an die Mengenverhältnisse von Stickstoff und anderen Luftkomponenten in atmosphärischer Luft erfolgen. Das Verfahren umfasst in Ausgestaltungen insbesondere einen ersten Einzelbetriebsmodus, in dem die Einsatzluft der Verdichtung unterworfen und nur der ersten Rektifikationsanordnung zugeführt wird, und in dem zumindest ein Teil ersten Verdichtereinheiten betrieben wird und die zweite Verdichtereinheit nicht betrieben wird. In entsprechenden Ausgestaltungen kann also insbesondere die SPECTRA- Einheit ohne Argongewinnung außer Betrieb gesetzt werden, beispielsweise um diese warten zu können oder die bereitgestellte Gesamtmenge an Stickstoff zu reduzieren.
Insbesondere ist in Ausgestaltungen auch ein zweiter Einzelbetriebsmodus vorgesehen, in dem die Einsatzluft der Verdichtung unterworfen und nur der zweiten Rektifikationsanordnung zugeführt wird, und in dem die zweite Verdichtereinheit betrieben wird und die ersten Verdichtereinheiten nicht betrieben werden. Auf diese Weise kann insbesondere von einer Kombinationsproduktion von Stickstoff und Argon auf eine reine Stickstoffproduktion unter Reduktion der Stickstoffmenge umgestellt werden.
Der Kombinationsbetriebsmodus und/oder der erste Einzelbetriebsmodus kann bzw. können insbesondere einen Auslegungsbetriebsmodus, in dem alle ersten Verdichtereinheiten betrieben werden, und einen oder mehrere Sonderbetriebsmodi, in dem zumindest eine der ersten Verdichtereinheiten nicht betrieben wird, umfassen. Entsprechende Ausgestaltungen ermöglichen eine Anpassung an unterschiedliche Produktanforderungen und betriebliche Anforderungen.
Der Sonderbetriebsmodus oder zumindest einer der mehreren Sonderbetriebsmodi kann insbesondere ein Wartungsbetriebsmodus sein, in dem eine Menge der Einsatzluft, die der Verdichtung unterworfen wird, gleich wie in dem Auslegungsbetriebsmodus ist. In einer derartigen Ausgestaltung kann ein Durchsatz der weiter aktiv betriebenen Verdichtereinheiten erhöht werden.
Der Sonderbetriebsmodus oder zumindest einer der mehreren Sonderbetriebsmodi kann insbesondere aber auch ein Lastreduktionsbetriebsmodus sein, in dem eine Menge der Einsatzluft, die der Verdichtung unterworfen wird, geringer als in dem Auslegungsbetriebsmodus ist. In einer derartigen Ausgestaltungen wird der Durchsatz insgesamt reduziert. Der Sonderbetriebsmodus oder einer der Sonderbetriebsmodi kann außerdem ein Kreislaufreduktionsmodus sein,
- in dem Auslegungsbetriebsmodus eine erste Stickstoffmenge als
Kreislaufstickstoffstrom zurück in die erste Rektifikationsanordnung (110) geleitet wird und
- in dem Kreislaufreduktionsmodus eine zweite Stickstoffmenge, die kleiner ist als die erste Stickstoffmenge, als Kreislaufstickstoffstrom zurück in die erste Rektifikationsanordnung (110) geleitet wird.
Im Rahmen der Erfindung können verschiedene Sonderbetriebsmodi kombiniert werden.
Weitere Betriebsmodi können vorgesehen sein, beispielsweise ein Wartungsmodus, bei dem die erste und zweite Rektifikationsanordnungen in Betrieb sind und zwei oder drei der ersten oder zweiten Verdichterstufen in Betrieb sind. Dabei kann können die zweiten Verdichterstufen) im internen Kreislauf betrieben werden. Im Weiteren gibt es die Möglichkeit, dass nur die zweite Rektifikationsordnung in Betrieb ist und nur ein Kombiverdichter mit erster und zweiter Verdichterstufe in Betrieb ist, wobei die zweite Verdichterstufe im internen Kreislauf betrieben wird bzw. werden (also im „idle“ Modus). Entsprechendes gilt auch für mehrere erste und zweite Verdichterstufen, falls in einer ersten Verdichteranordnung in einer Ausgestaltung vorgesehen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es vorteilhaft sein, dass der ersten Rektifikationsanordnung eine erste Prepurification Unit und eine erste Hauptwärmetauschereinheit zugeordnet ist, und dass der zweiten Rektifikationsanordnung eine zweite Prepurification Unit und eine zweite Hauptwärmetauschereinheit zugeordnet ist.
Es können zwei Prepurification Units und zwei Hauptwärmetauschereinheiten bekannter Art verwendet werden. Der ersten Rektifikationsanordnung kann eine der zwei Prepurification Units und eine der zwei Hauptwärmetauschereinheiten zugeordnet sein, und der zweiten Rektifikationsanordnung kann die jeweils andere der zwei Prepurification Units und der zwei Hauptwärmetauschereinheiten zugeordnet sein. Unter einer „Rektifikationsanordnung“ seien also im hier zugrunde liegenden Verständnis die entsprechenden Kombinationen aus Apparaten verstanden werden. Das vorgeschlagene Luftzerlegungssystem zur kryogenen Erzeugung von Luftprodukten umfasst eine erste Rektifikationsanordnung, eine zweite Rektifikationsanordnung und eine Verdichteranordnung, wobei die erste Rektifikationsanordnung und die zweite Rektifikationsanordnung jeweils eine für einen Betrieb bei mehr als 2 bar eingerichtete Rektifikationskolonne aufweisen und das Luftzerlegungssystem dafür eingerichtet ist, einen Kombinationsbetriebsmodus durchzuführen und in diesem unter Verwendung der Verdichteranordnung Einsatzluft einer Einsatzluftverdichtung zu unterwerfen und danach in Anteilen der ersten Rektifikationsanordnung und der zweiten Rektifikationsanordnung zuzuführen, unter Verwendung der ersten Rektifikationsanordnung und der zweiten Rektifikationsanordnung Hochreinstickstoff bereitzustellen, und den unter Verwendung der ersten Rektifikationsanordnung bereitgestellten Hochreinstickstoff oder einen Teil hiervon unter Verwendung der Verdichteranordnung einer Hochreinstickstoffverdichtung zu unterwerfen.
Die vorgeschlagene Verdichteranordnung umfasst mehrere erste Verdichtereinheiten und eine zweite Verdichtereinheit, wobei jede der ersten Verdichtereinheiten eine erste Verdichterstufe und eine zweite Verdichterstufe aufweist, und in jeder der ersten Verdichtereinheiten die erste Verdichterstufe und die zweite Verdichterstufe mechanisch miteinander gekoppelt sind. Das Luftzerlegungssystem ist dafür eingerichtet, in dem Kombinationsbetriebsmodus die ersten Verdichterstufen der ersten Verdichtereinheiten und die zweite Verdichtereinheit für die Einsatzluftverdichtung und die zweiten Verdichterstufen der ersten Verdichtereinheiten für die Hochreinstickstoffverdichtung zu verwenden.
Zu weiteren Merkmalen und Vorteilen eines entsprechenden Luftzerlegungssystems und Ausgestaltungen hiervon sei auf die obigen Erläuterungen betreffend das erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren und seinen Ausgestaltungen ausdrücklich verwiesen, da diese hierfür in gleicher Weise gelten.
Entsprechendes gilt auch für ein Luftzerlegungssystem das gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung dazu eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einer beliebigen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung unter Erläuterung des technischen Hintergrunds beschrieben.
Figur 1 veranschaulicht ein Luftzerlegungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in vereinfachter schematischer Darstellung.
Figur 2 veranschaulicht Betriebsmodi eines Luftzerlegungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen werden lediglich zu dem Zweck beschrieben, den Leser beim Verständnis der beanspruchten und zuvor erläuterten Merkmale zu unterstützen. Sie stellen lediglich repräsentative Beispiele dar und sollen hinsichtlich der Merkmale der Erfindung nicht abschließend und/oder beschränkend betrachtet werden. Es versteht sich, dass die zuvor und nachfolgend beschriebenen Vorteile, Ausführungsformen, Beispiele, Funktionen, Merkmale, Strukturen und/oder anderen Aspekte nicht als Beschränkungen des Umfangs der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, oder als Beschränkungen von Äquivalenten zu den Ansprüchen zu betrachten sind, und dass andere Ausführungsformen verwendet und Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der beanspruchten Erfindung abzuweichen.
Unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung können weitere zweckmäßige Kombinationen der beschriebenen Elemente, Komponenten, Merkmale, Teile, Schritte, Mittel usw. umfassen, aufweisen, aus ihnen bestehen oder im Wesentlichen aus ihnen bestehen, auch wenn solche Kombinationen hier nicht spezifisch beschrieben sind.
Darüber hinaus kann die Offenbarung andere Erfindungen umfassen, die gegenwärtig nicht beansprucht sind, die aber in Zukunft beansprucht werden können, insbesondere wenn sie vom Umfang der unabhängigen Ansprüche umfasst sind. Erläuterungen, die sich auf Vorrichtungen, Apparate, Anordnungen, Systeme usw. gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen, können auch für Verfahren, Prozesse, Methoden usw. gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gelten und umgekehrt. Gleiche, gleich wirkende, in ihrer Funktion einander entsprechende, baulich identisch oder vergleichbar aufgebaute Elemente, Verfahrensschritte usw. können mit identischen Bezugszeichen angegeben sein.
Figur 1 veranschaulicht ein Luftzerlegungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer ersten Darstellung.
Das Luftzerlegungssystem ist insgesamt mit 100 bezeichnet. Es umfasst eine erste Rektifikationsanordnung 110, eine zweite Rektifikationsanordnung 120 und eine Verdichteranordnung 130. Die erste Rektifikationsanordnung 110 und die zweite Rektifikationsanordnung 120 sind jeweils in Form von Coldboxen veranschaulicht, wobei in der ersten Rektifikationsanordnung 110 ein Doppelkolonnensystem 111 und eine Argonkolonne 112 angedeutet sind, und wobei in der zweiten Rektifikationsanordnung 120 eine Stickstoffkolonne 121 angedeutet ist. Ferner ist jeweils ein Hauptwärmetauscher 116 bzw. 126 zur Abkühlung von Einsatzluft veranschaulicht. Für spezifische Ausgestaltungen der genannten Kolonnen(systeme) sei auf den eingangs erwähnten Stand der Technik ausdrücklich verwiesen. Unter Verwendung der ersten Rektifikationsanordnung 110 und der zweiten Rektifikationsanordnung 120 wird, sofern in Betrieb, jeweils Hochreinstickstoff erzeugt, der insbesondere am Kopf einer (nicht gesondert bezeichneten) Niederdruckkolonne des Doppelkolonnensystems 111 bzw. der Stickstoffkolonne 121 abgezogen wird. Entsprechende Reinstickstoffströme sind mit 1 bzw. 2 bezeichnet. In der ersten Rektifikationsanordnung 110 ebenfalls bereitgestelltes Argon ist, ebenso wie ggf. weitere Luftprodukte wie Hochreinsauerstoff, nicht gesondert dargestellt.
Die Verdichteranordnung 130 weist hier drei identisch bezeichnete und jeweils in Form zweier Verdichtersymbole veranschaulichte erste Verdichtereinheiten 131 und eine zweite Verdichtereinheit 132 auf, die ebenfalls mit einem Verdichtersymbol veranschaulicht ist. Jede der ersten Verdichtereinheiten 131 weist mehrere erste Verdichterstufen 131 a und mehrere zweite Verdichterstufen 131b auf. Konkrete Angaben hinsichtlich der Verdichterstufen finden sich oben. In jeder der ersten Verdichtereinheiten 131 sind die ersten Verdichterstufen 131 a mit den zweiten Verdichterstufen 131 b mechanisch gekoppelt, beispielsweise über eine gemeinsame Achse, wie jeweils mit einer vertikalen Linie veranschaulicht, oder über ein Getriebe.
Die ersten Verdichterstufen 131 a saugen, wenn im Betrieb, jeweils über eine Filtereinheit 133 Einsatzluft in Form von Einsatzluftströmen 3 an, ebenso wie die zweite Verdichtereinheit 132 bzw. deren Verdichterstufen 132a. Den Verdichterstufen 131a bzw. 132a kann jeweils ein Nachkühler nachgeschaltet sein. Über ebenfalls nachgeschaltete, nicht gesondert bezeichnete Ventile kann die entsprechend verdichtete Einsatzluft je nach Betriebsmodus in einer Sammelleitung 4 zusammengefasst und über weitere, nicht gesondert bezeichnete Ventile auf eine erste Prepurification Unit 115 bzw. eine zweite Prepurification Unit 125 aufgeteilt oder nur einer hiervon zugeführt und anschließend ebenfalls auf die erste Rektifikationsanordnung 110 und die zweite Rektifikationsanordnung 120 aufgeteilt oder nur einer hiervon zugeführt werden. Die Einsatzluft wird dabei in den Prepurification Units 115 bzw. 125 von Wasser und Kohlendioxid befreit und in den Hauptwärmetauschern 116 bzw. 126 gekühlt. Restgas 5 aus den Rektifikationsanordnungen 110 bzw. 120 kann dabei zur Regenerierung in den Prepurification Units 115 bzw. 125 eingesetzt werden.
Der Hochreinstickstoffstrom 1 aus der ersten Rektifikationsanordnung 110 wird einer Verteilerleitung 6 zugeführt und von dort aus über nicht gesondert bezeichnete Ventile einer Saugseite der zweiten Verdichterstufen 131 b der ersten Verdichtereinheiten 131 , sowie jeweils in Betrieb. Ein Teil kann als Produktstrom 7 aus dem Luftzerlegungssystem 100 ausgeleitet werden. Nach der Verdichtung in den zweiten Verdichterstufen 131 b kann der Hochreinstickstoff einer Sammelleitung 8 zugeführt und von hier als Kreislaufstickstoffstrom zurück in die erste Rektifikationsanordnung 110 bzw. als Produktstrom 9 aus dem Luftzerlegungssystem 100 ausgeleitet werden.
Wie bereits erwähnt, können in einem Kombinationsbetriebsmodus die ersten Verdichterstufen 131 a zumindest einer der ersten Verdichtereinheiten 131 und die zweite Verdichtereinheiten 132 für die Einsatzluftverdichtung und die zweiten Verdichterstufen 131 b der zumindest einen ersten Verdichtereinheit 131 für die Hochreinstickstoffverdichtung verwendet werden. In einem ersten Einzelbetriebsmodus wird die Einsatzluft der Verdichtung unterworfen und nur der ersten Rektifikationsanordnung 110 zugeführt, und in diesem ersten Einzelbetriebsmodus wird zumindest ein Teil ersten Verdichtereinheiten 131 betrieben und die zweite Verdichtereinheit 132 wird nicht betrieben. In einem zweiten Einzelbetriebsmodus wird die Einsatzluft der Verdichtung unterworfen und nur der zweiten Rektifikationsanordnung 120 zugeführt, und in diesem zweiten Einzelbetriebsmodus wird die zweite Verdichtereinheit 132 betrieben und die ersten Verdichtereinheiten 131 werden nicht betrieben. Der Kombinationsbetriebsmodus und/oder der erste Einzelbetriebsmodus kann einen Auslegungsbetriebsmodus umfassen, in dem alle ersten Verdichtereinheiten betrieben werden, und einen oder mehrere Sonderbetriebsmodi, in dem zumindest eine der ersten Verdichtereinheiten nicht betrieben wird.
Entsprechende Betriebsmodi werden nachfolgend unter Bezugnahme auf Figur 2 erläutert, in der in elf Ansichten A bis L der ersten Verdichtereinheiten 131 mit den ersten und zweiten Verdichterstufen 131 a, 131 b und der zweiten Verdichtereinheiten 132 mit den Verdichterstufen 132a veranschaulicht sind. Die Verdichtereinheiten 131 und 132 mit den Verdichterstufen 131 a, 131b und 132a sind nur in Ansicht A dargestellt. Nicht in Betrieb befindliche Verdichtereinheiten sind durchkreuzt dargestellt. Innerhalb der die Verdichterstufen 131a, 131 b und 132a veranschaulichenden Symbole befindliche Zahlen bezeichnen den jeweiligen Durchsatz, beispielsweise in tausend Normkubikmetern pro Stunde. Es handelt sich lediglich um illustrative Beispiele, die den Gegenstand der Erfindung nicht einschränken.
Ansicht A bezeichnet einen Kombinations- und Auslegungsbetriebsmodus, in dem alle ersten Verdichtereinheiten 131 und die zweite Verdichtereinheit 132 in Betrieb ist. Hierbei können theoretisch 240.000 Normkubikmeter pro Stunde Einsatzluft und 150.000 Normkubikmeter pro Stunde Hochreinstickstoff verdichtet werden.
In Ansicht B ist ein erster Einzelbetriebsmodus im Auslegungsbetriebsmodus dargestellt, in dem die zweite Verdichtereinheit 132 nicht in Betrieb ist. Eine Gesamteinsatzluftmenge von 120 Normkubikmetern pro Stunde Einsatzluft wird dabei zu gleichen Teilen mittels der drei ersten Verdichtereinheiten 131 bzw. deren erster Verdichterstufen 131 a verdichtet. Entsprechendes gilt für die insgesamt 99.000 (bzw. 100.000) Normkubikmeter pro Stunde Hochreinstickstoff, die unter Verwendung der zweiten Verdichterstufen 131b verdichtet werden. In Ansicht C ist weiter ein erster Einzelbetriebsmodus dargestellt, in dem die zweite Verdichtereinheit 132 nicht in Betrieb ist. Allerdings ist auch hier eine der ersten Verdichtereinheiten 131 nicht in Betrieb, so dass ein Sonderbetriebsmodus vorliegt. Die Gesamteinsatzluftmenge von 120.000 Normkubikmetern pro Stunde Einsatzluft wird dabei zu gleichen Teilen mittels der zwei ersten Verdichtereinheiten 131 bzw. deren erster Verdichterstufen 131 a verdichtet. Entsprechendes gilt für die insgesamt 100.000 Normkubikmeter pro Stunde Hochreinstickstoff, die unter Verwendung der zweiten Verdichterstufen 131 b verdichtet werden.
Die Ansichten B und C entsprechen dabei insbesondere einem Betriebsfall, in dem eine maximale Flüssigkeitsmenge bereitgestellt werden soll.
Die in den Ansichten D und E veranschaulichten Betriebsmodi gleichen im Wesentlichen den in den Ansichten B und C veranschaulichten Betriebsmodi, werden aber z.B. zur Deckung eines maximalen Flüssigsauerstoffgehalts eingestellt.
Die in den Ansichten D und E veranschaulichten Betriebsmodi gleichen ebenfalls im Wesentlichen den in den Ansichten B und C veranschaulichten Betriebsmodi, wobei jedoch ein Durchsatz abgesenkt wird. Dieser erste Einzelbetriebs- und Sonderbetriebsmodus kann z.B. zur Deckung einer maximalen Gasmenge dienen.
Besteht in gewissen Zeiten nur ein stark reduzierter Bedarf an entsprechenden Luftprodukten, kann der erste Einzelbetriebs- und Sonderbetriebsmodus gemäß Ansicht H eingestellt werden. In diesem ist nur eine der ersten Verdichtereinheiten 131 in Betrieb und liefert entsprechend geringe Mengen.
Die Ansichten I und K zeigen zweite Betriebsmodi, in denen nur die zweite Verdichtereinheit 132 und hier zusätzlich mit unterschiedlichen Durchsätzen, in Betrieb sind. Ansicht L zeigt wiederum einen Kombinationsbetriebsmodus.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur kryogenen Erzeugung von Luftprodukten, bei dem ein Luftzerlegungssystem (100) mit
- einer ersten Rektifikationsanordnung (110), die eine Doppelkolonneneinheit (1 1 1 ) aufweist,
- einer zweiten Rektifikationsanordnung (120), die eine Stickstoffkolonne (121 ) aufweist, und
- einer Verdichteranordnung (130) verwendet wird, wobei
- die erste Rektifikationsanordnung (1 10) und die zweite Rektifikationsanordnung
(120) jeweils eine auf einem Druckniveau von mehr als 2 bar betriebene Rektifikationskolonne aufweisen und
- das Verfahren einen Kombinationsbetriebsmodus umfasst, in dem
- unter Verwendung der Verdichteranordnung (130) Einsatzluft einer
Einsatzluftverdichtung unterworfen und anschließend in Anteilen der ersten Rektifikationsanordnung (1 10) und der zweiten Rektifikationsanordnung (120) zugeführt wird, in dem
- unter Verwendung der ersten Rektifikationsanordnung (110) ein erstes
Hochreinstickstoffprodukt (1 BESCHREIBUNG) bereitgestellt wird, indem dieses der Doppelkolonneneinheit (111 ) entnommen wird, und unter Verwendung der zweiten Rektifikationsanordnung (120) ein zweites Hochreinstickstoffprodukt (2 BESCHRIEBUNG ) bereitgestellt wird, indem dieses der Stickstoffkolonne (121 ) entnommen wird, und wobei
- das erste Hochreinstickstoffprodukt (1 ) unter Verwendung der
Verdichteranordnung (130) einer Hochreinstickstoffverdichtung unterworfen wird, und
- und das zweite Hochreinstickstoffprodukt (2) nicht in die Verdichteranordnung
(130) eingeleitet wird,
- die Verdichteranordnung (130) mehrere erste Verdichtereinheiten (131 ) und eine zweite Verdichtereinheit (132) aufweist, wobei
- jede der ersten Verdichtereinheiten (131 ) eine erste Verdichterstufe (131 a) und eine zweite Verdichterstufe (131 b) aufweist,
- in den ersten Verdichtereinheiten (131 ) die erste Verdichterstufe (131 a) und die zweite Verdichterstufe (131 b) mechanisch miteinander gekoppelt sind, und - in dem Kombinationsbetriebsmodus
- die ersten Verdichterstufen (131 a) der ersten Verdichtereinheiten (131 ) und die zweite Verdichtereinheit (132) für die Einsatzluftverdichtung und
- die zweiten Verdichterstufen (131 b) der ersten Verdichtereinheiten (131) für die Hochreinstickstoffverdichtung verwendet werden
- mindestens ein Teil des in den zweiten Verdichterstufen (131b) der ersten Verdichtereinheiten (131 ) verdichteten Hochreinstickstoffs als Kreislaufstickstoffstrom zurück in die erste Rektifikationsanordnung (110) geleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem eine, mehrere oder alle der ersten Verdichtereinheiten (131 ) zwei bis vier der ersten Verdichterstufen (131a) und/oder zwei bis vier der zweiten Verdichterstufen (131 b) aufweisen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Verdichteranordnung (130) zwei oder mehr der zweiten Verdichtereinheiten (132) aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die ersten Verdichterstufen (131 a) unterschiedlicher erster Verdichtereinheiten (131 ) voneinander entkoppelt sind und die zweiten Verdichterstufen (131 b) unterschiedlicher erster Verdichtereinheiten (131 ) voneinander entkoppelt sind.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem
- die erste Rektifikationsanordnung (110) neben der Doppelkolonneneinheit (111 ) eine Argongewinnungskolonne (112) aufweist, wobei
- der Argongewinnungskolonne (112) ein Argonprodukt entnommen wird, und bei dem
- die zweite Rektifikationsanordnung (120) keine Argongewinnungskolonne aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Stickstoffkolonne (121 ) Flüssigkeit entnommen, entspannt, gegen kondensierendes Kopfgas der zweiten Stickstoffkolonne (121) verdampft, und zumindest zum Teil einer Rückverdichtung unterworfen und in die zweite Stickstoffkolonne (121 ) zurückgespeist wird. 7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das einen ersten Einzelbetriebsmodus umfasst, in dem die Einsatzluft der Verdichtung unterworfen und nur der ersten Rektifikationsanordnung (110) zugeführt wird, und in dem
- zumindest ein Teil ersten Verdichtereinheiten (131) betrieben wird und
- die zweite Verdichtereinheit (132) nicht betrieben wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, das einen zweiten Einzelbetriebsmodus umfasst, in dem die Einsatzluft der Verdichtung unterworfen und nur der zweiten Rektifikationsanordnung (120) zugeführt wird, und in dem die zweite Verdichtereinheit (132) betrieben wird und die ersten Verdichtereinheiten (131 ) nicht betrieben werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, bei dem der Kombinationsbetriebsmodus und/oder der erste Einzelbetriebsmodus einen Auslegungsbetriebsmodus, in dem alle ersten Verdichtereinheiten (131 ) betrieben werden, und einen oder mehrere Sonderbetriebsmodi, in dem zumindest eine der ersten Verdichtereinheiten (131 ) nicht betrieben wird, umfasst.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Sonderbetriebsmodus oder zumindest einer der mehreren Sonderbetriebsmodi ein Wartungsbetriebsmodus ist, in dem eine Menge der Einsatzluft, die der Verdichtung unterworfen wird, gleich wie in dem Auslegungsbetriebsmodus ist.
11 . Verfahren nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, wobei der Sonderbetriebsmodus oder zumindest einer der mehreren Sonderbetriebsmodi ein Lastreduktionsbetriebsmodus ist, in dem eine Menge der Einsatzluft, die der Verdichtung unterworfen wird, geringer als in dem Auslegungsbetriebsmodus ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , bei dem wobei der Sonderbetriebsmodus oder zumindest einer der mehreren Sonderbetriebsmodi eine Kreislaufreduktionsmodus ist,
- in dem Auslegungsbetriebsmodus eine erste Stickstoffmenge als
Kreislaufstickstoffstrom zurück in die erste Rektifikationsanordnung (110) geleitet wird und - in dem Kreislaufreduktionsmodus eine zweite Stickstoffmenge, die kleiner ist als die erste Stickstoffmenge, als Kreislaufstickstoffstrom zurück in die erste Rektifikationsanordnung (110) geleitet wird.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das
- zwei oder mehr erste Rektifikationsanordnungen (110), die eine Doppelkolonneneinheit (111) aufweisen, und/oder
- zwei oder mehr zweite Rektifikationsanordnungen (120), die eine Stickstoffkolonne (121) aufweisen, umfasst, wobei
- erste Hochreinstickstoffprodukte (1 ) aus allen zweiten Rektifikationsanordnungen unter Verwendung der Verdichteranordnung (130) einer Hochreinstickstoffverdichtung unterworfen werden und
- kein zweites Hochreinstickstoffprodukt (2) aus einer der ersten Rektifikationsanordnungen in die Verdichteranordnung (130) eingeleitet wird.
14. Luftzerlegungssystem (100) zur kryogenen Erzeugung von Luftprodukten mit einer ersten Rektifikationsanordnung (110), einer zweiten Rektifikationsanordnung (120) und einer Verdichteranordnung (130), wobei die erste Rektifikationsanordnung (110) und die zweite Rektifikationsanordnung (120) jeweils eine für einen Betrieb bei mehr als 2 bar eingerichtete Rektifikationskolonne aufweisen und das Luftzerlegungssystem (100) dafür eingerichtet ist, einen Kombinationsbetriebsmodus durchzuführen und in diesem unter Verwendung der Verdichteranordnung (130) Einsatzluft einer Einsatzluftverdichtung zu unterwerfen und danach in Anteilen der ersten Rektifikationsanordnung (110) und der zweiten Rektifikationsanordnung (110) zuzuführen, unter Verwendung der ersten Rektifikationsanordnung (110) und der zweiten Rektifikationsanordnung (110) Hochreinstickstoff bereitzustellen, und den unter Verwendung der ersten Rektifikationsanordnung (110) bereitgestellten Hochreinstickstoff oder einen Teil hiervon unter Verwendung der Verdichteranordnung (130) einer Hochreinstickstoffverdichtung zu unterwerfen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichteranordnung (130) mehrere erste Verdichtereinheiten (131) und eine zweite Verdichtereinheit (132) aufweist, wobei jede der ersten Verdichtereinheiten (131 ) eine erste Verdichterstufe (131 a) und eine zweite Verdichterstufe (131 b) aufweist, und in den ersten Verdichtereinheiten (131 ) die erste Verdichterstufe (131 a) und die zweite Verdichterstufe (131 b) mechanisch miteinander gekoppelt sind, und wobei das Luftzerlegungssystem (100) dafür eingerichtet ist, in dem Kombinationsbetriebsmodus die ersten Verdichterstufen (131 a) der ersten Verdichtereinheiten (131 ) und die zweite Verdichtereinheit (132) für die Einsatzluftverdichtung und die zweiten) Verdichterstufen (131 b) der ersten Verdichtereinheiten (131 ) für die Hochreinstickstoffverdichtung zu verwenden.
15. Luftzerlegungssystem (100) nach Anspruch 14, das zur Durchführung eines Verfahrens einem der Ansprüche 1 bis 13 eingerichtet ist.
EP24742826.1A 2023-07-04 2024-07-02 Verfahren zur kryogenen erzeugung von luftprodukten und luftzerlegungssystem Pending EP4739964A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP23020329.1A EP4488606A1 (de) 2023-07-04 2023-07-04 Verfahren zur kryogenen erzeugung von luftprodukten und luftzerlegungssystem
PCT/EP2024/025195 WO2025008082A1 (de) 2023-07-04 2024-07-02 Verfahren zur kryogenen erzeugung von luftprodukten und luftzerlegungssystem

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4739964A1 true EP4739964A1 (de) 2026-05-13

Family

ID=87158458

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23020329.1A Withdrawn EP4488606A1 (de) 2023-07-04 2023-07-04 Verfahren zur kryogenen erzeugung von luftprodukten und luftzerlegungssystem
EP24742826.1A Pending EP4739964A1 (de) 2023-07-04 2024-07-02 Verfahren zur kryogenen erzeugung von luftprodukten und luftzerlegungssystem

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23020329.1A Withdrawn EP4488606A1 (de) 2023-07-04 2023-07-04 Verfahren zur kryogenen erzeugung von luftprodukten und luftzerlegungssystem

Country Status (4)

Country Link
EP (2) EP4488606A1 (de)
KR (1) KR20260032485A (de)
CN (1) CN121241235A (de)
WO (1) WO2025008082A1 (de)

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CS242724B1 (cs) * 1984-07-17 1986-05-15 Josef Borovicka Způsob nízkoteplotního dělení vzduchu
JPH08189759A (ja) * 1995-01-09 1996-07-23 Kawasaki Steel Corp 空気分離装置の酸素ガス発生量決定方法
US5582034A (en) 1995-11-07 1996-12-10 The Boc Group, Inc. Air separation method and apparatus for producing nitrogen
WO2000060294A1 (en) * 1999-04-05 2000-10-12 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Variable capacity fluid mixture separation apparatus and process
FR2827186A1 (fr) * 2001-07-12 2003-01-17 Air Liquide Procede et installation de distillation d'air et de production de vapeur d'eau
FR2985006A1 (fr) * 2011-12-21 2013-06-28 Air Liquide Procede de production d'un systeme pour la realisation d'un procede de separation d'air, procede de production d'un appareil de separation d'air et installation de separation d'air par distillation cryogenique
US11846468B2 (en) 2018-10-23 2023-12-19 Linde Gmbh Method and unit for low-temperature air separation
KR20220151167A (ko) 2020-03-10 2022-11-14 크라이오스타 에스아에스 극저온 공기 분리 방법 및 공기 분리 유닛
DE102020006393A1 (de) * 2020-10-17 2022-04-21 Linde Gmbh Verfahren und Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP4396507A1 (de) 2021-09-01 2024-07-10 Linde GmbH Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungsanlage
EP4184100A1 (de) * 2021-11-18 2023-05-24 Linde GmbH Verfahren und kryogene produktionsanordnung zur herstellung eines flüssigstickstoffprodukts

Also Published As

Publication number Publication date
CN121241235A (zh) 2025-12-30
WO2025008082A1 (de) 2025-01-09
KR20260032485A (ko) 2026-03-09
EP4488606A1 (de) 2025-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3175192B1 (de) Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungsanlage
EP1994344A1 (de) Vefahren und vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft
EP3179187B1 (de) Verfahren zur gewinnung eines flüssigen und eines gasförmigen, sauerstoffreichen luftprodukts in einer luftzerlegungsanlage und luftzerlegungsanlage
EP2963370B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft
EP3343158A1 (de) Verfahren zur herstellung eines oder mehrerer luftprodukte und luftzerlegungsanlage
EP4133227A2 (de) Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft, luftzerlegungsanlage und verbund aus wenigstens zwei luftzerlegungsanlagen
WO2020164799A1 (de) Verfahren und anlage zur bereitstellung eines oder mehrerer sauerstoffreicher, gasförmiger luftprodukte
DE19537913A1 (de) Dreifachsäulenverfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE19933558C5 (de) Dreisäulenverfahren und -vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE102004016931A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur variablen Erzeugung eines Druckproduktes durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
WO2025008082A1 (de) Verfahren zur kryogenen erzeugung von luftprodukten und luftzerlegungssystem
EP2906889B1 (de) Verfahren und anlage zur erzeugung flüssiger und gasförmiger sauerstoffprodukte durch tieftemperaturzerlegung von luft
EP4127583B1 (de) Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft
DE10052180A1 (de) Drei-Säulen-System zur Tieftemperatur-Zerlegung von Luft
EP3870917B1 (de) Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft
EP2784420A1 (de) Verfahren zur Luftzerlegung und Luftzerlegungsanlage
EP4396507A1 (de) Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungsanlage
EP3620739A1 (de) Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungsanlage
EP4435364A1 (de) Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungsanlage
EP4450910A1 (de) Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungsanlage
EP4435365A1 (de) Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft sowie verfahren und anlage zur herstellung von ammoniak
WO2024217721A1 (de) Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungsanlage
EP4428474A1 (de) Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft
WO2023030689A1 (de) Verfahren zur gewinnung eines oder mehrerer luftprodukte und luftzerlegungsanlage
WO2022263013A1 (de) Verfahren und anlage zur bereitstellung eines druckbeaufschlagten sauerstoffreichen, gasförmigen luftprodukts

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

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

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

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

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

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

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20260120

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 ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR