WO2010105765A1 - Verfahren und vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft - Google Patents
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- 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
Definitions
- the invention relates to a method for the cryogenic separation of air according to the preamble of patent claim 1.
- the distillation column system of the invention can be designed as a one-column system for nitrogen-oxygen separation, as a two-column system (for example as a classic Linde double column system), or as a three or more column system.
- other devices may be provided for recovering high purity products and / or other air components, particularly noble gases, for example, argon recovery and / or krypton-xenon recovery.
- the invention relates to large industrial plants having a compression air amount of 100,000 NrrvVh or more, preferably 300,000 Nm 3 / h or more.
- a multi-stage main air compressor is used, in particular with three or more stages.
- the invention is therefore based on the object, a method for controlling the
- any possibility for adjusting the power of the main air compressor can be used in the invention in addition to the guide vane adjustment, for example a speed control.
- the drive of the main air compressor can be done by any known method, for example by means of an electric motor or a steam turbine.
- the inventive principle of the compressor control can also be transferred to other compressors that are operated in air separation plants, for example, on product compressor and cycle compressor.
- the characteristic map of the main air compressor is determined empirically and this empirically determined characteristic field is included in the calculation of the calculation of the actual value of the compressed air quantity.
- the map of the compressor describes the dependence of the efficiency of the compressor of a plurality of parameters, in particular two or more of the above-mentioned physical parameters of the gas to be compressed.
- the determination of the characteristic field can, for example, be carried out on a test stand before the compressor is given its final location. It is preferably carried out with a gas having the same composition as the gas to be compressed in the later operation of the compressor, for example air in the case of an air compressor or nitrogen in the
- the map can also be determined with another gas, for example with nitrogen in the case of an air compressor or oxygen compressor.
- Invention possible to set the compressed air amount very accurate without directly measuring them. It may be useful to repeat the map determination during the operating time of the plant, as well as quantity measurements must be recalibrated from time to time. In principle, however, the invention can also be carried out with a map of the main air compressor provided by the manufacturer.
- the current demand of the air separation plant on compressed air can be determined, for example, as part of an automatic load control (ALC - automatic load control).
- ALC - automatic load control the current demand is already available as a numeric value, which can be continuously updated and incorporated into the numerical calculation of the setpoint.
- the current product requirement or a specification for the compression air quantity can also be determined by a manual input of an operator.
- a cyclically controlled cleaning device for the compressed air from time to time may include a portion of the compressed air for pressure build-up following the periodic regeneration of a cleaning bed. If the amount of gas available for the air separation is not to be reduced or not reduced to the same extent during this time, this requirement must also be included in the compressor control so that a correspondingly higher compressed air quantity is available during the pressure build-up cycle.
- the data of a corresponding electronic controller for example, molecular sieve sequencer
- this variable can also be included in the calculation of the setpoint value of the compressed air flow, either directly or indirectly via the ALC of the air separation plant.
- a predictive product quantity control can also be used for the compression control, such as a pipeline follow-up control, as described for example in EP 1542102 A1.
- a limit value for the energy consumption is taken into account in the comparison between the actual value and the setpoint value of the compressed air quantity.
- a limit is set for the total energy consumption, which must not be exceeded because either no more energy is available or it becomes disproportionately expensive from the limit (power constraint). Since often the compressor consumes the most energy, it is advantageous in the context of the invention to incorporate the corresponding control (PCC - power constraint control) in the compression control. In this case, therefore, the compression capacity and thus the actual value of the compression air quantity is regulated at a maximum value, even if the currently determined setpoint value of the compressed air quantity is higher. If this results in a deficit in the product, for example, of a subsequent gas separation plant, this can be supplemented from a product buffer.
- product buffers which are usually designed as a liquid or gas pressure accumulator, are often kept in air separation plants.
- the invention also relates to a device for cryogenic separation of air according to claims 7 to 12.
- the structure of the cryogenic air separation plant is not shown in the drawing. It has in the example a distillation column system for nitrogen-oxygen separation, which is formed by a two-column system for the rectificatory separation of oxygen and nitrogen, which consists of a high pressure column and a low pressure column (Linde method). Over a distillation column system for nitrogen-oxygen separation, which is formed by a two-column system for the rectificatory separation of oxygen and nitrogen, which consists of a high pressure column and a low pressure column (Linde method). Over a distillation column system for nitrogen-oxygen separation, which is formed by a two-column system for the rectificatory separation of oxygen and nitrogen, which consists of a high pressure column and a low pressure column (Linde method). Over a distillation column system for nitrogen-oxygen separation, which is formed by a two-column system for the rectificatory separation of oxygen and nitrogen, which consists of a high pressure column and a low pressure column (Linde method). Over
- Argon transfer line is an argon recovery system connected to the low pressure column, which has at least one crude argon column. Atmospheric air flows through a filter into a three-stage main air compressor, where it is compressed to at least the operating pressure of the HDS, then cleaned in a cleaning device, which is preferably imaged by a molecular sieve station, cooled in a main heat exchanger system and at least partially introduced into the high-pressure column. At least one product stream is withdrawn from the high-pressure column and / or the low-pressure column and fed to a consumer.
- This supply line can either be direct or indirectly via a pipeline system or via a liquid buffer, optionally with subsequent evaporation.
- a first step 10 of the exemplary embodiment of the method according to the invention first of all the conductance for the amount of compressed air quantity is determined (“flow demand calculation"), for example from the product requirement at one or more end products (product streams) of the air separation plant.
- This conductance corresponds essentially to the demand for decomposition air, which is needed for example for the rectification, the cooling and / or the evaporation of printed products.
- this step may include the data 11 of a pipeline sequencing control for at least one product of the air separation plant and / or an automatic load adjustment (ALC) of the air separation plant as external provisions ("remote setpoint").
- ALC automatic load adjustment
- a default 12 of the operator input (“operator input") can be evaluated, which is entered via an input device such as a keyboard or the like.
- step 30 the setpoint for the compressed air quantity is determined from this.
- further boundary conditions from the operation of the air separation plant, in particular the current demand for pressure build-up air 21 for the molecular sieve of air purification (MS Pressurization Air).
- a measured value 22 from the argon transition line (“offset from argon transition control”) can be included. If the calculated air volume does not correspond exactly to the actual required air volume, the analyzes in the argon transition line (measured value 22) will leave their ideal value and the air volume must be corrected.
- steps 40 to 70 the actual value of the compressed air amount is determined.
- step 40 first the measured value 42 for the power consumption of the main air compressor is input ("Electrical Power Consumption").
- various further measured values 51 are taken into account at the multistage compressor, in particular inlet and / or outlet pressure, temperature, density and / or relative humidity of the gas stream to be compressed, preferably at each compression stage ("In / outlet Pressure, Temperature, Humidity for each compressor stage ").
- the substance data of Air 61 (“Property Data of Air") continues to be included in the calculation.
- step 70 data 71 is processed via the compressor ("machine characteristic"), in particular its efficiency and characteristic map.
- step 80 the actual value of the compressed air quantity calculated in FIGS. 50 to 70 is compared with the target value of step 30, and the required setting of the guide vanes of each stage of the main air compressor and, if appropriate, further operating parameters of the main air compressor are determined ("machine setpoint calculation").
- a specification 41 about the maximum energy consumption of the entire system or also a maximum energy consumption of the compressor (“Limit from Power Constraint Control")
- the expected future course of the total energy consumption for example by the imminent switching on of an electric heater for the regeneration gas of an adsorptive air cleaning, as well as again the current measured value 42 for the power consumption 42 (not shown separately in the drawing).
- step 90 the set values ascertained in step 80 are output to the compressor control device, which finally makes the appropriate adjustment on the compressor, in particular by adjusting the guide vanes accordingly and optionally additionally the speed of the compressor ("Inlet Guide Vane Position or Speed Setpoint ").
- This numerical calculation cycle is repeated continuously during operation of the corresponding system, so that the compressor capacity is constantly adapted in accordance with the demand for air.
- the setpoint determination (corresponding to steps 10 and 30 of the drawing) and the actual value determination (corresponding to steps 50 to 70 of the drawing) can be carried out in parallel.
- the results of both parallel calculation strings (the current setpoint of the compressed air quantity and the current actual value of the compressed air quantity) then flow into the comparison process (corresponding to step 80 of the drawing).
Abstract
Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft. Atmosphärische Luft wird von einem Hauptluftverdichter angesaugt. Der Hauptluftverdichter wird durch einen Turboverdichter mit verstellbaren Leitschaufeln gebildet. Zur Regelung der Verdichtungsluftmenge wird ein Sollwert für die Verdichtungsluftmenge bestimmt wird (10, 30), die Leistungsaufnahme des Hauptluftverdichters gemessen (42), aus dem gemessenen Wert der Leistungsaufnahme der Istwert der Verdichtungsluftmenge numerisch berechnet (40, 50, 60, 70), der berechnete Istwert der Verdichtungsluftmenge mit dem Sollwert der Verdichtungsluftmenge verglichen (80) und schließlich in Abhängigkeit von diesem Vergleich die Einstellung der Leitschaufeln vorgenommen (90).
Description
Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und entsprechende Vorrichtungen sind zum Beispiel aus Hausen/Linde, Tieftemperaturtechnik, 2. Auflage 1985, Kapitel 4 (Seiten 281 bis 337 und 449 bis 454) bekannt.
Das Destilliersäulen-System der Erfindung kann als Ein-Säulen-System zur Stickstoff- Sauerstoff-Trennung ausgebildet sein, als Zwei-Säulen-System (zum Beispiel als klassisches Linde-Doppelsäulensystem), oder auch als Drei- oder Mehr-Säulen- System. Zusätzlich zu den Kolonnen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung können weitere Vorrichtungen zur Gewinnung hochreiner Produkte und/oder anderer Luftkomponenten, insbesondere von Edelgasen vorgesehen sein, beispielsweise eine Argongewinnung und/oder eine Krypton-Xenon-Gewinnung.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf industrielle Großanlagen mit einer Verdichtungsluftmenge von 100.000 NrrvVh oder mehr, vorzugsweise 300.000 Nm3/h oder mehr. . Vorzugsweise kommt ein mehrstufiger Hauptluftverdichter zum Einsatz, insbesondere mit drei oder mehr Stufen.
Bisher ist es üblich, den Istwert der Verdichtungsluftmenge stromabwärts des Hauptluftverdichters direkt zu messen und die Verdichterleistung entsprechend nachzufahren. Die Mengenmessung wird über den Druckabfall an einer Blende vorgenommen. Hierfür sind lange Einlaufstrecken durch Normung vorgegeben, die ansonsten keinen verfahrenstechnischen Nutzen haben, aber großen apparativen Aufwand verursachen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung der
Menge eines verdichteten Gasstroms anzugeben, das wirtschaftlich besonders günstig ist und insbesondere einen relativ geringen apparativen Aufwand erfordert.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Auf eine direkte Messung des Mengenstroms der Luft kann dadurch verzichtet werden. Der entsprechende Aufwand entfällt. Überraschenderweise ergibt sich außerdem eine verbesserte Genauigkeit der Mengenmessung gegenüber der konventionellen Methode. Während eine direkte Mengenmessung eine Genauigkeit von +/- 3 % aufweist, ist die Messung der Antriebsleistung insbesondere bei elektrischem Antrieb wesentlich genauer (+/- 0,5 %). Selbst wenn man zusätzliche Ungenauigkeiten durch Messung von anderen Parametern berücksichtigt, ergibt sich insgesamt eine sehr präzise und verlässliche Mengenmessung und damit eine besonders günstig Betriebsweise des Hauptluftverdichters und des Verfahrens insgesamt.
Zwar sind Verfahren zur indirekten Bestimmung des Istwerts der Menge eines in einem Verdichter verdichteten Gases schon beschrieben worden, beispielsweise in DE 19804330 A1 ; allerdings bezieht sich diese Lehre ausschließlich auf einstufige, rein drehzahlgeregelte Verdichter ohne verstellbare Leitschaufeln. Ein solcher Verdichtertyp ist für den Einsatz als Hauptluftverdichter in einer Luftzerlegungsanlage nicht geeignet.
Grundsätzlich kann bei der Erfindung zusätzlich zur Leitschaufeleinstellung jede Möglichkeit zur Einstellung der Leistung des Hauptluftverdichters eingesetzt werden, beispielsweise eine Drehzahlregelung. Der Antrieb des Hauptluftverdichters kann mittels jeder bekannten Methode erfolgen, beispielsweise mittels eines Elektromotors oder einer Dampfturbine.
Das erfindungsgemäße Prinzip der Verdichterregelung kann auch auf andere Verdichter übertragen werden, die in Luftzerlegungsanlagen betrieben werden, beispielsweise auf Produktverdichter und Kreislaufverdichter.
In die numerische Berechnung des Istwerts der Verdichtungsluftmenge gehen zum Beispiel ein oder mehrere der folgenden Eingangsgrößen ein:
- Druck des zu verdichtenden Luftstroms
- Temperatur des zu verdichtenden Luftstroms
- Dichte des zu verdichtenden Luftstroms
- Relative Feuchte des zu verdichtenden Luftstroms - Wirkungsgrad des Verdichters
- Kennfeld des Verdichters
Vorzugsweise werden alle bekannten Parameter des zu verdichtenden Luftstroms in der Berechnung ausgewertet. Hierzu sind nur relativ einfach durchzuführende Messungen notwendig, etwa von Druck, Temperatur und relativer Feuchte.
Günstig ist es insbesondere, wenn das Kennfeld des Hauptluftverdichters empirisch bestimmt wird und dieses empirisch ermittelte Kennfeld in die Berechnung Berechnung des Istwerts der Verdichtungsluftmenge eingeht. Das Kennfeld des Verdichters beschreibt die Abhängigkeit des Wirkungsgrads des Verdichters von einer Mehrzahl von Parametern, insbesondere zwei oder mehr der oben genannten physikalischen Parameter des zu verdichtenden Gases. Die Ermittlung des Kennfeldes kann beispielsweise auf einem Teststand durchgeführt werden, bevor der Verdichter seinen endgültigen Standort erhält. Sie wird vorzugsweise mit einem Gas durchgeführt, das dieselbe Zusammensetzung aufweist wie das zu verdichtete Gas im späteren Betrieb des Verdichters, zum Beispiel Luft im Falle eines Luftverdichters oder Stickstoff im
Falle eines Stickstoffverdichters. Alternativ kann das Kennfeld auch mit einem anderen Gas bestimmt werden, beispielsweise mit Stickstoff im Falle eines Luftverdichters oder Sauerstoffverdichters.
Mit der genauen Kenntnis des Verhaltens des Verdichters ist es im Rahmen der
Erfindung möglich, die Verdichtungsluftmenge besonders genau einzustellen, ohne sie direkt zu messen. Es kann sinnvoll sein, die Kennfeldbestimmung im Laufe der Betriebszeit der Anlage zu wiederholen, ebenso wie auch Mengenmessungen von Zeit zu Zeit neu kalibriert werden müssen. Grundsätzlich ist die Erfindung aber auch mit einem vom Hersteller zur Verfügung gestellten Kennfeld des Hauptluftverdichters ausführbar.
Im Rahmen der Erfindung ist es günstig, wenn bei der numerischen Berechnung des Sollwerts der Verdichtungsluftmenge ein oder mehrere der folgenden Eingangsgrößen verwendet werden:
Aktueller Produktbedarf des Verbrauchers
Zukünftiger Produktbedarf des Verbrauchers
Aktueller Bedarf der Luftzerlegungsanlage an verdichteter Luft
Der aktuelle Bedarf der Luftzerlegungsanlage kann beispielsweise im Rahmen einer automatischen Lastregelung (ALC - automatic load control) ermittelt werden. Hier steht der aktuelle Bedarf bereits als numerischer Wert zur Verfügung, der laufend aktualisiert und in die numerische Berechnung des Sollwerts eingebracht werden kann. Alternativ kann der aktuelle Produktbedarf oder eine Vorgabe für die Verdichtungsluftmenge auch durch eine manuelle Eingabe eines Operators festgelegt werden.
In diesem Rahmen oder zusätzlich können neben dem quasi-stationären Bedarf an verdichteter Luft weitere, zum Beispiel periodische oder sonstige zeitlich begrenze Anforderungen an die Verdichtungsluftmenge berücksichtigt werden. Beispielsweise kann eine zyklisch geschaltete Reinigungseinrichtuήg für die verdichtete Luft von Zeit zu Zeit einen Teil der verdichteten Luft für den Druckaufbau im Anschluss an die - periodische Regenerierung eines Reinigungsbetts. Soll in dieser Zeit die für die Luftzerlegung zur Verfügung stehende Gasmenge nicht oder nicht in gleichem Maße vermindert sein, muss diese Anforderung ebenfalls in die Verdichterregelung eingehen, sodass während des Druckaufbautakts eine entsprechend höhere Verdichtungsluftmenge zur Verfügung steht. Hier können bei der erfindungsgemäßen Betriebsweise die Daten eines entsprechenden elektronischen Reglers (zum Beispiel Molsieb-Sequencer) genutzt werden.
Bei schwankendem Produktbedarfs des Verbrauchers beziehungsweise der Verbraucher kann außerdem diese Größe in die Berechnung Berechnung des Sollwerts der Verdichtungsluftmenge einfließen, entweder direkt oder indirekt über die ALC der Luftzerlegungsanlage. Hierbei kann eine prädiktive Produktmengenregelung auch für die Verdichtungsregelung wie eine Pipeline-Folge-Regelung genutzt werden, wie sie beispielsweise in EP 1542102 A1 beschrieben ist.
Vorzugsweise wird bei dem Vergleich zwischen Istwert und Sollwert der Verdichtungsluftmenge ein Grenzwert für den Energieverbrauch berücksichtigt. Bei manchen Luftzerlegungsanlagen mit Gasverdichtung wird ein Grenzwert für den Gesamtenergieverbrauch vorgegeben, der nicht überschritten werden darf, weil entweder nicht mehr Energie zur Verfügung steht oder diese ab dem Limit unverhältnismäßig teuer wird (power constraint). Da häufig der Verdichter am meisten Energie verbraucht, ist es im Rahmen der Erfindung vorteilhaft, die entsprechende Regelung (PCC - power constraint control) in die Verdichtungsregelung einzubinden.
In diesem Fall wird also die Verdichtungsleistung und damit der Istwert der Verdichtungsluftmenge bei einem Maximalwert abgeregelt, auch wenn der aktuell bestimmte Sollwert der Verdichtungsluftmenge höher ist. Resultiert daraus ein Defizit an Produkt beispielsweise einer nachfolgenden Gaszerlegungsanlage, so kann dieses aus einem Produktpuffer ergänzt werden. Solche Produktpuffer, die in der Regel als Flüssigkeits- oder Gasdruckspeicher ausgebildet sind, werden bei Luftzerlegungsanlagen häufig vorgehalten.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß den Patentansprüchen 7 bis 12.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand eines in der Zeichnung schematisch als Ablaufdiagramm dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Der Aufbau der Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Sie weist in dem Beispiel ein Destilliersäulen-System zur Stickstoff- Sauerstoff-Trennung auf, das durch ein Zwei-Säulen-System zur rektifikatorischen Trennung von Sauerstoff und Stickstoff gebildet wird, das aus einer Hochdrucksäule und einer Niederdrucksäule besteht (Linde-Verfahren). Über eine
Argonübergangsleitung ist ein System zur Argongewinnung an die Niederdrucksäule angeschlossen, das mindestens eine Rohargonsäule aufweist. Über ein Filter strömt atmosphärische Luft in einen dreistufigen Hauptluftverdichter, wird dort mindestens auf den Betriebsdruck der HDS verdichtet, anschließend in einer Reinigungseinrichtung, die vorzugsweise durch eine Molekularsiebstation bebildet wird, gereinigt, in einem Hauptwärmetauschersystem abgekühlt und mindestens teilweise in die Hochdrucksäule eingeleitet. Aus der Hochdrucksäule und/oder der Niederdrucksäule wird mindestens ein Produktstrom abgezogen und einem Verbraucher zugeleitet. Diese Zuleitung kann entweder direkt erfolgen oder indirekt über ein Pipeline-System oder über einen Flüssigpuffer, gegebenenfalls mit anschließender Verdampfung.
In einem ersten Schritt 10 des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst der Leitwert für die Menge Verdichtungsluftmenge bestimmt ("Flow Demand Calculation"), beispielsweise aus dem Produktbedarf an einem oder mehreren Endprodukten (Produktströmen) der Luftzerlegungsanlage. Dieser Leitwert
entspricht im Wesentlichen dem Bedarf an Zerlegungsluft, die zum Beispiel für die Rektifikation, die Kälteerzeugung und/oder die Verdampfung von Druckprodukten benötigt wird. Auf welchen Daten diese Berechnung durchgeführt wird, ist nicht entscheidend für die Erfindung. Es können diesem Schritt zum Beispiel die Daten 11 einer Pipeline-Folge-Regelung für mindestens ein Produkt der Luftzerlegungsanlage und/oder einer automatischen Lastanpassung (ALC) der Luftzerlegungsanlage als äußere Vorgaben ("Remote Setpoint") einfließen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Vorgabe 12 des Bedienungspersonals ("Operator Input") ausgewertet werden, die über eine Eingabevorrichtung wie eine Tastatur oder Ähnliches eingegeben wird.
Im Schritt 30 ("Total Flow Calculation") wird daraus der Sollwert für die Verdichtungsluftmenge bestimmt. Dabei fließen weitere Randbedingungen aus dem Betrieb der Luftzerlegungsanlage ein, insbesondere der aktuelle Bedarf an Druckaufbauluft 21 für das Molekularsieb der Luftreinigung (MS Pressurization Air). Wenn die Anlage wie hier eine Argongewinnung auf weist, kann alternativ oder zusätzlich ein Messwert 22 aus der Argonübergangsleitung ("Offset from Argon Transition Control") einfließen. Sollte die rechnerisch ermittelte Luftmenge nicht exakt der tatsächlich benötigten entsprechen, werden die Analysen in der Argonübergangsleitung (Messwert 22) ihren Idealwert verlassen und die Luftmenge muss korrigiert werden.
In den Schritten 40 bis 70 wird der Istwert der Verdichtungsluftmenge bestimmt.
Im Schritt 40 geht zunächst der Messwert 42 für die Leistungsaufnahme des Hauptluftverdichters ein ("Electrical Power Consumption").
Außerdem werden verschiedene weitere Messwerte 51 an dem mehrstufigen Verdichter berücksichtigt, insbesondere Ein- und/oder Austrittsdruck, Temperatur, Dichte und/oder relative Feuchte des zu verdichtenden Gasstroms, und zwar vorzugsweise an jeder Verdichtungsstufe ("In/outlet Pressure, Temperature, Humidity for each compressor stage"). In die Berechnung gehen weiterhin die Stoffdaten von Luft 61 ("Property Data of Air") ein.
In Schritt 70 werden Daten 71 über den Verdichter ("Machine Characteristic") verarbeitet, insbesondere dessen Wirkungsgrad und Kennfeld.
Schließlich wird In Schritt 80 der in 50 bis 70 berechnete Istwert der Verdichtungsluftmenge mit dem Sollwert aus Schritt 30 verglichen, und die benötigte Einstellung der Leitschaufeln jeder Stufe des Hauptluftverdichters und gegebenenfalls weiterer Betriebsparameter des Hauptluftverdichters werden bestimmt ("Machine Setpoint Calculation"). Hierbei können fakultativ verschiedene Parameter der Energieversorgung eingehen, nämlich zum Beispiel eine Vorgabe 41 über den maximalen Energieverbrauch der Gesamtanlage oder auch ein maximaler Energieverbrauch des Verdichters ("Limit from Power Constraint Control") und/oder der erwartete künftige Verlauf der Gesamtenergieverbrauch, beispielsweise durch das bevorstehende Einschalten eines Elektroerhitzers für das Regeneriergas einer adsorptiven Luftreinigung, sowie nochmals der aktuelle Messwert 42 für die Leistungsaufnahme 42 (in der Zeichnung nicht separat dargestellt).
Am Ende wird in Schritt 90 die in Schritt 80 ermittelten Einstellwerte an das Regelgerät des Verdichters ausgegeben, das schließlich die entsprechende Einstellung am Verdichter vornimmt, insbesondere durch entsprechende Einstellung der Leitschaufeln und gegebenenfalls zusätzlich der Drehzahl des Verdichters ("Inlet Guide Vane Position or Speed Setpoint").
In dem Ausführungsbeispiel weist die Luftzerlegungsanlage ein Molekularsieb für die Reinigung der verdichteten Luft auf, die innerhalb ihres zyklischen Betriebs zeitweise einen Teil der verdichteten Luft zum Druckaufbau benötigt. Da diese Luftmenge hier in der Vorgabe des ALC noch nicht berücksichtigt ist, finden die entsprechenden Daten 21 , die von einem Molsieb-Sequencer zugeliefert werden im Schritt 30 eine entsprechende Berücksichtigung bei der Bestimmung Sollwerts der Verdichtungsluftmenge.
Dieser numerische Berechnungszyklus wird im Betrieb der entsprechenden Anlage laufend wiederholt, sodass die Verdichterleistung laufend entsprechend dem Bedarf an Luft angepasst wird.
Selbstverständlich kommt es bei der Erfindung nicht auf die genaue Reihenfolge der
Berechnungsschritte an. In einem zweiten Ausführungsbeispiel können zum Beispiel die Sollwertbestimmung (entsprechend den Schritten 10 und 30 der Zeichnung) und
die Istwertbestimmung (entsprechend den Schritten 50 bis 70 der Zeichnung) parallel durchgeführt werden. Die Ergebnisse beider parallelen Berechnungsstränge (der aktuelle Sollwert der Verdichtungsluftmenge und der aktuelle Istwert der Verdichtungsluftmenge) fließen dann in den Vergleichsprozess ein (entsprechend Schritt 80 der Zeichnung).
Claims
1. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei dem atmosphärische Luft von einem Hauptluftverdichter angesaugt wird und der in dem Hauptluftverdichter verdichtete Luftstrom mindestens teilweise einem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung zugeführt und in dem Destilliersäulen-System zur
Stickstoff-Sauerstoff-Trennung mindestens ein Produktstrom erzeugt wird, der einem Verbraucher zugeleitet wird, wobei der Hauptluftverdichter durch einen Turboverdichter mit verstellbaren Leitschaufeln gebildet wird und die Verdichtungsluftmenge, die in dem Hauptluftverdichter verdichtet wird, mindestens teilweise durch Einstellung der Leitschaufeln des Verdichters geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
- ein Sollwert für die Verdichtungsluftmenge bestimmt wird (10, 30),
- die Leistungsaufnahme des Hauptluftverdichters gemessen wird (42),
- aus dem gemessenen Wert der Leistungsaufnahme der Istwert der Verdichtungsluftmenge numerisch berechnet wird (40, 50, 60, 70),
- der berechnete Istwert der Verdichtungsluftmenge mit dem Sollwert der Verdichtungsluftmenge verglichen wird (80) und
- in Abhängigkeit von diesem Vergleich die Einstellung der Leitschaufeln vorgenommen wird (90).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei der numerischen Berechnung des Istwerts der Verdichtungsluftmenge (40, 50, 60, 70) ein oder mehrere der folgenden Eingangsgrößen verwendet werden:
- Druck des zu verdichtenden Luftstroms - Temperatur des zu verdichtenden Luftstroms
- Dichte des zu verdichtenden Luftstroms
- Relative Feuchte des zu verdichtenden Luftstroms
- Wirkungsgrad des Verdichters
- Kennfeld des Verdichters
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor Inbetriebnahme des Hauptluftverdichters das Kennfeld des Hauptluftverdichters empirisch bestimmt wird und dieses empirisch ermittelte Kennfeld (71) in die numerische Berechnung des Istwerts der Verdichtungsluftmenge (40, 50, 60, 70) eingeht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung des Sollwerts der Verdichtungsluftmenge (10, 30) ein oder mehrere der folgenden Eingangsgrößen verwendet werden:
- Aktueller Produktbedarf des Verbrauchers
- Zukünftiger Produktbedarf des Verbrauchers
- Aktueller Bedarf der Luftzerlegungsanlage an verdichteter Luft
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Vergleich zwischen Istwert und Sollwert der Verdichtungsluftmenge (80) ein Grenzwert für den Energieverbrauch (41) berücksichtigt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptluftverdichter auf eine maximale Verdichtungsluftmenge von mehr als 100.000 Nm3/h, insbesondere von mehr als 300.000 NrrrVh ausgelegt ist.
7. Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, mit - einem Hauptluftverdichter zum Verdichten atmosphärischer Luft, der durch einen Turboverdichter mit verstellbaren Leitschaufeln gebildet wird,
- einem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung,
- Mitteln zum Einleiten des in dem Hauptluftverdichter verdichteten Luftstroms in das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, - Mitteln zum Zuführen eines Produktstroms aus dem Destilliersäulen-System zur
Stickstoff-Sauerstoff-Trennung zu einem Verbraucher und mit
- eine automatischen Steuerungseinrichtung zur Regelung der Verdichtungsluftmenge, die in dem Hauptluftverdichter verdichtet wird, mindestens teilweise durch Einstellung der Leitschaufeln des Verdichters, dadurch gekennzeichnet, dass
- die automatische Steuerungseinrichtung mit einer Messeinrichtung für die die Leistungsaufnahme des Hauptluftverdichters verbunden ist und
- die automatische Steuerungseinrichtung so ausgebildet ist, dass
- aus dem von der Messeinrichtung gemessenen Wert der Leistungsaufnahme der Istwert der Verdichtungsluftmenge numerisch berechnet wird, - der berechnete Istwert der Verdichtungsluftmenge mit einem vorgegebenen Sollwert der Verdichtungsluftmenge verglichen wird und
- in Abhängigkeit von diesem Vergleich die Einstellung der Leitschaufeln vorgenommen wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Steuerungseinrichtung so ausgebildet ist, dass bei der numerischen Berechnung des Istwerts der Verdichtungsluftmenge ein oder mehrere der folgenden Eingangsgrößen verwendet werden: - Druck des zu verdichtenden Luftstroms
- Temperatur des zu verdichtenden Luftstroms
- Dichte des zu verdichtenden Luftstroms
- Relative Feuchte des zu verdichtenden Luftstroms
- Wirkungsgrad des Verdichters - Kennfeld des Verdichters
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der automatische Steuerungseinrichtung ein vor Inbetriebnahme des Hauptluftverdichters empirisch bestimmtes Kennfeld des Hauptluftverdichters gespeichert ist und dass die automatische Steuerungseinrichtung so ausgebildet ist, dass dieses empirisch ermittelte Kennfeld in die numerische Berechnung des Istwerts der Verdichtungsluftmenge eingeht.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Steuerungseinrichtung so ausgebildet ist, dass bei der Bestimmung des Sollwerts der Verdichtungsluftmenge ein oder mehrere der folgenden Eingangsgrößen verwendet werden:
- Aktueller Produktbedarf des Verbrauchers
- Zukünftiger Produktbedarf des Verbrauchers - Aktueller Bedarf der Luftzerlegungsanlage an verdichteter Luft
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Steuerungseinrichtung so ausgebildet ist, dass bei dem Vergleich zwischen Istwert und Sollwert der Verdichtungsluftmenge ein Grenzwert für den Energieverbrauch berücksichtigt wird.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptluftverdichter auf eine maximale Verdichtungsluftmenge von mehr als 100.000 Nm3/h, insbesondere von mehr als 300.000 Nm3/h ausgelegt ist.
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|---|---|---|---|
| DE200910013756 DE102009013756A1 (de) | 2009-03-17 | 2009-03-17 | Verfahren zur Regelung der Menge eines verdichteten Gasstroms |
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|---|---|
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