WO2015003785A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung eines verdichteten gasstroms und verfahren und vorrichtung zur tieftemperatur-zerlegung von luft - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erzeugung eines verdichteten gasstroms und verfahren und vorrichtung zur tieftemperatur-zerlegung von luft Download PDF

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WO2015003785A1
WO2015003785A1 PCT/EP2014/001836 EP2014001836W WO2015003785A1 WO 2015003785 A1 WO2015003785 A1 WO 2015003785A1 EP 2014001836 W EP2014001836 W EP 2014001836W WO 2015003785 A1 WO2015003785 A1 WO 2015003785A1
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cooling
exchange stage
compressed
stream
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Manfred Sotzek
Dimitri Goloubev
Said Al Rabadi
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Linde Aktiengesellschaft
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    • 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
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    • 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
    • F25J5/00—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
    • F25J5/002—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/0066—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
    • F28D7/0083—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids with units having particular arrangement relative to a supplementary heat exchange medium, e.g. with interleaved units or with adjacent units arranged in common flow of supplementary heat exchange medium
    • F28D7/0091—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids with units having particular arrangement relative to a supplementary heat exchange medium, e.g. with interleaved units or with adjacent units arranged in common flow of supplementary heat exchange medium the supplementary medium flowing in series through the units
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • F28D7/024—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration

Definitions

  • the refrigeration unit of the invention has at least two stages and does not include possible downstream devices such as a purifier or main heat exchanger for further cooling to cryogenic temperature.
  • the invention is basically applicable to all gas compression processes, regardless of the further use of the compressed gas stream. In particular, it can be used in systems where a feed stream for a
  • Gas separation unit or a product or intermediate product stream from a gas separation unit is brought to an elevated pressure.
  • MAC Main Air Compressor
  • Main air compressor is the compressed air feed in two air side serial
  • cooling fluid used is liquid water on a regular basis, cooling water being used for the first heat exchange stage and cold water for the second stage.
  • cooling water is meant here a water flow at a first temperature
  • Cool water comes from an ordinary cooling tower.
  • Cold water has a lower second temperature and is obtained, for example, in an evaporative cooler operated with a dry gas from the air separation.
  • the warmed water exiting the second stage may be in addition to the
  • Cooling water can be used as the cooling fluid of the first heat exchange stage.
  • the heat transfer between compacted Gas flow can be carried out as direct heat exchange (for example in a direct contact cooler) or as indirect heat exchange in a heat exchanger.
  • atmospheric air (AIR) 1 is sucked in via a filter 2 from a gas compressor 3, which as a multi-stage main air compressor with
  • the hot compressed feed air 4 is then fed to a two-stage cooling unit.
  • both cooling stages are formed by a direct contact cooler 101, in the head of which cold water 10 is introduced from an evaporative cooler 11 as a "second cooling fluid".
  • the cold water initially flows through the upper region of the direct contact cooler ("second cooling stage") in countercurrent to the feed air to be cooled.
  • cooling water 12 is supplied as additional cooling fluid.
  • the entirety of warmed up from the top warmed cold water and cooling water is used in the lower part of the direct contact cooler as the "first cooling fluid”. Warmed water is supplied via line 13 from the bottom of the
  • Direct contact cooler deducted, the precooled compressed feed air via line 5 from the head.
  • two water pumps 102, 103 are required, which bring the cooling water or the cold water of atmospheric pressure to an elevated pressure, which is slightly above the outlet pressure of the main air compressor 3.
  • the first cooling stage is formed by a heat exchanger 200 by bringing the compressed feed air stream 4 emerging from the main air compressor 3 into indirect heat exchange with cooling water.
  • the direct contact cooler 201 only the second cooling stage is realized.
  • only one water pump 203 is required to increase the pressure substantially.
  • the cooling fluid for the first cooling stage 200 may be below about atmospheric pressure.
  • the heat exchanger 200 is
  • a variant B is possible in which both cooling stages are carried out as an indirect heat exchange.
  • two air side serially connected Geradrohr heat exchangers 300, 301 are used, the second 301 with Cold water 10 from the evaporative cooler 1 1 is operated.
  • No high-pressure water pump is required for this purpose (the pump 304 merely circulates or brings the cooling water to the pressure required for the task on a cooling tower).
  • a separator (phase separator) 306 is used in which condensate is separated from the pre-cooled feed air 304.

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Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur Erzeugung eines verdichteten Gasstroms (304, 5) und sind beispielsweise in einem Verfahren oder einer Vorrichtung zur Tieftemperatur-Zerlegung von Luft anwendbar. Kompressionswärme wird aus einem in einem Gasverdichter verdichteten Gasstrom (1) in einer zweistufigen Kühleinheit entfernt, die ein erstes und ein zweites Bündel (21, 22) schraubenförmig gewickelter Rohre gebildet wird, wobei die beiden Bündel (21, 22) in einem gemeinsamen Behälter (20) angeordnet sind.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines verdichteten Gasstroms und Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperatur-Zerlegung von Luft
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines verdichteten Gasstroms gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die Kühleinheit der Erfindung weist mindestens zwei Stufen auf und umfasst nicht mögliche nachgeschaltete Vorrichtungen wie zum Beispiel eine Reinigungseinrichtung oder einen Hauptwärmetauscher zur weiteren Abkühlung auf Tieftemperatur. Die Erfindung ist grundsätzlich auf alle Gasverdichtungsverfahren anwendbar, unabhängig von der weiteren Verwendung des verdichteten Gasstroms. Insbesondere kann sie in Systemen angewendet werden, in denen ein Einsatzstrom für eine
Gaszerlegungseinheit oder ein Produkt- oder Zwischenproduktstrom aus einer Gaszerlegungseinheit auf einen erhöhten Druck gebracht wird.
Einschlägige Verfahren mit zweistufiger Kühleinheit sind insbesondere aus der Erzeugung eines Einsatzluftstroms in der Tieftemperatur-Luftzerlegung bekannt, wo sie als so genannte Vorkühlung der Einsatzluft eingesetzt werden. Dabei wird die
Einsatzluft in einem Hauptluftverdichter (MAC = Main Air Compressor) verdichtet, der regelmäßig mehrere Stufen mit Zwischenkühlung aufweist. Stromabwärts des
Hauptluftverdichters wird die verdichtete Einsatzluft in zwei luftseitig seriell
verbundenen Wärmetauschstufen abgekühlt, in denen die verdichtete Luft in direkten oder indirekten Wärmeaustausch mit Kühlfluiden gebracht wird. Als Kühlfluid wird regelmäßig flüssiges Wasser eingesetzt, wobei für die erste Wärmetauschstufe Kühlwasser und für die zweite Stufe Kaltwasser verwendet wird. Unter "Kühlwasser" wird hier ein Wasserstrom unter einer ersten Temperatur verstanden, der
beispielsweise aus einem gewöhnlichen Kühlturm stammt. "Kaltwasser" hat eine niedrigere zweite Temperatur und wird beispielsweise in einem Verdunstungskühler gewonnen, der mit einem trockenen Gas aus der Luftzerlegung betrieben wird. Das aus der zweiten Stufe austretende angewärmte Wasser kann zusätzlich zu dem
Kühlwasser als Kühlfluid der ersten Wärmetauschstufe genutzt werden. Grundsätzlich kann dabei in jeder Wärmetauschstufe der Wärmeübergang zwischen verdichtetem Gasstrom als direkter Wärmeaustausch durchgeführt werden (zum Beispiel in einem Direktkontaktkühler) oder als indirekter Wärmeaustausch in einem Wärmetauscher.
In Figur 1 sind drei Varianten A bis C einer Kühleinheit für einen verdichteten
Gasstrom dargestellt, wie sie für die Tieftemperatur-Luftzerlegung geeignet sind. In allen drei Varianten wird atmosphärische Luft (AIR) 1 über ein Filter 2 von einem Gasverdichter 3 angesaugt, der als mehrstufiger Hauptluftverdichter mit
Zwischenkühlung ausgebildet ist. Die heiße verdichtete Einsatzluft 4 wird anschließend einer zweistufigen Kühleinheit zugeführt.
In Variante A werden beide Kühlstufen durch einen Direktkontaktkühler 101 gebildet, in dessen Kopf Kaltwasser 10 aus einem Verdunstungskühler 1 1 als "zweites Kühlfluid" eingeleitet wird. Das Kaltwasser strömt zunächst durch den oberen Bereich des Direktkontaktkühlers ("zweite Kühlstufe") in Gegenstrom zu der abzukühlenden Einsatzluft. In einem mittleren Bereich wird Kühlwasser 12 als Zusatz-Kühlfluid zugespeist. Die Gesamtheit aus von oben kommendem angewärmtem Kaltwasser und Kühlwasser wird im unteren Bereich des Direktkontaktkühlers als "erstes Kühlfluid" eingesetzt. Angewärmtes Wasser wird über Leitung 13 vom Sumpf des
Direktkontaktkühlers abgezogen, die vorgekühlte verdichtete Einsatzluft über Leitung 5 vom Kopf. Dabei werden zwei Wasserpumpen 102, 103 benötigt, die das Kühlwasser beziehungsweise das Kaltwasser von Atmosphärendruck auf einen erhöhten Druck bringen, der etwas über dem Austrittsdruck des Hauptluftverdichters 3 liegt.
In Variante C wird die erste Kühlstufe durch einen Wärmetauscher 200 gebildet, indem der aus dem Hauptluftverdichter 3 austretende verdichtete Einsatzluftstrom 4 in indirekten Wärmeaustausch mit Kühlwasser gebracht wird. In dem Direktkontaktkühler 201 wird nur noch die zweite Kühlstufe realisiert. Hier ist nur eine Wasserpumpe 203 zur wesentlichen Druckerhöhung erforderlich. Das Kühlfluid für die erste Kühlstufe 200 kann unter etwa Atmosphärendruck stehen. Der Wärmetauscher 200 wird
üblicherweise durch einen Geradrohr-Wärmetauscher (TEMA-Tauscher, Shell-and- Tube Heat Exchanger) realisiert.
Grundsätzlich ist auch eine Variante B möglich, in der beide Kühlstufen als indirekter Wärmeaustausch durchgeführt werden. Hierfür werden zwei luftseitig seriell geschaltete Geradrohr-Wärmetauscher 300, 301 eingesetzt, deren zweiter 301 mit Kaltwasser 10 aus dem Verdunstungskühler 1 1 betrieben wird. Hierfür wird keine Hochdruck-Wasserpumpe benötigt (die Pumpe 304 wälzt das Kühlwasser lediglich um beziehungsweise bringt es auf den für die Aufgabe auf einen Kühlturm benötigten Druck). Zusätzlich wird ein Abscheider (Phasentrenner) 306 eingesetzt, in dem Kondenswasser aus der vorgekühlten Einsatzluft 304 abgetrennt wird.
Systeme mit der Variante A sind aus DE 3216502 A1 , EP 1239246 B2 = US 6598424 B2, DE 20205751 U1 , DE 102005028012 A1 , DE 102007014643 A1 oder WO
2010017968 A2 = US 201 10214453 A1 bekannt, solche mit Variante B aus EP 828122 A1 , US 2007204652 A1 , EP 1995537 A2 = US 20080289362 A1 , EP 2053331 A1 = US 2009107177 A1 , EP 2053330 A1 = US 2009120128 A1 und Systeme mit Variante C aus DE 10115258 A1 , DE 10130754 A1 , DE 102007027073 A1 , EP 2489968 A1 , WO 2013053425 A2. Eine Kombination der Varianten A und C ist in WO 201 1 110301 A2 gezeigt. EP 2236964 A1 = US 2010242537 A1 und WO 2010017968 A2 = US
201 10214453 A1 , offenbaren Luftzerlegungssysteme mit einstufiger Vorkühlung der Luft.
Alle drei Varianten weisen nur einen beschränkten Anwendungsbereich auf und benötigen eine relativ große Anzahl von Komponenten. Bei hohem Gasdruck sind die Varianten A und C zudem teuer und energieaufwändig, weil sie eine oder zwei Hochdruck-Wasserpumpen benötigen. Zusätzlich besteht Korrosionsgefahr bei direktem Kontakt zwischen Luft und Kühlwasser wegen erhöhten Partialdrucks des C02 und hoher Lufttemperatur. Variante B erlaubt es, den direkten Kontakt zu vermeiden. Ein Problem liegt aber in der praktischen Ausführung des Wärmetauschers 301. Dessen Auslegung stellt hohe Anforderungen wegen des relativ geringen Durchsatzes an Kühlfluid und einer sehr kleinen mittleren Temperaturdifferenz (beides verglichen mit dem Wärmetauscher 300). Für dieses Problem wurde bis jetzt keine zufriedenstellende Lösung gefunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein oben genanntes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung so auszugestalten, dass sich ein besonders kompaktes System ergibt, das gleichzeitig einen besonders geringen Energiebedarf aufweist und außerdem einen weiten praktischen Anwendungsbereich, der insbesondere die Verdichtung atmosphärischer Luft auf einen besonders hohem Druck (10 bar und mehr am Austritt des Hauptluftverdichters 3) umfasst.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruch 1 gelöst. Im Vergleich zur oben beschriebenen Variante B wird ein kombinierter Apparat eingesetzt, der beide Kühlstufen umfasst. Dieser ist als schraubenförmig gewickelter Wärmetauscher mit zwei unabhängig voneinander gewickelten Bündeln ausgebildet, die in einem gemeinsamen Behälter angeordnet sind. Grundsätzlich ist es im Rahmen der
Erfindung auch möglich, drei oder mehr Bündel innerhalb dieses gemeinsamen Behälters unterzubringen.
Bei einem schraubenförmig gewickelten Wärmetauscher sind mehrere Lagen von Rohren auf ein Kernrohr aufgewickelt. Durch die einzelnen Rohre wird ein Medium geleitet, welches in Wärmeaustausch mit einem in dem Raum zwischen den Rohren und einem umgebenden Mantel strömenden Medium tritt. Die Rohre werden am oberen Wärmetauscherende in mehreren Gruppen zusammengeführt und in Form von Bündeln aus dem Außenraum herausgeleitet.
Derartige gewickelte Wärmetauscher und ihre Herstellung sind beispielsweise in den folgenden Veröffentlichungen beschrieben:
- Hausen/Linde, Tieftemperaturtechnik, 2. Aufl. 1985, S.471-475
- W. Scholz, "Gewickelte Rohrwärmeaustauscher", Linde-Berichte aus Technik und Wissenschaft, Nr. 33 (1973), S. 34-39
- Kreis, "Gewickelte Wärmeaustauscher" in Hess, Apparate-Handbuch: Technik, Bau, Anwendung, 1990, S. 262-264
Die Rohre können auf der Außenseite wie auf der Innenseite glatt ausgebildet sein. Alternativ können sie auf der Außenseite Rippen zur Erhöhung der
Wärmeaustauschfläche aufweisen. Dies reduziert den apparativen Aufwand durch eine wesentlich kompaktere Bauweise der Wärmetauscherbündel, indem die für die
Wärmeübertragungsleistung notwendigen Rohrlängen vermindert werden. Die Rippen können zum Beispiel aus der Wand eines glatten Rohres gewalzt werden; das Rohr und die Rippen bestehen dabei praktisch aus einem Stück. Alternativ werden Rippen durch zusätzliches Material auf die zunächst glatte Außenfläche des entsprechenden Rohres aufgebracht. Grundsätzlich sind gewickelte Wärmetauscher aufwändiger in der Herstellung als andere Wärmetauschertypen wie Plattenwärmetauscher oder Geradrohr- Wärmetauscher. Im Rahmen der Erfindung hat sich jedoch ergeben, dass bei der speziellen Anordnung von zwei Bündeln in einem Gehäuse sich insgesamt eine besonders kompakte Ausgestaltung der Verdichtungsvorrichtung und insbesondere der Kühleinrichtung ergibt. Wegen des indirekten Kontakts des Gasstroms mit den
Kühlfluiden treten Korros/onsprobleme kaum auf. Anderes als die üblichen TEMA-Tauscher, die nach dem Kreuzstrom-Prinzip arbeiten, werden die bei der Erfindung eingesetzten gewickelten Rohrbündel-Wärmetauscher im Kreuzgegenstrom betrieben. Dieser erlaubt einen Betrieb mit deutlich geringeren Temperaturdifferenzen und ermöglicht eine praktische Ausführung des
Wärmetauschers 301 von Figur 1 B. Bei der Erfindung werden außerdem die beiden Wärmetauschschritte 300 und 301 von Figur 1 B in einem kombinierten Apparat durchgeführt.
Vorzugsweise weisen das erste und das zweite Bündel ein gemeinsames Kernrohr auf. Die Rohre der beiden Bündel werden bei der Herstellung auf verschiedene axiale Abschnitte des gemeinsamen Kernrohrs gewickelt. Ist die Kühleinheit im Betrieb - wie üblich - vertikal angeordnet (die Achse des Kernrohrs liegt in der Vertikalen), befinden sich die beiden Bündel übereinander, insbesondere das zweite Bündel über dem ersten. Vorzugsweise wird das erste Kühlfluid auch im zweiten Bündel genutzt, indem es stromabwärts seiner Anwärmung in der zweiten Wärmetauschstufe in die erste
Wärmetauschstufe eingeleitet wird. Dabei kann es mit einem Zusatz-Kühlfluid vermischt werden; das dabei gebildete Gemisch wird dann als erstes Kühlfluid in die erste Wärmetauschstufe eingeleitet. Alternativ können die Rohre für das zweite Kühlfluid durch das zweite und das erste Bündel hindurchführen, ohne dass zwischen den beiden Bündeln ein Rohrsammler benötigt wird. Das erste Kühlfluid strömt dann getrennt vom zweiten durch zusätzliche Rohre im ersten Bündel; gegebenenfalls wird es anschließend mit dem zweiten Kühlfluid zusammengeführt. Grundsätzlich ist es bei der Erfindung möglich, den verdichteten Gasstrom im Inneren der Rohre und das Kühlfluid im Außenraum zu führen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn das erste und das zweite Kühlfluid jeweils durch das Innere der Rohre des ersten und des zweiten Bündels geleitet werden. Der abzukühlende Gasstrom wird dann durch den Außenraum der Rohrbündel geleitet, der durch die Behälterwand oder ein in den Behälter eingebautes Hemd abgegrenzt ist.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung eines verdichteten Gasstroms gemäß den Patentansprüchen 5 bis 7 sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Tieftemperatur-Zerlegung von Luft gemäß den Patentansprüchen 8 und 9 beziehungsweise 10 und 1 1. Angewendet werden kann die Erfindung grundsätzlich bei jedem Luftzerlegungsverfahren, beispielsweise auch bei einem Austrittsdruck des Gasverdichters (hier: Hauptluftverdichters) von 5 bar oder weniger. Besonders günstig ist jedoch ihre Anwendung für den Fall, dass der Einsatzluftstrom in dem Gasverdichter auf einen Druck von mehr als 10 bar, insbesondere mehr als 13 bar, insbesondere mehr als 17 bar verdichtet wird.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand eines in Figur 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Erzeugung von verdichteter Einsatzluft für ein System zur Tieftemperatur-Luftzerlegung und baut auf dem Verfahrensschema nach Variante B von Figur 1 auf. Dabei werden die beiden Kühlstufen 300, 301 jedoch nicht von getrennten Apparaten mit jeweils eigenem Behälter gebildet, sondern durch den in Figur 2 dargestellten kombinierten Apparat.
In einem gemeinsamen Druckbehälter 20 sind ein erstes Rohrbündel 21 und ein zweites Rohrbündel 22 angeordnet. Die Rohre der beiden Bündel 21 , 22 sind jeweils schraubenförmig auf verschiedene axiale Abschnitte eines Kernrohrs 23 gewickelt. In dem Hauptluftverdichter (3 in Figur 1 B) verdichtete, heiße Einsatzluft 4 strömt von unten in den Behälter ein und streicht an dem ersten Bündel 21 und an dem zweiten Bündel 22 vorbei und wird dabei abgekühlt. Der vorgekühlte Einsatzluftstrom 304 wird am Kopf des Behälters 20 abgezogen.
Am oberen Ende des zweiten Bündels 22 wird Kaltwasser 10 als "zweites Kühlfluid" ins Innere der Rohre eingeleitet. Das am unteren Ende des zweiten Bündels austretende angewärmte zweite Kühlfluid wird in einem Sammler zusammengeführt, mit
Kühlwasser 412 vermischt und über einen Verteiler den oberen Enden der Rohre des ersten Bündels 21 als "erstes Kühlfluid" zugeführt. (Sammler und Verteiler sind in der schematischen Zeichnung von Figur 2 nicht dargestellt.) Das aus dem unteren Ende des ersten Bündels 21 austretende Wasser 413 wird aus dem Behälter 20 abgeführt und vorzugsweise mindestens zum Teil in einen Kühlturm eingeleitet. Das in dem Kühlturm gekühlte Wasser kann einerseits direkt das Kühlwasser liefern; andererseits kann ein Teil des im Kühlturm gekühlten Wasser in einen Verdunstungskühler eingeleitet werden, um den Kaltwasserstrom zu erzeugen.
In einem konkreten Zahlenbeispiel herrschen die folgenden Temperaturen:
100 °C in dem in den Behälter 20 einströmenden Einsatzluftstrom 4
1 1 °C in dem aus dem Behälter 20 ausströmenden Einsatzluftstrom 304
7°C in dem in den Behälter 20 einströmenden Kaltwasserstrom 10
17°C in dem in den Behälter 20 einströmenden Kühlwasserstrom 4 2
27°C in dem aus dem Behälter 20 ausströmenden Wasserstrom 413

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Erzeugung eines verdichteten Gasstroms (304, 5), bei dem der Gasstrom (1) in einem ein- oder mehrstufigen Gasverdichter (3) verdichtet und anschließend in einer Kühleinheit mindestens ein Teil der im Gasverdichter entstandenen Kompressionswärme entfernt wird, wobei die Kühleinheit
- eine erste Wärmetauschstufe, welche Abkühlpassagen und Anwärmpassagen aufweist, und
- eine zweite Wärmetauschstufe, welche Abkühlpassagen und Anwärmpassagen aufweist,
umfasst, und wobei bei dem Verfahren
- der verdichtete Gasstrom in der ersten Wärmetauschstufe in indirekten
Wärmeaustausch mit einem ersten Kühlfluid (412) gebracht wird, das unter einer ersten Temperatur in die erste Wärmetauschstufe eingeführt wird, und
- der aus der ersten Wärmetauschstufe austretende Gasstrom in der zweiten Wärmetauschstufe in indirekten Wärmeaustausch mit einem zweiten Kühlfluid (10) gebracht wird, das unter einer zweiten Temperatur in die zweite
Wärmetauschstufe eingeführt wird, die niedriger als die erste Temperatur ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- die erste und die zweite Wärmetauschstufe durch ein erstes und ein zweites
Bündel (21 , 22) schraubenförmig gewickelter Rohre gebildet wird und
- das erste und dass zweite Bündel (21 , 22) in einem gemeinsamen Behälter (20) angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Bündel (21 , 22) ein gemeinsames Kernrohr (23) aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kühlfluid stromabwärts seiner Anwärmung in der zweiten Wärmetauschstufe in die erste Wärmetauschstufe eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Kühlfluid jeweils durch das Innere der Rohre des ersten und des zweiten Bündels (21 , 22) geleitet wird. Vorrichtung zur Erzeugung eines verdichteten Gasstroms mit
- einem ein- oder mehrstufigen Gasverdichter (3) und
- einer Kühleinheit zum Entfernen mindestens eines Teils der im Gasverdichter entstandenen Kompressionswärme, wobei die Kühleinheit
- eine erste Wärmetauschstufe, welche Abkühlpassagen und Anwärmpassagen aufweist, und
- eine zweite Wärmetauschstufe, welche Abkühlpassagen und Anwärmpassagen aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die erste und die zweite Wärmetauschstufe durch ein erstes und ein zweites
Bündel (21 , 22) schraubenförmig gewickelter Rohre gebildet wird,
- das erste und dass zweite Bündel (21 , 22) in einem gemeinsamen Behälter (23) angeordnet sind und
- die Rohre des ersten und des zweiten Bündels auf ein gemeinsames Kernrohr
(23) gewickelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Mittel zum Einleiten des aus der zweiten Wärmetauschstufe austretenden zweiten Kühlfluids in die erste Wärmetauschstufe.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch Mittel zum Einleiten des ersten Kühlfluids in das Innere der Rohre des ersten Bündels (21) und zum durch Mittel zum Einleiten des zweiten Kühlfluids in das Innere der Rohre des zweiten Bündels (22).
Verfahren zur Tieftemperatur-Zerlegung, bei dem ein verdichteter Einsatzluftstrom in einer Reinigungseinheit gereinigt, in einem Hauptwärmetauscher auf
Tieftemperatur abgekühlt und in ein Destillationssäulen-System eingeleitet wird und Destillationssäulen-System mindestens ein stickstoffangereicherter Strom und mindestens einen sauerstoffangereicherter Strom entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die verdichtete Einsatzluft durch ein Verfahren gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 4 erzeugt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzluftstrom in dem Gasverdichter auf einen Druck von mehr als 10 bar, insbesondere mehr als 13 bar, insbesondere mehr als 17 bar verdichtet wird.
10. Vorrichtung zur Tieftemperatur-Zerlegung von Luft mit einer Vorrichtung zur
Erzeugung eines verdichteten Einsatzluftstroms, einer Reinigungseinheit zum Reinigen des verdichteten Gasstroms und einem Hauptwärmetauscher zur Abkühlung des verdichteten Einsatzluftstroms auf Tieftemperatur und einem Destillationssäulen-System zur Zerlegung der abgekühlten Einsatzluft in mindestens einen stickstoffangereicherten Strom und mindestens einen sauerstoffangereicherten Strom, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Erzeugung verdichteter Einsatzluft als Vorrichtung nach einem der
Patentansprüche 5 bis 7 ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasverdichter zur Erzeugung des verdichteten Einsatzluftstroms auf einen Austrittsdruck von mehr als 10 bar, insbesondere mehr als 13 bar, insbesondere mehr als 17 bar ausgelegt ist.
PCT/EP2014/001836 2013-07-09 2014-07-03 Verfahren und vorrichtung zur erzeugung eines verdichteten gasstroms und verfahren und vorrichtung zur tieftemperatur-zerlegung von luft WO2015003785A1 (de)

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