WO2016015850A1 - Gewinnung eines luftprodukts in einer luftzerlegungsanlage mit kältespeichereinheit - Google Patents

Gewinnung eines luftprodukts in einer luftzerlegungsanlage mit kältespeichereinheit Download PDF

Info

Publication number
WO2016015850A1
WO2016015850A1 PCT/EP2015/001519 EP2015001519W WO2016015850A1 WO 2016015850 A1 WO2016015850 A1 WO 2016015850A1 EP 2015001519 W EP2015001519 W EP 2015001519W WO 2016015850 A1 WO2016015850 A1 WO 2016015850A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
air
amount
liquid
storage unit
cold storage
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/001519
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Alekseev
Original Assignee
Linde Aktiengesellschaft
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 Aktiengesellschaft filed Critical Linde Aktiengesellschaft
Priority to CN201580049839.7A priority Critical patent/CN107076511A/zh
Priority to EP15741735.3A priority patent/EP3175191A1/de
Priority to US15/328,117 priority patent/US20170211882A1/en
Publication of WO2016015850A1 publication Critical patent/WO2016015850A1/de

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
    • F25J3/04078—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
    • F25J3/04084—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression 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
    • F25J3/04763—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
    • 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
    • F25J3/04024—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 purified feed air, so-called boosted 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
    • F25J3/04078—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
    • F25J3/0409—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression of oxygen
    • 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
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/04218—Parallel arrangement of the main heat exchange line in cores having different functions, e.g. in low pressure and high pressure cores
    • F25J3/04224—Cores associated with a liquefaction or refrigeration cycle
    • 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
    • F25J3/0429—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 of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
    • F25J3/04296—Claude expansion, i.e. expanded into the main or 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
    • F25J3/04248—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
    • F25J3/0429—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 of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
    • F25J3/04303—Lachmann expansion, i.e. expanded into oxygen producing or low 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
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F25J3/04387—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using liquid or hydraulic turbine expansion
    • 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
    • F25J3/04472—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 the cold from cryogenic liquids produced within the air fractionation unit and stored in internal or intermediate storages
    • F25J3/04496—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 the cold from cryogenic liquids produced within the air fractionation unit and stored in internal or intermediate storages for compensating variable air feed or variable product demand by alternating between periods of liquid storage and liquid assist
    • 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
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/24—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using regenerators, cold accumulators or reversible heat exchangers
    • 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
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/06—Splitting of the feed stream, e.g. for treating or cooling in different ways
    • 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
    • F25J2230/30—Compression of the feed 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
    • 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
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/02—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams using a pump in general or hydrostatic pressure increase
    • 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
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/42—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid 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
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/50—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being oxygen
    • 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
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F25J2240/10—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream 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
    • 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
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/42—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream 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
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/02—Internal refrigeration with liquid vaporising loop
    • 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
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/08—Internal refrigeration by flash gas recovery loop
    • 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
    • F25J2280/00—Control of the process or apparatus
    • F25J2280/02—Control in general, load changes, different modes ("runs"), measurements

Definitions

  • the invention relates to a method for obtaining an air product in one
  • Air separation plant and a corresponding air separation plant according to the independent claims.
  • Air separation plants have distillation column systems, which can be designed, for example, as two-column systems, in particular as classic Linde double-column systems, but also as triple or square column systems.
  • distillation column systems which can be designed, for example, as two-column systems, in particular as classic Linde double-column systems, but also as triple or square column systems.
  • gaseous oxygen GOX
  • liquid nitrogen LIN
  • Nitrogen, GAN ie the distillation columns for nitrogen-oxygen separation
  • distillation columns can be provided for obtaining further air components, in particular the noble gases krypton, xenon and / or argon.
  • DE 31 39 567 A1 and EP 1 989 400 A1 disclose liquid air or liquid nitrogen for regulating the network and for providing
  • the liquid air or the liquid nitrogen is obtained at times of high electricity supply (hereinafter referred to as excess power periods) in an air separation plant with an integrated condenser or in a dedicated liquefaction plant and stored in a tank system with cryogenic tanks.
  • excess power periods high electricity supply
  • power short periods low power supply
  • the liquid air or the liquid nitrogen from taken from the tank system pressure-increased by a pump and heated to about ambient temperature or higher and thus converted into a gaseous or supercritical state.
  • a pressure flow obtained thereby is stored in an energy storage unit in one expansion turbine or more
  • Generators of the power plant unit converted into electrical energy and fed into an electrical grid.
  • the present invention is less concerned with the field of the mere storage of energy, but seeks to provide an air separation plant in which both
  • a "heat exchanger" serves for the indirect transfer of heat between
  • One Heat exchanger may be formed of a single or a plurality of parallel and / or serially connected heat exchanger sections, for example, from one or more plate heat exchanger blocks. For example, it is a
  • Plate heat exchanger (English: Plate Fin Heat Exchanger).
  • Heat exchanger for example, the "main heat exchanger" a
  • Air separation plant by which the majority of the fluids to be cooled or heated to be cooled or heated, has "passages” formed as separate fluid channels with heat exchange surfaces and parallel and separated by other passages to "passages groups"
  • a "cold storage unit” is used to store the thermal energy in the form of cold, ie heat energy withdrawn
  • Cold storage units for use in the context of the present invention may be constructively similar to the regenerators, as they are known in principle from the field of air separation plants.
  • Regenerators are for example available from F.G. Kerry, Industrial Gas Handbook, CRC Press, 2006, especially sections 2.7, “Kapitza Cycle”, and 4.4.3, "Recovery of Krypton and Xenon”.
  • Regenerators have a suitable for cold storage material, in the simplest case
  • regenerator For example, a riprap, which is traversed during the first period of a cold, especially cryogenic, fluid and thereby cools. During the second period, a corresponding regenerator flows through a warm fluid, which cools down due to the cold stored in the regenerator or transfers its heat to the regenerator.
  • Regenerators can also be used in air separation plants for purifying the air used, in particular carbon dioxide and hydrocarbons, which freeze out in the cooled regenerator or liquefy and are vaporized or sublimated during the heating of the regenerator.
  • Regenerators are typically run in alternating mode in air separation plants of a classical type, wherein in each case a first regenerator or a first group of regenerators is regenerated and a second regenerator or a second group of regenerators is available for cooling or cleaning the feed air.
  • cold storage units can be made similar to the regenerators, in terms of process, however, the differences between these processing units are large. These differences are discussed below: 1.
  • a regenerator has primarily a function of a heat exchanger, it is said to serve to transfer the heat from a warmer flow to a colder flow. In an air separation process, therefore, at least two regenerators are always needed: one passes the warmer power and the other the colder power.
  • Such a regenerator pair can procedurally basically by a single
  • a cold accumulator By contrast, the main function of a cold accumulator is to store the cold for a longer time, for example more than 30 minutes.
  • Cold storage can not be replaced by a heat exchanger.
  • the cold storage is used regularly as a single cold storage. If the cold storage is not in operation, the
  • Air separation plant continue to run trouble-free.
  • a regenerator basically has only two operating phases:
  • a cold gas portion is passed through the regenerator and warmed up here (the regenerator cooled), usually less than ten minutes.
  • regenerator is flowed through by the hot gas in the opposite direction, which is thereby cooled (the regenerator warmed), usually less than ten minutes.
  • a cold storage has at least three operating phases:
  • the cold storage is flowed through by a warm gas and warmed (the gas is cooled); It usually takes more than an hour - Thereafter, a rest phase may follow, which may take several hours and in which the cold storage is not flowed through.
  • thermodynamic parameters are different:
  • the average local temperature change in a regenerator is less than 10 K.
  • a cold storage is warmed in the interior on average by about 50 K, at least 30 K or cooled.
  • Cold storage can also include, for example, corrugated aluminum sheets or channeled concrete blocks (in air separation plants unusual, but possible) similar to heat storage.
  • heat storage are extensively described in the relevant literature.
  • storage media are, for example, as mentioned, stone and concrete, but also bricks, cheap produced ceramics or cast iron.
  • earth, gravel, sand and / or gravel are also used.
  • common wave can be coupled to other expansion turbines or energy converters such as oil brakes, generators or compressors is set up to relax a gaseous or at least partially liquid stream.
  • expansion turbines can be used in the present
  • Invention be designed as turboexpander. If a compressor is driven by one or more expansion turbines, but without externally, for example by means of an electric motor, supplied energy, the term “turbine-driven” compressor or alternatively “booster” is used. Arrangements of turbine-driven compressors and expansion turbines are also referred to as “booster turbines”.
  • An "air product” is any product that can be produced, at least by compressing and cooling air, and in particular, but not necessarily, by subsequent cryogenic rectification.
  • these may be liquid or gaseous oxygen (LOX, GOX), liquid or gaseous nitrogen (LIN, GAN), liquid or gaseous argon (LAR, GAR), liquid or gaseous xenon, liquid or gaseous krypton, liquid or gaseous neon , liquid or gaseous helium, etc., but also for example Liquid air (LAIR).
  • oxygen oxygen
  • nitrogen nitrogen
  • nitrogen also refer in each case to cryogenic liquids or gases which have the respectively-named air component in an amount which is above that atmospheric air. It does not have to be pure liquids or gases with high contents.
  • an "air product” is also understood to mean a corresponding fluid which is finally discharged from the air separation plant, that is no longer for relaxation, evaporation,
  • Liquefaction, compression, etc. is used in the air separation plant or subjected to a corresponding step.
  • an intermediate product is in particular a cryogenic liquid made from air, which is subjected to liquid pressure as part of an internal compaction process and then into a main heat exchanger
  • Air separation plant is heated. Air separation plants can, as mentioned above, with so-called
  • Internal compression can be operated.
  • a liquid supplied to pressure is heated and thereby transferred from the liquid to the gaseous supercritical state, depending on what pressure was applied to the liquid stream.
  • liquefaction is used for the transfer from the liquid to the supercritical or gaseous state.
  • the present invention is based on a method for producing an air product in an air separation plant in which feed air which is compressed in a total of a main air compressor and then to a part in a secondary compressor is recompressed, cooled and then completely or partially in a
  • Main air compressor be compressed feed air, but it may also be provided, only a portion of compressed in the main air compressor feed air in the
  • the method comprises three operating modes, wherein the first operating mode during the above-mentioned power surplus periods, the second operating mode during the periods of normal power consumption and the third operating mode is performed during the above-described power shortage periods.
  • the first operating mode during the above-mentioned power surplus periods
  • the second operating mode during the periods of normal power consumption
  • the third operating mode is performed during the above-described power shortage periods.
  • other modes of operation may be provided as well
  • the liquid intermediate may be, in particular, liquid nitrogen, liquid oxygen and / or liquid argon, ie fluids which can be used, for example, in an internal compression process to provide corresponding gaseous printed products.
  • Intermediate liquid product can also serve liquid air.
  • a corresponding amount can be withdrawn before the distillation system from the so-called throttling flow or removed from the distillation column system at one or more corresponding points of the low-pressure or high-pressure column.
  • a portion of the intermediate quantity is stored liquid in a storage amount in a liquid storage unit, another portion can be delivered as a product to customers, and another portion in a first amount of product in the main heat exchanger can be heated under pressure and provided as the air product to be produced. The heating in the main heat exchanger takes place under pressure thereby advantageously under liquefaction in the context of a
  • the liquid storage unit used advantageously comprises one or more storage tanks for the liquid intermediate (s). It should be emphasized that the method according to the invention is not limited to the production of a single intermediate product, the method may also include the production of several intermediates and their storage and / or provision as air products. The invention will be described below with reference to only one intermediate product or only one corresponding air product.
  • the liquid is stored and stored in the liquid storage unit, basically without changing the liquid level by adding or subtracting liquid intermediate. (By derogation from this principle, at most a part of the stored
  • Liquid can be withdrawn directly as a liquid product, if there is currently a need for this.)
  • the air separation plant runs in normal operation.
  • the cold storage is not flowed through.
  • the feed air is fed in a third Heileinspeisemengege in the distillation column system and in this, again under
  • the liquid storage unit stored in the first operation mode becomes one of the liquid storage unit
  • the total amount forms a third amount of product which is heated in the main heat exchanger under pressure and provided as the air product.
  • Liquid storage unit is removed and first in the column system is returned and there with the third intermediate quantity to one
  • the operating modes 1 and 3 thus differ in particular in that, in the first operating mode, a corresponding liquid intermediate product is stored in the liquid storage unit and this is removed again from the liquid storage unit in the third operating mode. While in the first operating mode, a corresponding liquid intermediate product is stored in the liquid storage unit and this is removed again from the liquid storage unit in the third operating mode. While in the first operating mode, a corresponding liquid intermediate product is stored in the liquid storage unit and this is removed again from the liquid storage unit in the third operating mode. While in the first operating mode, a corresponding liquid intermediate product is stored in the liquid storage unit and this is removed again from the liquid storage unit in the third operating mode. While in the first operating mode, a corresponding liquid intermediate product is stored in the liquid storage unit and this is removed again from the liquid storage unit in the third operating mode. While in the first operating mode, a corresponding liquid intermediate product is stored in the liquid storage unit and this is removed again from the liquid storage unit in the third operating mode. While in the first operating mode, a corresponding liquid intermediate product is stored in the liquid storage
  • Liquid storage unit is balanced. This allows the
  • the inventive method is thus characterized by the fact that the first Lufteinspeisemenge greater than the second Heileinspeisemenge and the second Heileinspeisemenge is greater than the third Heileinspeisemenge.
  • According to the invention is also in the first mode of operation of the feed air heat under both
  • the present invention thus provides, the
  • Cold storage unit cooled and cooled in the third mode of operation the cold storage unit by means of excess cold available.
  • the cold is therefore present in excess in the third operating mode, because the air separation plant as a whole advantageously the same or comparable amounts of air products are removed and thus the same or a comparable amount of refrigerant is present.
  • the Lufteinspeisemenge is lower in the third mode of operation.
  • An essential aspect of the invention is that the first and the third product quantities in the first and the third operating mode, although passed through the main heat exchanger, but not through the cold storage unit.
  • inventive method offers the particular advantage of a constant production quantity, but still a targeted adaptation to the current Stromg. Energy tariff allows.
  • the measures according to the invention therefore develop their advantages in particular if the first product quantity does not differ from the third product quantity.
  • the difference existing in the context of the present invention advantageously relates only to the quantities fed in: In the third operating mode, a significantly smaller quantity of air feed into the distillation column system is required and the refrigeration requirement is correspondingly lower. In the first operating mode, the Heileinspeisemenge corresponding larger, so that a correspondingly larger
  • Refrigeration demand is present.
  • the corresponding excess of cold in the third operating mode or the greater refrigeration demand in the first operating mode is compensated by the cold storage unit provided in addition to the main heat exchanger.
  • the extraction of the heat using the cold storage unit in the first mode of operation does not have to be done directly, ie the feed air does not necessarily need by itself Cold storage unit to be performed. Rather, it is also possible to pass other streams through the cold storage unit, transfer their heat to the cold storage unit, and then pass them through the main heat exchanger. Is in the context of this application of a "crowd" the speech, be under
  • the present invention allows the first amount of air feed to be at least 20% greater than the third amount of air feed and the first
  • the first and third product quantities are preferably the same or different by less than 5%.
  • Air product which is composed of the third intermediate amount and the withdrawal amount can transfer.
  • Internal compression method required throttling flow ie a compressed air flow, which is provided at high pressure and performed under at least partial liquefaction by the main heat exchanger to transfer heat to the liquefaction to a correspondingly pressurized liquid stream can be significantly reduced in this way.
  • Liquid storage unit cold is available. In this way, a reduction of a turbine flow, possibly to a minimum value or zero, allows, as also explained in detail in the description of the figures.
  • the present invention in the third mode of operation performed during the low power periods, allows for the turbine flow to be provided
  • a corresponding booster or corresponding stages of such a booster can be operated at minimum speed, which reduces the power consumption.
  • the inductor current can, as also explained in the figures, be reduced accordingly.
  • the amount of throttle flow and the amount of turbine flow after decompression are fed into the distillation column system as part of the air feed rate, but it may also be contemplated to exhaust portions thereof, for example into the atmosphere, for regeneration purposes, etc.
  • the invention can also be used in a process in which part of the feed air that is not compressed in the after-compressor is expanded via an expansion turbine into a low-pressure column of the distillation column system.
  • Methods may include, for example, feed corresponding feed air by means of a so-called injection turbine in the low-pressure column.
  • the cold storage unit used in the context of the present invention comprises at least one cold storage, which is designed as explained above.
  • the context of the invention can also be provided to use a plurality of cold storage, one of which is the actual
  • Main heat exchanger is used, so to compensate for excess or reduced heat or cold amounts and / or to influence the
  • the cooling of the cold storage unit in particular a cold storage unit with at least one cold storage, can in the third operating mode
  • cryogenic gas product in particular so-called impure nitrogen
  • a cryogenic gas product that is not provided in the form of the first or third product, but an additional product.
  • Another portion of the cryogenic gas product can be passed through the main heat exchanger and there cool countercurrently further streams or portions of the feed air. The cryogenic gas product becomes
  • cryogenic gas product which is guided in the third operating mode to a proportion in a low-temperature state for cooling the cold storage unit through the latter, in the first operating mode completely in the
  • Main heat exchanger to be heated, wherein a portion of the heated gas product for heating the cold storage unit is passed through them.
  • This variant of the The process according to the invention can be carried out in particular by forming a
  • Recycled stream are diverted at the warm end of the main heat exchanger of a corresponding heated gas product, through the
  • a corresponding pump or a compressor with an aftercooler can be used.
  • the illustrated variant of the invention can be used.
  • Method has the advantage that both for cooling and for heating the cold storage unit, a medium can be used that on a
  • the feed air in the first operating mode of the feed air to lead a portion for cooling by the cold storage unit and a portion for cooling through at least a portion of the main heat exchanger.
  • Corresponding air is compressed at least to a pressure of a high pressure column of a corresponding distillation column system, which is for example 6 bar.
  • Cold storage unit and the one or more built-in cold storage must therefore be designed for appropriate pressures.
  • Feed air can be diverted, returned through the cold storage unit and passed to the warm end of the main heat exchanger, where it is reunited with the feed air. In this way, a proportion of the cooled feed air is always used for cooling the cold storage unit. Also in this case, a corresponding fan can be used.
  • the method according to the invention makes it possible in the first and in the third Operating mode correspondingly higher compressed air to pass through the cold storage, which in this case only for operation at one, but higher pressure, for example, 6 bar, must be designed.
  • it can also be provided to guide the entire feed air in the third operating mode through at least one section of the main heat exchanger and to cool the cold store with another fluid, as already mentioned.
  • An air separation plant according to the invention for producing an air product is adapted to compress feed air in total in a main air compressor and then recompress to a part in a booster and to cool the feed air and then feed wholly or partly into a distillation column system, means are provided which are set up for it in a first operating mode to feed the feed air in a first Beereinspeisemengege in the distillation column system and in this using the
  • the air separation plant is set up for the first
  • a corresponding air separation plant advantageously comprises means set up for carrying out a method in any of the embodiments of the invention explained above and below.
  • FIG. 1 shows a non-inventive air separation plant in the form of a process flow diagram.
  • FIGS. 2A to 2C show an air separation plant in the form of
  • FIGS. 3A to 3C show an air separation plant according to an embodiment of the invention in the form of process flow diagrams.
  • FIGS. 4A to 4C show an air separation plant according to an embodiment of the invention in the form of process flow diagrams.
  • FIGS. 5A to 5C show an air separation plant according to an embodiment of the invention in the form of process flow diagrams.
  • FIGS. 6A to 6C show an air separation plant according to an embodiment of the invention in the form of process flow diagrams.
  • corresponding elements are given identical reference numerals and will not be explained repeatedly for the sake of clarity. Detailed description of the drawings
  • FIG. 1 shows an air separation plant in the form of a simplified, schematic process flow diagram.
  • the air separation plant includes a
  • feed air in the form of a flow a via a simplified main air compressor 1 1 (English: Main Air
  • Compressor MAC
  • MAC Compressor
  • a partial flow b (FEED) of the compressed, cooled and purified stream a is supplied to a main heat exchanger 14 on the hot side and cold side thereof
  • booster compressor 15 boost air compressor, BAC
  • a partial flow d (JT-AIR, so-called throttle flow) of the partial flow c is recompressed in the after-compressor to a Nachverêtrenddruck warm supplied to the main heat exchanger 14 and this cold side removed.
  • a further partial flow e (TURB, so-called turbine flow) of the partial flow c is, however, the densifier 15 at a Nachverêtr composed horr further compressed in a turbine-driven compressor 6 (booster), warm side fed to the main heat exchanger 14, this taken at an intermediate temperature and in one with the turbine-driven Compressor 16 coupled expansion turbine relaxes.
  • the turbine stream e is in the example with the
  • Partial stream b to a collective flow f (here also referred to as FEED) united.
  • the invention may be used in an air separation plant of the specific embodiment illustrated herein, but it is also suitable
  • Reactor current d correlates, in simplified terms, with the amount of
  • the collecting stream f (FEED) is fed into the lower region of a high-pressure column 21, which is formed as part of a double column and with a low-pressure column 22 via a main condenser 23 in FIG
  • a liquid, oxygen-enriched bottom product is obtained, which withdrawn from the bottom of the high-pressure column 21 as stream g, passed through a supercooling countercurrent 25 and at an appropriate height in the
  • Low pressure column 22 is fed.
  • a gaseous, nitrogen-rich overhead product is obtained which can be withdrawn from the top of the high-pressure column 21 and fed to the plant limit as a gaseous nitrogen pressure product (PGAN).
  • GPN gaseous nitrogen pressure product
  • High-pressure column 21 withdrawn gaseous, nitrogen-rich overhead product is liquefied in the main condenser 23, fed back to the high pressure column 21 in a proportion, passed to the plant boundary as a liquid nitrogen pressure product (PLIN) or stored in liquid form, to a proportion as a stream h passed through the subcooling countercurrent 25 and fed as reflux to the low pressure column 22, and a proportion as a current i by means of a Pump 26 liquid pressure increased (this is the mentioned internal compression).
  • PLIN liquid nitrogen pressure product
  • the current i (ICLIN) is divided into two partial streams in the
  • Main heat exchanger 14 is liquefied and in the form of two gaseous
  • ICGAN1, ICGAN2, here referred to as internal compression products Pressure nitrogen products (ICGAN1, ICGAN2, here referred to as internal compression products) at different pressure levels led to the plant boundary.
  • the division into two partial streams before the liquefaction in the main heat exchanger 14 is not mandatory, it can also only a corresponding
  • a liquid, oxygen-rich bottom product is obtained as an intermediate, which is withdrawn from the bottom of the low-pressure column 22, which also represents the evaporation space of the main condenser 23, as a current m1.
  • a first part thereof is liquid-pressure-increased in the form of a stream m2 by means of a pump 28 (again internal compression).
  • the stream m2 (ICLOX) is in the example shown after division into two streams in the main heat exchanger 14 and liquefied in the form of gaseous pressure oxygen products (HP-GOX, MP-GOX, in turn, internal compaction products) at different pressure levels to the plant boundary. Again, the split is in two
  • Partial streams prior to the desuperheating in the main heat exchanger 14 is not required, it can also be formed only a réelleverdichtungswhichever is not required, it can also be formed only a réelleverdichtungswhichever is not required, it can also be formed only a réelleverdichtungswhichever is not required, it can also be formed only a réelleverdichtungswhichever is not required, it can also be formed only a réelleverdichtungswhichever is not required, it can also be formed only a réelleverdichtungswhichever.
  • a second part of the bottom product m1 is connected via line m3 in a
  • Liquid oxygen tank 27 initiated. It can be wholly or partially liquid
  • Oxygen product (LOX) are led to the plant boundary. The rest is stored in liquid form. If necessary, a portion of the tank contents via pump 121 and line 120 are fed back into the bottom of the low-pressure column 22. In the low-pressure column 22, a gaseous, nitrogen-rich top product is further obtained, which is subtracted in the form of the current n (GAN) from the head of the high-pressure column 22, passed through the subcooling countercurrent 25, in the
  • Main heat exchanger 14 can be heated and fed to the plant boundary. From the head of the low pressure column 22 and from there arranged
  • Liquid retention device may be a liquid, nitrogen-rich stream o
  • An impure nitrogen product (UN2) can be taken as stream p from the
  • REST residual gas
  • a portion 130 of the liquid air in line k is introduced into a liquid-air tank 44.
  • liquid air 134 from the low pressure column 22 may be directed into the liquid air tank 44.
  • the liquid air can be introduced via a pump 131 and line 133 into the low-pressure column 22.
  • the nitrogen-rich liquid of the current i (ICLIN) from the high pressure column 21 or more precisely from the liquefaction space of the main condenser 23 is internally compressed and in the main heat exchanger 14 to the
  • ICGAN1 and ICGAN2 evaporate (degasified).
  • Low-pressure column 22 is internally compressed and vaporized in the main heat exchanger 14 to the internal compression products HP-GOX and MP-GOX. 3.
  • an air separation plant can also produce other liquid intermediates from air, which (in the same way,
  • FIGS. 2A to 2C show an air separation plant in the form of simplified process flow diagrams which show three operating modes.
  • the air separation plant shown in each case comprises the previously explained
  • Rectification unit 20 Both are shown greatly simplified.
  • FIGS. 2A to 2C only show a selection of the currents a to p shown in FIG. 1, namely the partial flow b (FEED), the throttle flow d (JT-AIR), the turbine flow e (TURB, not here with the partial flow b combined to the collection stream f), the internally compressed stream m (ICLOX, here in the
  • Main heat exchanger 14 only to a single internal compaction product, HP-GOX, vaporized) and the current p (UN2, REST).
  • the air separation plant shown in FIGS. 2A to 2C further comprises a cold storage unit 30 with one or more cold storage 31 and a cold storage unit 30
  • Liquid storage unit 40 with one or more storage tanks 41 to 44, for example, a liquid oxygen tank 41, a liquid nitrogen tank 42, a liquid argon tank 43 and / or a liquid air tank 44. Not all of
  • Storage tanks 41 to 44 must be present.
  • Second mode - cold storage is not charged or discharged
  • the operating mode shown in Figure 2A corresponds to the normal operation of a conventional, not according to the invention air separation plant. Regardless of the actual storage operation, the liquid storage unit can be removed in the third (as in any other) operating mode liquid as an end product, if there is a need for it.
  • an air separation plant is designed to handle around 40,000
  • the amount of turbine flow e (TURB), denoted by E in FIG. 2A, can be assumed to be approximately 65,000 standard cubic meters per hour, for example.
  • the air quantity to be fed into the after-compressor 15 (after-compressor amount) of the partial flow c (from which the turbine flow d and the throttle flow e are formed, see FIG. 1) therefore corresponds to D + E in this case, ie amounts to approximately 140,000 Standard cubic meters per hour.
  • the amount B of the stream b depends directly on the amount of air products to be produced and is for example about 60 000 standard cubic meters per hour.
  • the cold storage 31 of the cold storage unit 30 must be in a heated state and in one or more storage tanks 41 to 44 of the
  • Liquid storage unit 40 a liquid intermediate must be stored.
  • the required heating of the cold accumulator 31 of the cold storage unit 30 and the likewise required storage of the liquid intermediate in one or more storage tanks 41 to 44 of the liquid storage unit 40 takes place in the (first) operating mode explained below with reference to FIG.
  • the air separation plant can also be operated using any other liquid intermediates.
  • the air separation plant is operated and supplies corresponding consumers, in addition to the
  • Liquid oxygen tank 41 taken from liquid oxygen in the form of a stream q in a withdrawal amount Q. However, no liquid intermediates are stored anymore.
  • the air separation plant or the rectification unit 20 itself can Amount of liquid oxygen can be reduced as an intermediate to the removal amount Q from the liquid oxygen tank 41. If the withdrawal quantity Q is, for example, 10,000 standard cubic meters per hour, the air separation plant or rectification unit 20 must therefore be during the one shown in FIG. 2B
  • the air of the flow a (AIR) to be compressed by the main air compressor 11 is also reduced by approximately 25%, ie. of about 200 000
  • Standard cubic meters per hour (see explanation for Figure 2A) to about 150 000 standard cubic meters per hour. This reduces the power consumption for the
  • the air to be compressed by the after-compressor 15 of the partial flow c is reduced by approximately 8%, ie by approximately 140,000 standard cubic meters per hour (see FIG Explanatory notes to Figure 2A) to about 128 500 standard cubic meters per hour. This also reduces the power consumption for the booster 15 by about 8%.
  • Cold storage 31 of the cold storage unit 30 are in a cooled state and in one or more storage tanks 41 to 44 of the liquid storage unit 40 must have capacity for storing a corresponding intermediate liquid product.
  • the cooling of the cold storage 31 of the cold storage unit 30 and the removal of a liquid intermediate from one or more storage tanks 41 to 44 of the liquid storage unit 40 has been explained to the third operation mode shown in FIG. 2B in low-power periods.
  • the air separation plant also here continues to provide the same amount M of internal compaction products as in the operating mode according to FIGS. 2A and 2B, for example the approx. 40,000 standard cubic meters per hour mentioned in the above example, but at the same time a storage amount S of, for example, approx. 10 000 standard cubic meters per hour of a generated intermediate product in the form of the current s in the liquid oxygen tank 41 is to be stored, the amount of the intermediate product formed in the air separation plant must be increased accordingly to about 50 000 standard cubic meters per hour. The amount of air fed into the rectification unit or distillation column system increases.
  • the air of the flow a (AIR) to be compressed in this case by the main air compressor 1 increases accordingly, in the example from approximately 200,000 standard cubic meters per hour (see explanations to FIG. 2A) to approximately 250,000 standard cubic meters per hour and thus by about 25%. The same applies to the power consumption.
  • AIR air of the flow a
  • FIGS. 2B and 2C Power consumption achieved.
  • a liquid intermediate product is stored which is used in the third operating mode according to FIG. 2B.
  • the operating modes shown in FIGS. 2B and 2C can be realized without providing complicated additional machines, merely by using simple cold storage.
  • Main compressor or the compressor to be compressed air quantities and the amount of turbine flow, which are each expressed in standard cubic meters per hour. The resulting differences between the respective minimum and maximum
  • the cold storage unit 30 used here or the cold storage unit (s) used in the cold storage unit 30 must be operable under the pressure of the throttle flow d.
  • designed for corresponding pressures high pressure vessel must be provided, which may prove to be expensive.
  • FIGS. 3A to 3C show an air separation plant according to an embodiment of the invention in the form of simplified process flow diagrams, again showing the three operating modes.
  • FIG. 3A illustrates normal operation without storage or removal of liquid storage products
  • FIG. 3B a third operation mode performed during power short periods and taking a liquid intermediate from liquid storage unit 40 and liquid tank 41, respectively
  • FIG first mode of operation which is performed during excess flow periods and with storage of a liquid intermediate in the liquid storage unit 40 and the liquid tank 41, respectively.
  • the cold storage unit 30 is illustrated here with two cold storage 33 and 34, which are each charged with partial flows.
  • the cold storage 34 is flowed through with streams which are passed before and then through the main heat exchanger 14.
  • the provision of the cold accumulator 34 serves to balance the
  • the two cold accumulators 33 and 34 are formed according to the one shown in FIG. 3B
  • Operation mode according to Figure 3B additionally available evaporation capacity of the main heat exchanger 14 are used for this purpose.
  • the amount D of the throttle current d (JT-AIR) can be reduced accordingly, for example by about 15,000 Standard cubic meter per hour, when through the cold storage 33 about 12 000 standard cubic meters per hour and through the cold storage 34 about 10 000
  • Liquid tank 41 of the liquid storage unit 40 taken and not in the
  • Rectification unit 20 itself is generated, reduces the amount of the compressed air to be compressed by the main air compressor 2 in the form of the flow a as explained to Figure 2B.
  • the same amount M of internally-compressed liquid intermediate is again provided and vaporized in the main heat exchanger 14 to the corresponding air product.
  • a storage amount S of a liquid intermediate product in the form of the flow s in the liquid tank 41 provided by the rectification unit 20 becomes
  • Liquid storage unit 40 is stored. This means that in the first
  • Evaporation capacity of the main heat exchanger 14 increases accordingly. This required increased evaporation capacity is covered by the provision of a correspondingly increased amount D of the throttle current d (JT-AIR). This also increases the required power of the booster 15 in
  • Figure 3C shown the first mode of operation of the current b with a correspondingly high pressure, namely at the pressure level of the high-pressure column, for example, 6 bar, passed through the cold storage 33 and 34.
  • a correspondingly high pressure namely at the pressure level of the high-pressure column, for example, 6 bar
  • the cold storage 33 and 34 must be designed for the correspondingly higher pressure level, so they are cold storage, which must be set up for both low-level operation and high-level operation.
  • FIGS. 4A to 4C an air separation plant according to an embodiment of the invention is shown in the form of simplified process flow diagrams which again show the three modes of operation mentioned.
  • FIG. 4A illustrates a normal operation without storage or removal of liquid intermediates
  • FIG. 4B a third mode of operation performed during power short periods and taking a liquid intermediate from the liquid storage unit 40 and the liquid tank 41, respectively
  • FIG. 4C first mode of operation, which is performed during excess flow periods and with storage of a liquid intermediate in the liquid storage unit 40 and the liquid tank 41, respectively.
  • the third operating mode shown in FIG. 4B corresponds to that in FIG. 3B
  • a current p (UN2, impure nitrogen) is partially passed through the main heat exchanger 14 and partially through the cold storage 33 and 34 of the cold storage unit 30.
  • the current p (UN2, impure nitrogen) is also used for heating the cold stores 33 and 34 of the cold storage unit 30.
  • the current p is in part compressed by means of a fan unit 35 warm side of the main heat exchanger 14 and passed through the cold storage 33 and 34 of the cold storage unit 30.
  • Correspondingly cooled streams are combined on the cold side of the main heat exchanger 14 with the flow p, so that in total an increased evaporation performance in the
  • Main heat exchanger 14 is required. This is again covered by an increase in the amount D of the throttle current d (JT-AIR).
  • FIGS. 5A to 5C show an air separation plant according to an embodiment of the invention in the form of simplified process flow diagrams which again show the three operating modes in the same arrangement.
  • the amount of recycled through the cold storage 33 and 34 air of the current b is for example about 25 000 standard cubic meters per hour.
  • the production amount of the rectification unit 20 is again due to the removal of the removal amount Q of Stream q of the intermediate liquid reduced, so that a correspondingly smaller amount D of the current d is required.
  • the amount M of the internally compressed intermediate (ICOLX) to be evaporated in the form of the current m remains the same, the required evaporation capacity is replaced by the additional
  • the additional amount of cold to supply the hereby larger quantity B of the flow b from the cold storage 33 and 34 of the cold storage unit 30 is covered.
  • FIGS. 6A to 6C show an air separation plant according to an embodiment of the invention in the form of simplified process flow diagrams which again show the three operating modes in the same arrangement. It differs from the preceding exemplary embodiments essentially in that in the first operating mode (FIG. 6C) gaseous pressure oxygen HP-GOX is cooled in the cold storage 33 and in the third operating mode (FIG. 6B) ICLOX is vaporized and heated in the cold storage 31.

Landscapes

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

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Erzeugung eines Luftprodukts in einer Luftzerlegungsanlage, bei dem zumindest in einem Hauptluftverdichter (2) Einsatzluft abgekühlt und in ein Destillationssäulensystem (21, 22) eingespeist wird, vorgeschlagen. Hierbei werden eine Flüssigkeitsspeichereinheit (40) und ein Kältespeicher (31-33) genutzt. In einem ersten Betriebsmodus wird Flüssigkeit in die Flüssigkeitsspeichereinheit (40) eingespeichert und der Kältespeicher angewärmt. In einem dritten Betriebsmodus wird Flüssigkeit ausgespeichert und der Kältespeicher abgekühlt und in einem zweiten Betriebsmodus wird Flüssigkeit weder ein- noch ausgespeichert.

Description

Beschreibung
Gewinnung eines Luftprodukts in einer Luftzerlegungsanlage mit Kältespeichereinheit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines Luftprodukts in einer
Luftzerlegungsanlage und eine entsprechende Luftzerlegungsanlage gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.
Stand der Technik
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. Die vorliegende Erfindung eignet sich in besonderer Weise für Luftzerlegungsanlagen mit Innenverdichtung, wie a.a.O., Abschnitt 2.2.5.2, "Internal Compression", erläutert.
Luftzerlegungsanlagen weisen Destillationssäulensysteme auf, die beispielsweise als Zweisäulensysteme, insbesondere als klassische Linde-Doppelsäulensysteme, aber auch als Drei- oder ehrsäulensysteme ausgebildet sein können. Neben den
Destillationssäulen zur Gewinnung von Stickstoff und/oder Sauerstoff in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand (beispielsweise flüssigem Sauerstoff, LOX,
gasförmigem Sauerstoff, GOX, flüssigem Stickstoff, LIN und/oder gasförmigem
Stickstoff, GAN), also den Destillationssäulen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, können Destillationssäulen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere der Edelgase Krypton, Xenon und/oder Argon, vorgesehen sein.
Beispielsweise aus der DE 31 39 567 A1 und der EP 1 989 400 A1 ist bekannt, Flüssigluft oder Flüssigstickstoff zur Netzregelung und zur Bereitstellung von
Regelleistung in Stromnetzen zu verwenden. Die Flüssigluft oder der Flüssigstickstoff wird zu Zeiten großen Stromangebots (nachfolgend als Stromüberschusszeiträume bezeichnet) in einer Luftzerlegungsanlage mit einem integrierten Verflüssiger oder in einer dezidierten Verflüssigungsanlage gewonnen und in einem Tanksystem mit Tieftemperaturtanks gespeichert. Zu Zeiten geringen Stromangebots (nachfolgend als Strommangelzeiträume bezeichnet) wird die Flüssigluft oder der Flüssigstickstoff aus dem Tanksystem entnommen, mittels einer Pumpe druckerhöht und bis auf etwa Umgebungstemperatur oder höher angewärmt und damit in einen gasförmigen oder überkritischen Zustand überführt. Ein hierdurch erhaltener Druckstrom wird in einer Energiespeichereinheit in einer Entspannungsturbine oder mehreren
Entspannungsturbinen mit Zwischenerwärmung bis auf Umgebungsdruck entspannt. Die dabei freiwerdende mechanische Leistung wird in einem oder mehreren
Generatoren der Kraftwerkseinheit in elektrische Energie umgewandelt und in ein elektrisches Netz eingespeist. Die vorliegende Erfindung betrifft weniger das Gebiet der bloßen Speicherung von Energie, sondern will eine Luftzerlegungsanlage schaffen, in der sowohl in
Stromüberschusszeiträumen als auch in Strommangelzeiträumen Luftprodukte, insbesondere innenverdichteter Druckstickstoff und/oder Drucksauerstoff,
vorteilhafterweise in vergleichbarer Menge, bereitgestellt werden. Gleichzeitig sollen jedoch die geringeren Strompreise in den Stromüberschusszeiträumen genutzt und die höheren Strompreise in den Strommangelzeiträumen vermieden werden.
Offenbarung der Erfindung Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Gewinnung eines Luftprodukts in einer Luftzerlegungsanlage und eine entsprechende Luftzerlegungsanlage gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Vor der Erläuterung der Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deren Grundlagen und die verwendeten Begriffe erläutert. Die erläuterten
Vorrichtungen sind auch in der einschlägigen Fachliteratur, beispielsweise a.a.O., Abschnitt 2.2.5.6, "Apparatus", beschrieben. Sofern die nachfolgenden Definitionen nicht hiervon abweichen, wird zum hier verwendeten Sprachgebrauch ausdrücklich auf die Fachliteratur verwiesen.
Ein "Wärmetauscher" dient zur indirekten Übertragung von Wärme zwischen
zumindest zwei z.B. im Gegenstrom zueinander geführten Strömen, beispielsweise einem warmen Druckluftstrom und einem oder mehreren kalten Strömen oder einem tiefkalten flüssigen Luftprodukt und einem oder mehreren warmen Strömen. Ein Wärmetauscher kann aus einem einzelnen oder mehreren parallel und/oder seriell verbundenen Wärmetauscherabschnitten gebildet sein, z.B. aus einem oder mehreren Plattenwärmetauscherblöcken. Es handelt sich beispielsweise um einen
Plattenwärmetauscher (engl. Plate Fin Heat Exchanger). Ein derartiger
Wärmetauscher, beispielsweise auch der "Hauptwärmetauscher" einer
Luftzerlegungsanlage, durch den der Hauptanteil der abzukühlenden bzw. zu erwärmenden Fluide abgekühlt bzw. erwärmt wird, weist "Passagen" auf, die als voneinander getrennte Fluidkanäle mit Wärmeaustauschflächen ausgebildet und parallel und durch andere Passagen getrennt zu "Passagengruppen"
zusammengeschlossen sind.
Eine„Kältespeichereinheit" dient der Speicherung der thermischen Energie in Form von Kälte, also entzogener Wärmeenergie. Insbesondere können
Kältespeichereinheiten zum Einsatz im Rahmen der vorliegenden Erfindung konstruktiv ähnlich den Regeneratoren ausgebildet sein, wie sie grundsätzlich aus dem Bereich der Luftzerlegungsanlagen bekannt sind. Regeneratoren sind beispielsweise bei F.G. Kerry, Industrial Gas Handbook, CRC Press, 2006, insbesondere Abschnitte 2.7, "Kapitza Cycle", und 4.4.3, "Recovery of Krypton and Xenon", erläutert. Regeneratoren weisen ein zur Kältespeicherung geeignetes Material, im einfachsten Fall
beispielsweise eine Steinschüttung, auf, die während des ersten Zeitraums von einem kalten, insbesondere tiefkalten, Fluid durchströmt wird und sich hierdurch abkühlt. Während des zweiten Zeitraums wird ein entsprechender Regenerator von einem warmen Fluid durchströmt, das sich aufgrund der in dem Regenerator gespeicherten Kälte abkühlt bzw. seine Wärme auf den Regenerator überträgt. Regeneratoren können in Luftzerlegungsanlagen auch zur Reinigung der eingesetzten Luft von insbesondere Kohlendioxid und Kohlenwasserstoffen eingesetzt werden, die in dem abgekühlten Regenerator ausfrieren bzw. sich verflüssigen und bei der Aufheizung des Regenerators verdampft beziehungsweise sublimiert werden. Entsprechende
Regeneratoren werden in Luftzerlegungsanlagen klassischer Art typischerweise im Wechselbetrieb gefahren, wobei jeweils ein erster Regenerator bzw. eine erste Gruppe von Regeneratoren regeneriert wird und ein zweiter Regenerator bzw. eine zweite Gruppe von Regeneratoren zur Abkühlung bzw. Reinigung der Einsatzluft bereit steht. Wie oben erwähnt können Kältespeichereinheiten zwar ähnlich den Regeneratoren ausgeführt werden, verfahrenstechnisch jedoch sind die Unterschiede zwischen diesen Prozesseinheiten groß. Diese Unterschiede werden im Folgenden erörtert: 1. Ein Regenerator hat in erster Linie Funktion eines Wärmeübertragers, es heißt, er dient dazu, die Wärme von einem wärmeren Stoffstrom an einen kälteren Stoffstrom zu übertragen. In einem Luftzerlegungsverfahren werden deswegen immer mindestens zwei Regeneratoren benötigt: durch einen wird der wärmere Strom geleitet und durch den anderen den kälteren Strom. So ein Regenerator- Paar kann verfahrenstechnisch grundsätzlich durch einen einzigen
konventionellen Wärmetauscher ersetzt werden. Werden Regeneratoren außer Betrieb genommen, so ist die Luftzerlegungsanlage nicht mehr funktionsfähig.
Die Hauptfunktion eines Kältespeichers besteht dagegen in der Speicherung der Kälte für eine längere Zeit von beispielsweise mehr als 30 Minuten. Ein
Kältespeicher kann grundsätzlich nicht durch einen Wärmetauscher ersetzt werden. Der Kältespeicher wird regelmäßig als einzelner Kältespeicher eingesetzt. Wenn der Kältespeicher nicht in Betrieb ist, kann die
Luftzerlegungsanlage grundsätzlich störungsfrei weiter laufen.
2. Ein Regenerator hat grundsätzlich nur zwei Betriebsphasen:
- Zuerst wird eine Kaltgasportion durch den Regenerator geführt und hier angewärmt (der Regenerator gekühlt), in der Regel kürzer als zehn Minuten.
- Danach wird der Regenerator vom Warmgas in Gegenrichtung durchströmt, das dabei abgekühlt wird (der Regenerator angewärmt), in der Regel kürzer als zehn Minuten.
Ein Kältespeicher hat mindestens drei Betriebsphasen:
- Einspeicherungsphase: Der Kältespeicher wird zuerst durch ein Kaltgas abgekühlt; in der Regel dauert das länger als eine Stunde,
- Speicherphase: Anschließend bleibt der Kältespeicher über längere Zeiten kalt und wird nicht durchströmt.
- Ausspeicherungsphase: Der Kältespeicher wird von einem Warmgas durchströmt und angewärmt (das Gas wird dabei gekühlt); in der Regel dauert das länger als eine Stunde - Danach kann wieder eine Ruhephase folgen, die auch mehrere Stunden dauern kann und in der der Kältespeicher nicht durchströmt wird.
3. Auch andere thermodynamische Parametern sind unterschiedlich:
- Die durchschnittliche lokale Temperaturänderung in einem Regenerator beträgt weniger als 10 K.
- Ein Kältespeicher wird im Inneren durchschnittlich um ca. 50 K, mindestens um 30 K angewärmt beziehungsweise abgekühlt.
Kältespeicher können auch beispielsweise geriffelte Aluminiumbleche oder mit Kanälen durchzogene Betonblöcke (bei Luftzerlegungsanlagen ungewöhnlich, aber möglich) ähnlich wie Wärmespeicher umfassen. Derartige Wärmespeicher sind umfangreich in der einschlägigen Fachliteratur beschrieben. Als Speichermedien eignen sich beispielsweise, wie erwähnt, Stein und Beton, jedoch auch Ziegel, günstig hergestellte Keramiken oder Gusseisen. Für niedrige Speichertemperaturen sind ferner Erde, Kies, Sand und/oder Schotter einsetzbar.
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 "Booster" verwendet. Anordnungen aus turbinengetriebenen Verdichtern und Entspannungsturbinen werden auch als "Boosterturbinen" bezeichnet. Ein "Luftprodukt" ist jedes Produkt, das zumindest durch Verdichten und Abkühlen von Luft und insbesondere, jedoch nicht notwendigerweise, durch eine anschließende Tieftemperaturrektifikation hergestellt werden kann. Insbesondere kann es sich hierbei um flüssigen oder gasförmigen Sauerstoff (LOX, GOX), flüssigen oder gasförmigen Stickstoff (LIN, GAN), flüssiges oder gasförmiges Argon (LAR, GAR), flüssiges oder gasförmiges Xenon, flüssiges oder gasförmiges Krypton, flüssiges oder gasförmiges Neon, flüssiges oder gasförmiges Helium usw. handeln, aber auch beispielsweise um Flüssigluft (LAIR). Die Begriffe "Sauerstoff, "Stickstoff' usw. bezeichnen dabei jeweils auch tiefkalte Flüssigkeiten oder Gase, die die jeweils genannte Luftkomponente in einer Menge aufweisen, die oberhalb jener atmosphärischer Luft liegt. Es muss sich also nicht um reine Flüssigkeiten oder Gase mit hohen Gehalten handeln.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter einem "Luftprodukt" ferner ein entsprechendes Fluid verstanden, das aus der Luftzerlegungsanlage endgültig ausgeleitet wird, das also nicht mehr für eine Entspannung, Verdampfung,
Verflüssigung, Verdichtung usw. in der Luftzerlegungsanlage verwendet bzw. einem entsprechenden Schritt unterworfen wird. Durch Verdichten und Abkühlen von Luft und insbesondere, jedoch nicht notwendigerweise, durch eine anschließende
Tieftemperaturrektifikation hergestellte Fluide, die nur zwischengespeichert werden oder temporär vorliegen, jedoch anschließend in der Luftzerlegungsanlage
weiterbehandelt werden, werden hier dagegen als "Zwischenprodukte" bezeichnet. Ein Zwischenprodukt im Sinne dieser Anmeldung ist insbesondere eine aus Luft hergestellte tiefkalte Flüssigkeit, die im Rahmen eines Innenverdichtungsverfahrens flüssig druckbeaufschlagt und anschließend im Hauptwärmetauscher einer
Luftzerlegungsanlage erwärmt wird. Luftzerlegungsanlagen können, wie eingangs erwähnt, mit sogenannter
Innenverdichtung betrieben werden. Zu Details sei auf die zitierte Fachliteratur verwiesen. Bei der Innenverdichtung wird ein flüssig auf Druck gebrachter Strom erwärmt und dadurch vom flüssigen in den gasförmigen überkritischen Zustand überführt, je nachdem, mit welchem Druck der flüssige Strom beaufschlagt wurde.
Nachfolgend wird für die Überführung aus dem flüssigen in den überkritischen oder gasförmigen Zustand der Sammelbegriff "Entflüssigung" verwendet. Die Überführung aus dem überkritischen oder gasförmigen in den flüssigen Zustand, deren Produkt eine eindeutig definierte Flüssigkeit ist, wird als "Verflüssigung" bezeichnet.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung geht von einem Verfahren zur Erzeugung eines Luftprodukts in einer Luftzerlegungsanlage aus, bei welchem Einsatzluft, die insgesamt in einem Hauptluftverdichter verdichtet und danach zu einem Teil in einem Nachverdichter nachverdichtet wird, abgekühlt und anschließend ganz oder teilweise in ein
Destillationssäulensystem eingespeist wird. Die in das Destillationssäulensystem der Luftzerlegungsanlage eingespeiste Druckluft kann dabei die gesamte, in dem
Hauptluftverdichter verdichtete Einsatzluft sein, es kann jedoch auch vorgesehen sein, nur einen Anteil der im Hauptluftverdichter verdichteten Einsatzluft in das
Destillationssäulensystem einzuspeisen und einen Anteil nur zur Deckung des
Kältebedarfs der Luftzerlegungsanlage zu entspannen und nicht in das
Destillationssäulensystem einzuspeisen, z.B. an die Umgebung abzublasen. Das Verfahren umfasst drei Betriebsmodi, wobei der erste Betriebsmodus während der eingangs erläuterten Stromüberschusszeiträume, der zweite Betriebsmodus während der Zeiten normalen Strombedarfs und der dritte Betriebsmodus während der eingangs erläuterten Strommangelzeiträume durchgeführt wird. Neben diesen drei erwähnten Betriebsmodi können auch weitere Betriebsmodi vorgesehen sein, wie unter
Bezugnahme auf die beigefügten Figuren 2 bis 4 näher erläutert.
In dem ersten Betriebsmodus, der wie erläutert während der
Stromüberschusszeiträume durchgeführt wird, wird die Einsatzluft in einer ersten Lufteinspeisemenge in das Destillationssäulensystem eingespeist, und in diesem wird unter Verwendung der Einsatzluft ein flüssiges Zwischenprodukt in einer ersten
Zwischenproduktmenge produziert. Bei dem flüssigen Zwischenprodukt kann es sich insbesondere um Flüssigstickstoff, Flüssigsauerstoff und/oder Flüssigargon handeln, also Fluide, die beispielsweise in einem Innenverdichtungsverfahren zur Bereitstellung entsprechender gasförmiger Druckprodukte verwendet werden können. Als
Zwischenflüssigprodukt kann auch Flüssigluft dienen. Eine entsprechende Menge kann noch vor dem Destillationssystem aus dem sogenannten Drosselstrom abgezogen oder aus dem Destillationssäulensystem an einer oder mehreren entsprechenden Stellen der Niederdruck- oder Hochdrucksäule entnommen werden. Von der Zwischenproduktmenge wird ein Anteil flüssig in einer Speichermenge in einer Flüssigkeitsspeichereinheit gespeichert, ein anderer Anteil kann als Produkt an Kunden abgegeben werden und ein weiterer Anteil in einer ersten Produktmenge in dem Hauptwärmetauscher unter Druck erwärmt und als das zu produzierende Luftprodukt bereitgestellt werden. Die Erwärmung in dem Hauptwärmetauscher unter Druck erfolgt dabei vorteilhafterweise unter Entflüssigung im Rahmen eines
Innenverdichtungsverfahrens, wie zuvor erläutert.
Die verwendete Flüssigkeitsspeichereinheit umfasst vorteilhafterweise einen oder mehrere Speichertanks für das oder die flüssigen Zwischenprodukte. Es sei betont, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die Produktion eines einzigen Zwischenprodukts beschränkt ist, das Verfahren kann auch die Produktion mehrerer Zwischenprodukte sowie deren Speicherung und/oder Bereitstellung als Luftprodukte umfassen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand nur eines Zwischenprodukts bzw. nur eines entsprechenden Luftprodukts beschrieben.
In dem zweiten Betriebsmodus wird die Flüssigkeit in der Flüssigkeitsspeichereinheit gespeichert und gelagert, grundsätzlich ohne dass der Flüssigkeitsspiegel durch Hinzufügen oder Abziehen von flüssigem Zwischenprodukt verändert wird. (In Abweichung von diesem Grundsatz kann allenfalls ein Teil der gespeicherten
Flüssigkeit direkt als Flüssigprodukt abgezogen werden, falls hierfür aktuell ein Bedarf besteht.) Die Luftzerlegungsanlage läuft im normalen Betrieb. Der Kältespeicher wird nicht durchströmt. In dem dritten Betriebsmodus, der, wie erläutert, während der Strommangelzeiträume durchgeführt wird, wird die Einsatzluft in einer dritten Lufteinspeisemenge in das Destillationssäulensystem eingespeist und in diesem wird, wiederum unter
Verwendung der Einsatzluft, ein flüssiges Zwischenprodukt in einer dritten
Zwischenproduktmenge produziert.
Ferner wird in dem dritten Betriebsmodus aus der Flüssigkeitsspeichereinheit das in dem ersten Betriebsmodus gespeicherte flüssige Zwischenprodukt in einer
Entnahmemenge entnommen und mit der dritten Zwischenproduktmenge zu einer Gesamtmenge vereinigt. Die Gesamtmenge bildet eine dritte Produktmenge, die in dem Hauptwärmetauscher unter Druck erwärmt und als das Luftprodukt bereitgestellt wird.
Auch eine andere leicht abweichende Prozessführung ist möglich, bei welcher das in dem ersten Betriebsmodus gespeicherte flüssige Zwischenprodukt aus der
Flüssigkeitsspeichereinheit entnommen wird und zuerst in das Kolonnensystem zurückgeführt wird und dort mit der dritten Zwischenproduktmenge zu einer
Gesamtmenge vereinigt wird.
Im Falle der Flüssigluft als das flüssige Zwischenprodukt wird diese Flüssigluft obliegend in das Kolonnensystem zurückgeführt, dort in Flüssigsauerstoff und
Flüssigstickstoff getrennt, die erzeugte flüssige Produkte werden mit der dritten
Zwischenproduktmenge zu einer Gesamtmenge vereinigt.
Die Betriebsmodi 1 und 3 unterscheiden sich damit insbesondere dadurch, dass in dem ersten Betriebsmodus ein entsprechendes flüssiges Zwischenprodukt in der Flüssigkeitsspeichereinheit eingespeichert und dieses der Flüssigkeitsspeichereinheit in dem dritten Betriebsmodus wieder entnommen wird. Während in dem ersten
Betriebsmodus eine größere Zwischenproduktmenge des flüssigen Zwischenprodukts produziert wird als in dem ersten Betriebsmodus als Produktmenge benötigt wird, ist die Zwischenproduktmenge in dem dritten Betriebsmodus deutlich geringer, wobei die geringere Zwischenproduktmenge nun durch die Entnahmemenge aus der
Flüssigkeitsspeichereinheit ausgeglichen wird. Dies ermöglicht es, die
Luftzerlegungsanlage in dem dritten Bethebsmodus mit deutlich reduzierten
Betriebskosten, d.h. deutlich reduziertem Verbrauch an elektrischer Energie, zu betreiben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich damit auch dadurch aus, dass die erste Lufteinspeisemenge größer als die zweite Lufteinspeisemenge und die zweite Lufteinspeisemenge größer als die dritte Lufteinspeisemenge ist. Erfindungsgemäß wird ferner in dem ersten Betriebsmodus der Einsatzluft Wärme sowohl unter
Verwendung einer in dem dritten Betriebsmodus abgekühlten Kältespeichereinheit, die wenigstens einen Kältespeicher umfasst, als auch unter Verwendung des
Hauptwärmetauschers entzogen. Die vorliegende Erfindung sieht also vor, die
Einsatzluft in der Luftzerlegungsanlage nicht nur mittels eines Hauptwärmetauschers oder nur mittels einer Kältespeichereinheit, wie dies grundsätzlich jeweils bekannt ist, abzukühlen, vielmehr wird, wie auch nachfolgend in Detail noch erläutert, in dem ersten Betriebsmodus die größere Lufteinspeisemenge zusätzlich mittels der
Kältespeichereinheit gekühlt und in dem dritten Betriebsmodus die Kältespeichereinheit mittels im Überschuss vorhandener Kälte gekühlt. Die Kälte ist deswegen in dem dritten Betriebsmodus im Überschuss vorhanden, weil der Luftzerlegungsanlage insgesamt vorteilhafterweise die gleichen bzw. vergleichbare Mengen an Luftprodukten entnommen werden und damit die gleiche bzw. eine vergleichbare Kältemenge vorliegt. Die Lufteinspeisemenge ist jedoch im dritten Betriebsmodus geringer. Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist, dass die erste und die dritte Produktmenge in dem ersten und dem dritten Betriebsmodus zwar durch den Hauptwärmetauscher, nicht jedoch durch die Kältespeichereinheit geführt werden.
Es ist bekannt, dass die Wirtschaftlichkeit beinahe jeder Luftzerlegungsanlage durch eine Anpassung der Produktion an den Strom- bzw. Energietarif erhöht werden kann. Energieaufwändige Produkte wie Flüssigkeiten oder Hochdruckgase werden vermehrt dann produziert wenn der Strom bzw. die Energie billig ist, die Erzeugung solcher
Produkte wird entsprechend gedrosselt, wenn der Strom bzw. die Energie teuer ist. Die Voraussetzung für Erfolg dieser Strategie ist, dass der Abnehmer bzw. Kunde entsprechender Produkte in der Lage und bereit ist, sich an die sich ständig ändernde Produktmengen anzupassen. In der Praxis ist diese Voraussetzung nur sehr selten erfüllt, beispielsweise können große Chemie- oder Stahlwerke ihre Produktion nicht in nennenswertem Umfang in Abhängigkeit von Stromtarifen regeln. Das
erfindungsgemäße Verfahren bietet hier den besonderen Vorteil einer konstanten Produktionsmenge, die dennoch eine gezielte Anpassung an den jeweiligen Strombzw. Energietarif ermöglicht.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen entfalten daher ihre Vorteile insbesondere dann, wenn die erste Produktmenge sich nicht von der dritten Produktmenge unterscheidet. Der im Rahmen der vorliegenden Erfindung bestehende Unterschied betrifft vorteilhafterweise nur die eingespeisten Mengen: In dem dritten Betriebsmodus ist eine deutlich geringere Lufteinspeisemenge in das Destillationssäulensystem erforderlich und der Kältebedarf ist entsprechend geringer. In dem ersten Betriebsmodus ist die Lufteinspeisemenge entsprechen größer, so dass ein entsprechend größerer
Kältebedarf vorliegt. Der entsprechende Überschuss an Kälte im dritten Betriebsmodus bzw. der größere Kältebedarf im ersten Betriebsmodus wird durch die zusätzlich zu dem Hauptwärmetauscher vorgesehene Kältespeichereinheit ausgeglichen. In dem Hauptwärmetauscher selbst wird die Einsatzluft, bzw. der Anteil der Einsatzluft, der durch den Hauptwärmetauscher geführt wird, im Gegenstrom zu kalten Strömen, wie insoweit bekannt, abgekühlt. Die Entziehung der Wärme unter Verwendung der Kältespeichereinheit in dem ersten Betriebsmodus muss dabei nicht direkt erfolgen, d.h. die Einsatzluft braucht nicht notwendigerweise selbst durch die Kältespeichereinheit geführt zu werden. Es ist vielmehr auch möglich, andere Ströme durch die Kältespeichereinheit zu führen, deren Wärme auf die Kältespeichereinheit zu übertragen, und diese dann durch den Hauptwärmetauscher zu führen. Ist im Rahmen dieser Anmeldung von einer "Menge" die Rede, sei hierunter
insbesondere eine Menge (insbesondere ein Massenstrom) pro Zeiteinheit verstanden.
Vorteilhafterweise ermöglicht die vorliegende Erfindung, die erste Lufteinspeisemenge um wenigstens 20% größer als die dritte Lufteinspeisemenge und die erste
Zwischenproduktmenge um wenigstens 20% größer als die dritte
Zwischenproduktmenge vorzusehen. Entsprechende Unterschiede gehen direkt in die Wirtschaftlichkeitsberechnung einer entsprechenden Anlage ein, weil sie sich direkt in den erforderlichen Stromkosten niederschlagen. Die erste und dritte Produktmenge sind vorzugsweise hingegen gleich oder unterscheiden sich um weniger als 5%.
Vorteilhafterweise wird ein Anteil der in dem Hauptluftverdichter verdichteten
Einsatzluft in einer Nachverdichtermenge nachverdichtet, wobei die
Nachverdichtermenge in dem ersten Betriebsmodus größer als in dem dritten
Betriebsmodus ist. Neben den Einsparungen beim Betrieb des Hauptluftverdichters, die sich direkt aus der Reduktion der dritten Lufteinspeisemenge gegenüber der ersten Lufteinspeisemenge ergeben, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung also auch die erforderliche elektrische Energie für den Nachverdichter reduziert werden. Dies ergibt sich wiederum aus der Verwendung der in dem dritten Betriebsmodus
abgekühlten Kältespeichereinheit, die in diesem dritten Betriebsmodus Wärme auf die hier zu erwärmenden Ströme, insbesondere auf die dritte Produktmenge des
Luftprodukts, die sich aus der dritten Zwischenproduktmenge und der Entnahmemenge zusammensetzt, übertragen kann. Die Menge eines ansonsten für ein
Innenverdichtungsverfahren erforderlichen Drosselstroms, also eines Druckluftstroms, der bei hohem Druck bereitgestellt und unter zumindest teilweiser Verflüssigung durch den Hauptwärmetauscher geführt wird, um Wärme zur Entflüssigung auf einen entsprechend druckbeaufschlagten flüssigen Strom übertragen zu können, kann auf diese Weise deutlich reduziert werden.
Auch eine zusätzliche Kälteproduktion mittels eines Turbinenstroms ist in dem dritten Betriebsmodus nicht oder nur in geringerem Umfang erforderlich, weil in dem dritten Betriebsmodus keine flüssigen Zwischenprodukte gespeichert werden sondern aufgrund der (zusätzlichen) Entnahmemenge des Zwischenprodukts aus der
Flüssigkeitsspeichereinheit Kälte zur Verfügung steht. Auf diese Weise wird eine Reduzierung eines Turbinenstroms, ggf. auf einen Minimalwert oder Null, ermöglicht, wie auch im Rahmen der Figurenbeschreibung ausführlich erläutert. Die
Nachverdichterleistung reduziert sich hierdurch entsprechend weiter.
Besonders vorteilhaft ist es also, mit anderen Worten, wenn ein Anteil der
Nachverdichtermenge zumindest in dem ersten Betriebsmodus in einer
Turbinenstrommenge auf ein Temperaturniveau, das oberhalb der
Verflüssigungstemperatur von Stickstoff liegt, abgekühlt und in einer
Entspannungsmaschine entspannt wird, und wenn ein Anteil der Nachverdichtermenge in einer Drosselstrommenge auf ein Temperaturniveau, das unterhalb der
Verflüssigungstemperatur von Stickstoff liegt, abgekühlt und entspannt wird. Die Verwendung der entsprechenden Ströme als Drosselstrom bzw. Turbinenstrom ist grundsätzlich aus der eingangs zitierten Fachliteratur bekannt.
Vorteilhafterweise kann die Summe aus der Turbinenstrommenge und der
Drosselstrommenge in dem ersten Betriebsmodus größer als in dem dritten
Betriebsmodus (bzw. in dem dritten Betriebsmodus geringer als in dem ersten
Betriebsmodus) vorgesehen werden, was die erwähnten Energieeinsparungen in dem dritten Betriebsmodus zur Folge hat. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es insbesondere, in dem dritten Betriebsmodus, der während der Strommangelzeiträume durchgeführt wird, die zur Bereitstellung des Turbinenstroms erforderliche
Verdichtungsleistung weitestgehend zu reduzieren. Ein entsprechender Nachverdichter bzw. entsprechende Stufen eines derartigen Nachverdichters können auf minimaler Drehzahl betrieben werden, was den Stromverbrauch senkt. Auch der Drosselstrom kann, wie auch im Rahmen der Figuren erläutert, entsprechend reduziert werden. Vorteilhafterweise werden die Drosselstrommenge und die Turbinenstrommenge nach dem Entspannen als Teil der Lufteinspeisemenge in das Destillationssäulensystem eingespeist, es kann jedoch auch vorgesehen sein, Anteile hiervon beispielsweise in die Atmosphäre abzublasen, für Regenerationszwecke zu verwenden usw. Die Erfindung kann auch in einem Verfahren eingesetzt werden, bei dem ein Teil der nicht in dem Nachverdichter verdichteten Einsatzluft über eine Entspannungsturbine in eine Niederdrucksäule des Destillationssäulensystems entspannt wird. Solche
Verfahren können beispielsweise umfassen, entsprechende Einsatzluft mittels einer sogenannten Einblaseturbine in die Niederdrucksäule einzuspeisen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzte Kältespeichereinheit wenigstens einen Kältespeicher umfasst, der wie zuvor erläutert ausgebildet ist. Im Rahmen der Erfindung kann auch vorgesehen sein, mehrere Kältespeicher einzusetzen, von denen einer zur eigentlichen
Kältespeicherung und der andere zur Bilanzierung des verwendeten
Hauptwärmetauschers eingesetzt wird, also zum Ausgleich überschüssiger oder reduzierter Wärme- bzw. Kältemengen und/oder zur Beeinflussung der
entsprechenden Wärmeaustauschdiagramme.
Das Abkühlen der Kältespeichereinheit, insbesondere einer Kältespeichereinheit mit wenigstens einem Kältespeicher, kann in dem dritten Betriebsmodus auf
unterschiedliche Weise erfolgen, je nachdem wie ein entsprechender Kältespeicher ausgebildet ist. Vorteilhaft kann beispielsweise sein, dem Destillationssäulensystem ein tiefkaltes Gasprodukt, insbesondere sogenannten Unreinstickstoff, zu entnehmen, das in dem dritten Betriebsmodus zu einem Anteil im tiefkalten Zustand zum Abkühlen der Kältespeichereinheit durch diese geführt wird. Es handelt sich also um ein tiefkaltes Gasprodukt, das nicht in Form der ersten oder dritten Produktmenge bereitgestellt wird, sondern um ein zusätzliches Produkt. Ein weiterer Anteil des tiefkalten Gasprodukts kann durch den Hauptwärmetauscher geführt werden und dort im Gegenstrom weitere Ströme bzw. Anteile der Einsatzluft abkühlen. Das tiefkalte Gasprodukt wird
insbesondere der Niederdrucksäule eines entsprechenden Destillationssäulensystems entnommen und liegt daher auf entsprechendem Druck, beispielsweise auf 1 ,4 bar, vor.
Es kann vorgesehen sein, das tiefkalte Gasprodukt, das in dem dritten Betriebsmodus zu einem Anteil in einem tiefkalten Zustand zum Abkühlen der Kältespeichereinheit durch diese geführt wird, in dem ersten Betriebsmodus vollständig in dem
Hauptwärmetauscher zu erwärmen, wobei ein Anteil des erwärmten Gasprodukts zum Erwärmen der Kältespeichereinheit durch diese geführt wird. Diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann insbesondere unter Ausbildung eines
Recyclestroms durchgeführt werden, der am warmen Ende des Hauptwärmetauschers von einem entsprechenden erwärmten Gasprodukt abgezweigt, durch den
Kältespeicher und zurück zum kalten Ende des Hauptwärmetauschers geführt, und wieder mit dem hier noch tiefkalten Gasprodukt vereinigt wird. Hierzu kann
beispielsweise eine entsprechende Pumpe bzw. ein Verdichter mit einem Nachkühler (Gebläse) eingesetzt werden. Die erläuterte Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens hat den Vorteil, dass sowohl zum Abkühlen als auch zum Erwärmen der Kältespeichereinheit ein Medium verwendet werden kann, dass auf einem
vergleichsweise geringen Druck, beispielsweise von 1 ,5 bar, vorliegt. Eine
entsprechende Kältespeichereinheit muss daher nur für solche niedrige Drücke ausgelegt werden.
Es ist jedoch auch möglich, in dem ersten Betriebsmodus von der Einsatzluft einen Anteil zum Abkühlen durch die Kältespeichereinheit und einen Anteil zum Abkühlen durch zumindest einen Abschnitt des Hauptwärmetauschers zu führen. Entsprechende Luft ist zumindest auf einen Druck einer Hochdrucksäule eines entsprechenden Destillationssäulensystems verdichtet, der beispielsweise bei 6 bar liegt. Die
Kältespeichereinheit und der oder die darin verbauten Kältespeicher müssen daher für entsprechende Drücke ausgelegt sein.
In diesem Fall kann auch vorgesehen sein, zum Abkühlen der Kältespeichereinheit in dem dritten Betriebsmodus das erwähnte tiefkalte Gasprodukt aus der
Niederdrucksäule zu verwenden, wie zuvor erläutert, wobei die Kältespeichereinheit dann zum Betrieb bei unterschiedlichen Drücken eingerichtet sein muss.
Es kann auch vorgesehen sein, die gesamte Einsatzluft in dem ersten Betriebsmodus durch zumindest einen Abschnitt des Hauptwärmetauschers zu führen und diese in diesem abzukühlen. Ein Anteil der in dem Hauptwärmetauscher abgekühlten
Einsatzluft kann abgezweigt, durch die Kältespeichereinheit zurückgeführt und zum warmen Ende des Hauptwärmetauschers geleitet werden, wo sie wieder mit der Einsatzluft vereinigt wird. Auf diese Weise wird immer ein Anteil der abgekühlten Einsatzluft zum Abkühlen der Kältespeichereinheit verwendet. Auch in diesem Fall kann ein entsprechendes Gebläse eingesetzt werden. Diese Variante des
erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht es, in dem ersten und in dem dritten Betriebsmodus entsprechend höher verdichtete Luft durch den Kältespeicher zu führen, der in diesem Fall nur zum Betrieb bei einem, jedoch höheren Druck, beispielsweise 6 bar, ausgelegt sein muss. Alternativ kann auch vorgesehen sein, die gesamte Einsatzluft in dem dritten Betriebsmodus durch zumindest einen Abschnitt des Hauptwärmetauschers zu führen und den Kältespeicher mit einem anderen Fluid zu kühlen, wie bereits angesprochen.
Eine erfindungsgemäße Luftzerlegungsanlage zur Erzeugung eines Luftprodukts ist dafür eingerichtet, Einsatzluft insgesamt in einem Hauptluftverdichter zu verdichten und danach zu einem Teil in einem Nachverdichter nachzuverdichten und die Einsatzluft abzukühlen und anschließend ganz oder teilweise in ein Destillationssäulensystem einzuspeisen, wobei Mittel vorgesehen sind, die dafür eingerichtet sind, in einem ersten Betriebsmodus die Einsatzluft in einer ersten Lufteinspeisemenge in das Destillationssäulensystem einzuspeisen und in diesem unter Verwendung der
Einsatzluft ein flüssiges Zwischenprodukt in einer ersten Zwischenproduktmenge zu produzieren, und von der Zwischenproduktmenge einen Anteil flüssig in einer
Speichermenge in einer Flüssigkeitsspeichereinheit zu speichern und einen weiteren Anteil in einer ersten Produktmenge in dem Hauptwärmetauscher unter Druck zu erwärmen und als das Luftprodukt bereitzustellen. Diese Mittel sind ferner dafür eingerichtet, in einem dritten Betriebsmodus die Einsatzluft in einer dritten
Lufteinspeisemenge in das Destillationssäulensystem einzuspeisen und in diesem unter Verwendung der Einsatzluft ein flüssiges Zwischenprodukt in einer dritten Zwischenproduktmenge zu produzieren, der Flüssigkeitsspeichereinheit das in dem ersten Betriebsmodus gespeicherte flüssige Zwischenprodukt in einer
Entnahmemenge zu entnehmen und mit der dritten Zwischenproduktmenge zu einer Gesamtmenge zu vereinigen und diese in einer dritten Produktmenge in dem
Hauptwärmetauscher unter Druck zu erwärmen und als das Luftprodukt
bereitzustellen. Erfindungsgemäß ist die Luftzerlegungsanlage dafür eingerichtet, die erste
Lufteinspeisemenge größer als die dritte Lufteinspeisemenge vorzusehen und in dem ersten Betriebsmodus der Einsatzluft Wärme sowohl in einer in dem dritten
Betriebsmodus abgekühlten Kältespeichereinheit mit wenigstens einem Kältespeicher, als auch in dem Hauptwärmetauscher zu entziehen und die erste und die dritte
Produktmenge nicht durch die Kältespeichereinheit zu führen. Eine entsprechende Luftzerlegungsanlage umfasst vorteilhafterweise Mittel, die zur Durchführung eines Verfahrens in einer beliebigen der zuvor und nachfolgend erläuterten Ausführungsformen der Erfindung eingerichtet sind.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, welche bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik zeigen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine nichterfindungsgemäße Luftzerlegungsanlage in Form eines Prozessflussdiagramms. Figuren 2A bis 2C zeigen eine Luftzerlegungsanlage in Form von
Prozessflussdiagrammen.
Figuren 3A bis 3C zeigen eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form von Prozessflussdiagrammen.
Figuren 4A bis 4C zeigen eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form von Prozessflussdiagrammen.
Figuren 5A bis 5C zeigen eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form von Prozessflussdiagrammen.
Figuren 6A bis 6C zeigen eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form von Prozessflussdiagrammen. In den Figuren sind einander entsprechende Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1 ist eine Luftzerlegungsanlage in Form eines vereinfachten, schematischen Prozessflussdiagramms dargestellt. Die Luftzerlegungsanlage umfasst eine
Hauptwärmetauschereinheit 10 und eine Rektifikationseinheit 20, die lediglich zur Veranschaulichung getrennt dargestellt sind.
In der Hauptwärmetauschereinheit 10 wird Einsatzluft (AIR) in Form eines Stroms a über einen vereinfacht dargestellten Hauptluftverdichter 1 1 (engl. Main Air
Compressor, MAC) angesaugt, in einer Vorkühleinheit 12 gekühlt und in einer
Reinigungseinheit 13 gereinigt.
Ein Teilstrom b (FEED) des verdichteten, gekühlten und gereinigten Stroms a wird warmseitig einem Hauptwärmetauscher 14 zugeführt und diesem kaltseitig
entnommen. Ein weiterer Teilstrom c des verdichteten, gekühlten und gereinigten
Stroms a wird hingegen zunächst zur Nachverdichtung einem Nachverdichter 15 (engl. Booster Air Compressor, BAC) zugeführt.
Wiederum ein Teilstrom d (JT-AIR, sogenannter Drosselstrom) des Teilstroms c wird in dem Nachverdichter auf einen Nachverdichterenddruck nachverdichtet, warmseitig dem Hauptwärmetauscher 14 zugeführt und diesem kaltseitig entnommen.
Ein weiterer Teilstrom e (TURB, sogenannter Turbinenstrom) des Teilstroms c wird hingegen dem Nachverdichter 15 bei einem Nachverdichterzwischendruck entnommen in einem turbinengetriebenen Verdichter 6 (Booster) weiter verdichtet, warmseitig dem Hauptwärmetauscher 14 zugeführt, diesem bei einer Zwischentemperatur entnommen und in einer mit dem turbinengetriebenen Verdichter 16 gekoppelten Entspannungsturbine entspannt. Der Turbinenstrom e wird im Beispiel mit dem
Teilstrom b zu einem Sammelstrom f (hier weiterhin mit FEED bezeichnet) vereinigt.
Die Erfindung kann in einer Luftzerlegungsanlage der hier veranschaulichten spezifischen Ausgestaltung zum Einsatz kommen, sie eignet sich aber auch
beispielsweise für Luftzerlegungsanlagen mit sogenannten Einblaseturbinen, die verdichtete Luft in die Niederdrucksäule 22 (siehe unten) einspeisen. Hierbei können beispielsweise sogenannte Lachmann-Turbinen (vgl. beispielsweise EP 2 235 460 A1 ) zum Einsatz kommen. Auch Verfahren mit sogenannter PGAN-Turbine, die einen Drucksauerstoffstrom entspannen, sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt.
Die Bereitstellung eines Drosselstroms d ermöglicht insbesondere die
Innenverdichtung flüssiger Zwischenprodukte, die Bereitstellung eines Turbinenstroms e beeinflusst hingegen die Kältebilanz und ermöglicht die Entnahme oder
Zwischenspeicherung größerer Mengen flüssiger Luftprodukte bzw. Zwischenprodukte, wie erläutert und in der zitierten Fachliteratur beschrieben. Die Menge des
Drosselstroms d korreliert, vereinfacht gesprochen, mit der Menge der zu
verdampfenden, innenverdichteten flüssigen Zwischenprodukte (siehe unten), die Menge des Turbinenstroms c mit der Menge der insgesamt zu bildenden, flüssigen Luftprodukte oder flüssigen Zwischenprodukte, die der Luftzerlegungsanlage flüssig entnommen oder flüssig (zwischen)gespeichert werden. In der Rektifikationseinheit 20 wird der Sammelstrom f (FEED) in den unteren Bereich einer Hochdrucksäule 21 eingespeist, die als Teil einer Doppelsäule ausgebildet ist und mit einer Niederdrucksäule 22 über einen Hauptkondensator 23 in
wärmetauschender Verbindung steht. Der Drosselstrom d (JT-AIR) wird nach
Entspannung in einem Flüssigexpander 24 mit einem Generator und/oder einem Entspannungsventil oberhalb des Sammelstroms f ebenfalls in die Hochdrucksäule 21 eingespeist.
In der Hochdrucksäule 21 wird ein flüssiges, sauerstoffangereichertes Sumpfprodukt gewonnen, das aus dem Sumpf der Hochdrucksäule 21 als Strom g abgezogen, durch einen Unterkühlungsgegenströmer 25 geführt und in geeigneter Höhe in die
Niederdrucksäule 22 eingespeist wird. In der Hochdrucksäule 21 wird ein gasförmiges, stickstoffreiches Kopfprodukt gewonnen, das vom Kopf der Hochdrucksäule 21 abgezogen und zu einem Anteil als gasförmiges Stickstoffdruckprodukt (PGAN) an die Anlagengrenze geführt werden kann. Ein weiterer Anteil des vom Kopf der
Hochdrucksäule 21 abgezogenen gasförmigen, stickstoffreichen Kopfprodukts wird in dem Hauptkondensator 23 verflüssigt, zu einem Anteil wieder als Rücklauf auf die Hochdrucksäule 21 aufgegeben, zu einem Anteil als flüssiges Druckstickstoffprodukt (PLIN) an die Anlagengrenze geführt oder in flüssiger Form gespeichert, zu einem Anteil als Strom h durch den Unterkühlungsgegenströmer 25 geführt und als Rücklauf auf die Niederdrucksäule 22 aufgegeben, und zu einem Anteil als Strom i mittels einer Pumpe 26 flüssig druckerhöht (es handelt sich dabei um die erwähnte Innenverdichtung).
Der Strom i (ICLIN) wird nach Aufteilung in zwei Teilströme in dem
Hauptwärmetauscher 14 entflüssigt und in Form zweier gasförmiger
Druckstickstoffprodukte (ICGAN1 , ICGAN2, hier als Innenverdichtungsprodukte bezeichnet) auf unterschiedlichen Druckniveaus an die Anlagengrenze geführt. Die Aufteilung in zwei Teilströme vor der Entflüssigung in dem Hauptwärmetauscher 14 ist nicht zwingend erforderlich, es kann auch nur ein entsprechendes
Innenverdichtungsprodukt gebildet werden.
Direkt unterhalb der Einspeisestelle des Drosselstroms d in die Hochdrucksäule 21 wird aus dieser ein flüssiger Strom k abgezogen und, wie ein weiterer aus der
Hochdrucksäule 21 abgezogener Strom I, durch den Unterkühlungsgegenströmer 25 geführt und in geeigneter Höhe in die Niederdrucksäule 22 eingespeist.
In der Niederdrucksäule 22 wird ein flüssiges, sauerstoffreiches Sumpfprodukt als Zwischenprodukt gewonnen, das aus dem Sumpf der Niederdrucksäule 22, der zugleich den Verdampfungsraum des Hauptkondensators 23 darstellt, als Strom m1 abgezogen wird. Ein erster Teil davon wird in Form eines Stroms m2 mittels einer Pumpe 28 flüssig druckerhöht (wiederum Innenverdichtung). Auch der Strom m2 (ICLOX) wird im dargestellten Beispiel nach Aufteilung in zwei Teilströme in dem Hauptwärmetauscher 14 entflüssigt und in Form gasförmiger Drucksauerstoffprodukte (HP-GOX, MP-GOX, wiederum Innenverdichtungsprodukte) auf unterschiedlichen Druckniveaus an die Anlagengrenze geführt. Wiederum ist die Aufteilung in zwei
Teilströme vor der Entflüssigung in dem Hauptwärmetauscher 14 nicht erforderlich, es kann auch nur ein Innenverdichtungsprodukt gebildet werden.
Ein zweiter Teil des Sumpfprodukts m1 wird über Leitung m3 in einen
Flüssigsauerstofftank 27 eingeleitet. Er kann ganz oder teilweise als flüssiges
Sauerstoffprodukt (LOX) an die Anlagengrenze geführt werden. Der Rest wird in flüssiger Form gespeichert. Bei Bedarf kann ein Teil des Tankinhalts über Pumpe 121 und Leitung 120 in den Sumpf der Niederdrucksäule 22 zurückgefördert werden. In der Niederdrucksäule 22 wird ferner ein gasförmiges, stickstoffreiches Kopfprodukt gewonnen, das in Form des Stroms n (GAN) vom Kopf der Hochdrucksäule 22 abgezogen, durch den Unterkühlungsgegenströmer 25 geführt, in dem
Hauptwärmetauscher 14 erwärmt und an die Anlagengrenze geführt werden kann. Vom Kopf der Niederdrucksäule 22 bzw. aus einer dort angeordneten
Flüssigkeitsrückhalteeinrichtung kann ein flüssiger, stickstoffreicher Strom o
abgezogen und mindestens zu einem ersten Teil als weitere stickstoffreiche Flüssigkeit 110 alternativ oder zusätzlich zum Strom i innenverdichtet werden, indem er in Pumpe 1 12 flüssig auf einen erhöhten Druck gebracht wird und anschließend über Leitung i zum Hauptwärmetauscher 14 geführt wird. Der Rest fließt über Leitung 1 13 in eine Flüssigstickstofftank 42. Er kann ganz oder teilweise als flüssiges Stickstoffprodukt (LIN) an die Anlagengrenze geführt werden. Der Rest wird in flüssiger Form
gespeichert. Ein unreines Stickstoffprodukt (UN2) kann als Strom p aus der
Niederdrucksäule 22 entnommen, durch den Unterkühlungsgegenströmer 25 geführt, in dem Hauptwärmetauscher 14 erwärmt und als sogenanntes Restgas (REST) zum Betrieb der Vorkühleinrichtung 12 und/oder der Reinigungseinrichtung 13 verwendet werden.
Ein Teil 130 der flüssigen Luft in Leitung k wird in einen Flüssiglufttank 44 eingeleitet. Auch flüssige Luft 134 aus der Niederdrucksäule 22 kann in den Flüssiglufttank 44 geleitet werden. Die flüssige Luft kann über eine Pumpe 131 und Leitung 133 in die Niederdrucksäule 22 eingeleitet werden.
In der in Figur 1 dargestellten Luftzerlegungsanlage werden verschiedene flüssige Zwischenprodukte aus Luft erzeugt:
1. Die stickstoffreiche Flüssigkeit des Stroms i (ICLIN) aus der Hochdrucksäule 21 beziehungsweise genauer aus dem Verflüssigungsraum des Hauptkondensators 23 wird innenverdichtet und in dem Hauptwärmetauscher 14 zu den
Innenverdichtungsprodukten ICGAN1 und ICGAN2 verdampft (entflüssigt).
2. Die sauerstoffreiche Flüssigkeit des Stroms m (ICLOX) vom Sumpf der
Niederdrucksäule 22 wird innenverdichtet und in dem Hauptwärmetauscher 14 zu den Innenverdichtungsprodukten HP-GOX und MP-GOX verdampft. 3. Die weitere stickstoffreiche Flüssigkeit 110 vom Kopf der Niederdrucksäule, die alternativ oder zusätzlich zum Strom i innenverdichtet wird.
4. Flüssige Luft 130/134 aus Leitung k beziehungsweise dem entsprechenden
Abschnitt der Niederdrucksäule 22.
In dem Verfahren der Figur 1 bilden die Flüssigtanks 1 2, 27 und 132 die
Flüssigkeitsspeichereinheit. In gleicher weise kann eine Luftzerlegungsanlage auch weitere flüssige Zwischenprodukte aus Luft erzeugen, die (in dem
Hauptwärmetauscher 14 oder anderweitig) zu gasförmigen Luftprodukten verdampft werden. Eine Innenverdichtung ist nicht zwingend erforderlich. Bei flüssigen
Zwischenprodukten kann es sich auch beispielsweise um Flüssigluft oder Flüssigargon handeln. In den Figuren 2A bis 2C ist eine Luftzerlegungsanlage in Form vereinfachter Prozessflussdiagramme dargestellt, die drei Betriebsmodi zeigen. Die jeweils dargestellte Luftzerlegungsanlage umfasst die bereits zuvor erläuterte
Hauptwärmetauschereinheit 10 und die ebenfalls bereits zuvor erläuterte
Rektifikationseinheit 20. Beide sind stark vereinfacht dargestellt.
Ferner zeigen die Figuren 2A bis 2C nur eine Auswahl der in Figur 1 dargestellten Ströme a bis p, nämlich den Teilstrom b (FEED), den Drosselstrom d (JT-AIR), den Turbinenstrom e (TURB, hier nicht als mit dem Teilstrom b zu dem Sammelstrom f vereinigt gezeigt), den innenverdichteten Strom m (ICLOX, hier in dem
Hauptwärmetauscher 14 nur zu einem einzigen Innenverdichtungsprodukt, HP-GOX, verdampft) und den Strom p (UN2, REST).
Die in den Figuren 2A bis 2C gezeigte Luftzerlegungsanlage umfasst ferner eine Kältespeichereinheit 30 mit einem oder mehreren Kältespeicher 31 und eine
Flüssigkeitsspeichereinheit 40 mit einem oder mehreren Speichertanks 41 bis 44, beispielsweise einem Flüssigsauerstofftank 41 , einem Flüssigstickstofftank 42, einem Flüssigargontank 43 und/oder einem Flüssiglufttank 44. Nicht sämtliche der
Speichertanks 41 bis 44 müssen zwingend vorhanden sein.
Im Einzelnen zeigen die Zeichnungen die folgenden Betriebsmodi: - Figur 2c: Erster Betriebsmodus - Einspeichern
- Figur 2a: Zweiter Betriebsmodus - Kältespeicher wird weder geladen noch entladen
- Figur 2b: Dritter Betriebsmodus - Ausspeichern In dem in Figur 2A gezeigten dritten Betriebsmodus sind die Kältespeichereinheit 30 und die Flüssigkeitsspeichereinheit 40 nicht in Betrieb, wie mit durchkreuzten
Strompfaden veranschaulicht. Der in Figur 2A gezeigte Betriebsmodus entspricht dem Normalbetrieb einer herkömmlichen, nicht erfindungsgemäßen Luftzerlegungsanlage. Unabhängig vom eigentlichen Speicherbetrieb kann der Flüssigkeitsspeichereinheit auch im dritten (wie in jedem anderen) Betriebsmodus Flüssigkeit als Endprodukt entnommen werden, wenn dafür ein Bedarf besteht.
In dem in Figur 2A gezeigten Betriebsmodus werden im dargestellten Beispiel keine flüssigen Zwischenprodukte gespeichert, wohl aber flüssige Zwischenprodukte erzeugt, die nach Innenverdichtung in dem Hauptwärmetauscher 14 verdampft werden (hier am Beispiel des innenverdichteten Stroms m, ICLOX, veranschaulicht, aber auch für weitere flüssige Zwischenprodukte möglich). Das Kältemanagement wird also hier nur anhand der Verdampfung des Stroms m (ICLOX) zu dem entsprechenden
Innenverdichtungsprodukt (HP-GOX) veranschaulicht.
Eine Luftzerlegungsanlage sei beispielsweise darauf ausgelegt, ca. 40 000
Normkubikmeter pro Stunde des Innenverdichtungsprodukts (HP-GOX, oder einer Summe aus zwei oder mehreren Innenverdichtungsprodukten, siehe HP-GOX und MP- GOX in Figur 1) bereitzustellen. Diese Menge ist in Figur 2A entsprechend dem Strom m mit M bezeichnet. Die daher durch den Hauptluftverdichter 11 (siehe Figur 1) zu verdichtende Luft des Stroms a (AIR) beträgt typischerweise das Fünf- bis Sechsfache der Menge M, im Beispiel also ca. 200 000 Normkubikmeter pro Stunde. Die Menge des Drosselstroms d (JT-AIR), in Figur 2A mit D bezeichnet, beträgt ihrerseits typischerweise das etwa Zweifache der Menge M, im Beispiel also ca. 75 000
Normkubikmeter pro Stunde. Die Menge des Turbinenstroms e (TURB), in Figur 2A mit E bezeichnet, kann beispielsweise mit ca. 65 000 Normkubikmetern pro Stunde angenommen werden. Die in den Nachverdichter 15 (siehe Figur 1) einzuspeisende Luftmenge (Nachverdichtermenge) des Teilstroms c (aus dem der Turbinenstrom d und der Drosselstrom e gebildet werden, siehe Figur 1) entspricht in diesem Fall daher D + E, beträgt also ca. 140 000 Normkubikmeter pro Stunde. Die Menge B des Stroms b richtet sich direkt nach der Menge der zu erzeugenden Luftprodukte und beträgt beispielsweise ca. 60 000 Normkubikmeter pro Stunde.
In dem in Figur 2B gezeigten Betriebsmodus, der in Strommangelzeiträumen durchgeführt wird (im Rahmen dieser Anmeldung als dritter Betriebsmodus
bezeichnet), muss der Kältespeicher 31 der Kältespeichereinheit 30 in erwärmtem Zustand vorliegen und in einem oder mehreren Speichertanks 41 bis 44 der
Flüssigkeitsspeichereinheit 40 muss ein flüssiges Zwischenprodukt gespeichert sein. Die erforderliche Erwärmung des Kältespeichers 31 der Kältespeichereinheit 30 und die ebenfalls erforderliche Speicherung des flüssigen Zwischenprodukts in einem oder mehreren Speichertanks 41 bis 44 der Flüssigkeitsspeichereinheit 40 erfolgt in dem unten zu Figur 2C erläuterten (ersten) Betriebsmodus und in
Stromüberschusszeiträumen. Nachfolgend wird der Betrieb erneut anhand der Verwendung von flüssigem Sauerstoff als Zwischenprodukt veranschaulicht, der in dem Flüssigsauerstofftank 41 eingelagert sei. Die Luftzerlegungsanlage kann, wie zuvor bereits betont, jedoch auch unter Verwendung beliebiger anderer flüssiger Zwischenprodukte betrieben werden. In dem in Figur 2B gezeigten dritten Betriebsmodus wird die Luftzerlegungsanlage weiter betrieben und versorgt entsprechende Verbraucher, zusätzlich wird dem
Flüssigsauerstofftank 41 jedoch Flüssigsauerstoff in Form eines Stroms q in einer Entnahmemenge Q entnommen. Es werden jedoch keine flüssigen Zwischenprodukte mehr gespeichert.
Wenn die Luftzerlegungsanlage weiterhin die gleiche Produktmenge M des oder der Innenverdichtungsprodukte wie in dem Betriebsmodus gemäß Figur 2A, beispielsweise die im obigen Beispiel genannten ca. 40 000 Normkubikmeter pro Stunde, bereitstellen soll, kann die in der Luftzerlegungsanlage bzw. der Rektifikationseinheit 20 selbst zu bildende Menge von Flüssigsauerstoff als Zwischenprodukt um die Entnahmemenge Q aus dem Flüssigsauerstofftank 41 reduziert werden. Beträgt die Entnahmemenge Q beispielsweise 10 000 Normkubikmeter pro Stunde, muss die Luftzerlegungsanlage bzw. die Rektifikationseinheit 20 also während des in Figur 2B gezeigten
Betriebsmodus selbst nur noch ca. 30 000 Normkubikmeter pro Stunde zu dem Strom m beitragen. Die Zwischenproduktmenge und die in die Rektifikationseinheit 20 insgesamt einzuspeisende Lufteinspeisemenge reduzieren sich entsprechend.
Entsprechend reduziert sich auch die durch den Hauptluftverdichter 11 (siehe Figur 1) zu verdichtende Luft des Stroms a (AIR) um ca. 25%, d.h. von ca. 200 000
Normkubikmetern pro Stunde (siehe Erläuterungen zu Figur 2A) auf ca. 150 000 Normkubikmeter pro Stunde. Damit reduziert sich der Stromverbrauch für den
Hauptluftverdichter 11 um ca. 25%. Da weiterhin die gesamte Menge M des Stroms m von ca. 40 000 Normkubikmetern pro Stunde im Hauptwärmetauscher 14 verdampft werden muss, ist weiterhin insgesamt eine ausreichende Menge D des Drosselstroms d (JT-AIR) bereitzustellen, im vorliegenden Beispiel also ca. 75 000 Normkubikmeter pro Stunde. Von der Menge D muss im dargestellten Beispiel jedoch nur noch ein Teil vom Nachverdichter 15 (siehe Figur 1) selbst geliefert werden, weil ein weiterer Teil im dargestellten Beispiel in Form des Stroms r in einer Menge R mittels einer Pumpe 32 in einem Kreislauf durch den Kältespeicher 31 der Kältespeichereinheit 31 geführt werden kann. Hierdurch wird der Kältespeicher 31 abgekühlt. Die durch den Nachverdichter 5 bereitzustellende Luftmenge des Drosselstroms d (JT-AIR) reduziert sich hierdurch zunächst um die Menge R, beispielsweise um eine Menge R von ca. 11 500 Normkubikmetern pro Stunde, wie in Figur 2B mit D-R veranschaulicht.
Weil gleichzeitig aufgrund der reduzierten Produktion des Stroms m (ICLOX), also des flüssigen Zwischenprodukts, durch die Luftzerlegungsanlage selbst eine geringere Kältemenge erforderlich ist, kann in dem in Figur 2B gezeigten dritten Betriebsmodus der turbinengetriebene Verdichter 16 bzw. dessen Entspannungsturbine abgeschaltet oder zumindest stark gedrosselt werden. Die Menge E des Turbinenstroms e (TURB) reduziert sich dadurch auf ein zulässiges Minimum. Die ebenfalls durch den
Nachverdichter 15 bereitzustellende Luftmenge des Turbinenstroms e wird hierdurch verringert.
Insgesamt reduziert sich die durch den Nachverdichter 15 zu verdichtende Luft des Teilstroms c (aus dem der Drosselstrom d und der Turbinenstrom e gebildet werden, siehe Figur 1) um ca. 8 %, d.h. von ca. 140 000 Normkubikmetern pro Stunde (siehe Erläuterungen zu Figur 2A) auf ca. 128 500 Normkubikmeter pro Stunde. Damit reduziert sich auch der Stromverbrauch für den Nachverdichter 15 um ca. 8%.
In dem in Figur 2C gezeigten Betriebsmodus, der in Stromüberschusszeiträumen durchgeführt und hier als erster Betriebsmodus bezeichnet wird, muss der
Kältespeicher 31 der Kältespeichereinheit 30 in abgekühltem Zustand vorliegen und in einem oder mehreren Speichertanks 41 bis 44 der Flüssigkeitsspeichereinheit 40 muss Kapazität zur Speicherung eines entsprechenden flüssigen Zwischenprodukts bestehen. Die Abkühlung des Kältespeichers 31 der Kältespeichereinheit 30 und die Entnahme eines flüssigen Zwischenprodukts aus einem oder mehreren Speichertanks 41 bis 44 der Flüssigkeitsspeichereinheit 40 wurde zu dem in Figur 2B gezeigten dritten Betriebsmodus in Strommangelzeiträumen erläutert.
Wenn die Luftzerlegungsanlage auch hier weiterhin die gleiche Menge M des oder der Innenverdichtungsprodukte wie in dem Betriebsmodus gemäß Figur 2A und 2B, beispielsweise die im obigen Beispiel genannten ca. 40 000 Normkubikmeter pro Stunde, bereitstellen soll, gleichzeitig jedoch eine Speichermenge S von beispielsweise ca. 10 000 Normkubikmetern pro Stunde eines erzeugten Zwischenprodukts in Form des Stroms s in den Flüssigsauerstofftank 41 eingelagert werden soll, muss die Menge des in der Luftzerlegungsanlage gebildeten Zwischenprodukts entsprechend auf ca. 50 000 Normkubikmeter pro Stunde erhöht werden. Die Lufteinspeisemenge in die Rektifikationseinheit bzw. das Destillationssäulensystem erhöht sich.
Die in diesem Fall durch den Hauptluftverdichter 1 (siehe Figur 1) zu verdichtende Luft des Stroms a (AIR) erhöht sich entsprechend, im Beispiel also von ca. 200 000 Normkubikmetern pro Stunde (siehe Erläuterungen zu Figur 2A) auf ca. 250 000 Normkubikmeter pro Stunde und damit um ca. 25%. Entsprechendes gilt für den Stromverbrauch. Zur Verdampfung des oder der innenverdichteten flüssigen
Zwischenprodukte zu dem oder den Innenverdichtungsprodukten werden in dem Wärmetauscher 14 selbst weiterhin ca. 75 000 Normkubikmeter pro Stunde des Drosselstroms d (JT-AI ) benötigt. Die Menge D des Stroms d wird nun jedoch insgesamt erhöht, um den erhöhten Luftbedarf zu decken, im Beispiel auf ca. 86 500 Normkubikmeter pro Stunde. Ein Teil hiervon wird jedoch durch den Kältespeicher 31 der Kältespeichereinheit 30 geführt und abgekühlt, beispielsweise eine Menge T in Form des Stroms t von 1 1 500 Normkubikmetern pro Stunde. Durch den Hauptwärmetauscher 14 werden in diesem Fall nur noch die verbleibenden und üblichen (vgl. Figuren 2A und 2B) 75 000 Normkubikmeter pro Stunde geführt. Die Menge des Drosselstroms kann daher mit D+T angegeben werden. Durch die zusätzliche, dem Kältespeicher 31 der Kältespeichereinheit 30 entnommene Kältemenge kann die Menge E des Drosselstroms e (TURB) konstant bleiben oder ggf. auf ein in der Anlage ohne Einsatz weiterer Entspannungsturbinen erzielbares
Maximum erhöht werden, beispielsweise auf ca. 1 1 500 Normkubikmeter pro Stunde. Aus den Mengen von Drosselstrom d und Turbinenstrom e, D und E, ergibt sich die durch den Nachverdichter 15 zu verdichtende Menge des Teilstroms c (aus dem der Drosselstrom d und der Turbinenstrom e gebildet werden) zu ca. 151 500
Normkubikmetern pro Stunde.
Insgesamt wird in dem dritten Betriebsmodus gemäß Figur 2B ein deutlich reduzierter, in dem ersten Betnebsmodus gemäß Figur 2C hingegen ein deutlich erhöhter
Stromverbrauch erzielt. In dem ersten Betriebsmodus gemäß Figur 2C wird dabei ein flüssiges Zwischenprodukt gespeichert, das in dem dritten Betriebsmodus gemäß Figur 2B verwendet wird. Die in den Figuren 2B und 2C dargestellten Betriebsmodi lassen sich ohne Bereitstellung aufwendiger zusätzlicher Maschinen, lediglich durch die Verwendung einfacher Kältespeicher, realisieren.
Die nachfolgende Tabelle gibt nochmals einen Überblick über die jeweils in dem
Hauptverdichter bzw. dem Nachverdichter zu verdichtenden Luftmengen und die Menge des Turbinenstroms, die jeweils in Normkubikmetern pro Stunde angegeben sind. Die sich ergebenden Unterschiede zwischen den jeweiligen Minimal- und
Maximalmengen können durch herkömmliche Maschinen problemlos bewältigt werden.
Figure imgf000028_0001
Wie aus der Zusammenschau der Figuren 2B und 2C ersichtlich, müssen die hier verwendete Kältespeichereinheit 30 bzw. der oder die in der Kältespeichereinheit 30 verwendeten Kältespeicher unter dem Druck des Drosselstroms d betreibbar sein. Hierzu müssen für entsprechende Drücke ausgelegte Hochdruckbehälter bereitgestellt werden, was sich ggf. als aufwendig erweisen kann.
In den Figuren 3A bis 3C ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form vereinfachter Prozessflussdiagramme dargestellt, wobei erneut die drei Betriebsmodi gezeigt sind. Erneut ist in der Figur 3A ein normaler Betrieb ohne Speicherung oder Entnahme flüssiger Speicherprodukte veranschaulicht, in Figur 3B ein dritter Betriebsmodus, der während Strommangelzeiträumen und unter Entnahme eines flüssigen Zwischenprodukts aus der Flüssigkeitsspeichereinheit 40 bzw. dem Flüssigtank 41 durchgeführt wird, und in Figur 3C ein erster Betriebsmodus gezeigt, der während Stromüberschusszeiträumen und unter Einspeicherung eines flüssigen Zwischenprodukts in die Flüssigkeitsspeichereinheit 40 bzw. den Flüssigtank 41 durchgeführt wird. Die Kältespeichereinheit 30 ist hier mit zwei Kältespeicher 33 und 34 veranschaulicht, die jeweils mit Teilströmen beschickt werden. Der Kältespeicher 34 wird mit Strömen durchströmt, die zuvor und danach durch den Hauptwärmetauscher 14 geführt werden. Die Bereitstellung des Kältespeichers 34 dient der Bilanzierung des
Hauptwärmetauschers 14.
Ferner werden die zwei Kältespeicher 33 und 34 gemäß dem in Figur 3B
veranschaulichten dritten Betriebsmodus mit dem Strom p (UN2), also einem unreinen Stickstoffprodukt, das auf dem Druck der Niederdrucksäule 21 , also beispielsweise bei 1 ,5 bar, vorliegt, durchströmt und abgekühlt. Der hierdurch bewirkte Effekt ist der, dass in dem Hauptwärmetauscher 14 die durch die zwei Kältespeicher 33 und 34 geführte Menge des Stroms p gegenüber dem in Figur 3A veranschaulichten Betriebsmodus nicht mehr erwärmt werden muss, der Hauptwärmetauscher 14 also eine
entsprechende zusätzliche (freigewordene) Verdampfungskapazität aufweist. Geht man erneut davon aus, dass in den in den Figuren 3A und 3B veranschaulichten Betriebsmodi die gleiche Menge M des oder der Innenverdichtungsprodukte in Form des Stroms m bereitgestellt und verdampft werden soll, kann diese in dem
Betriebsmodus gemäß Figur 3B zusätzlich bereitstehende Verdampfungskapazität des Hauptwärmetauschers 14 hierfür genutzt werden. Die Menge D des Drosselstroms d (JT-AIR) kann entsprechend reduziert werden, beispielsweise um ca. 15 000 Normkubikmeter pro Stunde, wenn durch den Kältespeicher 33 ca. 12 000 Normkubikmeter pro Stunde und durch den Kältespeicher 34 ca. 10 000
Normkubikmeter pro Stunde geführt werden. Durch die reduzierte Menge D des Drosselstroms d (JT-AIR) und die auch hier reduzierte Menge E des Turbinenstroms e (TURB, Gründe siehe Erläuterungen zu Figur 2B) reduziert sich die erforderliche Leistung des Nachverdichters 15 auch hier beträchtlich, beispielsweise wie oben auf 125 000 Normkubikmeter pro Stunde
Weil auch hier eine Entnahmemenge Q eines flüssigen Zwischenprodukts dem
Flüssigtank 41 der Flüssigkeitsspeichereinheit 40 entnommen und nicht in der
Rektifikationseinheit 20 selbst erzeugt wird, reduziert sich die Menge der durch den Hauptluftverdichter 2 in Form des Stroms a zu verdichtenden Einsatzluft wie zu Figur 2B erläutert. In dem in Figur 3C veranschaulichten ersten Betriebsmodus, der, wie erwähnt, während Stromüberschusszeiträumen durchgeführt wird, wird erneut die gleiche Menge M des innenverdichteten, flüssigen Zwischenprodukts bereitgestellt und in dem Hauptwärmetauscher 14 zu dem entsprechenden Luftprodukt verdampft. Gleichzeitig wird eine durch die Rektifikationseinheit 20 bereitgestellte Speichermenge S eines flüssigen Zwischenprodukts in Form des Stroms s in dem Flüssigtank 41 der
Flüssigkeitsspeichereinheit 40 gespeichert. Dies bedeutet, dass in dem ersten
Betriebsmodus gemäß Figur 3C gegenüber dem dritten Betriebsmodus gemäß Figur 3B eine größere Kältemenge bereitgestellt werden muss. Diese wird durch die
Entspannung einer entsprechend größeren Menge E des Turbinenstroms e
bereitgestellt. Gegenüber dem in Figur 3B veranschaulichten Betriebsmodus ist damit eine erhöhte Leistung des Nachverdichters 15 erforderlich (Gründe siehe
Erläuterungen zu Figur 2C).
In dem ersten Betriebsmodus gemäß Figur 3C wird der gesamte Strom p (UN2, Unrein Stickstoff) durch den Hauptwärmetauscher 14 geführt. Die erforderliche
Verdampfungskapazität des Hauptwärmetauschers 14 erhöht sich damit entsprechend. Diese erforderliche erhöhte Verdampfungskapazität wird durch die Bereitstellung einer entsprechend vergrößerten Menge D des Drosselstroms d (JT-AIR) gedeckt. Auch hierdurch erhöht sich die erforderliche Leistung des Nachverdichters 15 in
entsprechendem Umfang, beispielsweise gegenüber dem in Figur 3A gezeigten Betriebsmodus um ca. 15 000 Normkubikmeter pro Stunde und gegenüber dem in Figur 3B gezeigten Betriebsmodus um ca. 30 000 Normkubikmeter pro Stunde. Zur zusätzlichen Bereitstellung der Speichermenge S des flüssigen Zwischenprodukts, das in Form des Stroms s in den Flüssigspeicher 41 eingespeichert werden soll, ist die Bereitstellung einer entsprechend vergrößerten Menge verdichteter Luft durch den Hauptluftverdichter 2 erforderlich. Ein hieraus gebildeter Strom b wird jedoch im ersten Betriebsmodus gemäß Figur 3C nur zu einem Teil in dem Hauptwärmetauscher 14, zu einem anderen Teil hingegen in den Kältespeicher 33 und 34 der Kältespeichereinheit 30 abgekühlt. Die erforderliche Leistung des Hauptluftverdichters 2 erhöht sich damit entsprechend, ohne die Kapazität des Hauptwärmetauschers 14 zu überlasten.
In der in den Figuren 3A bis 3C veranschaulichten Luftzerlegungsanlage werden die Kältespeicher 33 und 34 in dem in Figur 3B gezeigten dritten Betriebsmodus mit dem Strom p (UN2, Unreinstickstoff) auf dem Druckniveau der Niederdrucksäule 22, also, wie erwähnt, beispielsweise 1 ,5 bar, beschickt. Im Gegensatz dazu wird in dem in
Figur 3C gezeigten ersten Betriebsmodus der Strom b mit entsprechend hohem Druck, nämlich auf dem Druckniveau der Hochdrucksäule von beispielsweise 6 bar, durch die Kältespeicher 33 und 34 geführt. Dies bedeutet, dass die Kältespeicher 33 und 34 auf das entsprechend höhere Druckniveau ausgelegt sein müssen, es handelt sich also um Kältespeicher, die sowohl für einen Betrieb auf niedrigem als auch für einen Betrieb auf hohem Druckniveau eingerichtet sein müssen.
In den Figuren 4A bis 4C ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form vereinfachter Prozessflussdiagramme dargestellt, die erneut die erwähnten drei Betriebsmodi zeigen. Wiederum ist in der Figur 4A ein normaler Betrieb ohne Speicherung oder Entnahme flüssiger Zwischenprodukte veranschaulicht, in Figur 4B ein dritter Betriebsmodus, der während Strommangelzeiträumen und unter Entnahme eines flüssigen Zwischenprodukts aus der Flüssigkeitsspeichereinheit 40 bzw. dem Flüssigtank 41 durchgeführt wird, und in Figur 4C ein erster Betriebsmodus, der während Stromüberschusszeiträumen und unter Einspeicherung eines flüssigen Zwischenprodukts in die Flüssigkeitsspeichereinheit 40 bzw. dem Flüssigtank 41 durchgeführt wird.
Der in Figur 4B dargestellte dritte Betriebsmodus entspricht dem in Figur 3B
dargestellten dritten Betriebsmodus, d.h. ein Strom p (UN2, Unreinstickstoff) wird teilweise durch den Hauptwärmetauscher 14 und teilweise durch die Kältespeicher 33 und 34 der Kältespeichereinheit 30 geführt.
Gemäß dem in Figur 4C veranschaulichten ersten Betriebsmodus wird jedoch auch zur Erwärmung der Kältespeicher 33 und 34 der Kältespeichereinheit 30 der Strom p (UN2, Unreinstickstoff) eingesetzt. Der Strom p wird dabei zum Teil mittels einer Gebläse Einheit 35 warmseitig des Hauptwärmetauschers 14 verdichtet und durch die Kältespeicher 33 und 34 der Kältespeichereinheit 30 geführt. Entsprechend abgekühlte Ströme werden kaltseitig des Hauptwärmetauschers 14 mit dem Strom p vereinigt, so dass auf diese Weise insgesamt eine erhöhte Verdampfungsleistung in dem
Hauptwärmetauscher 14 erforderlich ist. Diese wird erneut durch eine Vergrößerung der Menge D des Drosselstroms d (JT-AIR) gedeckt.
Wiederum wird auch die Menge E des Turbinenstroms e, wie zuvor zu Figur 3C erläutert, vergrößert. Die gemäß dem in Figur 4C gezeigten ersten Betriebsmodus bewirkten Effekte entsprechen damit jenen des ersten Betriebsmodus gemäß Figur 3C. Jedoch müssen, weil die Kältespeicher 33 und 34 in den beiden Betriebsmodi, d.h. in dem dritten Betriebsmodus gemäß Figur 4B und dem ersten Betriebsmodus gemäß Figur 4C jeweils Ströme auf niedrigem Druck durch die Kältespeicher 33 und 34 geführt werden, diese nur für entsprechend geringere Drücke ausgelegt sein.
In den Figuren 5A bis 5C ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form vereinfachter Prozessflussdiagramme dargestellt, die erneut die drei Betriebsmodi in gleicher Anordnung zeigen.
Gemäß dem in Figur 5B veranschaulichten dritten Betriebsmodus, der in
Strommangelzeiträumen durchgeführt wird, wird ein Teil des Stroms b (FEED) durch die Kältespeicher 33 und 34 der Kältespeichereinheit 30 rezykliert, wozu eine entsprechende Gebläseeinheit 36 verwendet wird. Dadurch, dass die durch die
Kältespeicher 33 und 34 der Kältespeichereinheit 30 rezyklierten Ströme dem
Hauptwärmetauscher 14 kaltseitig bzw. auf entsprechenden Zwischentemperaturen entnommen werden, lassen sich diese Kältespeicher 33 und 34 abkühlen. Die Menge der durch die Kältespeicher 33 und 34 rezyklierten Luft des Stroms b beträgt beispielsweise ca. 25 000 Normkubikmeter pro Stunde. Die Produktionsmenge der Rektifikationseinheit 20 ist erneut aufgrund der Entnahme der Entnahmemenge Q des Stroms q des flüssigen Zwischenprodukts reduziert, so dass auch eine entsprechend geringere Menge D des Stroms d erforderlich ist. Die Menge M des zu verdampfenden innenverdichteten Zwischenprodukts (ICOLX) in Form des Stroms m bleibt wiederum gleich, die erforderliche Verdampfungskapazität wird durch die zusätzliche
Einspeicherung einer bestimmten Kältemenge in den Kältespeichereinheiten 33 und 34 bereitgestellt. Wieder kann der Turbinenstrom e bzw. die Menge E auf ein Minimum gedrosselt werden, weil keine flüssigen Zwischenprodukte gespeichert werden.
Während des in Figur 5C veranschaulichten ersten Betriebsmodus wird die zusätzliche Kältemenge zur Bereitstellung der hier größeren Menge B des Stroms b aus den Kältespeicher 33 und 34 der Kältespeichereinheit 30 gedeckt.
In den Figuren 6A bis 6C ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form vereinfachter Prozessflussdiagramme dargestellt, die erneut die drei Betriebsmodi in gleicher Anordnung zeigen. Sie unterscheidet sich von den vorangegangenen Ausführungsbeispielen im Wesentlichen dadurch, dass im ersten Betriebsmodus (Figur 6C) gasförmiger Drucksauerstoff HP-GOX im Kältespeicher 33 abgekühlt wird und im dritten Betriebsmodus (Figur 6B) ICLOX im Kältespeicher 31 verdampft und angewärmt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erzeugung eines Luftprodukts in einer Luftzerlegungsanlage, bei welchem Einsatzluft, die insgesamt in einem Hauptluftverdichter (2) verdichtet und danach zu einem Teil in einem Nachverdichter (15) nach verdichtet wird, abgekühlt und anschließend ganz oder teilweise in ein Destillationssäulensystem (21 , 22) eingespeist wird, wobei das Verfahren umfasst, in einem ersten Betriebsmodus
- die Einsatzluft in einer ersten Lufteinspeisemenge in das
Destillationssäulensystem (21 , 22) einzuspeisen und in diesem unter
Verwendung der Einsatzluft ein flüssiges Zwischenprodukt in einer ersten Zwischenproduktmenge zu produzieren,
- von der ersten Zwischenproduktmenge mindestens einen Anteil flüssig in einer Speichermenge in einer Flüssigkeitsspeichereinheit (40) zu speichern, einen weiteren Anteil der ersten Zwischenproduktmenge oder einer anderen flüssigen Zwischenproduktmenge in einer ersten Produktmenge in dem Hauptwärmetauscher (14) unter Druck zu erwärmen und als das Luftprodukt bereitzustellen und eine Kältespeichereinheit (30) mit wenigstens einem Kältespeicher (31 , 33, 34) von einem ersten Prozessstrom durchströmen zu lassen, wobei der Kältespeicher angewärmt wird und der erste Prozessstrom abgekühlt wird, und in einem zweiten Betriebsmodus
- die Einsatzluft in einer zweiten Lufteinspeisemenge in das
Destillationssäulensystem (21 , 22) einzuspeisen und in diesem unter
Verwendung der Einsatzluft ein flüssiges Zwischenprodukt in einer zweiten Zwischenproduktmenge zu produzieren, wobei die Kältespeichereinheit (30) nicht durchströmt wird, in einem dritten Betriebsmodus
- die Einsatzluft in einer dritten Lufteinspeisemenge in das
Destillationssäulensystem (21 , 22) einzuspeisen und in diesem unter
Verwendung der Einsatzluft ein flüssiges Zwischenprodukt in einer dritten Zwischenproduktmenge zu produzieren, wobei die erste Lufteinspeisemenge größer als die dritte Lufteinspeisemenge ist,
- der Flüssigkeitsspeichereinheit (40) das in dem ersten Betriebsmodus
gespeicherte flüssige Zwischenprodukt in einer Entnahmemenge zu entnehmen und mit der dritten Zwischenproduktmenge zu einer
Gesamtmenge zu vereinigen, die in einer dritten Produktmenge in dem Hauptwärmetauscher (14) unter Druck erwärmt und als das Luftprodukt bereitgestellt wird, und die Kältespeichereinheit (30) von einem zweiten Prozessstrom durchströmen zu lassen, wobei der Kältespeicher abgekühlt wird, wobei der zweite
Prozessstrom erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem der Teil der in dem Nachverdichter (15) nachverdichteten Einsatzluft dort in einer Nachverdichtermenge nach verdichtet wird, wobei die Nachverdichtermenge in dem ersten Betriebsmodus größer als in dem dritten Betriebsmodus ist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem ein Teil der Nachverdichtermenge zumindest in dem ersten Betriebsmodus in einer Turbinenstrommenge auf ein
Temperaturniveau, das oberhalb der Verflüssigungstemperatur von Stickstoff liegt, abgekühlt und in einer Entspannungsmaschine (16) entspannt wird, und bei dem ein Teil der Nachverdichtermenge in einer Drosselstrommenge auf ein
Temperaturniveau, das unterhalb der Verflüssigungstemperatur von Stickstoff liegt, abgekühlt und entspannt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Summe aus der Turbinenstrommenge und der Drosselstrommenge in dem ersten Betriebsmodus größer als in dem dritten Betriebsmodus ist. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Drosselstrommenge und die
Turbinenstrommenge nach dem Entspannen als Teil der Lufteinspeisemenge in das Destillationssäulensystem (21 , 22) eingespeist werden.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Teil der nicht in dem Nachverdichter (15) verdichteten Einsatzluft über eine Entspannungsturbine in eine Niederdrucksäule (22) des Destillationssäulensystems (21 , 22) der
Luftzerlegungsanlage entspannt wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem dem
Destillationssäulensystem (21 , 22) ein nicht in Form der ersten und/oder der dritten
Zwischenproduktmenge entnommenes tiefkaltes Gasprodukt in dem dritten Betriebsmodus zu einem Anteil in tiefkaltem Zustand zum Abkühlen der
Kältespeichereinheit (30) durch diese geführt wird. 8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das tiefkalte Gasprodukt in dem ersten
Betriebsmodus vollständig in dem Hauptwärmetauscher (14) erwärmt wird, wobei ein Anteil des erwärmten Gasprodukts danach zum Erwärmen der
Kältespeichereinheit (30) wieder durch diese geführt wird. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem in dem ersten
Betriebsmodus von der Einsatzluft zum Abkühlen ein Teil durch die
Kältespeichereinheit (30) und ein Teil durch zumindest einen Abschnitt des Hauptwärmetauschers (14) geführt wird. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem in dem dritten
Betriebsmodus die gesamte Einsatzluft durch zumindest einen Abschnitt des Hauptwärmetauschers (14) geführt und in diesem abgekühlt wird, wobei ein Anteil der abgekühlten Einsatzluft danach zum Abkühlen der Kältespeichereinheit (30) verwendet wird.
1. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die gesamte
Einsatzluft in dem dritten Betriebsmodus durch zumindest einen Abschnitt des Hauptwärmetauschers (14) geführt wird.
2. Luftzerlegungsanlage zur Erzeugung eines Luftprodukts, die dafür eingerichtet ist, Einsatzluft insgesamt in einem Hauptluftverdichter (2) zu verdichten und danach zu einem Teil in einem Nachverdichter (15) nachzuverdichten und die Einsatzluft abzukühlen und ganz oder teilweise in ein Destillationssäulensystem (21 , 22) einzuspeisen, wobei Mittel vorgesehen sind, die dafür eingerichtet sind, in einem ersten Betriebsmodus
- die Einsatzluft in einer ersten Lufteinspeisemenge in das
Destillationssäulensystem (21 , 22) einzuspeisen und in diesem unter
Verwendung der Einsatzluft ein flüssiges Zwischenprodukt in einer ersten Zwischenproduktmenge zu produzieren, und
- von der Zwischenproduktmenge mindestens einen Anteil flüssig in einer
Speichermenge in einer Flüssigkeitsspeichereinheit (40) zu speichern,
- einen weiteren Anteil der ersten Zwischenproduktmenge oder einer anderen flüssigen Zwischenproduktmenge in einer ersten Produktmenge in dem
Hauptwärmetauscher (14) unter Druck zu erwärmen und als das Luftprodukt bereitzustellen und eine Kältespeichereinheit (30) mit wenigstens einem Kältespeicher (31 , 33, 34) von einem ersten Prozessstrom durchströmen zu lassen und
anzuwärmen, wobei der erste Prozessstrom abgekühlt wird, und in einem zweiten Betriebsmodus die Einsatzluft in einer zweiten Lufteinspeisemenge in das
Destillationssäulensystem (21 , 22) einzuspeisen und in diesem unter
Verwendung der Einsatzluft ein flüssiges Zwischenprodukt in einer zweiten Zwischenproduktmenge zu produzieren, wobei die Kältespeichereinheit (30) nicht durchströmt wird, in einem dritten Betriebsmodus
- die Einsatzluft in einer dritten Lufteinspeisemenge in das
Destillationssäulensystem (21 , 22) einzuspeisen und in diesem unter Verwendung der Einsatzluft ein flüssiges Zwischenprodukt in einer dritten Zwischenproduktmenge zu produzieren, wobei die erste Lufteinspeisemenge größer als die dritte Lufteinspeisemenge ist,
- der Flüssigkeitsspeichereinheit (40) das in dem ersten Betriebsmodus
gespeicherte flüssige Zwischenprodukt in einer Entnahmemenge zu entnehmen und mit der dritten Zwischenproduktmenge zu einer
Gesamtmenge zu vereinigen und diese in einer dritten Produktmenge in dem
Hauptwärmetauscher (14) unter Druck zu erwärmen und als das Luftprodukt bereitzustellen, und die Kältespeichereinheit (30) von einem zweiten Prozessstrom durchströmen und abzukühlen zu lassen, wobei der zweite Prozessstrom erwärmt wird.
PCT/EP2015/001519 2014-07-31 2015-07-23 Gewinnung eines luftprodukts in einer luftzerlegungsanlage mit kältespeichereinheit WO2016015850A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201580049839.7A CN107076511A (zh) 2014-07-31 2015-07-23 在具有冷存储单元的空气分离设备中生产空气产物
EP15741735.3A EP3175191A1 (de) 2014-07-31 2015-07-23 Gewinnung eines luftprodukts in einer luftzerlegungsanlage mit kältespeichereinheit
US15/328,117 US20170211882A1 (en) 2014-07-31 2015-07-23 Production of an air product in an air separation plant with cold storage unit

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14002684 2014-07-31
EP14002684.0 2014-07-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016015850A1 true WO2016015850A1 (de) 2016-02-04

Family

ID=51266070

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2015/001519 WO2016015850A1 (de) 2014-07-31 2015-07-23 Gewinnung eines luftprodukts in einer luftzerlegungsanlage mit kältespeichereinheit

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20170211882A1 (de)
EP (1) EP3175191A1 (de)
CN (1) CN107076511A (de)
WO (1) WO2016015850A1 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3293475A1 (de) * 2016-09-07 2018-03-14 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und methode zur speicherung und rückgewinnung von energie
EP3312533A1 (de) 2016-10-18 2018-04-25 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur luftzerlegung und luftzerlegungsanlage
DE102016014945A1 (de) 2016-12-14 2018-06-14 Linde Aktiengesellschaft Sauerstoffversorgungsverfahren und Sauerstoffversorgungssystem für Stahlwerk
DE102016015292A1 (de) 2016-12-22 2018-06-28 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Bereitstellung eines oder mehrerer Luftprodukte mit einer Luftzerlegungsanlage
KR20190041511A (ko) * 2016-08-30 2019-04-22 8 리버스 캐피탈, 엘엘씨 고압의 산소를 생성하기 위한 극저온 공기 분리 방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3084736B1 (fr) * 2018-08-01 2022-04-15 Air Liquide Procede et appareil de production d'argon par distillation cryogenique de l'air
CN114383384B (zh) * 2021-12-30 2022-09-16 北京科技大学 一种空气液化与深冷空分工艺集成方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2741094A (en) * 1951-08-27 1956-04-10 British Oxygen Co Ltd Method of and apparatus for dispensing gases
US2788646A (en) * 1953-03-24 1957-04-16 Union Carbide & Carbon Corp Process of and apparatus for lowtemperature separation of air
US3319434A (en) * 1966-03-14 1967-05-16 Air Reduction Low temperature refrigeration and gas storage
US6134916A (en) * 1999-02-02 2000-10-24 Texaco Inc. Combined operation of a cryogenic air separation unit and an integrated gasifier combined cycle power generating system
DE19941545A1 (de) * 1999-09-01 2001-03-15 Messer Griesheim Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Nutzung der Kälte eines tiefkalten, verflüssigten Gases
EP2647934A1 (de) * 2012-04-03 2013-10-09 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie
WO2014154361A2 (de) * 2013-03-28 2014-10-02 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von gasförmigem drucksauerstoff mit variablem energieverbrauch

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999040304A1 (en) * 1998-02-04 1999-08-12 Texaco Development Corporation Combined cryogenic air separation with integrated gasifier
US7272954B2 (en) * 2004-07-14 2007-09-25 L'air Liquide, Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Proceded Georges Claude Low temperature air separation process for producing pressurized gaseous product
US20080115531A1 (en) * 2006-11-16 2008-05-22 Bao Ha Cryogenic Air Separation Process and Apparatus

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2741094A (en) * 1951-08-27 1956-04-10 British Oxygen Co Ltd Method of and apparatus for dispensing gases
US2788646A (en) * 1953-03-24 1957-04-16 Union Carbide & Carbon Corp Process of and apparatus for lowtemperature separation of air
US3319434A (en) * 1966-03-14 1967-05-16 Air Reduction Low temperature refrigeration and gas storage
US6134916A (en) * 1999-02-02 2000-10-24 Texaco Inc. Combined operation of a cryogenic air separation unit and an integrated gasifier combined cycle power generating system
DE19941545A1 (de) * 1999-09-01 2001-03-15 Messer Griesheim Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Nutzung der Kälte eines tiefkalten, verflüssigten Gases
EP2647934A1 (de) * 2012-04-03 2013-10-09 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie
WO2014154361A2 (de) * 2013-03-28 2014-10-02 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von gasförmigem drucksauerstoff mit variablem energieverbrauch

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190041511A (ko) * 2016-08-30 2019-04-22 8 리버스 캐피탈, 엘엘씨 고압의 산소를 생성하기 위한 극저온 공기 분리 방법
CN109804212A (zh) * 2016-08-30 2019-05-24 八河流资产有限责任公司 用于产生高压氧的低温空气分离方法
CN109804212B (zh) * 2016-08-30 2021-06-29 八河流资产有限责任公司 用于产生高压氧的低温空气分离方法
KR102446458B1 (ko) 2016-08-30 2022-09-23 8 리버스 캐피탈, 엘엘씨 고압의 산소를 생성하기 위한 극저온 공기 분리 방법
EP3293475A1 (de) * 2016-09-07 2018-03-14 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und methode zur speicherung und rückgewinnung von energie
EP3312533A1 (de) 2016-10-18 2018-04-25 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur luftzerlegung und luftzerlegungsanlage
DE102016014945A1 (de) 2016-12-14 2018-06-14 Linde Aktiengesellschaft Sauerstoffversorgungsverfahren und Sauerstoffversorgungssystem für Stahlwerk
DE102016015292A1 (de) 2016-12-22 2018-06-28 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Bereitstellung eines oder mehrerer Luftprodukte mit einer Luftzerlegungsanlage

Also Published As

Publication number Publication date
US20170211882A1 (en) 2017-07-27
CN107076511A (zh) 2017-08-18
EP3175191A1 (de) 2017-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3175191A1 (de) Gewinnung eines luftprodukts in einer luftzerlegungsanlage mit kältespeichereinheit
EP1067345B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP2980514A1 (de) Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und Luftzerlegungsanlage
EP2880267B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erzeugung elektrischer energie
EP3410050B1 (de) Verfahren zur gewinnung eines oder mehrerer luftprodukte und luftzerlegungsanlage
EP2520886A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines gasförmigen Sauerstoff-Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
WO2020083528A1 (de) Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft
EP2835507B1 (de) Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie und Energieerzeugungsanlage
EP2979051B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von gasförmigem drucksauerstoff mit variablem energieverbrauch
WO2012019753A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von drucksauerstoff und druckstickstoff durch tieftemperaturzerlegung von luft
EP3205963A1 (de) Verfahren zur gewinnung eines luftprodukts und luftzerlegungs anlage
WO2015003808A2 (de) Verfahren zur erzeugung zumindest eines luftprodukts, luftzerlegungsanlage, verfahren und vorrichtung zur erzeugung elektrischer energie
EP3019803A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur sauerstoffgewinnung durch tieftemperaturzerlegung von luft mit variablem energieverbrauch
EP2551619A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Druckstickstoff und Drucksauerstoff durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP1239246A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Zerlegung eines Gasgemischs mit Notbetrieb
EP2824407A1 (de) Verfahren zur Erzeugung zumindest eines Luftprodukts, Luftzerlegungsanlage, Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie
WO2021129948A1 (de) Verfahren und anlage zur bereitstellung eines sauerstoffprodukts
DE102017010001A1 (de) Verfahren und Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP2647934A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie
EP2770286B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Hochdruck-Sauerstoff und Hochdruck-Stickstoff
EP2835506A1 (de) Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie und Energieerzeugungsanlage
EP2863156A1 (de) Verfahren zur Gewinnung wenigstens eines Luftprodukts in einer Luftbehandlungsanlage und Luftbehandlungsanlage
WO2019214847A1 (de) Verfahren zur gewinnung eines oder mehrerer luftprodukte und luftzerlegungsanlage
DE102010056569A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Druckstickstoff durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE102016014945A1 (de) Sauerstoffversorgungsverfahren und Sauerstoffversorgungssystem für Stahlwerk

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15741735

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2015741735

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15328117

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE