WO2020038606A1 - Luftzerlegungsanlage, verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft mittels luftzerlegungsanlage und verfahren zur erstellung einer luftzerlegungsanlage - Google Patents

Luftzerlegungsanlage, verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft mittels luftzerlegungsanlage und verfahren zur erstellung einer luftzerlegungsanlage Download PDF

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Stefan Lochner
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Definitions

  • the present invention relates to an air separation plant, a method for the low-temperature separation of air by means of a corresponding air separation plant and a method for the construction of a corresponding air separation plant.
  • Air separation plants have rectification column systems, which as
  • Two-column systems in particular as classic Linde double-column systems, but can also be designed as three- or multi-column systems.
  • Two-column systems in particular as classic Linde double-column systems, but can also be designed as three- or multi-column systems.
  • Rectification columns for the production of nitrogen and / or oxygen in the liquid and / or gaseous state ie the rectification columns for nitrogen-oxygen separation, rectification columns for the production of further air components, in particular argon, can be provided.
  • the rectification columns of the rectification column systems mentioned are operated at different pressure levels.
  • Known double-column systems have a so-called high-pressure column (also referred to as a pressure column, medium-pressure column or lower column) and a so-called low-pressure column (also referred to as an upper column).
  • the high-pressure column is typically operated at a pressure level of 4 to 7 bar, in particular approximately 5.3 bar.
  • the low pressure column is operated at a pressure level of typically 1 to 2 bar, in particular approximately 1.4 bar. In certain cases, higher pressure levels can also be used in the low pressure column.
  • the pressures specified here and below are absolute pressures at the top of the specified columns.
  • a liquid enriched with oxygen and nitrogen-depleted is formed in a lower region of the high-pressure column and drawn off from the high-pressure column.
  • This liquid which in particular also contains argon, is at least partly fed into the low-pressure column and further separated there.
  • Feed into the low-pressure column are at least partially evaporated, with evaporated and non-evaporated portions at different positions in the
  • the present invention is based on a method or a corresponding system in which a high and a low pressure column is used.
  • the low-pressure column is not formed in one piece, but is divided into a first section and a second section, the first and the second section at different positions
  • Air separation plant and are arranged at different heights and
  • first and the second section of the low pressure column are operated at a common pressure level within the scope of the present invention.
  • the used in the context of the present invention divided into two sections
  • Low-pressure column differs from also known arrangements in which, in addition to the high-pressure and low-pressure columns, a further column for separating nitrogen and oxygen is provided, which, however, is operated at a pressure level which lies between the pressure levels at which the high-pressure column and the Low pressure column operated.
  • Air separation plants with raw and pure argon columns can be used to obtain argon.
  • An example is illustrated by Häring (see above) in Figure 2.3A and described from page 26 in the section “Rectification in the Low-pressure, Crude and Pure Argon Column” and from page 29 in the section “Cryogenic Production of Pure Argon”.
  • argon accumulates at a certain height in the low-pressure column in corresponding plants. At this or at another convenient point, possibly below the argon maximum, the
  • Low pressure column of argon-enriched gas with an argon concentration of typically 5 to 15 mole percent are withdrawn and transferred to the crude argon column.
  • a corresponding gas typically contains about 0.05 to 100 ppm nitrogen and otherwise essentially oxygen. It should be expressly emphasized that the values given for the gas drawn off from the low pressure column are only typical example values.
  • the crude argon column essentially serves to separate the oxygen from the gas drawn off from the low-pressure column.
  • the separated oxygen in the crude argon column or a corresponding oxygen-rich fluid can be returned to the low-pressure column in liquid form.
  • the oxygen or the oxygen-rich fluid is typically fed into the low-pressure column a plurality of theoretical or practical trays below the feed point for the liquid drawn off from the high-pressure column, enriched with oxygen and depleted with nitrogen and possibly at least partially evaporated.
  • Crude argon column remaining gaseous fraction which essentially contains argon and nitrogen, is further separated in the pure argon column to obtain pure argon.
  • the crude and the pure argon column have top condensers, which can be cooled in particular with a portion of the liquid which has been drawn off from the high-pressure column and enriched with oxygen and nitrogen and which partially evaporates during this cooling. Other fluids can also be used for cooling.
  • a pure argon column can also be dispensed with in corresponding systems, typically ensuring that the
  • Nitrogen content at the argon transition is below 1 ppm. However, this is not a mandatory requirement. In this case, argon of the same quality as from a conventional pure argon column is typically slightly further below from the crude argon column or a comparable column than that conventionally into the
  • the present invention can be used with such an arrangement without a pure argon column. Since the raw argon column or a comparable column in such an arrangement is already used for the production of pure argon and not for
  • Raw argon production is used, is also referred to below as an "argon production column".
  • An argon recovery column can be a conventional one Raw argon column (which is used with or without pure argon column) or a corresponding raw argon column modified for obtaining pure argon.
  • Air separation plants increase significantly.
  • the present invention proposes an air separation plant, a method for the low-temperature separation of air by means of a corresponding air separation plant and a method for producing a corresponding one
  • Liquids and gases can, in the language used here, be rich or poor in one or more components, “rich” for a content of at least 50%, 75%, 90%, 95%, 99%, 99.5%, 99, 9% or 99.99% and “poor” for a maximum of 50%, 25%, 10%, 5%, 1%, 0.1% or 0.01% on a mole, weight or volume basis ,
  • the term “predominantly” can correspond to the definition of "rich”.
  • Liquids and gases can also be enriched or depleted in one or more components, these terms refer to a content in a starting liquid or gas from which the liquid or gas was obtained.
  • the liquid or gas is "enriched” if this or this content is at least 1.1 times, 1.5 times, 2 times, 5 times, 10 times 100 times or 1,000 times the content, and " depleted "if this or this contains at most 0.9 times, 0.5 times, 0.1 times, 0.01 times or 0.001 times the content of a corresponding component, based on the starting liquid or the starting gas. If, for example, “oxygen”, “nitrogen” or “argon” is mentioned here, this should also be understood to mean a liquid or a gas which is rich in oxygen or nitrogen, but does not necessarily have to consist exclusively of it.
  • pressure level and "temperature level” to characterize pressures and temperatures, which is intended to express that corresponding pressures and temperatures in a corresponding system do not have to be used in the form of exact pressure or temperature values to realize the inventive concept.
  • pressures and temperatures are typically in certain ranges, for example ⁇ 1%, 5% or 10% around an average.
  • Corresponding pressure levels and temperature levels can lie in disjoint areas or in areas that overlap one another.
  • pressure levels include, for example, unavoidable or expected pressure drops. The same applies to temperature levels. For those given here in cash
  • Pressure levels are absolute pressures.
  • the high-pressure column and the low-pressure column (or, in the context of the present invention, its first section) of an air separation plant are in heat-exchanging connection via a so-called “main condenser”.
  • Main capacitor can in particular in a lower (sump) area of the
  • Low pressure column (or here from its first section) can be arranged.
  • it is a so-called internal main condenser and the evaporation space of the main condenser is also the interior of the
  • the main condenser can basically be arranged outside the interior of the high-pressure column, that is to say a so-called external main condenser.
  • a rectification column system of an air separation plant is arranged in one or more cold boxes.
  • a "cold box” is understood here to mean an insulating sheath that covers a heat-insulated interior except for bushings
  • Plant parts to be insulated are arranged in the interior, for example one or more
  • Rectification columns and / or heat exchangers Rectification columns and / or heat exchangers.
  • the insulating effect can be brought about by appropriate design of the outer walls and / or by filling the space between the system parts and outer walls with an insulating material.
  • a powdery material such as pearlite is preferably used.
  • the rectification column system of a plant for the low-temperature separation of air as well as the main heat exchanger and other cold plant parts such as pipes, valves and instrumentation are typically enclosed by one or more cold boxes.
  • the external dimensions of the cold box usually determine the transport dimensions.
  • a "main heat exchanger" of an air separation plant is used to cool the feed air in indirect heat exchange with return flows from the
  • Rekt Ensklalensystem can consist of a single or several in parallel and / or serially connected heat exchanger sections can be formed, for example from one or more plate heat exchanger blocks.
  • Separate heat exchangers which are used specifically for the evaporation or pseudo-evaporation of a single liquid or supercritical fluid, without heating and / or evaporation of another fluid, are not part of the main heat exchanger.
  • a "subcooler” or “subcooling counterflow” is, in the parlance used here, a heat exchanger through which gaseous and liquid material flows in an air separation plant cause heat exchange
  • the axes of the two parts of the apparatus do not have to lie exactly vertically one above the other, but can also be offset from one another, in particular if one of the two apparatus parts, for example a rectification column or a column part with a smaller diameter, is to have the same distance from the sheet metal jacket of a cold box as another with a larger one Diameter.
  • the present invention is based on the knowledge that an arrangement of a distillation column system with a high pressure column, a foot section of a low pressure column, a head section of the low pressure column and a
  • Argon recovery column in the specific manner explained below is advantageous, the invention in particular comprising that axially parallel
  • running sections of lines that connect the above-mentioned separation units and other apparatuses are at least predominantly housed in a separate, prefabricated compartment.
  • the compartment that receives the lines or the explained sections of these lines can be prefabricated and, for example, only with on the respective connection sides
  • Transport covers are provided. Due to comparatively less
  • this compartment can already be closed with a sheet metal jacket and, if necessary, cold-insulated.
  • An air separation plant can be created by first setting up the separate compartment at the installation site of the air separation plant and then the further components after removing the
  • Transport covers are connected to the compartment.
  • the compartment can already be fully equipped in the factory with the respective lines or the mentioned line sections, of which only connection pieces are led out of the compartment.
  • Pipe sections in a separate compartment can be avoided with the appropriate piping work on site with the appropriate welding work, which may not be unproblematic in the field.
  • the present invention allows any prefabrication of the compartment and further units of a corresponding air separation plant and, if appropriate, the arrangement in cold boxes or the connection to other structural units, the degree of prefabrication depending in particular on the
  • a “compartment” denotes a separately transportable structural unit, in which at least lines or line sections and possibly further components are fixed in place.
  • Such a compartment can be closed on the outside with metal sheets or can be provided with appropriate transport covers only for transport purposes.
  • the compartment can also include, for example, other components
  • Quantity measuring devices can be provided. Analysis and sampling points can also be moved to a corresponding compartment.
  • a structural unit is particularly "separately transportable" if it is independent
  • the structural elements establish a fixed structural relationship between the components contained, for example, lines to one another.
  • the components are arranged in particular within a corresponding support structure and, while they remain in this fixed structural relationship to one another, can be connected to further components.
  • the argon recovery column can be, in particular, a crude argon column or a correspondingly modified crude argon column with pure argon recovery, in the latter case in particular the two-part low-pressure column or its head section being adapted accordingly so that it can be used to provide a fluid that has a sufficiently low nitrogen content has, so that a pure argon column can be dispensed with.
  • the separating units are at least partly by means of lines with one another and / or at least partly by means of lines with one or connected to several other apparatuses, which are explained below using examples.
  • the separation units each have longitudinal axes which run in the direction of a maximum extension of the separation units.
  • the longitudinal axes can coincide with the central axes of the separation units; appropriate
  • separation units can also be constructed asymmetrically.
  • the separating units are arranged in the context of the present invention in such a way that, as is customary in the art, the longitudinal axes are parallel to one another. However, the separation units can be arranged at different heights in the sense of the above explanations.
  • the high-pressure column and the foot section in particular are in two parts
  • the high pressure column typically has a smaller diameter than the low pressure column, no accommodation is typically provided in a common column jacket; the column jacket of the high-pressure column is attached to the lower side of the column jacket of the foot section of the low-pressure column.
  • the longitudinal axes of the separation units are arranged in four quadrants such that in a first of the quadrants at least the major part of the high-pressure column and the foot section of the two-part low-pressure column are one above the other, in a second of the quadrants at least the major part of the head section of the low-pressure column, in a third the quadrant, at least the majority of the argon recovery column and the fourth are arranged in a fourth of the four quadrants.
  • a "projection onto the floor plan level" corresponds to a plan view along the longitudinal axes mentioned.
  • quadrants in a corresponding plane are regions separated from one another by imaginary lines intersecting perpendicularly in the plane. These do not have to be in the form of structurally separate departments.
  • the respective separation units can also protrude from their assigned quadrant or occupy only part of a corresponding quadrant. This is expressed in the context of this description by the fact that "at least the major part" of the respectively specified elements is arranged in a corresponding quadrant. This at least predominant part comprises in particular more than 75%, 80% or 90% of the respective base area.
  • the first to fourth quadrants can be arranged in the plan view, in particular clockwise around a center point.
  • Separation units are arranged, lie in three adjacent quarters of the floor plan and the compartment can be arranged in the remaining quarter.
  • the compartment and the separating units can be arranged in the projection onto the plan level within a rectangle with four side lines, which includes a partial area of each of the quadrants, the partial area of the first and second quadrants being connected to a first, the partial area of the second and third quadrants a second, the partial area of the third and fourth quadrant abut a third and the partial area of the fourth and first quadrant on a fourth of the side lines.
  • the rectangle can in particular also be square.
  • Separation units are arranged in their respective quadrants in an L-shape, the compartments being arranged at an inner angle of the L.
  • the compartment and the separating units can be surrounded with a common outer shell, the projection of which on the floor plan level is limited at least in one section by the rectangle with the four side lines.
  • the separation units are either arranged together without the compartment in a cold box, which in the projection onto the plan level has a recess in the fourth quadrant, in which the compartment is arranged in the projection onto the plan level.
  • the compartment is designed in one or as a separate cold box.
  • the separation units with the compartment are arranged together in a cold box, which is projected onto the
  • Floor plan level has a rectangular cross section, the compartment in this alternative embodiment being arranged in the projection onto the floor plan level in a corner of the cold box.
  • the compartment can also have a rectangular cross section when projected onto the plan level and can rest on the third and fourth side lines. Depending on the connection requirements, the corresponding side surfaces can be opened or closed.
  • a main heat exchanger can be provided as the one or one of the further apparatuses, which is connected to the separation units by means of the lines mentioned.
  • the main heat exchanger can in particular be arranged on a separate cold box, which is arranged in the cross-sectional view perpendicular to the longitudinal axes of the separation units on the fourth outer line mentioned several times.
  • a subcooling counterflow can also be provided as the one or the further apparatuses, the subcooling counterflow being arranged inside or outside the compartment in the fourth quadrant. The same applies to a further (fifth) separation unit. If a separate pure argon column is provided, this is a fifth separation unit.
  • a separation unit set up to enrich or obtain a krypton / xenon or helium / neon mixture can also be provided as the fifth separation unit.
  • the fifth separation unit can be arranged inside or outside the compartment in the fourth quadrant.
  • the present invention also extends to an air separation plant in which the compartment has a size of less than six meters, in particular in a first direction of extension, and an extension of at least a factor of 5 in a second direction perpendicular to it.
  • the direction of extension is in particular parallel to the line sections which run parallel to the axes of the separating units. That way
  • the compartment is prefabricated and transported.
  • the maximum size can in particular also be less than 4.8 meters or less than 4.2 meters, so that normal transport dimensions for road transport are observed.
  • the head section of the low pressure column has in particular a smaller cross section than the foot section of the low pressure column.
  • a transfer pump or a plurality of arranged and / or redundantly provided transfer pumps can be provided.
  • a first packing area with a first packing density can be formed at the foot section of the low pressure column, and a second packing area with a second packing density can be formed in the argon recovery column, wherein the first packing density is less than 1,000 square meters per cubic meter and the second packing density is more than 750 square meters per cubic meter and the second packing density is more than 250 square meters per cubic meter greater than the first packing density.
  • the transport dimensions can be maintained or corresponding separation units can be accommodated in a common cold box.
  • the present invention also extends to a method for
  • Air separation plant is used, as previously explained in detail. Regarding features and advantages of a corresponding method, refer to the above
  • the same also applies to a method for creating an air separation plant, as proposed according to the invention.
  • This includes providing four separation units in the form of a high-pressure column, a foot section, a two-part low-pressure column, a head section of the two-part low-pressure column and a one-part argon recovery column, the separating units being at least partly connected to one another and / or at least partly using lines with one or can be connected to several devices.
  • the separation units each have longitudinal axes that are in the direction of a
  • the maximum extent of the separation units extends, the separation units being arranged in such a way that their longitudinal axes are parallel to one another. Furthermore, the lines at least partially have line sections that are parallel to the
  • Air separation plant that at least the majority of the line sections of the lines running parallel to the longitudinal axes of the separation units, in particular in advance, are arranged in a compartment, and that the compartment and the separation units are projected onto a floor plan that is perpendicular to the longitudinal axes of the separation units, be arranged in four quadrants such that in a first of the quadrants at least the
  • the separating units are either arranged without the compartment in a cold box, which has a recess in the fourth quadrant when projected onto the floor plan, in which the projection into the floor plane
  • Compartment is arranged, or the separation units are with the
  • Floor plan level has the rectangular cross section and in a corner of which the compartment is arranged in the projection onto the floor plan level
  • the separate compartment with the at least predominant part of the line sections of the lines running parallel to the longitudinal axes of the separation units can first be provided in a prefabricated form and then the separation units can be provided.
  • the compartment can be converted with a cold box after it has been made available or can be connected to such a cold box.
  • Figure 1 illustrates an air separation plant according to an embodiment of the present invention in a schematic view.
  • FIG. 2 illustrates in connection with the description of a
  • Figure 3 illustrates an air separation plant according to an embodiment of the present invention in plan view.
  • FIG. 1 shows an air separation plant according to an embodiment of the present invention in a schematic representation.
  • the air separation plant is designated 100 in total.
  • the spatial arrangement of the in FIG. 1 shows an air separation plant according to an embodiment of the present invention in a schematic representation.
  • the air separation plant is designated 100 in total.
  • the spatial arrangement of the in FIG. 1 shows an air separation plant according to an embodiment of the present invention in a schematic representation.
  • the air separation plant is designated 100 in total.
  • the air separation plant 100 has four separation units in the form of a high-pressure column 1, a foot section 2 of a two-part design
  • Low pressure columns are connected to each other on the jacket side.
  • the high-pressure column 1 the foot section 2 of the two-part low-pressure column, the head section 3 of the two-part low-pressure column and the one-part
  • Argon recovery columns each have longitudinal axes A, as illustrated here only using the example of the high-pressure column 1 and the foot section 2 of the two-part low-pressure column.
  • Feed air stream EL fed which was compressed in a warm part of the air separation plant 100, not shown, and cooled in a main heat exchanger.
  • liquid air LA can also in the
  • High pressure column 1 can be fed.
  • the high-pressure column and the foot section of the low-pressure column 2 are connected to one another in a heat-exchanging manner via a main condenser, which is not specifically designated.
  • the foot section 2 of the low pressure column and the head section 3 of the Low pressure columns are fluidly coupled to one another, whereby in particular
  • Bottom liquid can be returned from the head section 3 of the low pressure column by means of a pump (not specifically designated) in an upper region of the foot section 2 of the low pressure column.
  • Bottom liquid can be drawn off from the sump of the high-pressure column 1, passed through a supercooling counterflow 7 and then fed into an evaporation chamber of a top condenser 41 of an argon recovery column 4.
  • Evaporated and non-evaporated portions of the corresponding oxygen-enriched fluid can be fed into the head section 3 of the low-pressure column in the form of appropriate material flows.
  • a material stream can be drawn off from an upper region of the foot section 2 of the low-pressure column and fed into the argon extraction column 4.
  • the argon recovery column 4 can be enriched with argon and preferably largely with nitrogen
  • depleted fluid can be fed.
  • the depleted fluid can be fed.
  • the depleted fluid can be fed.
  • Air separation plant 100 can therefore be dispensed with a pure argon column.
  • argon extraction column 4 In an upper area of the argon extraction column 4 can in this way
  • Liquid argon be withdrawn in sufficient purity. From the head of the
  • Pure argon column releases fluid to the atmosphere.
  • the present invention is also suitable for other system configurations, in particular those with classic raw and pure argon columns.
  • GOXIC gaseous pressurized oxygen
  • UN2 impure nitrogen
  • LPGAN low pressure nitrogen
  • LIN liquid nitrogen
  • LOX liquid oxygen
  • LAR liquid argon
  • the separating units 1 to 4 can be connected to one another and to others by means of lines, which are summarized here by way of example at two points with 5
  • Apparatus such as the supercooling counterflow 7 and a main heat exchanger (not shown) can be connected. These lines have vertical, that is to say parallel to respective longitudinal axes A of the separation units, line sections of considerable length. These can and will be within the scope of the present Invention provided in a compartment C illustrated here in dashed lines. Corresponding cables can be prefabricated in the separate compartment C and transported in this way to the construction site. In this way, as explained several times, subsequent welding work can largely be dispensed with.
  • FIG. 2 illustrates in connection with the description of a
  • FIG. 2 here is a plane (in the paper plane) by means of a first dividing line T1 illustrated by dash-dotted lines and also one
  • dash-dot line illustrated second dividing line T2 into a first quadrant Q1, a second quadrant Q2, a third quadrant Q3 and a fourth
  • Quadrants Q4 divided.
  • a dotted rectangle 10 with a first side line L1, a second side line L2, a third side line L3 and a fourth side line L4 is also illustrated here.
  • the rectangle 10 closes one
  • the first to fourth quadrants Q1-Q4 are arranged clockwise around a center point Z in the plan view.
  • FIG. 3 An air separation plant according to an embodiment of the invention is illustrated in FIG. 3 in a schematic plan view or in a projection onto a floor plan level that corresponds to the paper level.
  • the separation units 1 to 4 with their longitudinal axes A not shown separately here, are perpendicular to the plane of the paper.
  • Compartment C is arranged, and the compartment C and the separation units 1 to 4 are arranged in the four quadrants Q1-Q4 in projection on the plan plane, which is perpendicular to the longitudinal axes A of the separation units 1 to 4, in such a way that in the first quadrant Q1 at least the majority of the high-pressure column 1 and the foot section 2 of the two-part low-pressure column one above the other, in the second quadrant Q2 at least the majority of the head section 3 of the low-pressure column, in the third quadrant Q3 at least the majority of the argon recovery column 4 and in the fourth quadrant Q4 the compartment C are arranged. As shown here by means of a reinforced line 20
  • Quadrant Q4 has a recess in which the projection onto the
  • Compartment C is arranged on the floor plan. Compartment C is rectangular when projected onto the floor plan and lies on the third and fourth side lines L3, L4. It is housed in another cold box, not specifically identified. A main heat exchanger 6 is arranged in a separate cold box, which is arranged in the projection onto the plan level on the fourth outer line L4.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Luftzerlegungsanlage (100) mit vier Trenneinheiten (1-4), die zumindest zum Teil mittels Leitungen (5) miteinander und/oder zumindest zum Teil mittels Leitungen (5) mit einem oder mit mehreren weiteren Apparaten (6-8) verbunden sind. Es ist vorgesehen, dass zumindest der überwiegende Teil von parallel zu Längsachsen (A) der Trenneinheiten (1-4) verlaufenden Leitungsabschnitten der Leitungen (5) in einem Kompartiment (C) in Form einer separat transportablen baulichen Einheit angeordnet sind, und dass das Kompartiment (C) und die Trenneinheiten (1-4) in Projektion auf eine Grundrissebene, die senkrecht zu den Längsachsen der Trenneinheiten (1-4) liegt, in vier Quadranten (Q1-Q4) angeordnet sind. Die Trenneinheiten (1-4) sind entweder ohne das Kompartiment (C) in einer Coldbox (20) angeordnet, die in der Projektion auf die Grundrissebene in dem vierten Quadranten (Q4) eine Aussparung aufweist, in welcher in der Projektion auf die Grundrissebene das Kompartiment (C) angeordnet ist, oder die Trenneinheiten (1-4) sind mit dem Kompartiment (C) in einer Coldbox angeordnet, die in der Projektion auf die Grundrissebene den rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei das Kompartiment (C) in der Projektion auf die Grundrissebene in einer Ecke der Coldbox angeordnet ist. Ein entsprechendes Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und ein Verfahren zur Erstellung einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage (100) sind ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Description

Beschreibung
Luftzerleaunasanlaae, Verfahren zur Tieftemperaturzerleauna von Luft mittels
Luftzerlegungsanlage und Verfahren zur Erstellung einer Luftzerlegungsanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftzerlegungsanlage, ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft mittels einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage und ein Verfahren zur Erstellung einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage.
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.
Luftzerlegungsanlagen weisen Rektifikationssäulensysteme auf, die als
Zweisäulensysteme, insbesondere als klassische Linde-Doppelsäulensysteme, aber auch als Drei- oder Mehrsäulensysteme ausgebildet sein können. Neben den
Rektifikationssäulen zur Gewinnung von Stickstoff und/oder Sauerstoff in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand, also den Rektifikationssäulen zur Stickstoff-Sauerstoff- Trennung, können Rektifikationssäulen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere von Argon, vorgesehen sein.
Die Rektifikationssäulen der genannten Rektifikationssäulensysteme werden auf unterschiedlichen Druckniveaus betrieben. Bekannte Doppelsäulensysteme weisen eine sogenannte Hochdrucksäule (auch als Drucksäule, Mitteldrucksäule oder untere Säule bezeichnet) und eine sogenannte Niederdrucksäule (auch als obere Säule bezeichnet) auf. Die Hochdrucksäule wird typischerweise auf einem Druckniveau von 4 bis 7 bar, insbesondere ca. 5,3 bar, betrieben. Die Niederdrucksäule wird auf einem Druckniveau von typischerweise 1 bis 2 bar, insbesondere ca. 1 ,4 bar, betrieben. In bestimmten Fällen können in der Niederdrucksäule auch höhere Druckniveaus eingesetzt werden. Bei den hier und nachfolgend angegebenen Drücken handelt es sich um Absolutdrücke am Kopf der jeweils angegebenen Säulen. In bekannten Verfahren und Anlagen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft wird in einem unteren Bereich der Hochdrucksäule eine an Sauerstoff angereicherte und an Stickstoff abgereicherte Flüssigkeit gebildet und aus der Hochdrucksäule abgezogen. Diese Flüssigkeit, die insbesondere auch Argon enthält, wird zumindest zum Teil in die Niederdrucksäule eingespeist und dort weiter aufgetrennt. Sie kann vor der
Einspeisung in die Niederdrucksäule zumindest teilweise verdampft werden, wobei ggf. verdampfte und unverdampfte Anteile an unterschiedlichen Positionen in die
Niederdrucksäule eingespeist werden können.
Die vorliegende Erfindung geht von einem Verfahren bzw. einer entsprechenden Anlage aus, in dem bzw. der eine Hoch- und eine Niederdrucksäule verwendet wird.
Die Niederdrucksäule ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch nicht einteilig ausgebildet, sondern in einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt unterteilt, wobei der erste und der zweite Abschnitt an unterschiedlichen Positionen der
Luftzerlegungsanlage und in unterschiedlichen Höhen angeordnet sind und
insbesondere in Draufsicht auf eine Säulenlängsachse nicht aufeinander projizieren. Der erste und der zweite Abschnitt der Niederdrucksäule werden jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf einem gemeinsamen Druckniveau betrieben. Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzte, in zwei Abschnitte unterteilte
Niederdrucksäule unterscheidet sich damit von ebenfalls bekannten Anordnungen, bei denen neben der Hoch- und der Niederdrucksäule eine weitere Säule zur Trennung von Stickstoff und Sauerstoff bereitgestellt ist, welche jedoch auf einem Druckniveau betrieben wird, das zwischen den Druckniveaus liegt, auf denen die Hochdrucksäule und die Niederdrucksäule betrieben werden.
Zur Argongewinnung können Luftzerlegungsanlagen mit Roh- und Reinargonsäulen eingesetzt werden. Ein Beispiel ist bei Häring (s.o.) in Figur 2.3A veranschaulicht und ab Seite 26 im Abschnitt "Rectification in the Low-pressure, Crude and Pure Argon Column" sowie ab Seite 29 im Abschnitt "Cryogenic Production of Pure Argon" beschrieben. Wie dort erläutert, reichert sich Argon in entsprechenden Anlagen in einer bestimmten Höhe in der Niederdrucksäule an. An dieser oder an einer anderen günstigen Stelle, ggf. auch unterhalb des Argonmaximums, kann aus der
Niederdrucksäule an Argon angereichertes Gas mit einer Argonkonzentration von typischerweise 5 bis 15 Molprozent abgezogen und in die Rohargonsäule überführt werden. Ein entsprechendes Gas enthält typischerweise ca 0,05 bis 100 ppm Stickstoff und ansonsten im Wesentlichen Sauerstoff. Es sei ausdrücklich betont, dass die angebenen Werte für das aus der Niederdrucksäule abgezogene Gas lediglich typische Beispielwerte darstellen.
Die Rohargonsäule dient im Wesentlichen dazu, den Sauerstoff aus dem aus der Niederdrucksäule abgezogenen Gas abzutrennen. Der in der Rohargonsäule abgetrennte Sauerstoff bzw. ein entsprechendes sauerstoffreiches Fluid kann flüssig in die Niederdrucksäule zurückgeführt werden. Der Sauerstoff bzw. das sauerstoffreiche Fluid wird dabei typischerweise mehrere theoretische oder praktische Böden unterhalb der Einspeisestelle für die aus der Hochdrucksäule abgezogene, an Sauerstoff angereicherte und an Stickstoff abgereicherte und ggf. zumindest teilweise verdampfte Flüssigkeit in die Niederdrucksäule eingespeist. Eine bei der Trennung in der
Rohargonsäule verbleibende gasförmige Fraktion, die im Wesentlichen Argon und Stickstoff enthält, wird in der Reinargonsäule unter Erhalt von Reinargon weiter aufgetrennt. Die Roh- und die Reinargonsäule weisen Kopfkondensatoren auf, die insbesondere mit einem Teil der aus der Hochdrucksäule abgezogenen, an Sauerstoff angereicherten und an Stickstoff abgereicherten Flüssigkeit gekühlt werden können, welche bei dieser Kühlung teilweise verdampft. Auch andere Fluide können zur Kühlung eingesetzt werden.
Grundsätzlich kann in entsprechenden Anlagen auch auf eine Reinargonsäule verzichtet werden, wobei hier typischerweise sichergestellt wird, dass der
Stickstoffgehalt am Argonübergang unter 1 ppm liegt. Dies ist jedoch keine zwingende Voraussetzung. Argon gleicher Qualität wie aus einer herkömmlichen Reinargonsäule wird in diesem Fall aus der Rohargonsäule bzw. einer vergleichbaren Säule typischerweise etwas weiter unterhalb als das herkömmlicherweise in die
Reinargonsäule überführte Fluid abgezogen, wobei die Böden im Abschnitt zwischen dem Rohargonkondensator, also dem Kopfkondensator der Rohargonsäule, und einem entsprechenden Abzug insbesondere als Sperrböden für Stickstoff dienen. Die vorliegende Erfindung kann mit einer derartigen Anordnung ohne Reinargonsäule zum Einsatz kommen. Da die Rohargonsäule bzw. eine vergleichbare Säule in einer derartigen Anordnung bereits zur Reinargongewinnung und nicht zur
Rohargongewinnung dient, wird nachfolgend auch von einer "Argongewinnungssäule" gesprochen. Bei einer Argongewinnungssäule kann es sich um eine herkömmliche Rohargonsäule (die mit oder ohne Reinargonsäule eingesetzt wird) oder um eine entsprechende zur Reinargongewinnung modifizierte Rohargonsäule handeln.
Eine Unterbringung von verschiedenen Komponenten einer Luftzerlegungsanlage, darunter der genannten Destillationssäulen, in unterschiedlichen baulichen Einheiten ist z.B. aus der US 2015/096327 A1 , der CN 202 853 259 U, der DE 199 64 549 B4, der EP 1 180 655 A1 und der DE 103 42 788 A1 bekannt.
Bei der Erstellung von Luftzerlegungsanlagen, die zur Argongewinnung eingerichtet sind, ergeben sich Probleme aufgrund der Dimensionen der verwendeten Säulen. Ein Doppelsäulensystem zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung herkömmlicher Art kann eine Höhe von beinahe 75 m erreichen. Entsprechende Luftzerlegungsanlagen sind daher kaum mehr vorfertigbar, weil die jeweiligen Komponentengruppen in der Regel nicht mehr über längere Strecken transportiert werden können. Dies bedeutet, dass sie am jeweiligen Zielort erstellt werden müssen. Dies ist aus unterschiedlichen Gründen nachteilig, unter anderem deshalb, weil entsprechendes Personal am Zielort entweder nicht verfügbar oder teuer ist. Der Aufwand zur Erstellung entsprechender
Luftzerlegungsanlagen erhöht sich damit signifikant.
Wünschenswert ist hingegen die weitgehend modularisierte Erstellung einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage am Fertigungsort. Die einzelnen Komponenten werden dort vorzugsweise bereits in den entsprechenden Coldboxen untergebracht und müssen am Zielort nur noch miteinander verbunden werden. Hierfür können vorteilhafterweise ebenfalls Module, sogenannte Piping Skids, eingesetzt werden.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung eine Luftzerlegungsanlage, ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft mittels einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage und ein Verfahren zur Erstellung einer entsprechenden
Luftzerlegungsanlage mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Bevorzugte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Vor der Erläuterung der Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden einige Grundlagen der vorliegenden Erfindung näher erläutert und nachfolgend verwendete Begriffe definiert.
Die in einer Luftzerlegungsanlage eingesetzten Vorrichtungen sind in der zitierten Fachliteratur, beispielsweise bei Häring (s.o.) in Abschnitt 2.2.5.6, "Apparatus", beschrieben. Sofern die nachfolgenden Definitionen nicht hiervon abweichen, wird daher zum Sprachgebrauch, der im Rahmen der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, ausdrücklich auf die zitierte Fachliteratur verwiesen.
Flüssigkeiten und Gase können im hier verwendeten Sprachgebrauch reich oder arm an einer oder an mehreren Komponenten sein, wobei "reich" für einen Gehalt von wenigstens 50%, 75%, 90%, 95%, 99%, 99,5%, 99,9% oder 99,99% und "arm" für einen Gehalt von höchstens 50%, 25%, 10%, 5%, 1%, 0,1% oder 0,01% auf Mol-, Gewichts- oder Volumenbasis stehen kann. Der Begriff "überwiegend" kann der Definition von "reich" entsprechen. Flüssigkeiten und Gase können ferner angereichert oder abgereichert an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei sich diese Begriffe auf einen Gehalt in einer Ausgangsflüssigkeit oder einem Ausgangsgas beziehen, aus der oder dem die Flüssigkeit oder das Gas gewonnen wurde. Die Flüssigkeit oder das Gas ist "angereichert", wenn diese oder dieses zumindest den 1 ,1 -fachen, 1 ,5-fachen, 2-fachen, 5-fachen, 10-fachen 100-fachen oder 1.000-fachen Gehalt, und "abgereichert", wenn diese oder dieses höchstens den 0,9-fachen, 0,5- fachen, 0,1-fachen, 0,01-fachen oder 0,001 -fachen Gehalt einer entsprechenden Komponente, bezogen auf die Ausgangsflüssigkeit oder das Ausgangsgas enthält. Ist hier beispielsweise von "Sauerstoff", "Stickstoff" oder "Argon" die Rede, sei hierunter auch eine Flüssigkeit oder ein Gas verstanden, die bzw. das reich an Sauerstoff oder Stickstoff ist, jedoch nicht notwendigerweise ausschließlich hieraus bestehen muss.
Die vorliegende Anmeldung verwendet zur Charakterisierung von Drücken und Temperaturen die Begriffe "Druckniveau" und "Temperaturniveau", wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass entsprechende Drücke und Temperaturen in einer entsprechenden Anlage nicht in Form exakter Druck- bzw. Temperaturwerte verwendet werden müssen, um das erfinderische Konzept zu verwirklichen. Jedoch bewegen sich derartige Drücke und Temperaturen typischerweise in bestimmten Bereichen, die beispielsweise ± 1%, 5% oder 10% um einen Mittelwert liegen. Entsprechende Druckniveaus und Temperaturniveaus können dabei in disjunkten Bereichen liegen oder in Bereichen, die einander überlappen. Insbesondere schließen beispielsweise Druckniveaus unvermeidliche oder zu erwartende Druckverluste ein. Entsprechendes gilt für Temperaturniveaus. Bei den hier in bar angegebenen
Druckniveaus handelt es sich um Absolutdrücke.
Die Hochdrucksäule und die Niederdrucksäule (bzw. im Rahmen der vorliegenden Erfindung deren erster Abschnitt) einer Luftzerlegungsanlage stehen über einen sogenannten "Hauptkondensator" in wärmetauschender Verbindung. Der
Hauptkondensator kann insbesondere in einem unteren (Sumpf-)Bereich der
Niederdrucksäule (bzw. hier von deren erstem Abschnitt) angeordnet sein. In diesem Fall handelt es sich um einen sogenannten innenliegenden Hauptkondensator und der Verdampfungsraum des Hauptkondensators ist zugleich der Innenraum der
Niederdrucksäule (bzw. von deren erstem Abschnitt). Der Hauptkondensator kann jedoch grundsätzlich, also sogenannter außenliegender Hauptkondensator, außerhalb des Innenraums der Hochdrucksäule angeordnet sein.
Ein Rektifikationssäulensystem einer Luftzerlegungsanlage ist in einer oder mehreren Coldboxen angeordnet. Unter einer "Coldbox" wird hier eine isolierende Umhüllung verstanden, die einen wärmeisolierten Innenraum bis auf Durchführungen für
Leitungen und dergleichen vollständig mit Außenwänden umfasst. In dem Innenraum sind zu isolierende Anlagenteile angeordnet, beispielsweise ein oder mehrere
Rektifikationssäulen und/oder Wärmetauscher. Die isolierende Wirkung kann durch entsprechende Ausgestaltung der Außenwände und/oder durch die Befüllung des Zwischenraums zwischen Anlagenteilen und Außenwänden mit einem Isoliermaterial bewirkt werden. Bei der letzteren Variante wird vorzugsweise ein pulverförmiges Material wie zum Beispiel Perlit verwendet. Sowohl das Rektifikationssäulensystem einer Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft als auch der Hauptwärmetauscher und weitere kalte Anlagenteile wie Rohrleitungen, Ventile und Instrumentierung sind typischerweise von einer oder mehreren Coldboxen umschlossen sein. Die
Außenmaße der Coldbox bestimmen üblicherweise die Transportmaße.
Ein "Hauptwärmetauscher" einer Luftzerlegungsanlage dient zur Abkühlung von Einsatzluft in indirektem Wärmeaustausch mit Rückströmen aus dem
Rektifikationssäulensystem. Er kann aus einem einzelnen oder mehreren parallel und/oder seriell verbundenen Wärmetauscherabschnitten gebildet sein, beispielsweise aus einem oder mehreren Plattenwärmetauscherblöcken. Separate Wärmetauscher, die speziell der Verdampfung oder Pseudoverdampfung eines einzigen flüssigen oder überkritischen Fluids dienen, ohne Anwärmung und/oder Verdampfung eines weiteren Fluids, gehören nicht zum Hauptwärmetauscher.
Bei einem "Unterkühler" oder "Unterkühlungsgegenströmer" handelt es sich im hier verwendeten Sprachgebrauch um einen Wärmetauscher, durch den gasförmige und flüssige Stoffströme in einer Luftzerlegungsanlage einem Wärmeaustausch
miteinander unterworfen werden, welche dem Rektifikationssäulensystem entnommen und nach dem Wärmetausch zumindest teilweise in das Rektifikationssäulensystem zurückgeführt werden.
Die relativen räumlichen Begriffe "oben", "unten", "über", "unter", "oberhalb",
"unterhalb", "neben", "nebeneinander", "vertikal", "horizontal" etc. beziehen sich hier auf die räumliche Ausrichtung der Rektifikationssäulen einer Luftzerlegungsanlage im Normalbetrieb. Unter einer Anordnung zweier Rektifikationssäulen oder anderer Komponenten "übereinander" wird hier verstanden, dass das sich obere Ende des unteren der beiden Apparateteile auf niedrigerer oder gleicher geodätischer Höhe befindet wie das untere Ende der oberen der beiden Apparateteile und sich die Projektionen der beiden Apparateteile in einer horizontalen Ebene überschneiden. Insbesondere sind die beiden Apparateteile genau übereinander angeordnet, das heißt die Achsen der beiden Apparateteile verlaufen auf derselben vertikalen Geraden. Die Achsen der beiden Apparateteile müssen jedoch nicht genau senkrecht übereinander liegen, sondern können auch gegeneinander versetzt sein, insbesondere wenn einer der beiden Apparateteile, beispielsweise eine Rektifikationssäule oder ein Säulenteil mit geringerem Durchmesser, denselben Abstand zum Blechmantel einer Coldbox aufweisen soll wie ein anderer mit größerem Durchmesser.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine Anordnung eines Destillationssäulensystems mit einer Hochdrucksäule, einem Fußabschnitt einer Niederdrucksäule, einem Kopfabschnitt der Niederdrucksäule und einer
Argongewinnungssäule in der nachfolgend erläuterten spezifischen Weise besonders vorteilhaft ist, wobei die Erfindung insbesondere umfasst, dass achsparallel
verlaufende Abschnitte von Leitungen, die die genannten Trenneinheiten und weitere Apparate verbinden, zumindest überwiegend in einem separaten, vorfertigbaren Kompartiment untergebracht werden.
Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht insbesondere in der
Reduzierung des Stahlbauaufwands durch die optimierte Oberfläche einer
gemeinsamen Außenhülle sämtlicher Komponenten. Das Kompartiment, das die Leitungen bzw. die erläuterten Abschnitte dieser Leitungen aufnimmt, kann dabei vorgefertigt und beispielsweise an den jeweiligen Anschlußseiten lediglich mit
Transportabdeckungen versehen werden. Aufgrund vergleichsweise geringer
Transportabmessungen ist insbesondere ein Straßentransport möglich. An den Seiten, die nicht zum Anschluß weiterer Komponenten dienen, kann dieses Kompartiment bereits mit einem Blechmantel verschlossen und ggf. kälteisoliert werden. Die
Erstellung einer Luftzerlegungsanlage kann dabei dadurch erfolgen, dass zunächst das separate Kompartiment am Erstellungsort der Luftzerlegungsanlage aufgestellt wird und anschließend die weiteren Komponenten nach Entfernung der
Transportabdeckungen an das Kompartiment angeschlossen werden. Das
Kompartiment kann insbesondere bereits im Werk vollständig mit den jeweiligen Leitungen bzw. den erwähnten Leitungsabschnitten ausgestattet werden, von denen jeweils nur Anschlussstutzen aus dem Kompartiment nach außen geführt werden. Durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung bzw. die Unterbringung der
Leitungsabschnitte in einem separaten Kompartiment kann der vor Ort erforderliche Verrohrungsaufwand mit den entsprechenden, ggf. im Feld nicht unproblematischen Schweißarbeiten vermieden werden.
Grundsätzlich erlaubt die vorliegende Erfindung eine beliebige Vorfertigung des Kompartiments und weiterer Einheiten einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage sowie ggf. die Anordnung in Coldboxen bzw. die Verbindung zu weiteren baulichen Einheiten, wobei sich der Grad der Vorfertigung insbesondere nach der
Transportfähigkeit der auf diese Weise erstellten Komponenten richtet. Wie erwähnt, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere das separate Kompartiment, das die Leitungen bzw. die erwähnten Leitungsabschnitte aufnimmt, vorgefertigt. Ein "Kompartiment" bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine separat transportable bauliche Einheit, in der zumindest Leitungen bzw. Leitungsabschnitte sowie ggf. weitere Komponenten ortsfest fixiert sind. Ein derartiges Kompartiment kann außenseitig mit Blechen verschlossen werden oder nur zu Transportzwecken mit entsprechenden Transportabdeckungen versehen werden. In dem Kompartiment können neben den Leitungen und Leitungsabschnitten sowie den nachfolgend im Detail erläuterten weiteren Komponenten auch beispielsweise weitere
Instrumentierungen, also insbesondere Temperatur-, Druck- und
Mengenmesseinrichtungen, vorgesehen sein. Auch Analyse- bzw. Entnahmestellen können in ein entsprechendes Kompartiment verlagert werden. Eine bauliche Einheit ist insbesondere dann "separat transportabel", wenn sie eigenständige
Strukturelemente aufweist, die die enthaltenen Komponenten unabhängig von externen Strukturelementen abstützen, beispielsweise einen Stahlrahmen und an diesem anbebrachte Befestigungselemente. Die Strukturelemente stellen dabei eine feste Strukturbeziehung der enthaltenen Komponenten, beispielsweise von Leitungen zueinander, her. In der separat transportablen baulichen Einheit sind die Komponenten insbesondere innerhalb einer entsprechenden Stützstruktur angeordnet und können, während sie in dieser festen Strukturbeziehung zueinander verbleiben, mit weiteren Komponenten verbunden werden.
Insgesamt schlägt die vorliegende Erfindung vor diesem Hintergrund eine
Luftzerlegungsanlage mit vier Trenneinheiten in Form einer Hochdrucksäule, eines Fußabschnitts einer zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule, eines Kopfabschnitts der zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule und einer einteilig ausgebildeten Argongewinnungssäule, die einen Kopfkondensator aufweist, vor. Zu den erwähnten Trenneinheiten sei auf die obigen Erläuterungen ausdrücklich verwiesen. Bei der Argongewinnungssäule kann es sich insbesondere um eine Rohargonsäule oder eine entsprechend modifizierte Rohargonsäule mit Reinargongewinnung handeln, wobei im letzteren Fall insbesondere die zweiteilig ausgebildete Niederdrucksäule bzw. deren Kopfabschnitt entsprechend angepasst wird, damit mittels dieser ein Fluid bereitgestellt werden kann, das einen ausreichend geringen Stickstoffgehalt aufweist, so dass auf eine Reinargonsäule verzichtet werden kann.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind die Trenneinheiten zumindest zum Teil mittels Leitungen miteinander und/oder zumindest zum Teil mittels Leitungen mit einem oder mit mehreren weiteren Apparaten, die nachfolgend an Beispielen erläutert werden, verbunden. Die Trenneinheiten weisen jeweils Längsachsen auf, die in der Richtung einer maximalen Erstreckung der Trenneinheiten verlaufen. Die Längsachsen können mit Mittelachsen der Trenneinheiten zusammenfallen; entsprechende
Trenneinheiten können jedoch auch asymmetrisch aufgebaut sein.
Die Trenneinheiten werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung derart angeordnet, dass, wie insoweit in der Fachwelt üblich, die Längsachsen parallel zueinander liegen. Die Trenneinheiten können jedoch im Sinne der vorstehenden Erläuterungen in unterschiedlichen Höhen angeordnet werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind insbesondere die Hochdrucksäule und der Fußabschnitt der zweiteilig
ausgebildeten Niederdrucksäule dauerhaft miteinander verbunden, wobei
insbesondere deren Säulenmäntel miteinander verschweißt sind. Da typischerweise die Hochdrucksäule einen geringeren Durchmesser als die Niederdrucksäule aufweist, wird typischerweise keine Unterbringung in einem gemeinsamen Säulenmantel vorgesehen; der Säulenmantel der Hochdrucksäule wird unterseitig des Säulenmantels des Fußabschnitts der Niederdrucksäule an diesen angebracht.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest der überwiegende Teil der erwähnten, parallel zu den Längsachsen der Trenneinheiten verlaufenden Leitungsabschnitte der Leitungen in einem Kompartiment angeordnet sind, und dass das Kompartiment und die vier Trenneinheiten in Projektion auf eine Grundrissebene, die senkrecht zu den Längsachsen der Trenneinheiten liegt, derart in vier Quadranten angeordnet sind, dass in einem ersten der Quadranten zumindest der überwiegende Teil der Hochdrucksäule und des Fußabschnitts der zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule übereinander, in einem zweiten der Quadranten zumindest der überwiegende Teil des Kopfabschnitts der Niederdrucksäule, in einem dritten der Quadranten zumindest der überwiegende Teil der Argongewinnungssäule und in einem vierten der vier Quadranten das Kompartiment angeordnet sind.
Ist hier von einer Grundrissebene die Rede, sei darunter eine Ebene verstanden, auf die die genannten Elemente projizierbar sind. Nicht in sämtlichen Ebenen senkrecht zu den Längsachsen der Trenneinheiten müssen alle Komponenten geschnitten werden bzw. vorhanden sein; dies ist insbesondere dann nicht der Fall, wenn unterschiedliche Trenneinheiten unterschiedliche Höhen aufweisen und daher sich nicht über die gesamte Höhe erstrecken, oder, wie im Fall der Hochdrucksäule und des
Fußabschnitts der Niederdrucksäule, diese Elemente übereinander angeordnet sind. In der Projektion auf die Grundrissebene finden sich jedoch alle, auch ggf.
übereinanderliegende, Elemente. Eine "Projektion auf die Grundrissebene" entspricht einer Draufsicht entlang den erwähnten Längsachsen.
Ist hier von "Quadranten" in einer entsprechenden Ebene die Rede, handelt es sich um durch gedachte, einander senkrecht in der Ebene schneidende Linien voneinander getrennte Bereiche. Diese müssen nicht in Form baulich getrennter Abteilungen ausgebildet sein. Die jeweiligen Trenneinheiten können ihren jeweils zugeordneten Quadranten auch überragen oder nur einen Teil eines entsprechenden Quadranten einnehmen. Dies wird im Rahmen dieser Beschreibung dadurch ausgedrückt, dass von den jeweils angegebenen Elementen "zumindest der überwiegende Teil" in einem entsprechenden Quadranten angeordnet ist. Dieser zumindest überwiegende Teil umfasst insbesondere mehr als 75%, 80% oder 90% der jeweiligen Grundfläche.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können der erste bis vierte Quadrant in der Grundrissebene insbesondere in Uhrzeigerrichtung um einen Mittelpunkt herum angeordnet sein. Anders ausgedrückt können die Quadranten, in denen die
Trenneinheiten angeordnet sind, in drei aneinander angrenzenden Vierteln der Grundrissebene liegen und das Kompartiment kann in dem verbleibenden Viertel angeordnet werden.
Insbesondere können das Kompartiment und die Trenneinheiten in der Projektion auf die Grundrissebene innerhalb eines Rechtecks mit vier Seitenlinien angeordnet sein, welches einen Teilbereich jedes der Quadranten einschließt, wobei der Teilbereich des ersten und zweiten Quadranten an einer ersten, der Teilbereich des zweiten und dritte Quadranten an einer zweiten, der Teilbereich des dritten und vierten Quadranten an einer dritten und der Teilbereich des vierten und ersten Quadranten an einer vierten der Seitenlinien anliegen. Eine erste in der Grundrissebene liegende Trennlinie, auf deren linker Seite der erste und der zweite Quadrant und auf deren rechter Seite der dritte und vierte Quadrant angeordnet sind, liegt dabei zwischen und parallel zu der ersten und der dritten Seitenlinie und eine zweite in der Grundrissebene verlaufende Trennlinie, die senkrecht zu der ersten Trennlinie steht und auf deren linker Seite der zweite und dritte Quadrant und auf deren rechter Seite der vierte und erste Quadrant liegen, liegt zwischen und parallel zu der zweiten und der vierten Seitenlinie. Das Rechteck kann in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung insbesondere auch quadratisch ausgebildet sein. In der soeben erläuterten Ausgestaltung sind die
Trenneinheiten in ihren jeweiligen Quadranten in L-Form angeordnet, wobei das Kompartiment in einem Innenwinkel des L angeordnet sind. Insbesondere können das Kompartiment und die Trenneinheiten mit einer gemeinsamen Außenhülle umgeben werden, deren Projektion auf die Grundrissebene zumindest in einem Abschnitt von dem Rechteck mit den vier Seitenlinien begrenzt ist. Es ist insbesondere jedoch auch möglich, nur die Trenneinheiten mit einer gemeinsamen Außenhülle zu umgeben, deren Projektion auf die Grundrissebene dann zumindest in einem Abschnitt L-förmig ausgebildet ist, wobei in einem Innenwinkel dieses L außerhalb der Außenhülle dann das Kompartiment mit den Leitungsabschnitten angeordnet ist.
In einer erfindungsgemäß ausgebildeten Luftzerlegungsanlage sind die Trenneinheiten entweder ohne das Kompartiment zusammen in einer Coldbox angeordnet, welche in der Projektion auf die Grundrissebene in dem vierten Quadranten eine Aussparung aufweist, in welcher in der Projektion auf die Grundrissebene das Kompartiment angeordnet ist. Das Kompartiment ist in diesem Fall in einer bzw. als eine separate Coldbox ausgebildet. Alternativ hierzu sind die Trenneinheiten mit dem Kompartiment aber zusammen in einer Coldbox angeordnet, welche in der Projektion auf die
Grundrissebene einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei das Kompartiment in dieser alternativen Ausgestaltung in der Projektion auf die Grundrissebene in einer Ecke der Coldbox angeordnet ist.
Auch das Kompartiment kann in der Projektion auf die Grundrissebene einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und an der dritten und der vierten Seitenlinie anliegen. Je nach Anschlussbedarf können entsprechende Seitenflächen geöffnet oder verschlossen sein.
Insbesondere kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Hauptwärmetauscher als der oder einer der weiteren Apparate vorgesehen sein, der mittels der erwähnten Leitungen an die Trenneinheiten angebunden wird. Der Hauptwärmetauscher kann dabei insbesondere an einer separaten Coldbox angeordnet werden, welche in der Querschnittsansicht senkrecht zu den Längsachsen der Trenneinheiten an der mehrfach erwähnten vierten Außenlinie angeordnet ist. Auch ein Unterkühlungsgegenströmer kann als der oder einer der weiteren Apparate bereitgestellt werden, wobei der Unterkühlungsgegenströmer innerhalb oder außerhalb des Kompartiments in dem vierten Quadranten angeordnet ist. Entsprechendes gilt auch für eine weitere (fünfte) Trenneinheit. Wird eine separate Reinargonsäule bereitgestellt, handelt es sich bei dieser um eine fünfte Trenneinheit. Diese wird verwendet, wenn mittels der Rohargonsäule kein ausreichendes reines Argonprodukt bereitgestellt werden kann bzw. wenn der im Kopfabschnitt der Niederdrucksäule kein ausreichend stickstoffarmes Gasgemisch entnommen werden kann. Auch eines zur Anreicherung oder Gewinnung eines Krypton/Xenon- oder Helium/Neon-Gemischs eingerichtete Trenneinheit kann als die fünfte Trenneinheit bereitgestellt werden. In allen Fällen kann die fünfte Trenneinheit innerhalb oder außerhalb des Kompartiments in dem vierten Quadranten angeordnet werden.
Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auch auf eine Luftzerlegungsanlage, bei der das Kompartiment insbesondere in einer ersten Erstreckungsrichtung eine Größe von weniger als sechs Metern und in einer zweiten Erstreckungsrichtung senkrecht dazu eine um mindestens den Faktor 5 größere Erstreckung aufweist. Die zweite
Erstreckungsrichtung liegt insbesondere parallel zu den Leitungsabschnitten, die parallel zu den Achsen der Trenneinheiten verlaufen. Auf diese Weise kann
insbesondere das Kompartiment vorgefertigt und transportiert werden. Die maximale Größe kann dabei insbesondere auch bei unter 4,8 Metern bzw. unter 4,2 Metern liegen, so dass übliche Transportmaße für den Straßentransport eingehalten werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung weist der Kopfabschnitt der Niederdrucksäule insbesondere einen geringeren Querschnitt als der Fußabschnitt der Niederdrucksäule auf. Für einen Fluidtransfer zwischen einem unteren Bereich des Kopfabschnitts der Niederdrucksäule und einem oberen Bereich des Fußabschnitts der Niederdrucksäule kann eine Transferpumpe oder können mehrere angeordnete und/oder redundant bereitgestellte Transferpumpen vorgesehen werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann in einem unteren Bereich des
Fußabschnitts der Niederdrucksäule ein erster Packungsbereich mit einer ersten Packungsdichte ausgebildet werden und in der Argongewinnungssäule kann ein zweiter Packungsbereich mit einer zweiten Packungsdichte ausgebildet werden, wobei die erste Packungsdichte weniger als 1 000 Quadratmeter pro Kubikmeter und die zweite Packungsdichte mehr als 750 Quadratmeter pro Kubikmeter beträgt und die zweite Packungsdichte um mehr als 250 Quadratmeter pro Kubikmeter größer als die erste Packungsdichte ist. Auf diese Weise können die Transportmaße eingehalten werden bzw. können entsprechende Trenneinheiten in einer gemeinsamen Coldbox untergebracht werden.
Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auch auf ein Verfahren zur
Tieftemperaturzerlegung von Luft, das sich dadurch auszeichnet, dass eine
Luftzerlegungsanlage verwendet wird, wie sie zuvor in Details erläutert wurde. Zu Merkmalen und Vorteilen eines entsprechenden Verfahrens sei auf die obigen
Erläuterungen ausdrücklich verwiesen.
Entsprechendes gilt auch für ein Verfahren zur Erstellung einer Luftzerlegungsanlage, wie es erfindungsgemäß vorgeschlagen wird. Dieses umfasst, vier Trenneinheiten in Form einer Hochdrucksäule, eines Fußabschnitts, einer zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule, eines Kopfabschnitts der zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule und einer einteilig ausgebildeten Argongewinnungssäule bereitzustellen, wobei die Trenneinheiten zumindest zum Teil mittels Leitungen miteinander und/oder zumindest zum Teil mittels Leitungen mit einem oder mit mehreren Apparaten verbunden werden. Die Trenneinheiten weisen jeweils Längsachsen auf, die in der Richtung einer
Maximalerstreckung der Trenneinheiten verlaufen, wobei die Trenneinheiten derart angeordnet werden, dass ihre Längsachsen parallel zueinander liegen. Ferner weisen die Leitungen zumindest teilweise Leitungsabschnitte auf, die parallel zu den
Längsachsen der Trenneinheiten verlaufen.
Erfindungsgemäß umfasst ein entsprechendes Verfahren zur Erstellung einer
Luftzerlegungsanlage, dass zumindest der überwiegende Teil der parallel zu den Längsachsen der Trenneinheiten verlaufenden Leitungsabschnitte der Leitungen, insbesondere vorab, in einem Kompartiment angeordnet werden, und dass das Kompartiment und die Trenneinheiten in Projektion auf eine Grundrissebene, die senkrecht zu den Längsachsen der Trenneinheiten liegt, derart in vier Quadranten angeordnet werden, dass in einem ersten der Quadranten zumindest der
überwiegende Teil der Hochdrucksäule und des Fußabschnitts der zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule übereinander, in einem zweiten der Quadranten zumindest der überwiegende Teil des Kopfabschnitts der Niederdrucksäule, in einem dritten der Quadranten zumindest der überwiegende Teil der Argongewinnungssäule und in einem vierten der vier Quadranten das Kompartiment angeordnet sind.
Die Trenneinheiten werden entweder ohne das Kompartiment in einer Coldbox angeordnet, die in der Projektion auf die Grundrissebene in dem vierten Quadranten eine Aussparung aufweist, worin in der Projektion auf die Grundrissebene das
Kompartiment angeordnet wird, oder die Trenneinheiten werden mit dem
Kompartiment in einer Coldbox angeordnet, die in der Projektion auf die
Grundrissebene den rechteckigen Querschnitt aufweist und in einer Ecke von der in der Projektion auf die Grundrissebene das Kompartiment angeordnet wird
Insbesondere können in dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren zur Erstellung einer Luftzerlegungsanlage zunächst das separate Kompartiment mit dem zumindest überwiegenden Teil der parallel zu den Längsachsen der Trenneinheiten verlaufenden Leitungsabschnitten der Leitungen in vorgefertigter Form bereitgestellt und anschließend die die Trenneinheiten bereitgestellt werden. Insbesondere kann das Kompartiment nach seiner Bereitstellung mit einer Coldbox umbaut bzw. an eine solche Coldbox angeschlossen werden.
Auch zu den spezifischen Vorteilen des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens zur Erstellung einer Luftzerlegungsanlage sei auf die obigen Erläuterungen
ausdrücklich verwiesen. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung veranschaulicht sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 veranschaulicht eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in schematischer Ansicht.
Figur 2 veranschaulicht im Zusammenhang mit der Beschreibung einer
Luftzerlegungsanlage verwendete Begrifflichkeiten. Figur 3 veranschaulicht eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in Draufsicht.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung veranschaulicht. Die Luftzerlegungsanlage ist insgesamt mit 100 bezeichnet. Die räumliche Anordnung der in Figur 1
veranschaulichten Komponenten, die hier in einer Seitenansicht nebeneinander dargestellt sind, entspricht nicht der Erfindung.
Als Trenneinheiten weist die Luftzerlegungsanlage 100 vier Trenneinheiten in Form einer Hochdrucksäule 1 , eines Fußabschnitts 2 einer zweiteilig ausgebildeten
Niederdrucksäule, eines Kopfabschnitts 3 der zweiteilig ausgebildeten
Niederdrucksäule und eine einteilig ausgebildete Argongewinnungssäule 4 auf. Die Hochdrucksäule 1 und der Fußabschnitt 2 der zweiteilig ausgebildeten
Niederdrucksäule sind mantelseitig miteinander verbunden. Die Hochdrucksäule 1 , der Fußabschnitt 2 der zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule, der Kopfabschnitt 3 der zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule und die einteilig ausgebildete
Argongewinnungssäule weisen jeweils Längsachsen A auf, wie hier jedoch nur am Beispiel der Hochdrucksäule 1 und des Fußabschnitts 2 der zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule veranschaulicht.
Der Betrieb der in Figur 1 dargestellten Luftzerlegungsanlage unterscheidet sich grundsätzlich nicht von dem Betrieb einer Luftzerlegungsanlage, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist und beispielsweise in Figur 2.3A bei Häring (siehe oben) beschrieben ist. In die Hochdrucksäule 1 wird dabei Einsatzluft in Form eines
Einsatzluftstroms EL eingespeist, der in einem nicht veranschaulichten warmen Teil der Luftzerlegungsanlage 100 verdichtet und in einem Hauptwärmetauscher abgekühlt wurde. Entsprechend bereitgestellte Flüssigluft LA kann ebenfalls in die
Hochdrucksäule 1 eingespeist werden.
Die Hochdrucksäule und der Fußabschnitt der Niederdrucksäule 2 sind über einen nicht gesondert bezeichneten Hauptkondensator wärmetauschend miteinander verbunden. Der Fußabschnitt 2 der Niederdrucksäule und der Kopfabschnitt 3 der Niederdrucksäule sind fluidisch miteinander gekoppelt, wobei insbesondere
Sumpfflüssigkeit aus dem Kopfabschnitt 3 der Niederdrucksäule mittels einer nicht gesondert bezeichneten Pumpe in einem oberen Bereich des Fußabschnitts 2 der Niederdrucksäule zurückgeführt werden kann. Sumpfflüssigkeit kann aus dem Sumpf der Hochdrucksäule 1 abgezogen, durch einen Unterkühlungsgegenströmer 7 geführt und anschließend in einem Verdampfungsraum eines Kopfkondensators 41 einer Argongewinnungssäule 4 eingespeist werden. Dort verdampfte und nicht verdampfte Anteile des entsprechenden, an Sauerstoff angereicherten Fluids können in Form entsprechender Stoffströme in den Kopfabschnitt 3 der Niederdrucksäule geführt werden. Aus einem oberen Bereich des Fußabschnitts 2 der Niederdrucksäule kann ein Stoffstrom abgezogen und in die Argongewinnungssäule 4 eingespeist werden.
Aus dem Sumpf der Argongewinnungssäule 4 kann ein Stoffstrom in den Kopfabschnitt 3 der Niederdrucksäule zurückgeführt werden. In die die Argongewinnungssäule 4 kann an Argon angereichertes und vorzugsweise weitgehend an Stickstoff
abgereichertes Fluid eingespeist werden. In dem dargestellten Beispiel der
Luftzerlegungsanlage 100 kann daher auf eine Reinargonsäule verzichtet werden. In einem oberen Bereich der Argongewinnungssäule 4 kann auf diese Weise
Flüssigargon in ausreichender Reinheit abgezogen werden. Vom Kopf der
Reinargonsäule wird Fluid an die Atmosphäre abgegeben. Die vorliegende Erfindung eignet sich jedoch auch für andere Anlagenkonfigurationen, insbesondere solche mit klassischen Roh- und Reinargonsäulen.
Mittels der Luftzerlegungsanlage 100 können Druckstickstoff (PGAN),
innenverdichteter gasförmiger Drucksauerstoff (GOXIC), Unreinstickstoff (UN2), Niederdruckstickstoff (LPGAN), Flüssigstickstoff (LIN), Flüssigsauerstoff (LOX) und Flüssigargon (LAR) bereitgestellt werden.
In der in Figur 1 veranschaulichten Luftzerlegungsanlage 100 können unterschiedliche Komponenten in unterschiedlichen baulichen Einheiten bereitgestellt werden. Wie ferner ersichtlich, können die Trenneinheiten 1 bis 4 mittels Leitungen, die hier an zwei Stellen beispielhaft mit 5 zusammengefasst sind, miteinander und mit weiteren
Apparaten wie dem Unterkühlungsgegenströmer 7 und einem Hauptwärmetauscher (nicht gezeigt) verbunden werden. Diese Leitungen weisen vertikal, d.h. parallel zu jeweiligen Längsachsen A der Trenneinheiten verlaufende Leitungsabschnitte beträchtlicher Länge auf. Diese können und werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung in einem hier gestrichelt veranschaulichten Kompartiment C bereitgestellt. In dem separaten Kompartiment C können entsprechende Leitungen vorgefertigt und auf diese Weise zur Baustelle transportiert werden. Auf diese Weise kann, wie mehrfach erläutert, auf nachträgliche Schweißarbeiten weitgehend verzichtet werden.
Figur 2 veranschaulicht im Zusammenhang mit der Beschreibung einer
Luftzerlegungsanlage gemäß Figur 3 verwendete Begrifflichkeiten.
Wie in Figur 2 veranschaulicht, ist hier eine Ebene (in der Papierebene) mittels einer strichpunktiert veranschaulichten ersten Trennlinie T1 und einer ebenfalls
strichpunktiert veranschaulichten zweiten Trennlinie T2 in einen ersten Quadranten Q1 , einen zweiten Quadranten Q2, einen dritten Quadranten Q3 und einen vierten
Quadranten Q4 unterteilt. Ferner ist hier ein gepunktet dargestelltes Rechteck 10 mit einer ersten Seitenlinie L1 , einer zweiten Seitenlinie L2, einer dritten Seitenlinie L3 und einer vierten Seitenlinie L4 veranschaulicht. Das Rechteck 10 schließt einen
Teilbereich jedes der Quadranten Q1 bis Q4 ein, wobei der Teilbereich des ersten und zweiten Quadranten Q1 , Q2 an der ersten L1 , der Teilbereich des zweiten und dritten Quadranten Q2, Q3 an der zweiten L2, der Teilbereich des dritten und vierten
Quadranten Q3, Q4 an der dritten L3 und der Teilbereich des vierten und ersten Quadranten Q3, Q1 an der vierten L4 der Seitenlinien L1 bis L4 anliegt. Die Trennlinie T 1 , auf deren linker Seite der erste und der zweite Quadrant Q1 , Q2 und auf deren rechter Seite der dritte und vierte Quadrant Q3, Q4 angeordnet sind, liegt zwischen und parallel zu der ersten und der dritten Seitenlinie L1 , L3 und die T rennlinie T2, die senkrecht zu der ersten T rennlinie T 1 steht und auf deren linker Seite der zweite und dritte Quadrant Q2, Q3 und auf deren rechter Seite der vierte und erste Quadrant Q4, Q1 liegen, liegt zwischen und parallel zu der zweiten und der vierten Seitenlinie L2, L4. Der erste bis vierte Quadrant Q1-Q4 sind in der Grundrissebene in Uhrzeigerrichtung um einen Mittelpunkt Z herum angeordnet.
In Figur 3 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in schematischer Draufsicht bzw. in einer Projektion auf eine Grundrissebene, die der Papierebene entspricht, veranschaulicht. Die Trenneinheiten 1 bis 4 stehen mit ihren hier nicht gesondert veranschaulichten Längsachsen A senkrecht zur Papierebene. Zur Beschreibung wird nachfolgend das Koordinatensystem bzw. die Terminologie der Figur 2 verwendet. Auf eine erneute Darstellung wurde aus Gründen der
Übersichtlichkeit in Figur 3 jedoch verzichtet.
In dieser Anordnung ist der überwiegende Teil der parallel zu den Längsachsen A der Trenneinheiten 1 bis 4 verlaufenden Leitungsabschnitte der Leitungen 5 in einem
Kompartiment C angeordnet, und das Kompartiment C und die Trenneinheiten 1 bis 4 sind in Projektion auf die Grundrissebene, die senkrecht zu den Längsachsen A der Trenneinheiten 1 bis 4 liegt, derart in den vier Quadranten Q1-Q4 angeordnet, dass in dem ersten Quadranten Q1 zumindest der überwiegende Teil der Hochdrucksäule 1 und des Fußabschnitts 2 der zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule übereinander, in dem zweiten Quadranten Q2 zumindest der überwiegende Teil des Kopfabschnitts 3 der Niederdrucksäule, in dem dritten Quadranten Q3 zumindest der überwiegende Teil der Argongewinnungssäule 4 und in dem vierten Quadranten Q4 das Kompartiment C angeordnet sind. Wie hier mittels einer verstärkten Linie 20 dargestellt, sind
die Trenneinheiten 1 bis 4 ohne das Kompartiment C zusammen in einer Coldbox 20 angeordnet, welche in der Projektion auf die Grundrissebene in dem vierten
Quadranten Q4 eine Aussparung aufweist, in welcher in der Projektion auf die
Grundrissebene das Kompartiment C angeordnet ist. Das Kompartiment C ist in der Projektion auf die Grundrissebene rechteckig ist und liegt an der dritten und der vierten Seitenlinie L3, L4 an. Es ist in einer nicht gesondert bezeichneten weiteren Coldbox untergebracht. Ein Hauptwärmetauscher 6 ist in einer separaten Coldbox angeordnet, welche in der Projektion auf die Grundrissebene an der vierten Außenlinie L4 angeordnet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Luftzerlegungsanlage (100) mit vier Trenneinheiten (1-4) in Form einer
Hochdrucksäule (1 ), eines Fußabschnitts (2) einer zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule, eines Kopfabschnitts (3) der zweiteilig ausgebildeten
Niederdrucksäule und einer einteilig ausgebildeten Argongewinnungssäule (4) mit einem Kopfkondensator (41 ), wobei die Trenneinheiten (1-4) zumindest zum Teil mittels Leitungen (5) miteinander und/oder zumindest zum Teil mittels
Leitungen (5) mit einem oder mit mehreren weiteren Apparaten (6, 7) verbunden sind, wobei die Trenneinheiten (1-4) jeweils Längsachsen (A) aufweisen, die in der Richtung einer Maximalerstreckung der Trenneinheiten (4) verlaufen, wobei die Trenneinheiten (4) derart angeordnet sind, dass ihre Längsachsen (A) parallel zueinander liegen, und wobei die Leitungen (5) zumindest teilweise
Leitungsabschnitte aufweisen, die parallel zu den Längsachsen der
Trenneinheiten (1-4) verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der überwiegende Teil der parallel zu den Längsachsen (A) der Trenneinheiten (1-4) verlaufenden Leitungsabschnitte der Leitungen (5) in einem Kompartiment (C) in Form einer separat transportablen baulichen Einheit angeordnet sind, und dass das Kompartiment (C) und die Trenneinheiten (1-4) in Projektion auf eine
Grundrissebene, die senkrecht zu den Längsachsen der Trenneinheiten (1-4) liegt, derart in vier Quadranten (Q1-Q4) angeordnet sind, dass in einem ersten (Q1 ) der Quadranten (Q1-Q4) zumindest der überwiegende Teil der Hochdrucksäule (1 ) und des Fußabschnitts (2) der zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule übereinander, in einem zweiten (Q2) der Quadranten (Q1-Q4) zumindest der überwiegende Teil des Kopfabschnitts (3) der Niederdrucksäule, in einem dritten (Q3) der Quadranten (Q1-Q4) zumindest der überwiegende Teil der Argongewinnungssäule (4) und in einem vierten (Q4) der Quadranten (Q1-Q4) das Kompartiment (C) angeordnet sind, wobei die Trenneinheiten (1-4) ohne das Kompartiment (C) in einer Coldbox (20) angeordnet sind, welche in der Projektion auf die Grundrissebene in dem vierten Quadranten (Q4) eine Aussparung aufweist, in der in der Projektion auf die Grundrissebene das Kompartiment (C) angeordnet ist, oder wobei die Trenneinheiten (1-4) mit dem Kompartiment (C) in einer Coldbox angeordnet sind, die in der Projektion auf die Grundrissebene den rechteckigen Querschnitt aufweist, und in einer Ecke von der in der Projektion auf die Grundrissebene das Kompartiment (C) angeordnet ist.
2. Luftzerlegungsanlage (100) nach Anspruch 1 , wobei der erste bis vierte
Quadrant (Q1-Q4) in der Grundrissebene in Uhrzeigerrichtung um einen
Mittelpunkt (Z) herum angeordnet sind.
3. Luftzerlegungsanlage (100) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das
Kompartiment (C) und die Trenneinheiten (1-4) in der Projektion auf die
Grundrissebene innerhalb eines Rechtecks (10) mit vier Seitenlinien (L1-L4) angeordnet sind, welches einen Teilbereich jedes der Quadranten (Q1-Q4) einschließt, wobei der Teilbereich des ersten und zweiten Quadranten (Q1 , Q2) an einer ersten (L1 ), der Teilbereich des zweiten und dritte Quadranten (Q2, Q3) an einer zweiten (L2), der Teilbereich des dritten und vierten Quadranten (Q3, Q4) an einer dritten (L3) und der Teilbereich des vierten und ersten Quadranten (Q3, Q1 ) an einer vierten (L4) der Seitenlinien (L1-L4) anliegt.
4. Luftzerlegungsanlage (100) nach Anspruch 3, wobei eine erste in der
Grundrissebene liegende Trennlinie (T1 ), auf deren linker Seite der erste und der zweite Quadrant (Q1 , Q2) und auf deren rechter Seite der dritte und vierte
Quadrant (Q3, Q4) angeordnet sind, zwischen und parallel zu der ersten und der dritten Seitenlinie (L1 , L3) und eine zweite in der Grundrissebene verlaufende
T rennlinie (T2), die senkrecht zu der ersten T rennlinie (T 1 ) steht und auf deren linker Seite der zweite und dritte Quadrant (Q2, Q3) und auf deren rechter Seite der vierte und erste Quadrant (Q4, Q1 ) liegen, zwischen und parallel zu der zweiten und der vierten Seitenlinie (L2, L4) liegt.
5. Luftzerlegungsanlage (100) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei der das
Kompartiment (C) in der Projektion auf die Grundrissebene rechteckig ist und an der dritten und der vierten Seitenlinie (L3, L4) anliegt.
6. Luftzerlegungsanlage (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, die einen
Hauptwärmetauscher (6) als den oder einen der weiteren Apparate (6, 7) aufweist, wobei der Hauptwärmetauscher (6) in einer separaten Coldbox angeordnet ist, welche in der Projektion auf die Grundrissebene an der vierten Außenlinie (L4) angeordnet ist.
7. Luftzerlegungsanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die einen Unterkühlungsgegenströmer (7) als den oder einen der weiteren Apparate (6, 7) aufweist, wobei der Unterkühlungsgegenströmer (7) innerhalb oder außerhalb des Kompartiments (C) in dem vierten Quadranten (Q4) angeordnet ist.
8. Luftzerlegungsanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der eine Rohargonsäule als die Argongewinnungssäule (4) und eine Reinargonsäule als eine fünfte Trenneinheit bereitgestellt sind, oder bei der eine zur Anreicherung oder Gewinnung eines Krypton/Xenon- oder Helium/Neon-Gemischs eingerichtete Trenneinheit als eine fünfte Trenneinheit bereitgestellt ist, wobei die fünfte
T renneinheit innerhalb oder außerhalb des Kompartiments (11 ) in dem vierten Quadranten (Q4) angeordnet ist.
9. Luftzerlegungsanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Kompartiment (C) in einer ersten Erstreckungsrichtung eine Größe von weniger als 6 Metern und in einer zweiten Erstreckungsrichtung senkrecht dazu eine um mindestens den Faktor 5 größere Erstreckung aufweist.
10. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftzerlegungsanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche verwendet wird.
1 1. Verfahren zur Erstellung einer Luftzerlegungsanlage (100), bei dem vier
Trenneinheiten (1-4) in Form einer Hochdrucksäule (1 ), eines Fußabschnitts (2) einer zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule, eines Kopfabschnitts (3) der zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule und einer einteilig ausgebildeten Argongewinnungssäule (4), die einen Kopfkondensator (41 ) aufweist, bereitgestellt werden, wobei die Trenneinheiten (1-4) zumindest zum Teil mittels Leitungen (5) miteinander und/oder zumindest zum Teil mittels Leitungen (5) mit einem oder mit mehreren weiteren Apparaten (6-8) verbunden werden, wobei die
Trenneinheiten (1-4) jeweils Längsachsen (A) aufweisen, die in der Richtung einer Maximalerstreckung der Trenneinheiten (4) verlaufen, wobei die
Trenneinheiten (4) derart angeordnet werden, dass ihre Längsachsen (A) parallel zueinander liegen, und wobei die Leitungen (5) zumindest teilweise Leitungsabschnitte aufweisen, die parallel zu den Längsachsen der
Trenneinheiten (1-4) verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der überwiegende Teil der parallel zu den Längsachsen (A) der Trenneinheiten (1-4) verlaufenden Leitungsabschnitte der Leitungen (5) in einem Kompartiment (C) in Form einer separat transportablen baulichen Einheit angeordnet werden, und dass das Kompartiment (C) und die Trenneinheiten (1-4) in Projektion auf eine
Grundrissebene, die senkrecht zu den Längsachsen der Trenneinheiten (1-4) liegt, derart in vier Quadranten (Q1-Q4) angeordnet werden, dass in einem ersten (Q1 ) der Quadranten (Q1-Q4) zumindest der überwiegende Teil der Hochdrucksäule (1 ) und des Fußabschnitts (2) der zweiteilig ausgebildeten Niederdrucksäule übereinander, in einem zweiten (Q2) der Quadranten (Q1-Q4) zumindest der überwiegende Teil des Kopfabschnitts (3) der Niederdrucksäule, in einem dritten (Q3) der Quadranten (Q1-Q4) zumindest der überwiegende Teil der Argongewinnungssäule (4) und in einem vierten (Q4) der vier Quadranten (Q1- Q4) das Kompartiment (C) angeordnet sind, wobei die Trenneinheiten (1-4) ohne das Kompartiment (C) in einer Coldbox (20) angeordnet werden, die in der Projektion auf die Grundrissebene in dem vierten Quadranten (Q4) eine
Aussparung aufweist, worin in der Projektion auf die Grundrissebene das
Kompartiment (C) angeordnet wird, oder wobei die Trenneinheiten (1-4) mit dem Kompartiment (C) in einer Coldbox angeordnet werden, die in der Projektion auf die Grundrissebene den rechteckigen Querschnitt aufweist und in einer Ecke von der in der Projektion auf die Grundrissebene das Kompartiment (C)
angeordnet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , bei dem das zunächst das separate
Kompartiment (11 ) mit dem zumindest überwiegenden Teil der parallel zu den Längsachsen (A) der Trenneinheiten (1-4) verlaufenden Leitungsabschnitten der Leitungen (5) bereitgestellt wird und anschließend eine Coldbox (10) und/oder die Trenneinheiten (1-4) bereitgestellt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Kompartiment (1 1 ) nach seiner
Bereitstellung mit der Coldbox (10) umbaut und/oder an die Coldbox (10) angeschlossen wird.
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