DE10213212A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung zweier Druckprodukte durch Tieftemperatur-Luftzerlegung - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung zweier Druckprodukte durch Tieftemperatur-LuftzerlegungInfo
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Abstract
Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur Tieftemperatur-Luftzerlegung. Einsatzluft (1) wird in ein Rektifiziersystem eingeleitet, das eine Trennsäule oder mehrere miteinander verbundene Trennsäulen (3, 4) aufweist. Ein Produktstrom (10, 15) wird aus dem Rektifiziersystem entnommen und in flüssigem Zustand einem ersten Druckerhöhungsschritt (17) unterzogen und dabei auf einen ersten hohen Druck (p1) gebracht. Der Produktstrom wird stromabwärts des ersten Druckerhöhungsschritts (17) in einen ersten (19) und einen zweiten (20) Teilstrom aufgeteilt. Der erste Teilstrom (19, 21) wird durch indirekten Wärmeaustausch (2) verdampft und als erstes gasförmiges Druckprodukt (22) abgezogen. Der zweite Teilstrom (20) wird in einem zweiten Druckerhöhungsschritt (18) von dem ersten hohen Druck (p1) auf einen zweiten hohen Druck (p2 > p1) gebracht. Stromabwärts des zweiten Druckerhöhungsschritts (18) wird der zweite Teilstrom (23, 24) durch indirekten Wärmeaustausch (2) verdampft und als zweites gasförmiges Druckprodukt (25) abgezogen. Der erste und der zweite Druckerhöhungsschritt (17, 18) werden in einer gemeinsamen Dualflow-Pumpe (16) vorgenommen.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung zweier Druckprodukte durch
Tieftemperatur-Luftzerlegung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zwei Ströme der gleichen Fraktion
unter verschiedenen Produktdrücken gewonnen, wobei der hohe Produktdruck in
beiden Fällen durch Innenverdichtung (Druckerhöhung im flüssigen Zustand mit
anschließender Verdampfung) gewonnen. Einer der beiden Drücke oder beide können
überkritisch sein. Der Begriff "Verdampfung" ist hier also in allgemeinerer Form zu
verstehen und umfasst auch eine Pseudo-Verdampfung ohne Phasenübergang bei
überkritischem Druck.
Einschlägige Innenverdichtungsverfahren mit zwei Produktdrücken sind aus
US 5887447 (zwei seriell geschaltete Pumpen) oder US 5400600 (zwei parallel
geschaltete Pumpen) bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art
sowie eine entsprechende Vorrichtung anzugeben, die einen besonders niedrigen
apparativen Aufwand erfordern.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der erste und der zweite
Druckerhöhungsschritt in einer gemeinsamen Dualflow-Pumpe vorgenommen werden.
Dadurch wird die Apparatur unkomplizierter und kostengünstiger, insbesondere
hinsichtlich der Verrohrung, des Pumpenantriebs und der Armaturen; die Verfügbarkeit
der Anlage wird erhöht.
Dualflow-Pumpen sind aus US 6167724 allgemein bekannt. Auch der Einsatz in einer
Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage wird dort gelehrt. Im Unterschied zu dem
Verfahren der Erfindung wird dort jedoch lediglich ein einziges Druckprodukt erzeugt.
Die Erfindung ist auf alle Typen von Rektifiziersystemen anwendbar, beispielsweise auf
einem Einsäulen-Verfahren, auf jedes Zwei-Säulen-Verfahren und auch auf Drei- und
Mehr-Säulen-Verfahren zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung. Selbstverständlich kann
das Rektifiziersystem außerdem weitere Säulen zur Gewinnung von Edelgasen,
beispielsweise Argon, Krypton und/oder Xenon aufweisen. Derartige Rektifiziersystem
zur Tieftemperaturzerlegung von Luft sind zum Beispiel aus Hausen/Linde,
Tieftemperaturtechnik, 2. Auflage 1985, Kapitel 4 (Seiten 281 bis 337) bekannt.
Als Produktstrom wird am häufigsten Sauerstoff innenverdichtet, der beispielsweise im
Sumpf der Niederdrucksäule eines Zwei-Säulen-Systems gewonnen wird. Alternativ
kann die Erfindung auch auf die Gewinnung zweier Stickstoff-Produktströme unter
verschiedenem Druck angewendet werden, indem flüssiger Stickstoff von Kopf oder
dem Kondensator einer Einzelsäule oder einer der Säulen eines Zwei- oder Mehr-
Säulen-Systems der Dualflow-Pumpe zugeführt wird.
Die Verdampfung der flüssig auf Druck gebrachten Teilströme des Produktstroms
dienen ein oder mehrere Luft- und/oder Stickstoffströme unter entsprechend hohem
Druck.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Erzeugung zweier Druckprodukte
durch Tieftemperatur-Luftzerlegung gemäß Patentanspruch 2.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand
eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher
erläutert. Das Verfahrensdiagramm ist stark vereinfacht, beispielsweise sind Stickstoff-
Produkt- und Turbinenströme sowie Unterkühlungs-Gegenströmer nicht gezeigt.
Verdichtete und gereinigte Luft 1 wird in einem Hauptwärmetauscher 2 auf etwa
Taupunkt abgekühlt und in die Hochdrucksäule 3 eines Rektifiziersystems eingeleitet.
Das Rektifiziersystem umfasst in dem Ausführungsbeispiel außerdem eine
Niederdrucksäule 4, die über einen Hauptkondensator 5 auf die übliche Weise
thermisch mit der Hochdrucksäule 3 gekoppelt ist.
Rohsauerstoff 6, 7 vom Sumpf der Hochdrucksäule und Stickstoff 8, 9 vom Kopf der
Hochdrucksäule werden flüssig in die Niederdrucksäule eingespeist. Als Hauptprodukt
verlässt flüssiger Sauerstoff 10 die Niederdrucksäule 4 am Sumpf.
Ein Teil des flüssigen Sauerstoffs 10 aus der Niederdrucksäule 4 wird über eine
Pumpe 11 und Leitung 12 in den Verdampfungsraum des Hauptkondensators 5
gefördert, der in dem Beispiel als Fallfilmverdampfer ausgebildet ist. Dort wird er in
indirekten Wärmeaustausch mit kondensierendem Kopfstickstoff der Hochdrucksäule 3
partiell verdampft. Das dabei gebildete Flüssigkeits-Dampf-Gemisch 13 wird zum
Sumpf der Niederdrucksäule 4 zurückgeleitet. Ein anderer Teil 15 bildet den
"Produktstrom". Er wird mittels der ersten Stufe 17 einer Dualflow-Pumpe 16 auf einen
ersten hohen Druck p1 gebracht, der beispielsweise 2 bis 10 bar, vorzugsweise 4 bis
8 bar beträgt. Unter dem Druck p1 wird er in einen ersten Teilstrom 19 und in einen
zweiten Teilstrom 20 aufgeteilt.
Der erste Teilstrom 19 wird über Leitung 21 zum Hauptwärmetauscher 2 geführt und
dort unter p1 verdampft und auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt. Er wird
schließlich als erstes Druckprodukt 22 unter etwa p1 abgezogen.
Die zweite Stufe 18 der Dualflow-Pumpe 16 bringt den zweiten Teilstrom 20 des
Produktstroms von p1 auf einen zweiten, höheren Druck p2, der beispielsweise 10 bis
100 bar beträgt. Anschließend wird der zweite Teilstrom über die Leitungen 23 und 24
zum Hauptwärmetauscher 2 geführt und dort unter p2 verdampft und auf etwa
Umgebungstemperatur angewärmt. Er wird schließlich als zweites Druckprodukt 22
unter etwa p2 abgezogen.
In einem konkreten Zahlenbeispiel betragen die Produktdrücke
p1 = 6 bar und
p2 = 12 bar.
p1 = 6 bar und
p2 = 12 bar.
Aus Redundanzgründen sind beide Pumpen 11, 16 als Paare ausgeführt. Falls eine
der Pumpen 11, 16 ausfällt, kann auf die entsprechende parallel geschaltete Pumpe
11' beziehungsweise 16' umgeschaltet werden. Über die Leitungen 26, 27, 28 kann
jeweils ein Teil des gepumpten Sauerstoffs in die Niederdrucksäule 4 zurückgeleitet
werden, um die entsprechende Produktmenge einzustellen.
Claims (2)
1. Verfahren zur Tieftemperatur-Luftzerlegung, bei dem
Einsatzluft (1) in ein Rektifiziersystem eingeleitet wird, das eine Trennsäule oder mehrere miteinander verbundene Trennsäulen (3, 4) aufweist,
ein Produktstrom (10, 15) aus dem Rektifiziersystem entnommen und in flüssigem Zustand einem ersten Druckerhöhungsschritt (17) unterzogen und dabei auf einen ersten hohen Druck (p1) gebracht wird,
der Produktstrom stromabwärts des ersten Druckerhöhungsschritts (17) in einen ersten (19) und einen zweiten (20) Teilstrom aufgeteilt wird,
der erste Teilstrom (19, 21) durch indirekten Wärmeaustausch (2) verdampft und als erstes gasförmiges Druckprodukt (22) abgezogen wird,
der zweite Teilstrom (20) in einem zweiten Druckerhöhungsschritt (18) von dem ersten hohen Druck (p1) auf einen zweiten hohen Druck (p2 < p1) gebracht wird,
der zweite Teilstrom (23, 24) stromabwärts des zweiten Druckerhöhungsschritts (18) durch indirekten Wärmeaustausch (2) verdampft und als zweites gasförmiges Druckprodukt (25) abgezogen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Druckerhöhungsschritt (17, 18) in einer gemeinsamen Dualflow-Pumpe (16) vorgenommen werden.
Einsatzluft (1) in ein Rektifiziersystem eingeleitet wird, das eine Trennsäule oder mehrere miteinander verbundene Trennsäulen (3, 4) aufweist,
ein Produktstrom (10, 15) aus dem Rektifiziersystem entnommen und in flüssigem Zustand einem ersten Druckerhöhungsschritt (17) unterzogen und dabei auf einen ersten hohen Druck (p1) gebracht wird,
der Produktstrom stromabwärts des ersten Druckerhöhungsschritts (17) in einen ersten (19) und einen zweiten (20) Teilstrom aufgeteilt wird,
der erste Teilstrom (19, 21) durch indirekten Wärmeaustausch (2) verdampft und als erstes gasförmiges Druckprodukt (22) abgezogen wird,
der zweite Teilstrom (20) in einem zweiten Druckerhöhungsschritt (18) von dem ersten hohen Druck (p1) auf einen zweiten hohen Druck (p2 < p1) gebracht wird,
der zweite Teilstrom (23, 24) stromabwärts des zweiten Druckerhöhungsschritts (18) durch indirekten Wärmeaustausch (2) verdampft und als zweites gasförmiges Druckprodukt (25) abgezogen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Druckerhöhungsschritt (17, 18) in einer gemeinsamen Dualflow-Pumpe (16) vorgenommen werden.
2. Vorrichtung zur Erzeugung zweier Druckprodukte durch Tieftemperatur-
Luftzerlegung, mit
einem Rektifiziersystem, das eine Trennsäule oder mehrere miteinander verbundene Trennsäulen (3, 4) aufweist,
einer Einsatzluftleitung (1) zum Einleiten von Einsatzluft in das Rektifiziersystem,
einer Flüssigproduktleitung zur Entnahme eines Produktstroms (10, 15) aus dem Rektifiziersystem, die mit einem ersten Mittel (17) zur Druckerhöhung in flüssigem Zustand verbunden ist,
mit Mitteln zur Aufteilung des Produktstroms stromabwärts des ersten Mittels (17) zur Druckerhöhung in einen ersten und einen zweiten (20) Teilstrom aufgeteilt wird,
einer ersten Teilstromleitung (19, 21, 22), die vom Austritt der ersten Mittels (17) zur Druckerhöhung durch Wärmeaustauschpassagen (2) zur Verdampfung des ersten Teilstroms zu einem Austritt für ein erstes gasförmiges Druckprodukt führt,
einer zweiten Teilstromleitung (20, 23, 24, 25), die vom Austritt der ersten Mittels (17) zur Druckerhöhung zum Eintritt eines zweiten Mittels (18) zur Druckerhöhung im flüssigen Zustand und weiter vom Austritt des zweiten Mittels (18) zur Druckerhöhung durch Wärmeaustauschpassagen (2) zur Verdampfung des zweiten Teilstroms zu einem Austritt für ein zweites gasförmiges Druckprodukt führt,
dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Mittel (17, 18) zur Druckerhöhung durch eine gemeinsamen Dualflow-Pumpe (16) gebildet werden.
einem Rektifiziersystem, das eine Trennsäule oder mehrere miteinander verbundene Trennsäulen (3, 4) aufweist,
einer Einsatzluftleitung (1) zum Einleiten von Einsatzluft in das Rektifiziersystem,
einer Flüssigproduktleitung zur Entnahme eines Produktstroms (10, 15) aus dem Rektifiziersystem, die mit einem ersten Mittel (17) zur Druckerhöhung in flüssigem Zustand verbunden ist,
mit Mitteln zur Aufteilung des Produktstroms stromabwärts des ersten Mittels (17) zur Druckerhöhung in einen ersten und einen zweiten (20) Teilstrom aufgeteilt wird,
einer ersten Teilstromleitung (19, 21, 22), die vom Austritt der ersten Mittels (17) zur Druckerhöhung durch Wärmeaustauschpassagen (2) zur Verdampfung des ersten Teilstroms zu einem Austritt für ein erstes gasförmiges Druckprodukt führt,
einer zweiten Teilstromleitung (20, 23, 24, 25), die vom Austritt der ersten Mittels (17) zur Druckerhöhung zum Eintritt eines zweiten Mittels (18) zur Druckerhöhung im flüssigen Zustand und weiter vom Austritt des zweiten Mittels (18) zur Druckerhöhung durch Wärmeaustauschpassagen (2) zur Verdampfung des zweiten Teilstroms zu einem Austritt für ein zweites gasförmiges Druckprodukt führt,
dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Mittel (17, 18) zur Druckerhöhung durch eine gemeinsamen Dualflow-Pumpe (16) gebildet werden.
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