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DE69400794T2 - Gaskompressionsverfahren und Vorrichtung - Google Patents

Gaskompressionsverfahren und Vorrichtung

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DE69400794T2
DE69400794T2 DE69400794T DE69400794T DE69400794T2 DE 69400794 T2 DE69400794 T2 DE 69400794T2 DE 69400794 T DE69400794 T DE 69400794T DE 69400794 T DE69400794 T DE 69400794T DE 69400794 T2 DE69400794 T2 DE 69400794T2
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air
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water
cooling
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Air Liquide SA
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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gaskompressionsverfahren, bei dem einer mit Luft arbeitenden Kühlvorrichtung für Kühlwasser einer Gaskompressionsvorrichtung Frischwasser zugeführt wird. Sie bezieht sich insbesondere auf die verschiedenen&sub1; in Luftdestillationsvorrichtungen vorkommenden Kompressoren.
  • In Luftdestillationsvorrichtungen wird atmosphärische Luft mittels eines mehrstufigen Kompressors auf etwa 6 bar absolut verdichtet. Jede Zwischenstufe umfaßt einen als "Zwischenstufenkühler" bezeichneten Zwischenwärmetauscher, während die letzte Stufe einen als "Endkühler" bezeichneten Wärmetauscher aufweist. Diese Tauscher werden vorwiegend mit Wasser gespeist, welches von der mit Luft arbeitenden Kühlvorrichtung stammt, die das Rücklaufwasser der Tauscher behandelt.
  • Aufgrund der Verdampfung eines Teils des Wassers in der Kühlvorrichtung und der Notwendigkeit, Dekonzentrationsentleerungen des Kreises durchzuführen, wird dieser Vorrichtung eine Frischwassermenge zugeführt, die vorwiegend aus phreatischem Wasser stammt.
  • Das durch die Kühlvorrichtung behandelte Wasser hat in Abhängigkeit von der Temperatur der atmosphärischen Luft je nach Jahreszeit eine andere Temperatur. Zumindest in der warmen Jahreszeit erlaubt es üblicherweise nicht, die Temperatur der von der letzten Kompressorstufe abgegebenen Luft auf unter +25 bis +30 ºC zu senken. Um das Adsorptionsreinigungsgerät durch Verringern der benötigten Adsorbermittelmenge zu optimieren, wird zwischen den Endkühler und das Adsorptionsgerät eine Kühlgruppe oder eine andere Hilfskühlvorrichtung angeordnet, um die Temperatur der komprimierten Luft zu senken, zumeist auf unter +15 ºC.
  • Die Luftdestillationsvorrichtungen umfassen meist weitere Kompressoren, die ebenfalls durch das aus dem vorstehend genannten Kreis stammende Wasser gekühlt werden: ein stromab des Hauptkompressors angeordneter Luftnachverdichter, der gewöhnlich mit einer Luftentspannungsturbine gekuppelt ist, und/oder ein Kompressor für Zyklusstickstoff. Diese Kompressionsvorrichtungen fördern in der Regel in Tauscher zur Tiefsttemperaturkühlung, und es wäre interessant, das geförderte Gas stärker vorzukühlen, beispielsweise um die Flüssigkeitsproduktion zu erhöhen.
  • Nun aber erfordert in diesen beispielsweise als Hauptluftkompressoren arbeitenden Kompressionsvorrichtungen zumindest in der warmen Jahreszeit die Absenkung der Temperatur des verdichteten Gases auf unter 25ºC den Einsatz einer Kühlgruppe oder einer anderen Hilfsvorrichtung, deren Kauf- und Wartungskosten nicht vernachlässigbar sind.
  • Die Erfindung soll ermöglichen, die Temperatur des verdichteten Gases ohne Rückgreifen auf eine Kühlgruppe oder eine andere Hilfsvorrichtung und damit auf besonders kostengünstige Weise zu senken.
  • Hierzu hat die Erfindung ein Gaskompressionsverfahren der eingangs genannten Art zum Ziel, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß zumindest dann, wenn das Frischwasser kühler ist als das durch die Kühlvorrichtung behandelte Wasser, das Frischwasser einem Wärmeaustausch mit dem von der letzten Stufe der Kompressionsvorrichtung ausgestoßenen Gas unterzogen und dann das Frischwasser in die Kühlvorrichtung geleitet wird.
  • Dieses Verfahren kann eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen:
  • - das von der letzten Stufe der Kompressionsvorrichtung ausgestoßene Gas wird zuerst einem Wärmeaustausch mit durch die Kühlvorrichtung behandeltem Wasser und dann mit dem Frischwasser unterzogen;
  • - das von der letzten Stufe der Kompressionsvorrichtung ausgestoßene Gas wird direkt einem Wärmeaustausch mit dem Frischwasser unterzogen;
  • - die Kompressionsvorrichtung ist der Hauptluftkompressor einer Luftdestillationsvorrichtung und die durch den Wärmeaustausch mit dem Frischwasser abgekühlte Luft wird direkt in einen Apparat zur Reinigung von Luft durch Adsorption oder in die Hauptwärmeaustauschleitung dieser Vorrichtung geleitet;
  • - die Kompressionsvorrichtung ist ein Luftnachverdichter einer Destillationsvorrichtung und die durch den Wärmeaustausch mit dem Frischwasser abgekühlte Luft wird in das warme Ende der Hauptwärmeaustauschleitung dieser Vorrichtung geleitet;
  • - die Kompressionsvorrichtung ist ein Kompressor für Stickstoff aus dem Zyklus einer Luftdestillationsvorrichtung und der durch den Wärmeaustausch mit dem Frischwasser abgekühlte Stickstoff wird in das warme Ende eines Stickstoffverflüssigungs-Wärmetauschers dieser Vorrichtung geleitet;
  • - für den Wärmeaustausch wird eine im Hinblick auf den Bedarf der Kühlvorrichtung überschüssige Frischwassermenge verwendet und das überschüssige Frischwasser wird durch Ablassen aus dieser Vorrichtung und/oder durch Verdampfen von Frischwasser stromauf dieser Vorrichtung ausgeglichen.
  • Die Erfindung hat auch eine Einrichtung zum Komprimieren eines für die Verwendung in einem solchen Verfahren bestimmten Gases zum Ziel. Diese Einrichtung, mit einer einem Wasserkühlkreis zugeordneten Kompressionsvorrichtung, umfassend eine mit Luft arbeitende Kühlvorrichtung für das Rücklaufwasser und eine Leitung zur Versorgung der Kühlvorrichtung mit Frischwasser, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Frischwasserversorgungsleitung durch einen an der Auslaßleitung der letzten Stufe der Kompressionsvorrichtung angebrachten Wärmetauscher verläuft, bevor sie die Kühlvorrichtung erreicht.
  • In einer Ausführungsform dieser Kompressionseinrichtung umfaßt die Frischwasserversorgungsleitung einen Nebenschluß zu den Anschlüssen des Wärmetauschers, und sind Mittel vorgesehen, die diesen Tauscher mit durch die Kühlvorrichtung behandeltem Wasser versorgen.
  • Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
  • Fig. 1 vereinfacht eine erfindungsgemäße Luftkompressionseinrichtung; und
  • Fig. 2 eine analoge Ansicht einer Variante.
  • In Fig. 1 ist der Hauptluftkompressor 1 einer Luftdestillationsvorrichtung dargestellt, die als solche von herkömmlicher Bauart, beispielsweise mit Zweifach-Destillationskolonne, sein kann.
  • Der Kompressor 1 umfaßt drei Stufen 2 bis 4 und ist vier Wärmetauschern zugeordnet, die indirekt und im Gegenstrom arbeiten: einem ersten Zwischenstufenkühler 5, einem zweiten Zwischenstufenkühler 6, einem "End"-Kühler 7 und einem Vorkühl- Wärmetauscher 8.
  • Ein dem Kompressor 1 zugeordneter Wasserkühlkreis umfaßt: eine Leitung 9 zur Zufuhr von gekühltem Wasser, die mit einer Zirkulationspumpe 10 versehen ist und von der drei Zweige 11 bis 13 wegführen, die jeweils in das kalte Ende der Tauscher 5 bis 7 münden; eine Warmwasser-Rücklaufleitung 14, in welche drei Leitungen 15 bis 17 münden, die jeweils an dem warmen Ende der Tauscher 5 bis 7 beginnen; und einen Kühlturm 18, der am Kopf über die Leitung 14 versorgt wird und an seiner Basis die Leitung 9 speist.
  • Der Turm 18 weist an seiner Basis einen Einlaß für atmosphärische Luft 19 und an seinem oberen Ende einen Auslaß 20 für erwärmte und angefeuchtete Luft auf. Er besitzt an seiner Basis ferner eine mit einem Ventil 22 versehene Ablaufleitung 21 und ist mit einem Organ 23 ausgerüstet, welches die Kühlluft nach oben strömen läßt.
  • Der vorstehend beschriebene Kreis wird durch eine Frischwasser-Versorgungsleitung 24 vervollständigt, die - über eine Pumpe oder einen Wasserhochbehälter (nicht dargestellt) - mit phreatischem Wasser verbunden ist. Diese Leitung verläuft zunächst durch den Tauscher 8, von dessen kaltem Ende zu dessen warmem Ende, und ist danach an den Turm 18 angeschlossen. Sie umfaßt außerdem einen mit einem Ventil 26 versehenen Nebenschluß 25 zu den Anschlüssen des Tauschers 8. Die Leitung 9 ist hinter ihrer Abzweigung 13 durch einen Abschnitt 27 verlängert, der mit einem Ventil 28 versehen ist und an einem Punkt 29 der Leitung 24 in der Nähe des kalten Endes des Tauschers 8 mündet. Ein weiteres Ventil 30 ist in der Leitung 24 zwischen dem Nebenschluß 25 und dem Punkt 29 vorgesehen.
  • In der warmen Jahreszeit verhindert die atmosphärische Luft mit beispielsweise +25 bis +30ºC, daß der Turm 18 - entsprechend der Hygrometrie der Luft - das Wasser auf unter etwa +25 bis +35ºC kühlt. Die verdichtete Luft tritt infolgedessen mit etwa +30 bis +40ºC aus dem Tauscher 7 aus.
  • Demgegenüber hat das phreatischem Wasser entnommene Frischwasser das ganze Jahr über einer verhältnismäßig stabile Temperatur, die beispielsweise zwischen +5 und +15ºC liegt. Dadurch, daß es zuerst den Tauscher 8 durchströmt, senkt es die Temperatur der komprimierten Luft bis auf +10 bis +20ºC, welches für deren Trocknung und Kohlensäureentziehung durch Adsorption günstig ist und zum Preis eines einfachen Wärmetauschers 8 ermöglicht, den Einsatz einer Kühlgruppe oder einer anderen Vorkühlvorrichtung stromab des Tauschers 7 zu vermeiden. Die aus dem Tauscher 8 austretende Luft wird dann direkt in das Gerät 31 zur Reinigung durch Adsorption geleitet.
  • Das Frischwasser tritt aus dem Tauscher 8 mit etwa +15 bis +25ºC wieder aus und speist dann den Turm 18, um die Wasserverdampfung in demselben sowie die bei 21 entnommene Ablaufmenge auszugleichen.
  • Anzumerken ist, daß der Temperaturanstieg des Frischwassers im Verhältnis zu einer herkömmlichen Lösung, bei der es direkt in den Turm 18 eingeleitet wird, einen vernachlässigbaren Einfluß auf die Leistung dieses Turms hat, da sein Mengenanteil nur einige % der gesamten Menge gekühlten Wassers repräsentiert.
  • In der kalten Jahreszeit kann die atmosphärische Luft ausreichend kalt sein, so daß das bei 18 behandelte Wasser auf unter +15ºC, genauer gesagt bis auf eine Temperatur wenigstens so niedrig wie die des Frischwassers, kühlbar ist. In diesem Fall wird das Ventil 30 geschlossen und werden die Ventile 26 und 28 geöffnet. Das Frischwasser versorgt dann den Turm 18 direkt, und das von diesem letztgenannten abgegebene Zirkulationswasser speist den Tauscher 8.
  • In einer Variante kann darüber hinaus auf den Leitungsabschnitt 27 verzichtet werden, da in einem solchen Fall der Tauscher 7 unter denselben Bedingungen wie der Tauscher 8 arbeitet.
  • Die Variante gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der der Fig. 1 nur durch die Zusammenfassung der Tauscher 7 und 8 zu einem einzigen, durch die Leitung 24 versorgten Tauscher 7A. Auf diese Weise wird in der warmen Jahreszeit die bei 4 verdichtete Luft direkt durch das Frischwasser gekühlt, bevor sie in den Turm 18 geleitet wird. Die aus dem Tauscher 7A austretende Luft wird sodann wie zuvor direkt zu dem Gerät 31 zur Reinigung durch Adsorption geleitet. Natürlich erlaubt in der kalten Jahreszeit der Nebenschluß 25, wie vorstehend erklärt, das Frischwasser direkt in den Turm 18 zu leiten und den Tauscher 7A mittels des in der Leitung 9 zirkulierenden Wassers zu kühlen.
  • Wie ersichtlich ist, erfordert die Variante gemäß Fig. 2 eine verhältnismäßig große Frischwassermenge zur Kühlung des Tauschers 7A. Falls diese Menge den Bedarf des Turms 18 übersteigt, kann entweder die Ablaufmenge bei 21 erhöht oder das überschüssige Frischwasser stromauf des Turms 18 - wie bei 32 mittels durchbrochener Linie angedeutet - in die Kanalisation geleitet oder auf andere Weise aus der Vorrichtung entfernt werden.
  • Das Kühlen eines komprimierten Gases durch das Frischwasser eines mit Luft arbeitenden Kühlturms kann in der einen oder anderen der vorstehend beschriebenen Anwendungsformen auch bei anderen Kompressionsvorrichtungen von Luftdestillationsvorrichtungen angewandt werden. Denn im Falle eines Luftnachverdichters oder eines Kompressors für den Stickstoff des Kältezyklus erlaubt diese Art der Kühlung auf wirtschaftliche Weise, die Temperatur des komprimierten Gases vor dessen Eintritt in die nachfolgende Tiefsttemperatur-Wärmeaustauschleitung wesentlich zu senken. Dies ermöglicht beispielsweise, die Flüssigkeitsproduktion zu erhöhen.
  • Ferner wird in allen Fällen auf diese Weise die Eintrittstemperatur des komprimierten Gases in die nachfolgende Wärmeaustauschleitung reguliert. Dies betrifft insbesondere den Fall, in dem gemäß Fig. 1 zusätzlich zu dem Tauscher 8 oder einer anderen, anstelle dieses Tauschers angeordneten Vorkühlvorrichtung ein Wärmetauscher vorgesehen ist, der durch das Frischwasser gekühlt wird und zwischen dem Ausgang der Reinigungsvorrichtung 31 und dem warmen Ende der Haupt-Wärmeaustauschleitung der Luftdestillationsvorrichtung angeordnet ist.
  • Der Turm 18 kann speziell den zu kühlenden Kompressoren zugeordnet sein oder gleichzeitig auch zur Kühlung des Kühlwassers anderer Vorrichtungen der Anlage, beispielsweise eines durch die Luftdestillationsvorrichtung mit Sauerstoff versorgten Lichtbogenofens, dienen.

Claims (14)

1. Gaskompressionsverfahren, bei dem einer mit Luft arbeitenden Kühlvorrichtung (18) für Kühlwasser einer Gaskompressionsvorrichtung (1) Frischwasser zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest dann, wenn das Frischwasser kühler ist als das durch die Kühlvorrichtung (18) behandelte Wasser, das Frischwasser einem Wärmeaustausch (bei 8; 7A) mit dem von der letzten Stufe (4) der Kompressionsvorrichtung ausgestoßenen Gas unterzogen und dann das Frischwasser in die Kühlvorrichtung (18) geleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von der letzten Stufe (4) der Kompressionsvorrichtung (1) ausgestoßene Gas zuerst (bei 7) einem Wärmeaustausch mit durch die Kühlvorrichtung (18) behandeltem Wasser und dann (bei 8) mit dem Frischwasser unterzogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von der letzten Stufe (4) der Kompressionsvorrichtung (1) ausgestoßene Gas direkt (bei 7A) einem Wärmeaustausch mit dem Frischwasser unterzogen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionsvorrichtung (1) der Hauptluftkompressor einer Luftdestillationsvorrichtung ist und die durch den Wärmeaustausch mit dem Frischwasser (bei 8; 7A) abgekühlte Luft direkt in einen Apparat (31) zur Reinigung von Luft durch Adsorption oder in die Hauptwärmeaustauschleitung dieser Vorrichtung geleitet wird.
5. Verfahren nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionsvorrichtung ein Luftnachverdichter einer Destillationsvorrichtung ist und die durch den Wärmeaustausch mit dem Frischwasser abgekühlte Luft in das warme Ende der Hauptwärmeaustauschleitung dieser Vorrichtung geleitet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionsvorrichtung ein Kompressor für Stickstoff aus dem Zyklus einer Luftdestillationsvorrichtung ist und der durch den Wärmeaustausch mit dem Frischwasser abgekühlte Stickstoff in das warme Ende eines Stickstoffverflüssigungs-Wärmetauschers dieser Vorrichtung geleitet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für den Wärmeaustausch (bei 8; 7A) eine bezogen auf den Bedarf der Kühlvorrichtung (18) überschüssige Frischwassermenge verwendet und das überschüssige Frischwasser durch Ablassen (bei 21) aus dieser Vorrichtung und/oder durch Abziehen von Frischwasser (bei 32) stromauf dieser Vorrichtung ausgeglichen wird.
8. Gaskompressionseinrichtung mit einer einem Wasserkühlkreis zugeordneten Kompressionsvorrichtung (1), umfassend eine mit Luft arbeitende Kühlvorrichtung (18) für das Rücklaufwasser und eine Leitung (24) zur Versorgung der Kühlvorrichtung mit Frischwasser, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischwasserversorgungsleitung (24) durch einen an der Auslaßleitung der letzten Stufe der Kompressionsvorrichtung angebrachten Wärmetauscher (8; 7A) verläuft, bevor sie die Kühlvorrichtung (18) erreicht.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Vorwärmetauscher (7), der mit dem durch die Kühlvorrichtung (18) behandelten Wasser gespeist wird und an der Auslaßleitung zwischen der Kompressionsvorrichtung (1) und dem Wärmetauscher (8) angebracht ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (7A) direkt am Auslaß der letzten Stufe (4) der Kompressionsvorrichtung (1) angebracht ist.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischwasserversorgungsleitung (24) einen wählbaren Bypass (25) zu den Anschlüssen des Wärmetauschers (8; 7A) umfaßt, und daß Mittel (27, 28) vorgesehen sind, die diesen Tauscher mit durch die Kühlvorrichtung (18) behandeltem Wasser versorgen.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionsvorrichtung (1) der Hauptluftkompressor einer Luftdestillationsvorrichtung ist und der Wärmetauscher (8; 7A) zwischen diesem Kompressor und einem Apparat (31) zur Reinigung von Luft durch Adsorption oder zwischen diesem Apparat und dem warmen Ende der Hauptwärmeaustauschleitung dieser Vorrichtung angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionsvorrichtung ein Luftnachverdichter einer Luftdestillationsvorrichtung ist und der Wärmetauscher zwischen diesem Nachverdichter und dem warmen Ende der Hauptwärmeaustauschleitung der Vorrichtung angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionsvorrichtung ein Kompressor für Stickstoff aus dem Zyklus einer Luftdestillationsvorrichtung ist und der Wärmetauscher zwischen diesem Stickstoffkompressor und dem warmen Ende eines Stickstoffverflüssigungs-Wärmetauschers dieser Luftdestillationsvorrichtung angeordnet ist.
DE69400794T 1993-09-21 1994-09-12 Gaskompressionsverfahren und Vorrichtung Expired - Lifetime DE69400794T2 (de)

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