EP1544559A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft - Google Patents

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EP1544559A1
EP1544559A1 EP04005171A EP04005171A EP1544559A1 EP 1544559 A1 EP1544559 A1 EP 1544559A1 EP 04005171 A EP04005171 A EP 04005171A EP 04005171 A EP04005171 A EP 04005171A EP 1544559 A1 EP1544559 A1 EP 1544559A1
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EP
European Patent Office
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liquid
cryogenic air
air separation
separation plant
stream
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04005171A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Brox
Markus Huppenberger
Ludwig Schebesta
Christoph Schmitt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a method for the cryogenic separation of air according to the Preamble of claim 1.
  • Multi-strand air separation plants have so far become as independent as possible operated by each other to keep your redundancy as high as possible.
  • the invention is based on the object, a process of the type mentioned to find that is economically particularly favorable, in particular by relatively low Equipment costs.
  • the common method step may be one or more of the The following described process stages act:
  • a portion of the feed air may be for the first and second cryogenic air separation plants or the entire feed air for both cryogenic air separation plants be compressed together from the atmospheric pressure.
  • a joint pre-cooling of the feed air for the first and the second cryogenic air separation plant be provided, for example in a common Heat exchanger, in a common direct contact cooler or in separate
  • Direct contact coolers from cooling water from the same evaporative cooler be charged.
  • a common adsorptive Purification of the feed air for the first and the second cryogenic air separation plant can be performed, for example, in a pair of Molecular sieve adsorbers, or in more than two parallel adsorber containers.
  • the invention also relates to a method and a device for generating a gaseous print product by cryogenic separation of air according to the The preamble of claim 3 or claim 9.
  • the recovery of a gaseous printed product by pressure increase in the liquid Condition and subsequent evaporation (at subcritical pressure) or pseudo-evaporation (at supercritical pressure) is also referred to as internal compression.
  • at least one of the products becomes liquid from one of the separation columns of a Cryogenic air separation plant or one with one of these columns deducted connected capacitor.
  • This liquid product is now in liquid state brought to an elevated pressure, in indirect heat exchange evaporated with a heat transfer fluid or (at supercritical pressure) pseudo-evaporated and finally recovered as gaseous pressure product.
  • Heat transfer fluid can be used, for example, feed air or nitrogen become.
  • the pressure increase in the liquid can be by any known means be carried out, for example by means of a pump, the use of a hydrostatic potential and / or pressure build-up evaporation on a tank. At the Most commonly pumps are used.
  • the "means for pressure increase" can in The simplest case can be formed by a single cryogenic pump. In all Usually, however, you set two or more in parallel and / or switchable Pumping to a certain redundancy and thus a significantly increased Resilience to achieve. Common are, for example, pump pairs, where in Normal operation only one pump is in operation. When using three parallel pumps Each of the pumps can be designed for a capacity of 50% Normal operation always two of the three devices are in operation.
  • the invention particularly relates to multi-strand internal compression processes, ie those in which two or more cryogenic air separation plants are in parallel be operated in the same place.
  • the Cryogenic air separation plants of the invention may be used, for example, as be formed classical double column system, but also as a one-, three- or Multi-pillar system. They can be used in addition to the columns for nitrogen-oxygen separation other devices for obtaining other air components, in particular of noble gases, for example an argon production.
  • a method and a device of the type mentioned are out WO 03016804 A2.
  • oxygen is obtained as a printed product.
  • the liquid oxygen product of each individual cryogenic air separation plant is brought separately by means of a pump liquid pressure and evaporated.
  • the gaseous Print product of the multi-strand system is finally merged.
  • the invention is based on the object, such a process and a to find corresponding device which are economically particularly favorable, especially by relatively low investment costs and particularly high Reliability.
  • first and the second liquid product stream be mixed at least partially before the pressure increase.
  • the two liquid products are brought together completely to an elevated pressure. This saves a pump set.
  • the pump set is now double Having capacity, it is less expensive than two sets of simple capacity.
  • the number becomes more rotating Machines diminished; This leads to increased reliability and reduced Maintenance and service costs.
  • the invention can also be applied to systems with more than two Cryogenic air separation plants are applied.
  • one Plant can, for example, the inner-compaction product of all four Cryogenic air separation plants brought together and through a common Means be brought to increased pressure.
  • two can each Plants share a means to increase the pressure.
  • the two liquid product streams are after their deduction from the Separation column of the respective cryogenic air separation plant in one Total product line merged and through this total product line to Pressure increase conducted in the liquid state.
  • the two liquid product streams are before Pressure increase initiated in a common liquid reservoir and from the the pressure increase in the liquid state is charged.
  • the system already has such a liquid reservoir in order to in case of failure of the or one of the cryogenic air separation plants in the short term product to deliver by external evaporation (emergency supply, backup system).
  • evaporation emergency supply, backup system
  • the means used for internal compression for Pressure increase also for this emergency supply to use.
  • a special high availability at relatively low equipment and maintenance costs thereby a continuous operation of the pumps when switching to Emergency supply possible, and there is a reduction in the response time of the Emergency supply and less wear of the pumps.
  • the high pressure product Downstream of the pressure increase, the high pressure product, for example, in separate heat exchangers, for example in two each one of the two cryogenic air separation plants associated main heat exchanger system are evaporated.
  • a first partial flow and a second partial flow branched off.
  • the first partial flow is in indirect heat exchange with a first heat transfer fluid stream brought the downstream of the indirect heat exchange at least partially introduced into a separation column of the first cryogenic air separation plant becomes.
  • the second substream is in indirect heat exchange with a second Heat transfer fluid flow brought downstream of the indirect Heat exchange at least partially in a separation column of the second Cryogenic air separation plant is initiated.
  • the high pressure product in a heat exchanger vaporized which is assigned to two cryogenic air separation plants, by the common product stream downstream of the pressure increase in the liquid Condition at least partially in indirect heat exchange with a common Heat transfer fluid flow is brought to a first part of the common Heat transfer fluid flow downstream of the indirect heat exchange in a Separation column of the first cryogenic air separation plant is initiated and a second part of the common heat transfer fluid stream downstream of the indirect Heat exchange in a separation column of the second cryogenic air separation plant is initiated.
  • Each of these four strands has one complete system with coldbox, main heat exchanger, rectification system, lines, Machines and valves on.
  • all four are cryogenic air separation plants constructed identically in their interior.
  • the rectification system each preferably consists of two columns, a high-pressure column and a Low-pressure column, which has a main condenser in heat exchanging connection stand.
  • Each of the four cryogenic air separation plants has its own Pump set P1 to P4.
  • Each pump set has three separate ones in the examples Pumps on the liquid oxygen (“liquid product stream”) from the Low pressure column of the respective strand are fed.
  • Each of these pumps has a nominal throughput, which is half of the nominal product quantity corresponds internally compressed oxygen of the respective strand.
  • each pump set is with the main heat exchanger system of respective cryogenic air separation plant connected. There it will be on high Pressure pumped oxygen either vaporized in the known way and heated (at subcritical pressure) or warmed (at supercritical pressure) and finally via the lines G1 to G4 as gaseous pressure product (GOX-gaseous oxygen) deducted.
  • gaseous pressure product GOX-gaseous oxygen
  • a heat transfer fluid is a part of the feed air, High pressure nitrogen or another suitable fluid used.
  • a portion of the liquid oxygen from the Low-pressure columns of the four cryogenic air separation plants not the Pump sets P1 supplied to P4, but via the lines L1 to L4 as Liquid product (LOX - liquid oxygen) deducted.
  • This liquid is in the Example of Figure 1 in a double oxygen tank T1 / T2 trained Liquid reservoir directed, part of an emergency system (backup system) is.
  • the emergency supply system also has another pump set P5 and a steam-heated water bath evaporator V on. If one or more of the Cryogenic air separation plants wholly or partially off, is the missing GOX product quantity supplemented by evaporation of liquid oxygen in the Backup System.
  • At least one of the lines TL1 or TL2 is closed.
  • the corresponding amount of high-pressure oxygen then flows to the Water bath evaporator V1 "and thus ensures the emergency supply.

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Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur Erzeugung eines gasförmigen Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft. Ein erster Einsatzluftstrom wird einer ersten Tieftemperatur-luftzerlegungsanlage (ASU Train 1), die mindestens eine Trennsäule aufweist, zugeführt. Ein zweiter Einsatzluftstrom wird einer zweiten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage (ASU Train 2), die mindestens eine Trennsäule aufweist, zugeführt. Ein erster Flüssigproduktstrom (F1) wird aus einer Trennsäule der ersten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage entnommen, in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck gebracht und indirekten Wärmeaustausch mit einem Wärmeträger-Fluid verdampft (V1") und/oder angewärmt und anschließend als ein erster Teil des gasförmigen Druckprodukts (GOX) gewonnen. Ein zweiter Flüssigproduktstrom (F2) wird aus einer Trennsäule der zweiten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage entnommen, in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck gebracht und durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Wärmeträger-Fluid verdampft (V1") und/oder angewärmt und anschließend als ein zweiter Teil des gasförmigen Druckprodukts (GOX) gewonnen. Der erste und der zweite Flüssigproduktstrom werden vor der Druckerhöhung mindestens teilweise vermischt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Grundlagen der Tieftemperaturzerlegung von Luft im Allgemeinen sind in der Monografie "Tieftemperaturtechnik" von Hausen/Linde (2. Auflage, 1985) und in einem Aufsatz von Latimer in Chemical Engineering Progress (Vol. 63, No.2, 1967, Seite 35) beschrieben.
Mehrsträngige Luftzerlegungsanlagen werden bisher so unabhängig wie möglich voneinander betrieben, um Ihre Redundanz so hoch wie möglich zu halten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Prozess der eingangs genannten Art zu finden, der wirtschaftlich besonders günstig ist, insbesondere durch relativ niedrige Anlagekosten.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zwei einander entsprechende Ströme der ersten und der zweiten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage gemeinsam dem gleichartigen Verfahrensschritt zugeleitet werden.
Bei dem gemeinsamen Verfahrensschritt kann es sich um einen oder mehrere der im folgenden beschriebenen Prozess-Stufen handeln:
Zum Beispiel kann ein Teil der Einsatzluft für die erste und die zweite Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage oder auch die gesamte Einsatzluft für beide Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen gemeinsam vom Atmosphärendruck aus verdichtet werden.
Stromabwärts einer gemeinsamen oder getrennten Verdichtung kann eine gemeinsame Vorkühlung der Einsatzluft für die erste und die zweite Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage vorgesehen sein, beispielsweise in einem gemeinsamen Wärmetauscher, in einem gemeinsamen Direktkontaktkühler oder auch in getrennten
Direktkontaktkühlern, die von Kühlwasser aus demselben Verdunstungskühler beaufschlagt werden.
In Kombination damit oder unabhängig davon kann eine gemeinsame adsorptive Reinigung der Einsatzluft für die erste und die zweite Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage durchgeführt werden, zum Beispiel in einem Paar von Molekularsieb-Adsorbern, oder auch in mehr als zwei parallelen Adsorber-Behältern.
Wird je ein Strom in der ersten und in der zweiten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage nachverdichtet und/oder im Kreislaufgeführt, kann die entsprechende Nachverdichtung oder Kreislaufverdichtung ebenfalls gemeinsam durchgeführt werden.
Auch die Druckerhöhung im flüssigen Zustand je eines Produkt- oder Zwischenproduktstroms aus der ersten beziehungsweise zweiten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage kann im Rahmen der Erfindung gemeinsam durchgeführt werden.
Wenn je ein Flüssigproduktstrom aus der ersten beziehungsweise zweiten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage in einen gemeinsamen Tank eingeführt werden, stellt dies ebenfalls eine Realisierung der Erfindung dar, ebenso wie die Verdampfung je eines Flüssigproduktstroms aus der ersten beziehungsweise zweiten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage in einem gemeinsamen Verdampfer.
Eine weitere Realisierung der Erfindung wäre die gemeinsame Nutzung eines Hauptwärmetauschers für die Abkühlung von Einsatzluft für beide Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen. Dies wäre insbesondere bei der Verwendung von Regeneratoren sinnvoll, zum Beispiel solchen mit Stahlhorden, wie sie in WO 99/42773 beschrieben sind.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines gasförmigen Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3 beziehungsweise des Anspruchs 9.
Die Gewinnung eines gasförmigen Druckprodukts durch Druckerhöhung im flüssigen Zustand und anschließende Verdampfung (bei unterkritischem Druck) oder Pseudo-Verdampfung (bei überkritischem Druck) wird auch als Innenverdichtung bezeichnet. Dabei wird mindestens eines der Produkte flüssig aus einer der Trennsäulen einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage oder aus einem mit einer dieser Säulen verbundenen Kondensator abgezogen. (Bei einem Zwei-Säulen-System kann es sich zum Beispiel um Stickstoff aus der Hochdrucksäule eines Zwei-Säulen-Systems oder um Sauerstoff aus der Niederdrucksäule handeln.) Dieses Flüssigprodukt wird nun in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck gebracht, in indirektem Wärmeaustausch mit einem Wärmeträger-Fluid verdampft beziehungsweise (bei überkritischem Druck) pseudo-verdampft und schließlich als gasförmiges Druckprodukt gewonnen. Als Wärmeträger-Fluid können beispielsweise Einsatzluft oder Stickstoff eingesetzt werden.
Die Druckerhöhung in der Flüssigkeit kann durch jede bekannte Maßnahme durchgeführt werden, beispielsweise mittels einer Pumpe, der Ausnutzung eines hydrostatischen Potentials und/oder der Druckaufbauverdampfung an einem Tank. Am häufigsten werden Pumpen eingesetzt. Die "Mittel zur Druckerhöhung" können in einfachsten Fall durch eine einzelne Tieftemperatur-Pumpe gebildet werden. In aller Regel setzt man jedoch zwei oder mehr parallel geschaltete und/oder umschaltbare Pumpen ein, um eine gewisse Redundanz und somit eine deutlich erhöhte Ausfallsicherheit zu erreichen. Üblich sind beispielsweise Pumpen-Paare, bei denen im Normalbetrieb nur eine Pumpe in Betrieb ist. Bei dem Einsatz dreier paralleler Pumpen kann jede der Pumpen auf eine Kapazität von 50 % ausgelegt sein, wobei sich im Normalbetrieb immer zwei der drei Geräte in Betrieb befinden.
Derartige Innenverdichtungsverfahren sind zum Beispiel bekannt aus DE 830805, DE 901542 (= US 2712738/US 2784572), DE 952908, DE 1103363 (= US 3083544), DE 1112997 (= US 3214925), DE 1124529, DE 1117616 (= US 3280574), DE 1226616 (= US 3216206), DE 1229561 (= US 3222878), DE 1199293, DE 1187248 (= US 3371496), DE 1235347, DE 1258882 (= US 3426543), DE 1263037 (= US 3401531), DE 1501722 (= US 3416323), DE 1501723 (= US 3500651), DE 2535132 (= US 4279631), DE 2646690, EP 93448 B1 (= US 4555256), EP 384483 B1 (= US 5036672), EP 505812 B1 (= US 5263328), EP 716280 B1 (= US 5644934), EP 842385 B1 (= US 5953937), EP 758733 B1 (= US 5845517), EP 895045 B1 (= US 6038885), DE 19803437 A1, EP 949471 B1 (= US 6185960 B1), EP 955509 A1 (= US 6196022 B1), EP 1031804 A1 (= US 6314755), DE 19909744 A1, EP 1067345 A1 (= US 6336345), EP 1074805 A1 (= US 6332337), DE 19954593 A1, EP 1134525 A1 (= US 6477860), DE 10013073 A1, EP 1139046 A1, EP 1146301 A1, EP 1150082 A1, EP 1213552 A1, DE 10115258 A1, EP 1284404 A1 (= US 2003051504 A1), EP 1308680 A1 (= US 6612129 B2), DE 10213212 A1, DE 10213211 A1, EP 1357342 A1 oder DE 10238282 A1.
Die Erfindung betrifft insbesondere mehrsträngige Innenverdichtungsprozesse, also solche, bei denen zwei oder mehrere Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen parallel am gleichen Ort betrieben werden. In vielen Fällen sind die verschiedenen Stränge (trains) untereinander identisch, es ist aber auch möglich, unterschiedliche Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen auf diese Weise parallel zu betreiben. Die Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen der Erfindung können zum Beispiel jeweils als klassisches Doppelsäulensystem ausgebildet sein, aber auch als Ein-, Drei- oder Mehrsäulensystem. Sie können zusätzlich zu den Kolonnen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung weitere Vorrichtungen zur Gewinnung anderer Luftkomponenten, insbesondere von Edelgasen aufweisen, beispielsweise eine Argongewinnung.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art sind aus WO 03016804 A2 bekannt. Hier wird Sauerstoff als Druckprodukt gewonnen. Das flüssige Sauerstoffprodukt jeder einzelnen Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage wird separat mittels einer Pumpe flüssig auf Druck gebracht und verdampft. Das gasförmige Druckprodukt des mehrsträngigen Systems wird schließlich zusammengeführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Prozess und eine entsprechende Vorrichtung zu finden, die wirtschaftlich besonders günstig sind, insbesondere durch relativ niedrige Anlagekosten und besonders hohe Ausfallsicherheit.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der erste und der zweite Flüssigproduktstrom vor der Druckerhöhung mindestens teilweise vermischt werden. Vorzugsweise werden die beiden Flüssigprodukte vollständig gemeinsam auf einen erhöhten Druck gebracht. Hierdurch wird ein Pumpensatz eingespart. Obwohl der Pumpensatz nun die doppelte Kapazität aufweisen muss, ist er kostengünstiger als zwei Sätze einfacher Kapazität. Außerdem wird - bei gleich bleibender Redundanz - die Anzahl sich drehender Maschinen vermindert; dies führt zu erhöhter Ausfallsicherheit und zu verringertem Instandhaltungs- und Wartungsaufwand.
Die Erfindung kann selbstverständlich auch auf Systeme mit mehr als zwei Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen angewandt werden. Bei einer viersträngigen Anlage kann zum Beispiel das innenzuverdichtende Produkt aus allen vier Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen zusammengeführt und durch ein gemeinsames Mittel auf erhöhten Druck gebracht werden. Alternativ können sich jeweils zwei Anlagen ein Mittel zur Druckerhöhung teilen.
Im einfachsten Fall werden die beiden Flüssigproduktströme nach ihrem Abzug aus der Trennsäule der jeweiligen Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage in einer Gesamtproduktleitung zusammengeführt und durch diese Gesamtproduktleitung zur Druckerhöhung im flüssigen Zustand geleitet.
Alternativ oder zusätzlich werden die beiden Flüssigproduktströme vor der Druckerhöhung in ein gemeinsames Flüssigkeitsreservoir eingeleitet und von dem aus die Druckerhöhung im flüssigen Zustand beschickt wird.
In vielen Fällen weist das System ohnehin ein derartiges Flüssigkeitsreservoir auf, um bei Ausfall der oder einer der Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen kurzfristig Produkt durch externe Verdampfung liefern zu können (Notversorgung, Backup-System). In diesem Fall ist es günstig, das für die Innenverdichtung genutzte Mittel zur Druckerhöhung auch für diese Notversorgung zu nutzen. Neben einer besonders hohen Verfügbarkeit bei relativ niedrigen Kosten für Apparatur und Instandhaltung ist dadurch ein kontinuierlicher Betrieb der Pumpen beim Umschalten auf die Notversorgung möglich, und es ergibt sich eine Verringerung der Ansprechzeit der Notversorgung sowie ein geringerer Verschleiß der Pumpen.
Stromabwärts der Druckerhöhung kann das Hochdruckprodukt beispielsweise in separaten Wärmetauschern, beispielsweise in zwei je einer der beiden Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen zugeordneten Hauptwärmetauscher-System verdampft werden. Hierzu werden aus dem gemeinsamen Produktstrom stromabwärts der Druckerhöhung im flüssigen Zustand ein erster Teilstrom und ein zweiter Teilstrom abgezweigt. Der erste Teilstrom wird in indirekten Wärmeaustausch mit einem ersten Wärmeträger-Fluid-Strom gebracht, der stromabwärts des indirekten Wärmeaustauschs mindestens teilweise in eine Trennsäule der ersten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage eingeleitet wird. Der zweite Teilstrom wird in indirekten Wärmeaustausch mit einem zweiten Wärmeträger-Fluid-Strom gebracht, der stromabwärts des indirekten Wärmeaustauschs mindestens teilweise in eine Trennsäule der zweiten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage eingeleitet wird.
Alternativ oder zusätzlich kann das Hochdruckprodukt in einem Wärmetauscher verdampft werden, der beiden Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen zugeordnet ist, indem der gemeinsame Produktstrom stromabwärts der Druckerhöhung im flüssigen Zustand mindestens teilweise in indirekten Wärmeaustausch mit einem gemeinsamen Wärmeträger-Fluid-Strom gebracht wird, ein erster Teil des gemeinsamen Wärmeträger-Fluid-Stroms stromabwärts des indirekten Wärmeaustauschs in eine Trennsäule der ersten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage eingeleitet wird und ein zweiter Teil des gemeinsamen Wärmeträger-Fluid-Stroms stromabwärts des indirekten Wärmeaustauschs in eine Trennsäule der zweiten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage eingeleitet wird.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:
  • Figur 1 eine erste viersträngige Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage,
  • Figur 2 eine zweite viersträngige Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage und
  • Figur 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    • Figur 1 zeigt ein System mit vier Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen (ASU Train 1 bis ASU Train 4; ASU = air separation unit). Jeder dieser vier Stränge weist eine komplette Anlage mit Coldbox, Hauptwärmetauscher, Rektifiziersystem, Leitungen, Maschinen und Ventilen auf. In dem Beispiel sind alle vier Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen in ihrem Inneren identisch aufgebaut. Das Rektifiziersystem besteht vorzugsweise jeweils aus zwei Trennsäulen, einer Hochdrucksäule und einer Niederdrucksäule, die über einen Hauptkondensator in wärmetauschender Verbindung stehen. Jede der vier Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen weist ihren eigenen Pumpensatz P1 bis P4 auf. Jeder Pumpensatz weist in den Beispielen drei separate Pumpen auf, die von flüssigem Sauerstoff ("Flüssigproduktstrom") aus der Niederdrucksäule des jeweiligen Strangs gespeist werden. Jede dieser Pumpen hat einen Nenndurchsatz, welcher der Hälfte der Nennproduktmenge an innenverdichtetem Sauerstoff des jeweiligen Strangs entspricht. Im Normalbetrieb laufen pro Pumpensatz P1 bis P4 jeweils zwei Pumpen; die dritte wird eingeschaltet, wenn eine der beiden anderen ausfällt. Alternativ könnten einer, mehrere oder alle Pumpensätze beispielsweise aus jeweils zwei Pumpen bestehen.
    Der Austritt jedes Pumpensatzes ist mit dem Hauptwärmetauscher-System der jeweiligen Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage verbunden. Dort wird der auf hohen Druck gepumpte Sauerstoff auf die bekannte Weise entweder verdampft und angewärmt (bei unterkritischem Druck) oder angewärmt (bei überkritischem Druck) und schließlich über die Leitungen G1 bis G4 als gasförmiges Druckprodukt (GOX-gaseous oxygen) abgezogen. Als Wärmeträger-Fluid wird ein Teil der Einsatzluft, Hochdruck-Stickstoff oder ein anderes geeignetes Fluid eingesetzt.
    Mindestens zeitweise wird ein Teil des flüssigen Sauerstoffs aus den Niederdrucksäulen der vier Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen nicht den Pumpensätzen P1 bis P4 zugeleitet, sondern über die Leitungen L1 bis L4 als Flüssigprodukt (LOX - liquid oxygen) abgezogen. Diese Flüssigkeit wird in dem Beispiel der Figur 1 in ein als doppelter Sauerstofftank T1/T2 ausgebildetes Flüssigkeitsreservoir geleitet, das Teil eines Notversorgungssystems (backup system) ist. Das Notversorgungssystem weist außerdem einen weiteren Pumpensatz P5 und einen dampfbeheizten Wasserbadverdampfer V auf. Fällt eine oder mehrere der Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen ganz oder teilweise aus, wird die fehlende GOX-Produktmenge ergänzt durch Verdampfung von flüssigem Sauerstoff in dem Notversorgungssystem.
    In Figur 2 werden nur vier Pumpensätze benötigt an Stelle der fünf Pumpensätze von Figur 1. Dies wird dadurch erreicht, dass Innenverdichtung und Notversorgung in jeder der 4 Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen integriert sind. Hier wird in jedem Strang der gesamte flüssige Sauerstoff aus der Niederdrucksäule in einen Sauerstofftank T1' bis T4' eingeleitet. Dieser ist mit dem Eintritt des jeweiligen Pumpensatzes P1' bis P4' verbunden. Der Austritt des Pumpensatzes ist einerseits mit dem Innenverdichtungs-Wärmetauscher zur Verdampfung des Drucksauerstoffs gegen das Wärmeträger-Fluid im Normalbetrieb verbunden. Andererseits ist der Austritt jedes Pumpensatzes auch mit je einem Wasserbadverdampfer V1' bis V4' verbunden, mit dessen Hilfe analog zu Figur 1 eine Notversorgung sichergestellt werden kann. Durch diese Integration des Notversorgungssystems in die einzelnen Stränge wird die Zahl der Pumpensätze von fünf auf vier reduziert und die Länge der Flüssigkeitsleitungen stark verkürzt.
    Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel der Figur 3 werden demgegenüber nur zwei Pumpensätze P1" und P2" benötigt. Im Folgenden werden die beiden in der Zeichnung links angeordneten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen beschrieben, die beiden rechts dargestellten sind jedoch identisch aufgebaut. Die Bezugszeichen sind demgemäß bis auf die Indizes identisch.
    Der gesamte flüssige Sauerstoff, der in der Niederdrucksäule der ersten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage (ASU Train 1) von Figur 1 gewonnen wird, strömt über eine erste Flüssigproduktleitung F1 in einen Sauerstofftank T1", der als gemeinsames Flüssigkeitsreservoir für die erste und die zweite Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage genutzt wird. Demgemäß wird auch der flüssige Sauerstoff aus der zweiten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage über eine zweite Flüssigproduktleitung F2 in den Tank T1" eingeführt. Direkt aus diesem Tank wird nun der Pumpensatz P1" über eine oder (wie dargestellt) mehrere Flüssigleitungen LX1 beschickt, der gemäß der Erfindung gemeinsam für die erste und die zweite Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage genutzt wird. Im Normalbetrieb wird der Hochdrucksauerstoff, der aus dem Pumpensatz P1" austritt, jeweils zur Hälfte über die Teilstromleitungen TL1 und TL2 zu der jeweiligen Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage zurückgeführt um dort gegen das Wärmeträger-Fluid verdampft und/oder angewärmt zu werden. Das dabei gewonnene gasförmige Druckprodukt verlässt die Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen über die Leitungen G1 beziehungsweise G2.
    Im Notbetrieb wird mindestens eine der Leitungen TL1 oder TL2 geschlossen. Die entsprechende Menge an Hochdrucksauerstoff fließt dann zu dem Wasserbadverdampfer V1" und stellt damit die Notversorgung sicher.

    Claims (14)

    1. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei dem
      ein erster Einsatzluftstrom einer ersten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage, die mindestens eine Trennsäule aufweist, zugeführt wird,
      ein zweiter Einsatzluftstrom einer zweiten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage, die mindestens eine Trennsäule aufweist, zugeführt wird,
      mindestens ein erster Prozess-Strom, welcher der ersten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage, zugeordnet ist und mindestens ein zweiter Prozess-Strom, welcher der zweiten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage zugeordnet ist, einem gleichartigen Verfahrensschritt unterzogen werden und
      der erste und der zweite Prozess-Strom mindestens durch mindestens einen Teilstrom der Einsatzluft, eines Produktstroms oder eines Zwischenproduktstroms der ersten beziehungsweise zweiten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass
      die beiden Ströme gemeinsam dem gleichartigen Verfahrensschritt zugeleitet werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gleichartige Verfahrensschritt durch mindestens einen der folgenden Schritte gebildet wird:
      gemeinsame Verdichtung mindestens eines Teils der Einsatzluft für die erste und die zweite Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage,
      gemeinsame Vorkühlung mindestens eines Teils der Einsatzluft für die erste und die zweite Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage stromabwärts einer gemeinsamen oder getrennten Verdichtung,
      gemeinsame adsorptive Reinigung mindestens eines Teils der Einsatzluft für die erste und die zweite Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage,
      gemeinsame Nachverdichtung mindestens eines Teils der Einsatzluft für die erste und die zweite Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage stromabwärts einer gemeinsamen oder getrennten Verdichtung,
      gemeinsame Verdichtung je eines Produkt- oder Zwischenproduktstroms aus der ersten beziehungsweise zweiten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage, der als Kreislaufstrom geführt wird,
      gemeinsame Druckerhöhung im flüssigen Zustand je eines Produkt- oder Zwischenproduktstroms aus der ersten beziehungsweise zweiten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage,
      Einführung je eines Flüssigproduktstroms aus der ersten beziehungsweise zweiten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage in einen gemeinsamen Tank,
      Verdampfung je eines Flüssigproduktstroms aus der ersten beziehungsweise zweiten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage in einem gemeinsamen Verdampfer,
      Abkühlung von Einsatzluft für die erste und die zweite Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage in einem gemeinsamen Hauptwärmetauscher.
    3. Verfahren zur Erzeugung eines gasförmigen Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei dem
      ein erster Einsatzluftstrom einer ersten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage, die mindestens eine Trennsäule aufweist, zugeführt wird,
      ein zweiter Einsatzluftstrom einer zweiten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage, die mindestens eine Trennsäule aufweist, zugeführt wird,
      ein erster Flüssigproduktstrom aus einer Trennsäule der ersten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage entnommen, in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck gebracht und durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Wärmeträger-Fluid verdampft und/oder angewärmt und anschließend als ein erster Teil des gasförmigen Druckprodukts gewonnen wird,
      ein zweiter Flüssigproduktstrom aus einer Trennsäule der zweiten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage entnommen, in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck gebracht und durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Wärmeträger-Fluid verdampft und/oder angewärmt und anschließend als ein zweiter Teil des gasförmigen Druckprodukts gewonnen wird,
         dadurch gekennzeichnet, dass
      der erste und der zweite Flüssigproduktstrom vor der Druckerhöhung mindestens teilweise vermischt werden.
    4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
      der erste Flüssigproduktstrom über eine erste Flüssigproduktleitung aus der Trennsäule der ersten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage abgezogen wird,
      der zweite Flüssigproduktstrom über eine zweite Flüssigproduktleitung aus der Trennsäule der ersten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage abgezogen wird,
      die erste und die zweite Flüssigproduktleitung in eine Gesamtproduktleitung einmünden und
      der erste und der zweite Flüssigproduktstrom gemeinsam über die Gesamtproduktleitung zur Druckerhöhung im flüssigen Zustand geführt werden.
    5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Flüssigproduktstrom in ein gemeinsames Flüssigkeitsreservoir eingeleitet und von dem Flüssigkeitsreservoir aus der Druckerhöhung im flüssigen Zustand zugeführt werden.
    6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Notversorgungssystem zur Verdampfung von Flüssigprodukt aus dem Flüssigkeitsreservoir unabhängig von dem indirekten Wärmeaustausch mit dem Wärmeträger-Fluid vorgesehen ist, wobei dieses Notversorgungssystem über eine stromabwärts der Druckerhöhung im flüssigen Zustand angeordnete Verzweigung mit Flüssigprodukt beschickbar ist.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
      aus dem gemeinsamen Produktstrom stromabwärts der Druckerhöhung im flüssigen Zustand ein erster Teilstrom und ein zweiter Teilstrom abgezweigt werden,
      der erste Teilstrom in indirekten Wärmeaustausch mit einem ersten Wärmeträger-Fluid-Strom gebracht wird, der stromabwärts des indirekten Wärmeaustauschs mindestens teilweise in eine Trennsäule der ersten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage eingeleitet wird und
      der zweite Teilstrom in indirekten Wärmeaustausch mit einem zweiten Wärmeträger-Fluid-Strom gebracht wird, der stromabwärts des indirekten Wärmeaustauschs mindestens teilweise in eine Trennsäule der zweiten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage eingeleitet wird.
    8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
      der gemeinsame Produktstrom stromabwärts der Druckerhöhung im flüssigen Zustand mindestens teilweise in indirekten Wärmeaustausch mit einem gemeinsamen Wärmeträger-Fluid-Strom gebracht wird,
      ein erster Teil des gemeinsamen Wärmeträger-Fluid-Stroms stromabwärts des indirekten Wärmeaustauschs in eine Trennsäule der ersten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage eingeleitet wird und
      ein zweiter Teil des gemeinsamen Wärmeträger-Fluid-Stroms stromabwärts des indirekten Wärmeaustauschs in eine Trennsäule der zweiten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage eingeleitet wird.
    9. Vorrichtung zur Erzeugung eines gasförmigen Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft, mit
      einer ersten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage, die mit einer ersten Einsatzluftleitung verbunden ist und mindestens eine Trennsäule aufweist,
      einer zweiten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage, die mit einer zweiten Einsatzluftleitung verbunden ist und mindestens eine Trennsäule aufweist,
      einer ersten Flüssigproduktleitung zur Entnahme eines Flüssigprodukts aus einer Trennsäule der ersten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage, wobei die erste Flüssigproduktleitung über Mittel zur Druckerhöhung im flüssigen Zustand mit einem Wärmetauscher zur Verdampfung und/oder Anwärmung des flüssig auf einen erhöhten Druck gebrachten Produktstroms durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Wärmeträger-Fluid verbunden ist,
      einer zweiten Flüssigproduktleitung zur Entnahme eines Flüssigprodukts aus einer Trennsäule der zweiten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage, wobei die zweite Flüssigproduktleitung über Mittel zur Druckerhöhung im flüssigen Zustand mit einem Wärmetauscher zur Verdampfung und/oder Anwärmung des flüssig auf einen erhöhten Druck gebrachten Produktstroms durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Wärmeträger-Fluid verbunden ist,
         dadurch gekennzeichnet, dass
      die erste und die zweite Flüssigproduktleitung mit denselben Mitteln zur Druckerhöhung verbunden sind.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Flüssigproduktleitung in eine Gesamtproduktleitung einmünden und über diese Gesamtproduktleitung mit dem Eintritt der Mittel zur Druckerhöhung verbunden sind.
    11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Flüssigproduktleitung mit einem gemeinsamen Flüssigkeitsreservoir verbunden sind und dass das Flüssigkeitsreservoir über eine weitere Flüssigleitung mit dem Eintritt der Mittel zur Druckerhöhung verbunden ist.
    12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch ein Notversorgungssystem mit Mitteln zur Verdampfung von Flüssigprodukt aus dem Flüssigkeitsreservoir unabhängig von dem indirekten Wärmeaustausch mit dem Wärmeträger-Fluid, wobei dieses Notversorgungssystem mit dem Austritt der Mittel zur Druckerhöhung im flüssigen Zustand verbindbar ist.
    13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass
      der Austritt der Mittel zur Druckerhöhung mit einer ersten und mit einer zweiten Teilstromleitung verbunden ist,
      die erste Teilstromleitung zu Mitteln zum indirekten Wärmeaustausch mit einem ersten Wärmeträger-Fluid-Strom führt und Mittel zur Einleitung des ersten Wärmeträger-Fluid-Stroms stromabwärts des indirekten Wärmeaustauschs in eine Trennsäule der ersten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage vorgesehen sind, und
      die zweite Teilstromleitung zu Mitteln zum indirekten Wärmeaustausch mit einem zweiten Wärmeträger-Fluid-Strom führt und Mittel zur Einleitung des ersten Wärmeträger-Fluid-Stroms stromabwärts des indirekten Wärmeaustauschs in eine Trennsäule der zweiten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage vorgesehen sind.
    14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass
      der Austritt der Mittel zur Druckerhöhung mit einer gemeinsamen Produktstromleitung verbunden ist,
      die gemeinsame Produktstromleitung zu Mitteln zum indirekten Wärmeaustausch mit einem gemeinsamen Wärmeträger-Fluid-Strom führt und
      sowohl Mittel zur Einleitung eines Teils des gemeinsamen Wärmeträger-Fluid-Stroms stromabwärts des indirekten Wärmeaustauschs in eine Trennsäule der ersten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage als auch Mittel zur Einleitung eines Teils des gemeinsamen Wärmeträger-Fluid-Stroms stromabwärts des indirekten Wärmeaustauschs in eine Trennsäule der zweiten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage vorgesehen sind.
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