EP2042824A1 - Verfahren zum Anfahren einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage und Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage - Google Patents

Verfahren zum Anfahren einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage und Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage Download PDF

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EP2042824A1
EP2042824A1 EP07023681A EP07023681A EP2042824A1 EP 2042824 A1 EP2042824 A1 EP 2042824A1 EP 07023681 A EP07023681 A EP 07023681A EP 07023681 A EP07023681 A EP 07023681A EP 2042824 A1 EP2042824 A1 EP 2042824A1
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cooler
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Markus Huppenberger
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    • F28C3/08—Other direct-contact heat-exchange apparatus the heat-exchange media being a liquid and a gas or vapour with change of state, e.g. absorption, evaporation, condensation

Definitions

  • the invention relates to a method for starting up a cryogenic air separation plant according to the preamble of claim 1.
  • the feed mixture is brought into direct heat exchange with a coolant, for example cold water, and thereby cooled. It is used in particular for removing heat of compression, which has arisen in a feed gas compressor, which is usually connected upstream.
  • a coolant for example cold water
  • a subsequent "cleaning device” is usually designed as an adsorption device and in particular has at least two switchable container, which are operated cyclically. It serves to separate unwanted components, for example those which can freeze out in the low-temperature part.
  • the low-temperature part of the feed mixture is first cooled to about dew point and then decomposed in the distillation column system.
  • the low-temperature part thus contains one or more heat exchangers, in particular a main heat exchanger for cooling feed air in indirect heat exchange with reflux, and one or more distillation columns.
  • the product is withdrawn in gas or liquid form.
  • the cryogenic part is usually thermally insulated by being enclosed by one or more cold boxes.
  • Direct contact coolers are often operated with water circuits in which at least a portion of the withdrawn from the direct contact cooler, heated water is cooled in one or more evaporative coolers and returned to the direct contact cooler.
  • evaporative cooler cooling gas is brought into direct countercurrent with water. The water partially evaporates and is cooled down.
  • a dry residual gas from the distillation is available during normal operation of the plant, for example, impure residual nitrogen.
  • the air compressor and cleaning device When starting up a cryogenic air separation plant, the air compressor and cleaning device are first put into operation, while the distillation column system is still standing still.
  • the content of the cleaning device usually an adsorbent, in particular a molecular sieve, has to be regenerated during this start-up phase in order to be able to fulfill its cleaning function when the distillation-column system is put into operation.
  • air is introduced from a connected in the adsorption mode container of the cleaning device as a regeneration in a connected in the regeneration tank container of the cleaning device.
  • the invention is therefore based on the object to make the startup of a cryogenic air separation plant economically cheaper.
  • This object is achieved in that before starting the distillation column system, an air stream is introduced via a starting line as a cooling gas stream in the evaporative cooler.
  • an air flow is used in the invention.
  • Such a flow of air is also in this commissioning phase available.
  • the evaporative cooler and the direct contact cooler can already be put into operation and provide for a relatively low temperature in the regenerator.
  • direct contact coolers and evaporative coolers are arranged as a unit or at least as immediately adjacent units because of their functional relationship. Particularly in this case, it is favorable if, according to a first variant of the invention, the air stream is taken out of the feed air line downstream of the direct contact cooler and upstream of the cleaning device.
  • the air stream downstream of the cleaning device is removed from the feed air line. This is particularly advantageous when the evaporative cooler is located closer to the low-temperature part and thus regularly closer to the cleaning device as the direct contact cooler, as in the EP 1666822 A1 is described.
  • the invention also relates to a device for cryogenic separation of air according to claims 4 to 6.
  • FIG. 1 In FIG. 1 are an air compressor 1, a direct contact cooler 2, an evaporative cooler 3, a cleaning device 4, a low temperature part (coldbox) 5, which contains a distillation column system, and a feed air line 10, 11, 12 shown as essential elements of a cryogenic air separation plant. Nitrogen from the distillation column system is passed as a cooling gas to the evaporative cooler via a Regeneriergastechnisch 20 in normal operation, which is connected via a cold water line 30 to the direct contact cooler.
  • a starting line 32 air which is taken between direct contact cooler 2 and cleaning device 4 from the feed air line 11, introduced as a cooling gas in the evaporative cooler 3.
  • FIG. 2 is different from this FIG. 1 in that the evaporative cooler is arranged closer to the coldbox than to the direct contact cooler (cf. EP 1666822 A1 ).
  • the evaporative cooler is arranged closer to the coldbox than to the direct contact cooler (cf. EP 1666822 A1 ).
  • air which is removed downstream of the cleaning device 4 from the feed air line 12 is introduced as cooling gas into the evaporative cooler 3.

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Abstract

Die Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage weist ein Destilliersäulen-System (5) mit mindestens einer Destilliersäule, einen Luftverdichter (1), einen Direktkontaktkühler (2), eine Reinigungseinrichtung (4), einen Verdunstungskühler (3) zur Erzeugung von Kaltwasser (30) für den Direktkontaktkühler (2) durch direkten Kontakt von Wasser mit einem Kühlgasstrom und eine Einsatzluftleitung (10, 11, 12) auf, welche durch den Luftverdichter (1), den Direktkontaktkühler (2) und die Reinigungseinrichtung (4) in das Destilliersäulen-System (5) führt. Beim Anfahren wird vor Inbetriebnahme des Destilliersäulen-Systems ein Luftstrom über eine Anfahrleitung (32) als Kühlgasstrom in den Verdunstungskühler (3) eingeleitet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Vorrichtungen zur Tieftemperaturzerlegung atmosphärischer Luft oder anderer Gasgemische sind zum Beispiel aus Hausen/Linde, Tieftemperaturtechnik, 2. Auflage 1985 oder einem Aufsatz von Latimer in Chemical Engineering Progress (Vol. 63, No.2, 1967, Seite 35) bekannt.
  • In einem "Direktkontaktkühler" (direct contact cooler) wird das Einsatzgemisch in direkten Wärmeaustausch mit einem Kühlmittel, zum Beispiel Kaltwasser, gebracht und dadurch abgekühlt. Er dient insbesondere zum Abführen von Verdichtungswärme, die in einem in der Regel vorgeschalteten Einsatzgasverdichter entstanden ist.
  • Eine nachfolgende "Reinigungseinrichtung" ist in der Regel als Adsorptionsvorrichtung ausgebildet und weist insbesondere mindestens zwei umschaltbare Behälter aus, die zyklisch betrieben werden. Sie dient der Abtrennung unerwünschter Komponenten, beispielsweise solcher, die im Tieftemperaturteil ausfrieren können.
  • Im Tieftemperaturteil wird das Einsatzgemisch zunächst auf etwa Taupunktstemperatur abgekühlt und anschließend in dem Destilliersäulensystem zerlegt. Der Tieftemperaturteil enthält also einen oder mehrere Wärmetauscher, insbesondere einen Hauptwärmetauscher zur Abkühlung von Einsatzluft in indirektem Wärmeaustausch mit Rückströmen, und eine oder mehrere Destilliersäulen. Aus dem Tieftemperaturteil wird das Produkt in Gas- oder Flüssigform abgezogen. Selbstverständlich können auch mehrere Produkte in gleichem oder unterschiedlichem Aggregatzustand sowie in gleicher oder verschiedener chemischer Zusammensetzung erzeugt werden. Um Verluste durch einströmende Umgebungswärme zu verhindern, ist der Tieftemperaturteil üblicherweise wärmeisoliert, indem er von einer oder mehreren Coldboxen umschlossen wird.
  • Direktkontaktkühler werden häufig mit Wasserkreisläufen betrieben, bei denen mindestens ein Teil des aus dem Direktkontaktkühler abgezogenen, erwärmten Wassers in einem oder mehreren Verdunstungskühlern abgekühlt und zum Direktkontaktkühler zurückgeführt wird. In einem "Verdunstungskühler" wird Kühlgas in direkten Gegenstrom mit Wasser gebracht. Das Wasser verdunstet teilweise und wird dabei abgekühlt.
  • Als Kühlgas wird während des Normalbetriebs der Anlage ein trockenes Restgas aus der Destillation zur Verfügung, beispielsweise unreiner Reststickstoff.
  • Beim Anfahren einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage werden zunächst Luftverdichter und Reinigungseinrichtung in Betrieb genommen, während das Destilliersäulen-System noch stillsteht. Der Inhalt der Reinigungseinrichtung, üblicherweise ein Adsorptionsmittel, insbesondere ein Molekularsieb, muss während dieser Anfahrphase regeneriert werden, um bei Inbetriebnahme des Destilliersäulen-Systems seine Reinigungsfunktion erfüllen zu können. Hierzu wird Luft aus einem im Adsorptionsbetrieb geschalteten Behälter der Reinigungseinrichtung als Regeneriergas in eine im Regenerierbetrieb geschalteten Behälter der Reinigungseinrichtung eingeleitet.
  • In dieser Zeit steht noch kein Restgas aus dem Destilliersäulen-System zur Verfügung und damit auch kein Kaltwasser für die Abkühlung der Einsatzluft stromaufwärts der Reinigungseinrichtung im Direktkontaktkühler. Der Betrieb der Reinigungseinrichtung bei erhöhter Temperatur ist jedoch ungünstig.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Anfahren einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage wirtschaftlich günstiger zu gestalten.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass vor Inbetriebnahme des Destilliersäulen-Systems ein Luftstrom über eine Anfahrleitung als Kühlgasstrom in den Verdunstungskühler eingeleitet wird.
  • Anstelle des Restgases aus dem Destilliersäulen-System, das im Normalbetrieb der Anlage als Kühlgas im Verdunstungskühler dient, wird im Rahmen der Erfindung ein Luftstrom eingesetzt. Ein solcher Luftstrom ist auch in dieser Inbetriebnahmephase verfügbar. Damit können der Verdunstungskühler und auch der Direktkontaktkühler bereits in Betrieb genommen werden und für eine relativ niedrige Temperatur in der Regeneriereinrichtung sorgen.
  • Üblicherweise werden Direktkontaktkühler und Verdunstungskühler wegen ihrer funktionellen Beziehung als eine Einheit oder zumindest als unmittelbar benachbarte Einheiten angeordnet. Besonders in diesem Fall ist es günstig, wenn gemäß einer ersten Variante der Erfindung der Luftstrom stromabwärts des Direktkontaktkühlers und stromaufwärts der Reinigungseinrichtung aus der Einsatzluftleitung entnommen wird.
  • In einer zweiten Variante der Erfindung wird der Luftstrom stromabwärts der Reinigungseinrichtung aus der Einsatzluftleitung entnommen. Dies ist insbesondere dann günstig, wenn der Verdunstungskühler näher am Tieftemperaturteil und damit regelmäßig auch näher an der Reinigungseinrichtung angeordnet ist als am Direktkontaktkühler, wie in der EP 1666822 A1 beschrieben ist.
  • Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß den Patentansprüchen 4 bis 6.
  • Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:
    • Figur 1
    ein Ausführungsbeispiel für die erste Variante der Erfindung und
    Figur 2
    ein Beispiel für die zweite Variante der Erfindung.
  • In Figur 1 sind ein Luftverdichter 1, ein Direktkontaktkühler 2, ein Verdunstungskühler 3, eine Reinigungseinrichtung 4, ein Tieftemperaturteil (Coldbox) 5, der ein Destilliersäulen-System enthält, und eine Einsatzluftleitung 10, 11, 12 als wesentliche Elemente einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage dargestellt. Über eine Regeneriergasleitung 20 wird im Normalbetrieb Stickstoff aus dem Destilliersäulen-System als Kühlgas zum Verdunstungskühler geleitet, der über eine Kaltwasserleitung 30 mit dem Direktkontaktkühler verbunden ist.
  • Die im erfindungsgemäßen Anfahrbetrieb geschlossenen Leitungen sind in den Zeichnungen gestrichelt dargestellt. Nur während des Anfahrbetriebs wird die Regenerierluftleitung 31 durchströmt. Sie leitet gereinigte Luft aus einem der Behälter der Reinigungseinrichtung, der sich im Adsorptionsbetrieb befindet, in einen anderen Behälter der Reinigungseinrichtung, der sich im Regenerierbetrieb befindet und bewirkt so die anfangs notwendige Regenerierung des frisch eingefüllten Adsorbens, hier eines Molekularsiebs.
  • Gemäß der ersten Variante der Erfindung wird während dieser Zeit über eine Anfahrleitung 32 Luft, die zwischen Direktkontaktkühler 2 und Reinigungseinrichtung 4 aus der Einsatzluftleitung 11 entnommen wird, als Kühlgas in den Verdunstungskühler 3 eingeleitet.
  • Figur 2 unterscheidet sich dadurch von Figur 1, dass der Verdunstungskühler näher bei der Coldbox als beim Direktkontaktkühler angeordnet ist (vergleiche EP 1666822 A1 ). Gemäß der zweiten Variante der Erfindung wird während des Anfahrbetriebs über eine Anfahrleitung 232 Luft, die stromabwärts Reinigungseinrichtung 4 aus der Einsatzluftleitung 12 entnommen wird, als Kühlgas in den Verdunstungskühler 3 eingeleitet.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Anfahren einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage, die ein Destilliersäulen-System (5) mit mindestens einer Destilliersäule, eine Einsatzluftleitung (10, 11, 12), einen Luftverdichter (1), einen Direktkontaktkühler (2), eine Reinigungseinrichtung (4) und einen Verdunstungskühler (3) zur Erzeugung von Kaltwasser (30) für den Direktkontaktkühler (2) durch direkten Kontakt von Wasser mit einem Kühlgasstrom aufweist, wobei die Einsatzluftleitung (10, 11, 12) durch den Luftverdichter (1), den Direktkontaktkühler (2) und die Reinigungseinrichtung (4) in das Destilliersäulen-System (5) führt, dadurch gekennzeichnet, dass vor Inbetriebnahme des Destilliersäulen-Systems ein Luftstrom über eine Anfahrleitung (32; 232) als Kühlgasstrom in den Verdunstungskühler (3) eingeleitet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom stromabwärts des Direktkontaktkühlers und stromaufwärts der Reinigungseinrichtung aus der Einsatzluftleitung (11) entnommen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom stromabwärts der Reinigungseinrichtung aus der Einsatzluftleitung (12) entnommen wird.
  4. Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage mit
    - einem Destilliersäulen-System (5) mit mindestens einer Destilliersäule,
    - einem Luftverdichter (1),
    - einem Direktkontaktkühler (2),
    - einer Reinigungseinrichtung (4),
    - einem Verdunstungskühler (3) zur Erzeugung von Kaltwasser (30) für den Direktkontaktkühler (2) durch direkten Kontakt von Wasser mit einem Kühlgasstrom und mit
    - einer Einsatzluftleitung (10, 11, 12), welche durch den Luftverdichter (1), den Direktkontaktkühler (2) und die Reinigungseinrichtung (4) in das Destilliersäulen-System (5) führt,
    gekennzeichnet durch, eine Anfahrleitung (32; 232) zur Einleitung eines Luftstroms als Kühlgasstrom in den Verdunstungskühler (3).
  5. Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfahrleitung (32) stromabwärts des Direktkontaktkühlers und stromaufwärts der Reinigungseinrichtung mit der Einsatzluftleitung (11) verbindbar ist.
  6. Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfahrleitung (232) stromabwärts der Reinigungseinrichtung mit der Einsatzluftleitung (12) verbindbar ist.
EP07023681A 2007-09-28 2007-12-06 Verfahren zum Anfahren einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage und Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage Withdrawn EP2042824A1 (de)

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JPH0336486A (ja) * 1989-06-30 1991-02-18 Nippon Sanso Kk 空気液化分離装置冷水塔の運転方法
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