WO2013159868A2 - Transportables paket mit einer coldbox,tieftemperatur-luftzerlegungsanlage und verfahren zum herstellen einer tieftemperatur-luftzerlegungsanlage - Google Patents

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    • F25J2290/42—Modularity, pre-fabrication of modules, assembling and erection, horizontal layout, i.e. plot plan, and vertical arrangement of parts of the cryogenic unit, e.g. of the cold box

Definitions

  • Transportable package comprising a cold box, cryogenic air separation plant and method of manufacturing a cryogenic air separation plant
  • the invention relates to a transportable package for a cryogenic air separation plant according to the preamble of patent claim 1.
  • Such modular transportable units making up an air separation plant are generally referred to as a "packaged unit” (PU) and are described, for example, in US 2007199344 A1 or US 5461871.
  • PU packaged unit
  • the distillation column system in the invention comprises a two-column system for nitrogen-oxygen separation with high-pressure column and low-pressure column, which are arranged one above the other, (a so-called double column). Between the two columns, a main capacitor is usually arranged, which is designed as a condenser evaporator and are in heat exchanging connection via the high pressure column and low pressure column.
  • condenser-evaporator refers to a heat exchanger in which a first condensing fluid stream undergoes indirect heat exchange with a second evaporating fluid stream.
  • Each condenser evaporator has a
  • Condensing passages or evaporation passages exist.
  • the condensation (liquefaction) of a first fluid flow is performed, in the evaporation space the evaporation of a second fluid flow.
  • Evaporation and liquefaction space are formed by groups of passages that are in heat exchange relationship with each other.
  • a "main heat exchanger" serves to cool on-air in indirect
  • Heat exchange with recycle streams from the distillation column system can be composed of a single or several parallel and / or serially connected
  • Heat exchanger sections may be formed, for example, from one or more plate heat exchanger blocks.
  • a "cold box” is here understood to mean an insulating casing which comprises a heat-insulated interior completely with outer walls; in the interior of equipment to be isolated parts are arranged, for example, one or more
  • Separation columns and / or heat exchangers Separation columns and / or heat exchangers.
  • the insulating effect can be through
  • the outer dimensions of the coldbox usually determine the transport dimensions of the package in prefabricated systems.
  • the "height" of a coldbox is understood to mean the dimension in the vertical direction in relation to the orientation of the coldbox in plant operation; the "cross section” is the area perpendicular to it (horizontal). During transport, the height of the coldbox determines the transport length, the cross section the transport height and width.
  • PUs are manufactured in a factory that is regularly far away from the site of the air separation plant. This allows extensive prefabrication and thus a minimization of the manufacturing effort at the site, where often prevail much more difficult conditions.
  • the prefabricated package or several prefabricated packages are transported from the factory to the site, the coldbox package with one or more Trennklah in horizontal arrangement. There are restrictions on the length and width of the packages for such transports. So far, this technology has only been used in medium-sized air separation plants, if the columns are at least partially lined up with ordered packings equipped, because packed columns usually require a greater height than floor columns. Larger systems with packed columns are created with a lower degree of prefabrication; In particular, the coldbox is only on
  • the invention has for its object to make a transportable package of the type mentioned so that it is particularly applicable for cryogenic air separation plants of a capacity for which no prefabrication of the column cold box as a whole was possible.
  • a special pipe box is used, which is prefabricated separately from the double column box and the main heat exchanger box.
  • the column box can be made correspondingly narrower.
  • a double column system with a relatively high capacity which has hitherto forced a construction site production, can be prefabricated as PU.
  • Claim 1 contains at least one, preferably two or more or all of the components listed below:
  • the cold box of the transportable package contains the cold box of the transportable package (the piping box) no separation column, so no crude argon column; no mixing column and so on.
  • the coldbox of the transportable package contains at least one argon column, ie a crude argon column or a pure argon column, a mixing column, a krypton-xenon column or a pure oxygen column.
  • the coldbox could contain the pure argon column as the only separation column; Since this is extremely slim and requires less space than the piping would still be considered as
  • the cold box of the portable package (the tubing box) of the invention may include a subcooling countercurrent.
  • a "subcooling countercurrent" is a unit separate from the main heat exchanger and serves to subcool one or more liquids from one of the columns of the nitrogen column distillation column distillation system or even from a mixing column countercurrent to one or more cold gaseous recycle streams or warm up.
  • These reflux streams come from a column of the distillation column system (in the case of two-column or multi-column systems, generally from the low-pressure column).
  • cooled liquid streams for example the low pressure column
  • cooled liquid streams are relaxed with the boiling point of a column at higher pressure (for 'example, the high pressure column of a two-column system) into a lower pressure column as close as possible to the boiling point of which the lower Pressure level corresponds.
  • the amount of steam (Flash) is minimized during the relaxation from the higher to the lower pressure.
  • liquid oxygen from a low-pressure column is fed through the subcooling countercurrent before being fed into a mixing column, it is heated inversely in order to come as close as possible to the boiling point below the - usually higher - pressure of the mixing column.
  • the cold return streams which come from the columns at the tem- perature, are heated at the lower pressure. Since these streams go into the main heat exchanger, the process air in the high-pressure column is also warmer, that is, it is closer to the tau temperature.
  • the proportion of pre-liquefied air is minimized.
  • the cold box of the transportable package (the piping box) of the invention preferably contains no further heat exchanger for exchanging sensible heat beyond the supercooling countercurrent, in particular the heat exchanger
  • the piping box can contain one or more heat exchangers for exchanging latent heat, for example a condenser-evaporator which serves for cooling or heating a separation column.
  • the box contains no heat exchanger other than the subcooling countercurrent.
  • the invention also relates to a cryogenic air separation plant having a first transportable plant part, in which a double column is arranged, wherein the Poppelklale has a high pressure column and a low pressure column, the
  • the first transportable plant part comprises in a first variant a first
  • the first part of the plant comprises the double column without a cold box, that is to say without an insulating covering.
  • the completely pre-fabricated in the interior double column is transported as a substantially cylindrical component lying on the site and there provided with the insulating sheath (cold box).
  • the coldbox of the second part of the plant is referred to below as the "second coldbox".
  • the system also preferably has a main heat exchanger box, another coldbox, in which the main heat exchanger is arranged.
  • Main heat exchanger box is manufactured separately from the first and the second coldbox and transported to the place of installation.
  • the cryogenic air separation plant may also include a third coldbox containing a crude argon column having a top condenser configured as a condenser-evaporator.
  • the third coldbox is also called Argonbox and is separate from the first and second coldbox and from the main heat exchanger box.
  • the evaporation space of the top condenser of the crude argon column is preferably connected via a two-phase pipeline to the low-pressure column and the two-phase pipeline is designed so that during operation of the cryogenic air separation plant both gas and liquid from the evaporation space of the top condenser in the low pressure column flow.
  • the corresponding pipeline can go through the second coldbox.
  • the invention also relates to a method for producing a
  • the cleaning unit is designed, for example, as a molecular sieve adsorber.
  • the air can also be cleaned in a switchable heat exchanger (revex or regenerator); in this case, cleaning unit and
  • the invention is used in air separation plants, which for obtaining more than 2,000, preferably more than 9,000 Nm 3 / h oxygen product and less than 35,000 Nm 3 / h, preferably less than 29,000 Nm 3 / h
  • Oxygen product are designed.
  • argon can be recovered as another product.
  • Figure 1 shows a first embodiment of the invention with a pure
  • Figure 2 shows a second embodiment with a combined pipeline
  • the main heat exchanger box 10 are arranged.
  • the main heat exchanger can also consist of one block or of one, two, three or more blocks. These can be connected in parallel or divided according to their function, for example in a high-pressure exchanger and a low-pressure exchanger.
  • the cooled air is introduced into a cold box 20, which is referred to below as a piping box.
  • a piping box which is referred to below as a piping box.
  • the air is continued in pipelines and optionally via valves and finally introduced via a line in a double column 5.
  • the air flows directly from the main heat exchanger box 10 into the column box 30; the pipeline box 12 then contains no gaseous feed air conduit.
  • the double column 5 is arranged in a further cold box 30, the column box.
  • Products and intermediates of the double column are introduced via a plurality of connecting lines 6 (only indicated in the drawing) in the pipeline box 20 and there further piping and / or system parts, which in
  • Cryogenic air separation plants are common, such as valves or a
  • Subcooling countercurrent supplied which are arranged in the pipeline box.
  • the pipeline box contains in particular the following components:
  • conduits that lead from the argon box to the column box are also located in the box. These include the lines for the fluids flowing liquid to the evaporation space of the overhead condensers of the pure and the crude argon column and for the gaseous and optionally liquid return streams from there, and the argon transition lines, so the Einssatztechnisch for
  • the piping box contains all lines that are assigned to the column box and that would be located in the column box in conventional systems.
  • the return streams of the system (product streams and / or residual streams) from the pipeline box 20 are introduced into the main heat exchanger box 10 and - after warming in the main heat exchanger 2a, 2b, 2c - withdrawn in hot from the main heat exchanger 10.
  • argon is recovered by passing an argon-containing stream from the double column 5 via the piping box and line 15 into another cold box 40 formed as an argon box.
  • the argon box 40 contains a one-piece crude argon column 41 for argon-oxygen separation with overhead condenser (not shown) and a pure argon column 42 for argon-nitrogen separation.
  • the argon box can also be omitted.
  • the pipeline box can be completely prefabricated, that is to say one builds a projecting shelter with operating platforms, which does not limit the transportability. All actuators of the valves can be installed during transport. These and any instrumentation including transmitters can be mounted, as well as measurement leads from the transmitter to the digital I / O card of the digital process control system.
  • the prefabricated pipeline box has a central bus connection, where it is centrally connected to the site
  • Process control system is connected. All instrument air lines and impulse lines, cables, etc. can already be wired or connected in the factory.
  • the completely prefabricated pipe box can already be tested in the factory.
  • the operating level can be closed again for transport.
  • Each of the boxes 10, 20, 30 40 can have its own statics. Connections between the boxes (such as insulated boxes around pipes going from one box to another) may be flexible or rigid. In addition to the statics of each individual box, you can deliberately combine the steel construction of the boxes to further improve the statics through static coupling.
  • Figure 2 shows a second embodiment of the invention with a combined piping and argon box 400. Except for the components of the tubing box 20 of Figure 1, this combined box 400 contains the crude argon column 41, in the concrete example without pure argon column. Alternatively, a pure argon column could additionally be located in the combined piping and argon box 400. Incidentally, the structure of the system corresponds to that described in FIG.

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Description

Beschreibung
Transportables Paket mit einer Coldbox, Tieftemperatur-Luftzerlequnqsanlage und Verfahren zum Herstellen einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage
Die Erfindung betrifft ein transportables Paket für eine Tieftemperatur- Luftzerlegungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige modulare transportable Einheiten, aus denen eine Luftzerlegungsanlage aufgebaut wird, werden allgemein als "Packaged Unit" (PU) bezeichnet und sind beispielsweise in US 2007199344 A1 oder US 5461871 beschrieben.
Verfahren und Vorrichtungen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft im Allgemeinen sind zum Beispiel aus Hausen/Linde, Tieftemperaturtechnik, 2. Auflage 1985, Kapitel 4 (Seiten 281 bis 337) bekannt. Das Destillationssäulen-System weist bei der Erfindung ein Zwei-Säulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung mit Hochdrucksäule und Niederdrucksäule, die übereinander angeordnet sind, (eine so genannte Doppelsäule) auf. Zwischen den beiden Säulen ist in der Regel ein Hauptkondensator angeordnet, der als Kondensator- Verdampfer ausgebildet ist und über den Hochdrucksäule und Niederdrucksäule in wärmetauschender Verbindung stehen. Es kann zusätzlich zu den Kolonnen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung weitere Vorrichtungen zur Gewinnung hochreiner Produkte und/oder anderer Luftkomponenten, insbesondere von Edelgasen aufweisen, beispielsweise eine Argongewinnung mit Rohargonsäule und gegebenenfalls mit Reinargonsäule und/oder eine Krypton-Xenon-Gewinnung.
Als "Kondensator-Verdampfer " wird ein Wärmetauscher bezeichnet, in dem ein erster kondensierender Fluidstrom in indirekten Wärmeaustausch mit einem zweiten verdampfenden Fluidstrom tritt. Jeder Kondensator-Verdampfer weist einen
Verflüssigungsraum und einen Verdampfungsraum auf, die aus
Verflüssigungspassagen beziehungsweise Verdampfungspassagen bestehen. In dem Verflüssigungsraum wird die Kondensation (Verflüssigung) eines ersten Fluidstroms durchgeführt, in dem Verdampfungsraum die Verdampfung eines zweiten Fluidstroms. Verdampfungs- und Verflüssigungsraum werden durch Gruppen von Passagen gebildet, die untereinander in Wärmeaustauschbeziehung stehen.
Ein "Hauptwärmetauscher" dient zur Abkühlung von Onsatzluft in indirektem
Wärmeaustausch mit Rückströmen aus dem Destillationssäulen-System. Er kann aus einem einzelnen oder mehreren parallel und/oder seriell verbundenen
Wärmetauscherabschnitten gebildet sein, zum Beispiel aus einem oder mehreren Plattenwärmetauscher-Blöcken. Unter einer "Coldbox" wird hier eine isolierende Umhüllung verstanden, die einen wärmeisolierten Innenraum vollständig mit Außenwänden umfasst; in dem Innenraum sind zu isolierenden Anlagenteile angeordnet, zum Beispiel ein oder mehrere
Trennsäulen und/oder Wärmetauscher. Die isolierende Wirkung kann durch
entsprechende Ausgestaltung der Außenwände und/oder durch die Füllung des Zwischenraums zwischen Anlagenteilen und Außenwänden mit einem Isoliermaterial bewirkt werden. Bei der letzteren Variante wird vorzugsweise ein pulverförmiges Material wie zum Beispiel Perlite verwendet. Sowohl das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennüng einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage als auch der Hauptwärmetauscher und weitere kalte Anlagenteile müssen von einer oder mehreren Coldboxen umschlossen sein. Die Außenmaße der Coldbox bestimmen üblicherweise die Transportmaße des Pakets bei vorgefertigten Anlagen. Unter der "Höhe" einer Coldbox wird die Dimension in der vertikalen Richtung bezogen auf die Orientierung der Coldbox im Anlagenbetrieb verstanden; der "Querschnitt" ist die Fläche senkrecht dazu (Horizontale). Während des Transports bestimmt die Höhe der Coldbox die Transportlänge, der Querschnitt Transporthöhe und -breite.
PUs werden in einer Fabrik gefertigt, die regelmäßig weit vom Aufstellungsort der Luftzerlegungsanlage entfernt ist. Dies ermöglicht eine weitgehende Vorfertigung und damit eine Minimierung des Herstellungsaufwandes am Aufstellungsort, wo häufig sehr viel schwierigere Bedingungen herrschen. Das vorgefertigte Paket beziehungsweise mehrere vorgefertigte Pakete werden von der Fabrik zum Aufstellungsort transportiert, das Coldbox-Paket mit einer oder mehreren Trennsäuleh in liegender Anordnung. Für derartige Transporte bestehen Beschränkungen hinsichtlich der Länge und Breite der Pakete. Diese Technologie wird bisher nur bei Luftzerlegungsanlagen mittlerer Größe eingesetzt, wenn die Kolonnen zumindest teilweise mit geordneten Packungen ausgerüstet sind, weil gepackte Kolonnen in der Regel eine größere Bauhöhe erfordern als Bodenkolonnen. Größere Anlagen mit gepackten Kolonnen werden mit geringerem Vorfertigungsgrad erstellt; insbesondere wird die Coldbox erst. am
Aufstellungsort aufgebaut. Alternativ werden ausschließlich konventionelle
Rektifizierböden eingesetzt; dies ermöglicht zwar eine relativ hohe Kapazität pro
Bauhöhe der Säulen, bewirkt aber einen gegenüber Packungssäulen spürbar erhöhten Energieverbrauch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein transportables Paket der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass es insbesondere für Tieftemperatur- Luftzerlegungsanlagen einer Kapazität anwendbar ist, für die bisher keine Vorfertigung der Säulen-Coldbox als Ganzes möglich war.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei der Erfindung wird eine spezielle Rohrleitungsbox eingesetzt, die separat von der Doppelsäulenbox und der Hauptwärmetauscher-Box vorgefertigt wird. Durch die Auslagerung einiger, vorzugsweise aller Rohrleitungen und Ventile, die üblicherweise in der Doppelsäulenbox untergebracht werden, kann die Säulenbox entsprechend schmaler ausgeführt werden. Damit kann auch eine Doppelsäulenanlage mit einer relativ hohen Kapazität, die bisher eine Baustellenfertigung erzwungen hat, als PU vorgefertigt werden. Die als Rohrleitungsbox ausgeführte Coldbox des transportablen Pakets nach
Patentanspruch 1 enthält mindestens eines, vorzugsweise zwei oder mehrere oder auch alle der im Folgenden aufgelisteten Bauteile:
- Rohsauerstoff-Leitung von der Hochdrucksäule in die Niederdrucksäule
- LIN-Leitung vor der Hochdrucksäule beziehungsweise dem Hauptkondensator zur Niederdrucksäule
- Flüssigluftleitung zur Hochdrucksäule und/oder Niederdrucksäule
- GAN-Leitung vom Kopf der Niederdrucksäule zum Unterkühlungs-Gegenströmer und/oder zum Hauptwärmetauscher - Unreinstickstoff-Leitung von einer Zwischenstelle der Niederdrucksäule zum
Unterkühlungs-Gegenströmer und/oder zum Hauptwärmetauscher
- Ventil zur Entspannung von Roh-LOX aus der Hochdrucksäule in die
Niederdrucksäule
- LIN-Leitung von der Hochdrucksäule beziehungsweise dem Verflüssigungsraum des Hauptkondensators zur Niederdrucksäule
- Produktleitung(en) aus der Doppelsäule zu einem Unterkühlungs-Gegenströmer und/oder zum Hauptwärmetauscher
- Jede andere Leitung die über den Unterkühlungs-Gegenströmer geht
- Jede Leitung die von der Argonbox zur Doppelsäulenbox und umgekehrt führt, zum Beispiel die Argonübergangsleitung(en) zwischen Niederdrucksäule und
Rohargonsäule, die Leitungen zum und vom Kopfkondensator der Rohargonsäule und gegebenenfalls zum und vom Kopfkondensator der Reinargonsäule
- Ventil(e) für jede der genannten Leitungen, falls anwendbar
Beispielsweise enthält die Coldbox des transportablen Pakets (die Rohrleitungsbox) keine Trennsäule, also auch keine Rohargonsäule; keine Mischsäule und so weiter.
Alternativ enthalt die Coldbox des transportablen Pakets mindestens eine Argonsäule, also eine Rohargonsäule oder eine Reinargonsäule, eine Mischsäule, eine Krypton- Xenon-Säule oder eine Reinsauerstoffsäule. Beispielsweise könnte die Coldbox die Reinargonsäule als einzige Trennsäule enthalten; da diese äußerst schlank ist und weniger Raum als die Rohrleitungen benötigt würde man sie immer noch als
Rohrleitungsbox (eben mit Reinargonsäule) bezeichnen.
Die Coldbox des transportablen Pakets (die Rohrleitungsbox) der Erfindung kann einen Unterkühlungs-Gegenströmer enthalten.
Ein "Unterkühlungs-Gegenströmer" ist eine vom Hauptwärmetauscher getrennte Einheit und dient dazu, eine oder mehrere Flüssigkeiten aus einer der Säulen des Destillationssäulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung oder auch aus einer Mischsäule im Gegenstrom zu einem oder mehreren kalten gasförmigen Rückströmen zu unterkühlen oder anzuwärmen. Diese Rückströme kommen aus einer Säule des Destillationssäulen-Systems (bei Zwei- oder Mehr-Säulen-Systemen in der Regel aus der Niederdrucksäule). Beispielsweise werden in einem Unterkühlungs-Gegenströmer flüssige Ströme, die mit Siedetemperatur aus einer Säule mit höheren Druck (zum ' Beispiel der Hochdrucksäule eines Zwei-Säulen-Systems) in eine Säule mit niedrigerem Druck (zum Beispiel die Niederdrucksäule) entspannt werden, möglichst nahe an die Siedetemperatur abgekühlt, die dem niedrigeren Druckniveau entspricht. Dabei wird die Dampfmenge (Flash) bei der Entspannung vom höheren auf den niedrigeren Druck minimiert. Wenn flüssiger Sauerstoff aus einer Niederdrucksäule vor der Einspeisung in eine Mischsäule durch den Unterkühlungs-Gegenströmer geführt wird, wird dieser umgekehrt angewärmt, um möglichst nahe an den Siedepunkt unter dem - regelmäßig höheren - Druck der Mischsäule zu gelangen. Im Gegenzug dazu werden die kalten Rückströme, die mit der Tautemperatur aus den Säulen kommen, mit dem niedrigeren Druck angewärmt. Da diese Ströme in den Hauptwärmetauscher gehen, wird die Prozessluft in die Hochdrucksäule ebenfalls wärmer, das heißt sie ist der Tautemperatur näher. Der Anteil der vorverflüssigten Luft wird minimiert. Die Coldbox des transportablen Pakets (die Rohrleitungsbox) der Erfindung enthält aber vorzugsweise über den Unterkühlungs-Gegenströmer hinaus keinen weiteren Wärmetauscher zum Austausch fühlbarer Wärme, insbesondere nicht den
Hauptwärmetauscher. Die Rohrleitungsbox kann dabei aber einen oder mehrere Wärmetauscher zum Austausch latenter Wärme enthalten, beispielsweise einen Kondensator-Verdampfer, der zur Kühlung oder Beheizung einer Trennsäule dient. Alternativ enthält die Box keinen anderen Wärmetauscher als den Unterkühlungs- Gegenströmer.
In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung enthält die Coldbox des
transportablen Pakets eine Rohargonsäule, die einen Kopfkondensator aufweist, der als Kondensator-Verdampfer ausgebildet ist. Die Coldbox könnte in diesem Fall als kombinierte Rohrleitungs- und Argonbox bezeichnet werden.
Die Rohargonsäule kann einteilig, wie in EP 377117 B2 = US 5019145 gezeigt, oder mehrteilig, beispielsweise zweiteilig, wie in EP 628777 B1 = US 5426946 gezeigt, ausgebildet sein. Bei mehrteiliger Ausbildung sind vorzugsweise alle Teile in der Coldbox angeordnet. In der kombinierten Rohrleitungs- und Argonbox kann zusätzlich eine Reinargonsäule angeordnet sein. Die Erfindung betrifft außerdem eine Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage mit einem ersten transportablen Anlagenteil, in dem eine Doppelsäule angeordnet ist, wobei die Poppelsäule eine Hochdrucksäule und eine Niederdrucksäule aufweist, die
übereinander angeordnet sind, und mit einer zweiten Coldbox, die als Teil eines Pakets gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist, wobei die Rohrleitungen der zweiten Coldbox mit der Doppelsäule und dem Argonsystem, falls vorhanden, verbunden sind.
Das erste transportable Anlagenteil umfasst in einer ersten Variante eine erste
Coldbox, in der die Doppelsäule angeordnet ist.
In einer zweiten Variante umfasst das erste Anlagenteil die Doppelsäule ohne Coldbox, also ohne isolierende Umhüllung. In diesem Fall wird die im Inneren komplett vorgefertigte Doppelsäule als im Wesentlichen zylindrisches Bauteil liegend auf die Baustelle transportiert und dort mit der isolierenden Hülle (Coldbox) versehen.
Die Coldbox des zweiten Anlagenteils wird im Folgenden als "zweite Coldbox" bezeichnet. Die Anlage weist außerdem vorzugsweise eine Hauptwärmetauscher-Box auf, eine weitere Coldbox, in welcher der Hauptwärmetauscher angeordnet ist. Die
Hauptwärmetauscher-Box wird separat von der ersten und der zweiten Coldbox gefertigt und zum Aufstellungsort transportiert. Wenn Argon gewonnen werden soll und die zweite Coldbox nicht als Argonbox ausgebildet ist, kann die Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage außerdem eine dritte Coldbox aufweisen, die eine Rohargonsäule enthält, die einen Kopfkondensator aufweist, der als Kondensator-Verdampfer ausgebildet ist. Die dritte Coldbox wird auch Argonbox genannt und ist separate von der ersten und zweiten Coldbox und von der Hauptwärmetauscher-Box.
Die Rohargonsäule kann einteilig, wie in EP 3771 17 B2 = US 5019145 gezeigt, oder mehrteilig, beispielsweise zweiteilig, wie in EP 628777 B1 = US 5426946 gezeigt, ausgebildet sein. Bei mehrteiliger Ausbildung sind alle Teile in der dritten Coldbox angeordnet. In der dritten Coldbox kann zusätzlich eine Reinargonsäule angeordnet sein.
Der Verdampfungsraum des Kopfkondensators der Rohargonsäule ist vorzugsweise über eine Zwei-Phasen-Rohrleitung mit der Niederdrucksäule verbunden und die Zwei- Phasen-Rohrleitung ist so ausgebildet, dass im Betrieb der Tieftemperatur- Luftzerlegungsanlage sowohl Gas als auch Flüssigkeit aus dem Verdampfungsraum des Kopfkondensators in die Niederdrucksäule fließen. Die entsprechende Rohrleitung kann durch die zweite Coldbox gehen.
Hierbei kann man Bauhöhe für ansonsten erforderliche Verteiler und Sammler in der Niederdrucksäule einsparen. Zur Minimierung der Bauhöhe bei Packungssäulen speist man das Gas und die Flüssigkeit aus dem Argonsystem an der gleichen Stelle ein. Gegenüber einer getrennten Einspeisung an unterschiedlichen Stellen wird ein
Verteiler eingespart, der etwa einen Meter Bauhöhe kostet. Bei besonders kritischer Transportlänge kann diese Variante Vorteile bieten, obwohl sie verfahrenstechnisch ungünstiger ist.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Herstellen einer
Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage gemäß den Patentansprüchen 9
beziehungsweise 10, bei dem das oben beschriebene transportable Paket verwendet wird. Die Reinigungseinheit ist beispielsweise als Molekularsiebadsorber ausgebildet. Alternativ kann die Luft auch in einem umschaltbaren Wärmetauscher (Revex oder Regenerator) gereinigt werden; in diesem Fall werden Reinigungseinheit und
Hauptwärmetauscher von demselben Apparat gebildet.
Vorzugsweise wird die Erfindung bei Luftzerlegungsanlagen eingesetzt, die zur Gewinnung von mehr als 2.000, vorzugsweise mehr als 9.000 Nm3/h Sauerstoffprodukt und weniger als 35.000 Nm3/h, vorzugsweise weniger als 29.000 Nm3/h
Sauerstoffprodukt ausgelegt sind. Insbesondere kann Argon als weiteres Produkt gewonnen werden.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand zweier in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigen: Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer reinen
Rohrleitungsbox und
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer kombinierten Rohrleitungs- und
Argonbox.
In Figur 1 wird atmosphärische Luft in einem Luftverdichter verdichtet und in einer Reinigungseinrichtung gereinigt (beides ist in der Zeichnung nicht dargestellt). Die gereinigte Einsatzluft wird in einem Hauptwärmetauscher gegen Produktströme auf etwa Taupunkt abgekühlt. Der Hauptwärmetauscher besteht in dem Beispiel aus drei parallel geschalteten Plattenwärmetauscher-Blöcken 2a, 2b, 2b, die einer
gemeinsamen Coldbox, der Hauptwärmetauscher-Box 10 angeordnet sind.
Generell kann der Hauptwärmetauscher auch aus einem Block bestehen oder aber aus einem, zwei, drei oder mehreren Blöcken. Diese können parallel geschaltet oder auch nach ihrer Funktion aufgeteilt sein, beispielsweise in einen Hochdrucktauscher und einen Niederdrucktauscher.
Über eine Verbindungs-Rohrleitung 3 wird die abgekühlte Luft in eine Coldbox 20 eingeführt, die im Folgenden als Rohrleitungsbox bezeichnet wird. Innerhalb der Rohleitungsbox 20 wird die Luft in Rohrleitungen und gegebenenfalls über Ventile weitergeführt und schließlich über eine Leitung in eine Doppelsäule 5 eingeleitet.
Alternativ fließt die Luft direkt aus der Hauptwärmetauscher-Box 10 in die Säulenbox 30; die Rohrleitungsbox 12 enthält dann keine Leitung für gasförmige Einsatzluft.
Die Doppelsäule 5 ist in einer weiteren Coldbox 30, der Säulenbox angeordnet.
Produkte und Zwischenprodukte der Doppelsäule werden über eine Vielzahl von Verbindungsleitungen 6 (in der Zeichnung nur angedeutet) in die Rohrleitungsbox 20 eingeleitet und dort weiteren Rohrleitungen und/oder Anlagenteilen, die in
Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen üblich sind, wie Ventilen oder einem
Unterkühlungs-Gegenströmer zugeführt, die in der Rohrleitungsbox angeordnet sind. In dem Ausführungsbeispiel enthält die Rohrleitungsbox insbesondere die folgenden Bauteile:
- Flüssigluftleitung 7
- Unterkühlungs-Gegenströmer 8 - Turbinenabscheider 9, in dem Flüssigkeit stromaufwärts einer Entspannungsturbine abgetrennt wird
- GAN-Leitung 1 1 für gasförmigen Stickstoff aus der Niederdrucksäule
- Unreinstickstoff-Leitung 12 für gasförmigen Unrein-Stickstoff aus der
Niederdrucksäule
(Die Unreinstickstoff-Leitung 12 und die GAN-Leitung 1 1 gehen von der
Rohrleitungsbox 20 direkt in die Hauptwärmetauscher-Box 10 (dies ist in der
Zeichnung nicht dargestellt). In der Zeichnung nicht unmittelbar dargestellt sind die Leitungen, die von der Argonbox zur Säulenbox führen, die jedoch alle oder im Wesentlichen alle ebenfalls in der Rohrleitungsbox angeordnet sind. Dazu gehören die Leitungen für die Fluide die flüssig zum Verdampfungsraum der Kopfkondensatoren der Rein- und der Rohargonsäule strömen und die für die gasförmigen und gegebenenfalls flüssigen Rückströme von dort, sowie die Argonübergangsleitungen, also die Einssatzleitung für die
Rohargonsäule und die Rückleitung von der Rohargonsäule in die Niederdrucksäule.
Außerdem enthält die Rohrleitungsbox alle Leitungen, die der Säulenbox zugeordnet sind und bei konventionellen Anlagen in der Säulenbox angeordnet wären.
Über eine Vielzahl von Verbindungsleitungen 13 beziehungsweise 14 (in der
Zeichnung nur angedeutet) werden die Rückströme der Anlage (Produktströme und/oder Restströme) aus der Rohrleitungsbox 20 in die Hauptwärmetauscher-Box 10 eingeleitet und - nach Anwärmung im Hauptwärmetauscher 2a, 2b, 2c - im Warmen aus dem Hauptwärmetauscher 10 abgezogen.
In dem Ausführungsbeispiel wird außerdem Argon gewonnen, indem ein argonhaltiger Strom aus der Doppelsäule 5 über die Rohrleitungsbox und Leitung 15 in eine weitere Coldbox 40 eingeleitet wird, die als Argonbox ausgebildet ist. Die Argonbox 40 enthält eine einteilige Rohargonsäule 41 zur Argon-Sauerstoff-Trennung mit Kopfkondensator (nicht dargestellt) und eine Reinargonsäule 42 zur Argon-Stickstoff-Trennung.
Das Argonprodukt und die Restfraktionen der Argongewinnung werden über
Verbindungsleitungen 16 (in der Zeichnung nur angedeutet) zurück in die Rohrleitungsbox 20 geleitet und strömen dann weiter als Rückströme 15 zur
Hauptwärmetauscher-Box.
Alternativ kann die Argonbox auch weggelassen werden.
Die Rohrleitungsbox kann komplett vorgefertigt werden, das heißt man baut einen überstehenden Unterstand mit Bedienpodesten, was die Transportabilität nicht einschränkt. Man kann alle Antriebe der Ventile während des Transports angebaut lassen. Diese und jegliche Instrumentierung einschließlich Transmitter können angebaut werden, ebenso Messleitungen vom Transmitter zu der Ein-/Ausgangskarte des digitalen Prozessleitsystems. Die vorgefertigte Rohrleitungsbox weist einen zentralen Bus-Anschluss auf, an dem sie am Aufstellungsort zentral mit dem
Prozessleitsystem verbunden wird. Alle Instrumentenluftleitungen und Impulsleitungen, Kabel etc. können bereits in der Fabrik verdrahtet beziehungsweise verbunden werden.
Die komplett vorgefertigte Rohrleitungsbox kann schon in der Fabrik vorgetestet werden. Die Bedienebene kann für den Transport wieder verschlossen werden. Jede der Boxen 10, 20, 30 40 kann eine eigene Statik haben. Verbindungen zwischen den Boxen (wie zum Beispiel Isolierkästen um Rohrleitungen, die von einer Box zur anderen gehen) können flexibel oder starr ausgebildet sein. Über die eigene Statik jeder Einzelbox hinaus kann man den Stahlbau der Boxen bewusst miteinander verbinden, um die Statik durch statische Kopplung weiter zu verbessern,
beispielsweise durch eigene Träger, die man auch als Auflage für Begehungen nutzen kann.
Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit einer kombinierten Rohrleitungs- und Argonbox 400. Außer den Bauelementen der Rohrleitungsbox 20 von Figur 1 enthält diese kombinierte Box 400 die Rohargonsäule 41 , in dem konkreten Beispiel ohne Reinargonsäule. Alternativ könnte eine Reinargonsäule zusätzlich in der kombinierten Rohrleitungs- und Argonbox 400 angeordnet sein. Im Übrigen entspricht der Aufbau der Anlage dem bei Figur 1 beschriebenen.

Claims

Patentansprüche
1. Transportables Paket für eine Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage, die einen Hauptwärmetauscher (2a, 2b, 2c) zur Abkühlung von Einsatzluft (1 ) und eine Doppelsäule (5) zur Zerlegung der gekühlten Einsatzluft aufweist, wobei die Doppelsäule (5) eine Hochdrucksäule und eine Niederdrucksäule aufweist, die übereinander angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass das transportable Paket eine Coldbox (20, 400) aufweist, in deren Inneren Zubehörteile der Doppelsäule (5), insbesondere Rohrleitungen (7, 1 1 , 12) und Ventile, angeordnet sind, aber nicht die Doppelsäule und nicht der Hauptwärmetauscher, wobei das transportable Paket Anschlüsse für die Verbindung der Rohrleitungen mit der Doppelsäule und dem
Hauptwärmetauscher aufweist.
Paket nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Coldbox (20, 400) keine Trennsäule enthält.
Paket nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Coldbox (20, 400) einen Unterkühlungs-Gegenströmer (8) enthält.
Paket nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Coldbox (20, 400) über den Unterkühlungs-Gegenströmer (8) hinaus keinen weiteren Wärmetauscher zum Austausch fühlbarer Wärme enthält.
Paket nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Coldbox (400) eine Rohargonsäule (41) enthält, die einen Kopfkondensator aufweist, der als Kondensator- Verdampfer ausgebildet ist.
Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage mit
- einem ersten transportablen Anlagenteil (30), in dem eine Doppelsäule (5) angeordnet ist, wobei die Doppelsäule (5) eine Hochdrucksäule und eine Niederdrucksäule aufweist, die übereinander angeordnet sind, und mit
- einem zweiten transportablen Anlagenteil (20, 400), das als Paket gemäß ei der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist, - wobei die Rohrleitungen (7, 1 1 , 12) des zweiten Anlagenteils (20, 400) mit der
Doppelsäule (5) verbunden sind.
7. Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage nach Anspruch 6, mit einer dritten Coldbox (40), die eine Rohargonsäule (41 ) enthält, die einen Kopfkondensator aufweist, der als Kondensator-Verdampfer ausgebildet ist.
8. Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage nach Anspruch 7, wobei der
Verdampfungsraum des Kopfkondensators über eine Zwei-Phasen-Rohrleitung mit der Niederdrucksäule verbunden ist und die Zwei-Phasen-Rohrleitung so ausgebildet ist, dass im Betrieb der Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage sowohl Gas als auch Flüssigkeit aus dem Verdampfungsraum des Kopfkondensators in die Niederdrucksäule fließen. 9. Verfahren zum Herstellen einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem
- der erste transportable Anlagenteit (30) als transportables Paket hergestellt und zum Aufstellungsort transportiert wird,
- der zweite transportable Anlagenteil (20) als transportables Paket gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellt und zum Aufstellungsort transportiert wird,
- die Rohrleitungen des zweiten transportablen Anlagenteils (20) am
Aufstellungsort mit der Doppelsäule (5) des ersten transportablen Anlagenteils (30) verbunden werden und
- die Doppelsäule (5) am Aufstellungsort mit einem Luftverdichter zum Verdichten von Einsatzluft, mit einer Reinigungseinheit für verdichtete Einsatzluft und mit einem Hauptwärmetauscher (2a, 2ab, 2c) zum Abkühlen gereinigter Einsatzluft (1 ) verbunden wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem außerdem
- eine dritte Coldbox (40) als transportables Paket hergestellt und zum
Aufstellungsort transportiert wird, wobei die dritte Coldbox (40)
Rohrleitungsanschlüsse und eine Rohargonsäule (41) enthält, die einen Kopfkondensator aufweist, der als Kondensator-Verdampfer ausgebildet ist und
- mindestens ein Teil der Rohrleitungsanschlüsse der dritten Coldbox (40) am
Aufstellungsort mit Rohrleitungen der zweiten Coldbox (20) verbunden werden.
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