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DE69520134T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten eines zu destillierenden Gasgemisches und zum Entspannen wenigstens eines Gasstromes - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten eines zu destillierenden Gasgemisches und zum Entspannen wenigstens eines Gasstromes

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DE69520134T2
DE69520134T2 DE69520134T DE69520134T DE69520134T2 DE 69520134 T2 DE69520134 T2 DE 69520134T2 DE 69520134 T DE69520134 T DE 69520134T DE 69520134 T DE69520134 T DE 69520134T DE 69520134 T2 DE69520134 T2 DE 69520134T2
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verdichten eines in einer Destillationsapparatur zu destillierenden Gasgemischs und zum Entspannen eines Gasstroms, bei dem man:
  • - einen ersten Strom eines Gasgemischs in einem Verdichter mit mindestens einer Stufe verdichtet;
  • - einen zweiten Strom eines Gasgemischs in einem Nachverdichter nachverdichtet;
  • - einen dritten Strom eines Gasgemischs in einer Entspannungsmaschine entspannt und
  • - mindestens einen Teil der durch die Entspannungsmaschine erzeugten Energie mit dem Nachverdichter zurückgewinnt.
  • In der EP-A-0 557 935 wird ein Verfahren dieses Typs beschrieben, bei dem es sich bei dem ersten Strom um zu destillierende Luft, bei dem zweiten Strom um im Nachverdichter 110 auf den Mitteldruck nachverdichteten Stickstoff und bei dem dritten Strom um ein in der an den Nachverdichter gekoppelten Turbine 113 entspanntes Restgas handelt.
  • In der DE-A-28 54 508 wird ein Verfahren dieses Typs beschrieben, bei dem man einen Teil der Luft zunächst in dem Nachverdichter nachverdichtet, danach in einer an den Nachverdichter gekoppelten Turbine entspannt und schließlich der Niederdrucksäule einer Doppelsäule zuführt.
  • Bei diesen Verfahren ergibt sich infolge der Erhöhung des Entspannungsverhältnisses in der Turbine eine Verringerung des Turbinendurchsatzes für eine gegebene Kälteerzeugung oder eine Erhöhung der Kälteerzeugung bei konstantem Turbinendurchsatz, was in der Regel mit einer Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Vorichtung einhergeht.
  • In bestimmten Fällen gibt es keine Möglichkeit, ein Verfahren dieses Typs einfach auszuführen oder die von der Turbine erzeugte mechanische Energie auf einfache Art und Weise mit einem Nachverdichter zurückzugewinnen. So lohnt es beispielsweise im Fall der Entspannung von aus der Mitteldrucksäule einer Luftzerlegungsanlage abgezogenem Stickstoff in der Turbine nicht, diesen bei tiefer Temperatur verfügbaren Stickstoff wieder zu erwärmen, um ihn dann zwecks Zuführung zur Turbine zu verdichten und danach abzukühlen, was die Investitionskosten für die Austauschleitung erhöht.
  • Die DE-A-25 57 453 lehrt eine Lösung für dieses Problem mit einem Verfahren, gemäß dem der zweite Strom aus einem Teil des ersten Stroms, bei welchem es sich um zu destillierende Luft handelt, besteht. Der Nachverdichter 5 für den zweiten Strom ist an eine Turbine 6 gekoppelt, die zur Entspannung des gasförmigen Stickstoffs auf Mitteldruck (den dritten Strom) dient.
  • Dennoch kann es im Fall der DE-A-28 54 508 dazu kommen, daß für die gewünschte Kälteerzeugung ein Turbinendurchsatz erforderlich ist, der kleiner oder gleich dem für die Destillation erforderlichen Durchsatz ist. Hierbei ergibt die Verringerung des Turbinenluftdurchsatzes keinerlei Einsparungen, und daher ist es auch uninteressant, den Ansaugdruck der Turbine zu erhöhen, da man kein Interesse an der sich dabei ergebenden Verringerung des Turbinendurchsatzes hat.
  • Der Stand der Technik lehrt somit die Rückgewinnung der Turbinenenergie mit einem Generator oder die Abführung der Energie mit einer Ölbremse.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei diesen bekannten Verfahren die Energieleistung zu verbessern oder die Investitionskosten zu verringern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet eine Vorrichtung zum Verdichten eines in einer Destillationsapparatur zu destillierenden Gasgemischs und zum Entspannen eines Gasstroms gemäß Anspruch 7.
  • Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform, die lediglich ein Beispiel darstellt und die Erfindung in keiner Weise einschränken soll, in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung, worin:
  • - die einzige Figur eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.
  • Ein Luftstrom wird einem Verdichter 5 mit mehreren Stufen 5A, 5B, 5C zugeführt. Der Strom wird nach Verdichtung in der ersten Stufe 5A in zwei Teile aufgeteilt. Ein erster Strom wird in einer zweiten Stufe 5B verdichtet. Ein zweiter Strom 2 wird mit einem Nachverdichter 7 auf einen Druck nachverdichtet, der in der Nähe des in der Stufe 5B herrschenden Drucks liegt, und dann mit dem ersten Strom vermischt. Der gesamte wiederhergestellte Luftstrom wird in der Stufe 5C verdichtet, in der Austauschleitung 11 abgekühlt und zur Zerlegung einer Destillationssäule 13 zugeführt.
  • Bei einem der Zerlegungsprodukte handelt es sich um einen Stickstoffstrom 3, der am Kopf der Mitteldrucksäule 13 unter einem Druck von etwa 6 bar abgezogen wird. Nach teilweiser Wiedererwärmung in der Austauschleitung 11 wird eine Fraktion 31 in der Turbine 9 auf einen Druck in der Nähe des Normaldrucks entspannt und dann dem kalten Ende der Austauschleitung zugeführt, in der sie wiedererwärmt wird und ihre Kälteenergie an den der Destillation zugeführten Luftstrom abgibt. Da die Turbine 9 an den Nachverdichter 7 gekoppelt ist, dient ein Teil der Entspannungsenergie also zur Nachverdichtung des zweiten Luftstroms 2.
  • Als Variante kann man eine Fraktion des aus der Niederdrucksäule einer Druckdoppelsäule abgezogenen unreinen Stickstoffs oder reinen Stickstoffs nach teilweiser Wiedererwärmung in der Austauschleitung 11 durch die Trubine leiten und diesen Stickstoff dann dem kalten Ende der Austauschleitung 11 zuführen.
  • Als weitere Variante kann man mindestens einen Teil des in einer einfachen HPN-Säule produzierten Stickstoffs oder den Rückstand nach Verdampfung im Kopfkondensator dieser Säule durch die Turbine leiten. Der Stickstoff bzw. der Rückstand wird in der Austauschleitung teilweise wiedererwärmt.
  • Alternativ könnte man auch einen zweiten Nachverdichter entweder an die Turbine 9 oder eine unabhängige Turbine koppeln. Dieser zweite Nachverdichter würde mit vor der Stufe 5A abgezogener Luft gespeist, wobei mindestens ein Teil der nachverdichteten Luft vor der Stufe 5B und hinter der Stufe 5A zurückgeführt wird.
  • Durch Variation des Verdichtungsverhältnisses des Nachverdichters 7 und der Stufen des Verdichters 5 könnte man den Strom von nachverdichtetem Gas anstatt zum Ausgang der Stufe 5B zum Ausgang der Stufe 5C zurückführen.
  • Es sei darauf hingewiesen, daß es sich bei den Gasgemischen um praktisch reine Gase handeln kann und daß die vom Verdichter und Nachverdichter verdichteten Gasgemische nicht unbedingt die gleiche Zusammensetzung haben.

Claims (10)

1. Verfahren zum Verdichten eines in einer Destillationsapparatur zu destillierenden Gasgemischs und zum Entspannen mindestens eines Gasstroms, bei dem man:
a) das Gasgemisch in mindestens einer Stufe (5A) eines Verdichters (5) mit mindestens drei Stufen (5A, 5B, 5C) verdichtet;
b) das verdichtete Gasgemisch in einen ersten und einen zweiten Strom aufteilt;
c) den ersten Strom in der zweiten Stufe (5B) des Verdichters (5) verdichtet;
d) den zweiten Strom einem Nachverdichter (7) zuführt und den zweiten Strom in dem Nachverdichter (7) nachverdichtet;
e) den Gasstrom in einer Entspannungsmaschine (9) ent spannt;
f) mindestens einen Teil der durch die Entspannungsmaschine erzeugten Energie mit dem Nachverdichter (7) zurückgewinnt und
g) mindestens einen Teil des nachverdichteten zweiten Stroms hinter der zweiten Stufe (5B) des Verdichters zuführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem es sich bei dem Gasstrom um ein aus der Apparatur abgezogenes gasförmiges Produkt handelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem es sich bei dem Gasgemisch um Luft handelt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem es sich bei dem Gasstrom entweder um aus der Mitteldrucksäule der Apparatur abgezogenen Stickstoff oder um aus der Niederdrucksäule einer Druckdoppelsäule abgezogenen unreinen Stickstoff handelt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem man den nachverdichteten zweiten Strom vor der dritten Stufe (5C) zuführt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem man den nachverdichteten zweiten Strom hinter der dritten Stufe (5C) zuführt.
7. Vorrichtung zum Verdichten eines in einer Destillationsapparatur zu destillierenden Gasgemischs und zum Entspannen eines Gasstroms mit
- einem Verdichter mit mindestens drei Stufen (5A, 5B, 5C)
- einem Nachverdichter (7)
- einer an den Nachverdichter gekoppelten Entspannungsmaschine (9)
- Einrichtungen (1) zum Zuführen des Gasgemischs zu mindestens einer Stufe des Verdichters
- Einrichtungen zum Aufteilen des verdichteten Gasgemischs in mindestens einer Verdichterstufe in einen ersten Strom und einen zweiten Strom
- Einrichtungen zum Zuführen des ersten Stroms in der zweiten Stufe (5B) des Verdichters
- Einrichtungen (2) zum Zuführen des zweiten Stroms zum Nachverdichter und zum Zuführen von mindestens einem Teil des nachverdichteten zweiten Stroms hinter der zweiten Stufe und
- Einrichtungen zum Zuführen des Gasstroms zu einer Entspannungsmaschine.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der es sich bei dem Gasstrom um ein Produkt aus der Destillationsapparatur handelt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8 mit einer ersten Verdichterstufe (5A) zum Verdichten des Gasgemischs, Einrichtungen zum Zuführen des zweiten Stroms aus der ersten Stufe zu einem Nachverdichter (7) und Einrichtungen zum Zuführen des ersten Stroms zur zweiten Stufe (5B) und dritten Stufe (5C) und mindestens eines Teils des nachverdichteten zweiten Stroms zur dritten Stufe.
10. Vorrichtung zur Trennung eines Gasgemischs durch Tieftemperaturdestillation mit:
- einer Vorrichtung zum Verdichten eines in einer Destillationsapparatur zu destillierenden Gasgemischs und zum Entspannen eines Gasstroms nach einem der Ansprüche 7 bis 9
- einer Destillationsapparatur und Einrichtungen zum Zuführen des verdichteten Gasgemischs zur Destillationsapparatur.
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