DE102008057486A1 - Method for supplying gas e.g. oxygen, to steel plant, during industrial process, involves predicting future usage of gas supply system, and controlling temporal variable gas quantity in dependent upon prediction - Google Patents

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Abstract

The method involves supplying temporal variable gas quantity to a buffer system i.e. pipeline network, via a gas supply system. A gas usage system removes another temporal variable gas quantity from the buffer system. A future usage of the gas supply system is predicted, and the former temporal variable gas quantity is controlled in dependent upon the prediction. The former gas quantity is controlled such that the pressure variation to be expected in the buffer system is avoided. A fluid is removed from a fluid container, during increased fluid requirement in the gas usage system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Versorgung eines Gasverbrauchssystems mit einem Gas durch ein Gasliefersystem, das mindestens ein Gasproduktionssystem und ein Puffersystem für das Gas aufweist, wobei das Gasliefersystem eine erste zeitlich variable Gasmenge dem Puffersystem zuführt und das Gasverbrauchssystem eine zweite zeitlich variable Gasmenge dem Puffersystem entnimmt.The The invention relates to a method for supplying a gas consumption system with a gas through a gas delivery system that has at least one gas production system and a buffer system for the gas, wherein the gas delivery system supplying a first time variable amount of gas to the buffer system and the gas consumption system a second time variable gas amount takes the buffer system.

Derartige Gasversorgungsverfahren werden in vielen industriellen Prozessen angewendet, zum Beispiel bei der Versorgung von Stahlwerken mit Sauerstoff. Das Gasverbrauchssystem besteht dabei aus einem oder mehreren Gasverbrauchern (z. B. Hochöfen und/oder Stahlkonverter). Diese beziehen das Gas aus einem Puffersystem, das entweder durch einen oder mehrere dezidierte Gasdruckbehälter, durch ein Rohrleitungssystem oder durch eine Kombination solcher Elemente gebildet wird. Das Puffersystem wird auf einem Druck gehalten, der deutlich oberhalb des höchsten im Gasverbrauchssystem benötigten Drucks liegen muss. Der Druck muss so hoch sein, dass er auch bei kurzzeitigen Verbrauchsspitzen nicht unter den vom Gasverbrauchssystem benötigten Druck fällt.such Gas supply processes are used in many industrial processes applied, for example, in the supply of steel plants with oxygen. The gas consumption system consists of one or more gas consumers (eg blast furnaces and / or steel converters). These relate that Gas from a buffer system, either by one or more dedicated gas pressure vessel, through a piping system or formed by a combination of such elements. The buffer system is kept at a pressure well above the highest in the gas consumption system needed pressure. Of the Pressure must be high enough to withstand short-term consumption peaks not below the pressure required by the gas consumption system falls.

Gefüllt wird das Puffersystem mittels eines Gasliefersystems, das aus einem oder mehreren der folgenden Elemente bestehen kann:

  • – Gasproduktionssystem zur Herstellung des Gases, insbesondere Gaszerlegungsanlage, bei der das Gas als eines der Zerlegungsprodukte erzeugt wird
  • – Anschluss an eine externe Rohrleitung zur Lieferung des Gases
  • – Flüssigtank für verflüssigtes Gas mit Verdampfer (so genannte Notversorgung, in der Regel ohne Rückgewinnung der Verflüssigungskälte)
The buffer system is filled by means of a gas delivery system, which can consist of one or more of the following elements:
  • - Gas production system for the production of the gas, in particular gas separation plant, in which the gas is produced as one of the decomposition products
  • - Connection to an external pipeline to supply the gas
  • - liquid tank for liquefied gas with evaporator (so-called emergency supply, as a rule without recovery of the liquefaction cold)

Beispielsweise kann ein Gasliefersystem aus einer einzelnen Luftzerlegungsanlage zur Lieferung von Sauerstoff bestehen. In einem anderen Beispiel besteht das Gasliefersystem aus zwei Luftzerlegungsanlagen und einem Notversorgungssystem, wobei alle drei Apparate Sauerstoffgas in ein Puffersystem einspeisen. Die Gesamtheit des Gases, das das Gasliefersystem zu einem bestimmten Zeitpunkt dem Puffersystem zuführt, wird hier als ”erste Gasmenge” bezeichnet, gemessen in Stoffmenge pro Zeiteinheit oder Massenstrom.For example may be a gas delivery system from a single air separation plant to supply oxygen. In another example The gas delivery system consists of two air separation plants and one Emergency supply system, with all three apparatus oxygen gas in feed in a buffer system. The totality of the gas that the gas delivery system feeds to the buffer system at a certain time, is referred to herein as the "first amount of gas" measured in amount of substance per unit time or mass flow.

Die Gesamtheit des Gases, das das Puffersystem zu einem bestimmten Zeitpunkt an das Gasverbrauchssystem, also die Gesamtheit der Gasverbraucher, liefert, wird hier als ”zweite Gasmenge” bezeichnet, gemessen in Stoffmenge pro Zeiteinheit oder Massenstrom.The Totality of the gas that the buffer system at a given time to the gas consumption system, ie the totality of gas consumers, is called here "second gas quantity", measured in molar amount per unit time or mass flow.

Der hier als Beispiel gewählte Konverterprozess in Stahlwerken läuft als Batchprozess ab und benötigt während des Einblasens von Sauerstoff in die Mischung von geschmolzenem Roheisen, Zuschlagstoffen und Schrott große Mengen des Gases. Nach Beendigung der Konvertierung geht der Sauerstoffbedarf schlagartig auf nahezu Null zurück. Bei Verbundstandorten mit mehreren Konvertern tritt so durch Überlagerung eine sehr große Schwankungsbreite im Sauerstoffbedarf auf. Das als Puffersystem wirkende Versorgungsnetz muss daher auf erhöhtem Druck gehalten werden, um diese Schwankungen ausgleichen zu können. Findet eine kontinuierliche Einspeisung von Sauerstoffgas ins Rohrleitungsnetz (Puffersystem) statt, so resultieren aus der schwankenden Abnahme Änderungen im Rohrleitungsdruck (Druck im Puffersystem), was im Falle von Druck-hoch-Alarm zu Abblasung (Abgabe von gasförmigem Sauerstoff in die Atmosphäre), bei Druck-tief-Alarm zur Einspeisung von Sauerstoffgas aus einem Flüssig-Sauerstoff-Reservetank führt. Beide Maßnahmen sind mit Kosten verbunden. Das Abblasen bedeutet einen Verlust von gasförmigem Sauerstoff in die Atmosphäre, das Auffüllen des Flüssigtanks erfordert wesentlich höheren Herstellungsaufwand, insbesondere einen deutlich höheren Energiebedarf gegenüber der direkten Herstellung gasförmigen Sauerstoffs.Of the here as an example selected converter process in steel mills runs as a batch process and requires while the blowing of oxygen into the mixture of molten Pig iron, aggregates and scrap large quantities of Gas. After completion of the conversion, the oxygen demand goes abruptly back to almost zero. At Verbund sites with multiple converters occurs so by overlay one very large fluctuation range in oxygen demand. The As a buffer system acting supply network must therefore be at increased pressure be held in order to compensate for these fluctuations. Finds a continuous feed of oxygen gas into the pipeline network (buffer system) instead, the fluctuating decrease results in changes in the pipeline pressure (pressure in the buffer system), resulting in the case of high pressure alarm to blow off (release of gaseous oxygen into the Atmosphere), at low pressure alarm for the supply of oxygen gas a liquid oxygen reserve tank leads. Both Measures are associated with costs. Blowing off means a loss of gaseous oxygen into the atmosphere, the filling of the liquid tank requires substantially higher production costs, in particular a clear higher energy requirement compared to direct production gaseous oxygen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gasversorgungsverfahren der eingangs genannten Art auf wirtschaftlich besonders günstige Weise zu betreiben.Of the The invention is therefore based on the object, a gas supply method of the type mentioned in an economically particularly favorable manner to operate.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Prognose über den zukünftigen Verbrauch des Gasliefersystems erstellt wird und die erste Gasmenge in Abhängigkeit von dieser Prognose gesteuert wird.These Task is solved by a forecast on created the future consumption of the gas delivery system and the first amount of gas depending on this Forecast is controlled.

Die Daten für die Prognose können aus jeder beliebigen Quelle stammen, insbesondere aus der Betriebsplanung der Elemente des Gasverbrauchssystems, aus Erfahrungswerten aus dem bisherigen Betrieb der Gasverbraucher (siehe zum Beispiel gleichzeitig eingereichte Patentanmeldung mit dem internen Aktenzeichen der Anmelderin P08C124-DE = IC0059), aus einem Lastprognosesystem gemäß EP 1542102 A1 oder auch aus manuellen Eingaben des Bedienungspersonals.The data for the forecast can come from any source, in particular from the operational planning of the elements of the gas consumption system, from experience from the previous operation of gas consumers (see, for example, simultaneously filed patent application with the internal file number of the applicant P08C124-DE = IC0059) from a load prediction system according to EP 1542102 A1 or also from manual inputs of the operating personnel.

Vorzugsweise wird die erste Gasmenge so gesteuert, dass zu erwartenden Druckschwankungen in dem Puffersystem entgegengewirkt wird.Preferably the first amount of gas is controlled so that expected pressure fluctuations is counteracted in the buffer system.

Durch die Information aus der Prognose kann das Gasliefersystem bereits die erste Gasmenge erhöhen, bevor ein zu erwartende Spitze der zweiten Gasmenge eintritt. Umgekehrt ist es möglich, die Produktion im Gasliefersystem frühzeitig zu drosseln, bevor laut Prognose mit einer Abnahme des Gasverbrauchs zu rechnen ist. Hierdurch können die Druckschwankungen im Puffersystem wesentlich geringer gehalten werden, als bei einer Steuerung der ersten Gasmenge allein in Abhängigkeit vom Pufferdruck. Verluste durch Abblasen oder teures Zuspeisen aus einer Notversorgung können weitgehend vermieden werden. Durch die dauerhafte Glättung des Druckverlaufs im Puffersystem kann in vielen Fällen die Schwankungsbreite des Pufferdrucks und damit das mittlere Druckniveau im Puffersystem gesenkt werden. Dies bedeutet eine kontinuierliche Einsparung an Kompressionsenergie.By the information from the forecast, the gas delivery system can already increase the first amount of gas before an expected peak of the second amount of gas occurs. Conversely, it is possible to curtail production in the gas delivery system at an early stage, before, according to forecasts, a decrease in gas consumption is to be expected. As a result, the pressure fluctuations in the buffer system can be kept much lower than in a control of the first amount of gas alone depending on the buffer pressure. Losses due to blow-off or expensive supplies from an emergency supply can be largely avoided. Due to the permanent smoothing of the pressure curve in the buffer system, the fluctuation range of the buffer pressure and thus the mean pressure level in the buffer system can be lowered in many cases. This means a continuous saving of compression energy.

Ferner ist es günstig, wenn das Gasliefersystem ein Gasproduktionssystem aufweist, das eine variable Produktionsmenge an Gas liefert, und die Produktionsmenge in Abhängigkeit von dieser Prognose gesteuert wird. Das Prognosesignal kann beispielsweise direkt als Bedarfswert in die Lastregelung einer Gaszerlegungsanlage eingegeben werden.Further It is beneficial if the gas delivery system is a gas production system having a variable production amount of gas, and the production quantity depending on this forecast is controlled. The forecast signal can, for example, directly as Demand value entered into the load control of a gas separation plant become.

Besonders günstig kann die Erfindung eingesetzt werden, wenn das Gasproduktionssystem einen Flüssigkeitsbehälter für das Gas in verflüssigter Form aufweist, wobei bei erhöhtem Bedarf des Gasverbrauchssystems Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter entnommen, unter Rückgewinnung eines Teils der Verflüssigungskälte verdampft und dem Puffersystem zugespeist wird und bei vermindertem Bedarf des Gasverbrauchssystems Flüssigkeit in den Flüssigkeitsbehälter eingespeist wird. Solche Gasproduktionssysteme sind in der Regel als Wechselspeicheranlagen ausgebildet. Im Fall einer Sauerstoffversorgung wird bei geringem Produktbedarf flüssiger Sauerstoff in den Flüssigkeitsbehälter eingeleitet und bei hohem Bedarf verdampft. Die Verdampfung wird durch indirekten Wärmeaustausch eines zweiten Fluids vorgenommen, beispielsweise Stickstoff, der dabei kondensiert und in einen zweiten Flüssigkeitsbehälter eingeleitet wird. Die im flüssigen Stickstoff gespeicherte Kälte kann dann bei verringertem Produktbedarf wieder für die Verflüssigung von Sauerstoff genutzt werden.Especially The invention can be used favorably if the Gas production system a liquid container for the gas in liquefied form, wherein at increased demand of the gas consumption system liquid taken from the liquid container, under Recovery of part of the liquefaction cold vaporized and fed to the buffer system and at reduced demand of the gas consumption system liquid in the liquid container is fed. Such gas production systems are usually designed as removable storage systems. In the case of an oxygen supply becomes with small product requirement liquid oxygen in introduced the liquid container and at high Demand evaporated. The evaporation is by indirect heat exchange made of a second fluid, for example nitrogen, the thereby condensed and in a second liquid container is initiated. The stored in liquid nitrogen Cold can then be used for reduced product requirements again the liquefaction of oxygen can be used.

Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Das Gasliefersystem besteht hier aus einer Luftzerlegungsanlage mit Wechselspeicherung (Sauerstoff- und Stickstoff-Flüssigtanks) und einem Notversorgungssystem zur Lieferung von Sauerstoff. Das Gasverbrauchssystem weist drei Stahlkonverter und einen Hochofen auf. Das Puffersystem ist als Rohrleitungsnetz ohne dezidierte Gasdruckbehälter realisiert.The Invention and further details of the invention are hereinafter explained in more detail with reference to an embodiment. The gas delivery system here consists of an air separation plant with removable storage (oxygen and nitrogen liquid tanks) and an emergency supply system for delivery of oxygen. The Gas consumption system has three steel converters and a blast furnace on. The buffer system is designed as a pipeline network without dedicated gas pressure vessels realized.

Durch kontinuierliche Information über den zukünftigen Sauerstoffverbrauch wird die Sauerstoffeinspeisung (erste Gasmenge) ins Rohrleitungsnetz (Puffersystem) bereits vor dem Einsetzen von Verbrauchsspitzen erhöht. Dadurch werden Verbrauchsspitzen antizipiert und die Druckschwankung gedämpft. Die Zahl der Fälle von Abblaseverlusten und Flüssigverdampfung kann dadurch reduziert werden. Ferner kann langfristig durch die geringen Schwankungsbreiten des Rohrleitungsdruckes auch das Druckniveau im Rohrleitungsnetz insgesamt gesenkt werden, was ebenfalls Energieeinsparungen bedeutet durch die verminderte Kompressionsenergie.By continuous information about the future Oxygen consumption becomes the oxygen supply (first gas quantity) into the pipeline network (buffer system) before inserting Increased consumption peaks. As a result, consumption peaks anticipated and dampened the pressure fluctuation. The number the cases of blowdown losses and liquid evaporation can be reduced. Furthermore, in the long term by the small fluctuation margins of the pipeline pressure and the pressure level in the pipeline network overall, which also saves energy means by the reduced compression energy.

In modernen Luftzerlegungsanlagen kann das Prognosesignal direkt auf die Lastregelung des Luftzerlegers (z. B. Linde-APA-System, „Automatic Product Adaption”) als sich kontinuierlich ändernde Bedarfsgröße aufgeschaltet werden. APA regelt seinerseits dann selbständig die Lastschwankung in der Sauerstoffeinspeisung unter Einbindung der Flüssigpufferung im Rahmen Wechselspeichermöglichkeiten.In modern air separation plants can direct the forecast signal on the load control of the air separation unit (eg Linde APA system, "Automatic Product Adaptation ") as a continuously changing demand quantity be switched on. APA then regulates independently the load fluctuation in the oxygen feed with integration Liquid buffering in the context of removable storage options.

Als Eingangsgröße für die zukunftsgerichtete Regelung der Luftzerlegungsanlage stehen mehrere Quellen zur Verfügung. Am einfachstes ist es, auf die zeitnahe Produktionsplanung eines jeden Konverters zuzugreifen und diese Planungsdaten zu addieren. Voraussetzung dafür ist, dass diese Daten am Standort in Echtzeit und jederzeit in hoher Verlässlichkeit vorliegen. Ist diese Information nicht zugänglich oder überhaupt nicht existent, so besteht eine andere Möglichkeit in der Verwendung eines Lastprognosesystems. Dieses kann aus historischen Daten der Vergangenheit und der aktuellen Verbrauchssituation eine Lastprognose für die nahe Zukunft ableitet.When Input for the future-oriented control The air separation plant has several sources available. The easiest way is to have a timely production planning access each converter and add this planning data. requirement for that is that this data is real-time and on-site always available with high reliability. Is this Information not accessible or not at all existent, so there is another possibility in use a load prediction system. This may be from historical data of the past and the current consumption situation a load forecast for derives the near future.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - EP 1542102 A1 [0009] EP 1542102 A1 [0009]

Claims (4)

Verfahren zur Versorgung eines Gasverbrauchssystems mit einem Gas durch ein Gasliefersystem, das mindestens ein Gasproduktionssystem und ein Puffersystem für das Gas aufweist, wobei das Gasliefersystem eine erste zeitlich variable Gasmenge dem Puffersystem zuführt und das Gasverbrauchssystem eine zweite zeitlich variable Gasmenge dem Puffersystem entnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Prognose über den zukünftigen Verbrauch des Gasliefersystems erstellt wird und die erste Gasmenge in Abhängigkeit von dieser Prognose gesteuert wird.A method for supplying a gas consumption system with a gas through a gas delivery system comprising at least one gas production system and a buffer system for the gas, wherein the gas delivery system supplies a first time variable amount of gas to the buffer system and the gas consumption system withdraws a second time variable amount of gas from the buffer system, characterized that a prognosis is made about the future consumption of the gas supply system and the first gas quantity is controlled in dependence on this prognosis. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gasmenge so gesteuert wird, dass zu erwartenden Druckschwankungen in dem Puffersystem entgegengewirkt wird.Method according to claim 1, characterized in that that the first amount of gas is controlled so that expected pressure fluctuations is counteracted in the buffer system. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasliefersystem ein Gasproduktionssystem aufweist, das eine variable Produktionsmenge an Gas liefert, und die Produktionsmenge in Abhängigkeit von dieser Prognose gesteuert wird.Method according to claim 1 or 2, characterized the gas delivery system comprises a gas production system which a variable production amount of gas supplies, and the production volume is controlled depending on this prognosis. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasproduktionssystem einen Flüssigkeitsbehälter für das Gas in verflüssigter Form aufweist, wobei bei erhöhtem Bedarf des Gasverbrauchssystems Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter entnommen, unter Rückgewinnung eines Teils der Verflüssigungskälte verdampft und dem Puffersystem zugespeist wird und bei vermindertem Bedarf des Gasverbrauchssystems Flüssigkeit in den Flüssigkeitsbehälter eingespeist wird.Method according to claim 3, characterized that the gas production system is a liquid container for the gas in liquefied form, wherein at increased demand of the gas consumption system liquid taken from the liquid container, under Recovery of part of the liquefaction cold vaporized and fed to the buffer system and at reduced Need of the gas consumption system liquid in the liquid container is fed.
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EP1542102A1 (en) 2003-12-10 2005-06-15 Linde Aktiengesellschaft Method and device for suboptimal control by means of a search strategy and method and device for gas separation ,in particular for cryogenic air separation

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