DE102009034979A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von gasförmigem Drucksauerstoff - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von gasförmigem Drucksauerstoff Download PDF

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Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur Erzeugung von gasförmigem Drucksauerstoff. Ein Sauerstoffstrom wird in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck von mehr als 6 bar gebracht, unter diesem erhöhten Druck in ein Wärmetauschersystem eingeleitet, das mindestens einen Plattenwärmetauscherblock aufweist, und in diesem Wärmetauschersystem durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Heizfluid vm wird stromabwärts des Wärmetauschersystems als gasförmiger Druckproduktstrom abgezogen. Der Korpus des Plattenwärmetauscherblocks ist aus Kupfer, Nickel, einer Kupferlegierung oder einer Nickellegierung hergestellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von gasförmigem Drucksauerstoff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Alternativ zur Verdichtung von drucklos gewonnenem Sauerstoff in gasförmigem Zustand, der sogenannten Außenverdichtung, kann die Innenverdichtung angewendet werden. Hierbei wird flüssiger Sauerstoff flüssig auf den gewünschten Produktdruck gebracht und anschließend verdampft oder – bei überkritischem Druck – pseudo-verdampft. Der flüssige Sauerstoff kann beispielsweise aus einem Speichertank oder aus dem Sumpf der Niederdrucksäule einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage mit zwei oder mehr Säulen entnommen werden. Nach der (Pseudo-)Verdampfung wird der Hochdrucksauerstoff üblicherweise auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und als gasförmiges Druckprodukt gewonnen.
  • 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 DE 10302389 A1 , DE 10334559 A1 , DE 10334560 A1 , DE 10332863 A1 , EP 1544559 A1 , EP 1585926 A1 , DE 10 2005 029 274 A1 EP 1666824 A1 , oder EP 1672301 A1 .
  • Ein Plattenwärmetauscherblock weist eine Mehrzahl von Passagen auf, die durch parallel zueinander angeordnete und beabstandete plattenförmige Wände abgegrenzt sind. Zwischen den Wänden sind gewellte Bleche angeordnet, sogenannte Fins. Der Korpus eines Plattenwärmetauschers umfasst diese Wände, die gewellten Bleche und Dichtleisten (sogenannte Sidebars). Mit dem Korpus verbunden sind Sammler zur Zuführung oder Ableitung von Fluiden aus den Passagen, die auch als Header bezeichnet werden.
  • Im flüssigen Sauerstoff einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage können sich auch Luftverunreinigungen anreichern, die weniger flüchtig als Sauerstoff sind und zumindest teilweise die Molekularsieb-Adsorber passieren können, die am Eintritt der Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage angeordnet sind. Durch Fehlbetrieb der Anlage kann es bei der Verdampfung des Sauerstoffs in der Phasengrenzfläche zwischen flüssigem und gasförmigem Sauerstoff zu einer Anreicherung von Kohlenwasserstoffen kommen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine entsprechende Vorrichtung anzugeben, die besonders stabil betrieben werden können und insbesondere tolerant gegenüber Fehlbedienungen sind.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zur Verdampfung des Hochdrucksauerstoffs ein Plattenwärmetauscherblock eingesetzt wird, dessen Korpus aus Kupfer, Nickel, einer Kupferlegierung oder einer Nickellegierung besteht. Der Plattenwärmetauscher wird also auf Kupfer- oder Nickelbasis hergestellt, vorzugsweise im Lötverfahren.
  • Als Kupferlegierung wird hier eine Legierung bezeichnet, die einen Kupferanteil von mehr als 50 mol-%, vorzugsweise mehr als 65 mol-%, insbesondere mehr als 80 mol-% aufweist.
  • Als Nickellegierung wird hier eine Legierung bezeichnet, die einen Nickelanteil von mehr als 40 mol-%, vorzugsweise mehr als 50 mol-%, insbesondere mehr als 65 mol-% aufweist.
  • Es wird damit ein Wärmetauscherwerkstoff eingesetzt, der nicht brennbar ist und deshalb eine höhere Toleranz gegenüber Anlagenfehlbedienung aufweist als herkömmliche Aluminium-Plattenwärmetauscher. Das Verfahren und die entsprechende Vorrichtung weisen deshalb eine erhöhte Toleranz gegenüber Anlagenfehlbedienung auf.
  • Wenn das Wärmetauschersystem aus zwei oder mehr Plattenwärmetauscherblöcken besteht, sind vorzugsweise die Korpusse aller Plattenwärmetauscherblöcke aus Kupfer, Nickel, einer Kupferlegierung oder einer Nickellegierung hergestellt.
  • Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 3 beziehungsweise 4.
  • In einem ersten konkreten Ausführungsbeispiel wird ein flüssiger Sauerstoffstrom aus dem Sumpf der Niederdrucksäule eines Zwei-Säulen-Luftzerlegers in einer Pumpe auf einen erhöhten Druck von 80 bar gebracht. Der flüssige Hochdrucksauerstoff wird in ein Wärmetauschersystem eingeleitet, das auch zur Abkühlung der Einsatzluft für den Luftzerleger dient und in dem Beispiel aus einem einzigen Plattenwärmetauscherblock besteht, in dem Einsatzluft und Sauerstoff im Gegenstrom geführt werden. Am warmen Ende des Wärmetauschers wird der verdampfte und auf etwa Umgebungstemperatur angewärmte Sauerstoffstrom als gasförmiger Druckproduktstrom abgezogen.
  • Erfindungsgemäß bestehen Wände, Fins und Sidebars des Plattenwärmetauscherblocks aus einer Kupferlegierung, die 80 mol-% Kupfer und als weitere Komponenten Ni, Sn, Pb und Fe enthält.
  • Ein zweites Ausführungsbeispiel unterscheidet sich dadurch von dem ersten, dass Wände, Fins und Sidebars des Plattenwärmetauscherblocks aus Reinkupfer mit einem Kupfergehalt von mehr als 99 mol-% besteht.
  • In beiden Ausführungsbeispielen sind die Header aus demselben Material wie der Korpus des Plattenwärmetauscherblocks gefertigt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 830805 [0003]
    • - DE 901542 [0003]
    • - US 2712738 [0003]
    • - US 2784572 [0003]
    • - DE 952908 [0003]
    • - DE 1103363 [0003]
    • - US 3083544 [0003]
    • - DE 1112997 [0003]
    • - US 3214925 [0003]
    • - DE 1124529 [0003]
    • - DE 1117616 [0003]
    • - US 3280574 [0003]
    • - DE 1226616 [0003]
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    • - DE 1229561 [0003]
    • - US 3222878 [0003]
    • - DE 1199293 [0003]
    • - DE 1187248 [0003]
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    • - EP 1146301 A1 [0003]
    • - EP 1150082 A1 [0003]
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    • - EP 1284404 A1 [0003]
    • - US 2003051504 A1 [0003]
    • - EP 1308680 A1 [0003]
    • - US 6612129 B2 [0003]
    • - DE 10213212 A1 [0003]
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    • - US 10238282 A1 [0003]
    • - US 10302389 A1 [0003]
    • - DE 10334559 A1 [0003]
    • - DE 10334560 A1 [0003]
    • - DE 10332863 A1 [0003]
    • - EP 1544559 A1 [0003]
    • - EP 1585926 A1 [0003]
    • - DE 102005029274 A1 [0003]
    • - EP 1666824 A1 [0003]
    • - EP 1672301 A1 [0003]

Claims (4)

  1. Verfahren zur Erzeugung von gasförmigem Drucksauerstoff, bei dem ein Sauerstoffstrom in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck von mehr als 6 bar, insbesondere mehr als 10 bar, insbesondere mehr als 20 bar gebracht wird, unter diesem erhöhten Druck in ein Wärmetauschersystem eingeleitet wird, das mindestens einen Plattenwärmetauscherblock aufweist, und in diesem Wärmetauschersystem durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Heizfluid verdampft oder pseudo-verdampft wird, wobei der Sauerstoffstrom stromabwärts des Wärmetauschersystems als gasförmiger Druckproduktstrom abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Korpus des Plattenwärmetauscherblocks aus Kupfer, Nickel, einer Kupferlegierung oder einer Nickellegierung hergestellt ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschersystem aus zwei oder mehr Plattenwärmetauscherblöcken besteht, wobei die Korpusse aller Plattenwärmetauscherblöcke aus Kupfer, Nickel, einer Kupferlegierung oder einer Nickellegierung hergestellt sind.
  3. Vorrichtung zur Erzeugung von gasförmigem Drucksauerstoff mit einer Krypton-Xenon-Anreicherungssäule, mit Mitteln zum Entnehmen eines Krypton-Xenon-Konzentrats aus dem unteren Bereich der Krypton-Xenon-Anreicherungssäule, wobei die Krypton-Xenon-Anreicherungssäule einen Sumpfkondensator aufweist, wobei die Krypton-Xenon-Anreicherungssäule einen Sumpfkondensator aufweist, der als K_V ausgebildet ist und einen Plattenwärmetauscherblock aufweist, mit Mitteln zum Einleiten von Flüssigkeit aus dem unteren Bereich der Krypton-Xenon-Anreicherungssäule in den Verdampfungsraum des Sumpfkondensators, mit Mitteln zur Einleitung von in dem Verdampfungsraum gewonnenem Gas in die Krypton-Xenon-Anreicherungssäule und mit Mitteln zum Einleiten eines Heizfluids in den Kondensationsraum des Sumpfkondensators, dadurch gekennzeichnet, dass der Korpus des Plattenwärmetauscherblocks aus Kupfer, Nickel, einer Kupferlegierung oder einer Nickellegierung hergestellt ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfkondensator der Krypton-Xenon-Anreicherungssäule als Badverdampfer ausgebildet ist.
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