DE19904526A1 - Luftdestillationsanlage und zugehörige Kältebox - Google Patents
Luftdestillationsanlage und zugehörige KälteboxInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Luftdestillationsanlage, um
fassend zumindest eine Mitteldrucksäule, eine Niederdruck
säule und einen Verdampfer-Kondensator, wobei die Mittel
drucksäule mit einer Leitung zur Zufuhr von zu destillieren
der Luft verbunden ist und der Verdampfer-Kondensator den
Wärmeaustausch zwischen den Fluiden aus dem Kopf der Mittel
drucksäule und denen aus dem Sumpf der Niederdrucksäule
ermöglicht.
Die Erfindung betrifft insbesondere Luftdestillationsanlagen
mit Destillationssäulen, die eine strukturierte Befüllung
haben, z. B. eine vom "kreuzgewellten" Typ.
Eine solche strukturierte Befüllung hat gegenüber herkömm
lichen Destillationsböden hinsichtlich des Druckverlust es
einen beträchtlichen Vorteil und erlaubt daher erhebliche
Einsparungen beim Betrieb von Luftdestillationsanlagen.
Hingegen ist eine Destillationssäule mit strukturierter
Befüllung bei gleicher theoretischer Anzahl an Böden wesent
lich höher als eine Säule mit Böden.
Die große Höhe (z. B. etwa 60 m) der Destillationsdoppel
säulen mit strukturierter Befüllung wirft zahlreiche Proble
me auf.
Einerseits ist es schwierig, wenn nicht gar unmöglich, diese
Säulen werkseitig betriebsfertig zusammenzusetzen und zum
Standort der Anlage zu bringen.
Andererseits müssen zum Aufstellen der Doppelsäulen am
Standort schwere Hebevorrichtungen eingesetzt und für das
Personal spezielle Sicherheitsvorkehrungen, insbesondere
wegen der beträchtlichen Arbeitshöhen, getroffen werden.
Zudem sind teuer zu installierende Mittel erforderlich,
damit die aufgestellten, von Wärmedämmwänden umgebenen Dop
pelsäulen Wind und Erdbeben standhalten.
Schließlich werfen die Abmessungen der aufgestellten Doppel
säulen Probleme durch ungleichmäßige thermische Dehnung bei
Sonneneinstrahlung auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Probleme zu
lösen und insbesondere eine Anlage der einleitend genannten
Gattung bereit zustellen, die billiger und leichter zu er
richten ist.
Die Erfindung hat eine Luftdestillationsanlage der einlei
tend genannten Gattung zum Gegenstand, die zumindest zwei
nebeneinander angeordnete Einheiten, nämlich eine erste, die
Mitteldrucksäule umfassende Einheit und eine zweite, die
Niederdrucksäule umfassende Einheit, und mindestens ein
Mittel zur Aufwärtsbewegung von Flüssigkeit umfaßt, um einen
Flüssigkeitsstrom zwischen einer der Säulen und dem Ver
dampfer-Kondensator zu erzeugen.
Nach besonderen Ausführungsformen der Erfindung kann die
Anlage mindestens eines der folgenden Merkmale aufweisen:
- - mindestens eine der Säulen ist mit einer inneren strukturierten Befüllung versehen;
- - die Mitteldrucksäule und die Niederdrucksäule sind jeweils aus einem einzigen Abschnitt hergestellt;
- - die Anlage umfaßt eine dritte Einheit, die eine Wärme austauschleitung zur Kühlung der zu destillierenden Luft umfaßt, und die drei Einheiten sind nebeneinander angeordnet;
- - der untere Bereich des Verdampfer-Kondensators ist im wesentlichen auf der gleichen Höhe wie das obere Ende der Mitteldrucksäule angeordnet und das Mittel zum Aufwärtsfördern von Flüssigkeit umfaßt ein Mittel, um flüssigen Sauerstoff aus dem Sumpf der Nieder drucksäule zu dem Verdampfer-Kondensator zu leiten;
- - der Verdampfer-Kondensator gehört zur ersten Einheit und liegt auf der Mitteldrucksäule;
- - der Verdampfer-Kondensator liegt auf der Wärmeaus tauschleitung;
- - der Verdampfer-Kondensator ist im wesentlichen auf der gleichen Höhe wie der Sumpf der Niederdrucksäule an geordnet und die Mittel zum Aufwärtsfördern von Flüs sigkeit umfassen ein Mittel, um flüssigen Stickstoff aus dem Verdampfer-Kondensator zu dem Kopf der Nieder drucksäule zu leiten;
- - der Verdampfer-Kondensator gehört zur zweiten Einheit und die Niederdrucksäule liegt auf dem Verdampfer-Kon densator;
- - der Verdampfer-Kondensator ist unterhalb der Wärmeaus tauschleitung angeordnet;
- - der Verdampfer-Kondensator gehört zur dritten Einheit und die dritte Einheit ist von einer Wärmedämmwand umgeben, die zumindest dem Verdampfer-Kondensator und der Wärmeaustauschleitung gemeinsam zugeordnet ist;
- - die Wärmeaustauschleitung und der Verdampfer-Kondensa tor sind von getrennten Wärmedämmwänden umgeben;
- - der Verdampfer-Kondensator ist ein Verdampfer-Konden sator des Flüssigsauerstoffrieseltyps;
- - die dritte Einheit ist nahe an der zweiten Einheit angeordnet, um die Druckverluste zwischen der Wärme austauschleitung und der Niederdrucksäule in den Lei tungen, die diese verbinden, zu begrenzen;
- - die Zentren der ersten, der zweiten und der dritten Einheit bilden von oben gesehen im wesentlichen ein Dreieck oder ein L oder liegen nahezu auf einer Geraden;
- - jede der Einheiten ist von einer eigenen Wärmedämmwand umgeben, so daß jeweils eine separate Kältebox ent steht;
- - mindestens zwei der Einheiten sind von einer gemeinsa men Wärmedämmwand umgeben und die verbleibende Einheit ist von einer eigenen Wärmedämmwand umgeben, so daß zwei Kälteboxen entstehen;
- - die erste und die zweite Einheit sind von einer ge meinsamen Wärmedämmwand umgeben;
- - die drei Einheiten sind von einer gemeinsamen Wärme dämmwand umgeben, so daß eine einzige Kältebox ent steht;
- - die Anlage umfaßt eine vierte Einheit, die eine Argon produktionssäule umfaßt, und diese vierte Einheit ist neben den anderen Einheiten angeordnet, insbesondere nahe an der zweiten Einheit, um die Druckverluste zwi schen der Argonproduktionssäule und der Niederdruck säule in den Leitungen, die diese verbinden, zu be grenzen;
- - die vierte Einheit ist von einer eigenen Wärmedämmwand umgeben, so daß eine separate Kältebox entsteht;
- - die Argonproduktionssäule besteht aus mindestens zwei Abschnitten, die beide von der Wärmedämmwand umgeben sind;
- - die Argonproduktionssäule besteht aus mindestens zwei Abschnitten, die nebeneinander angeordnet sind und je weils von einer eigenen Wärmedämmwand umgeben sind, so daß ebensoviele separate Kälteboxen entstehen;
- - die Anlage umfaßt zudem eine fünfte Einheit, die eine Säule zum Mischen eines Gases und einer Flüssigkeit umfaßt, und diese fünfte Einheit ist neben den anderen Einheiten, insbesondere nahe der dritten Einheit, an geordnet, um die Druckverluste zwischen der Mischsäule und der Wärmeaustauschleitung in den Leitungen, die diese verbinden, zu begrenzen;
- - die fünfte Einheit ist von einer eigenen Wärmedämmwand umgeben, so daß eine separate Kältebox entsteht;
- - jede der Einheiten hat eine Höhe von ungefähr 30 m oder weniger; und
- - die Anlage umfaßt mindestens zwei Einheiten, die über ein unter einem nahe dem Niederdruck liegenden Druck stehendes Rohrleitungssystem verbunden sind, und diese Einheiten liegen nahe beieinander, um die Druckver luste in dieser oder diesen Leitungen zu begrenzen.
Des weiteren hat die Erfindung eine Kältebox zum Gegenstand,
umfassend zumindest eine Konstruktion zur Aufnahme eines
kryogenen Fluids und zumindest eine Wärmedämmwand, die diese
Konstruktion umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kälte
box eine Kältebox zum Bau einer Anlage nach obiger Defini
tion ist.
Die Kältebox kann mindestens eines der folgenden Merkmale
aufweisen:
- - sie hat eine Höhe von ungefähr 30 m oder weniger; und
- - sie ist vorgefertigt und zum Transport zur Baustelle einer Luftdestillationsanlage bestimmt.
Ausführungsbeispiele nach der Erfindung sind in der Zeich
nung schematisch vereinfacht dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 eine Ansicht einer ersten Ausführungsform
einer Luftdestillationsanlage nach der Er
findung;
Fig. 2A eine Aufsicht auf die Anlage nach Fig. 1;
Fig. 2B bis 2E Aufsichten alternativer Ausführungsformen
der Anlage nach Fig. 1;
Fig. 3 eine Ansicht einer zweiten Luftdestilla
tionsanlage nach der Erfindung;
Fig. 4A eine Aufsicht auf die Anlage nach Fig. 3;
Fig. 4B und 4C Aufsichten alternativer Ausführungsformen
der Anlage nach Fig. 3;
Fig. 4D eine Aufsicht der Anlage nach Fig. 4C;
Fig. 5A bis 5C Aufsichten einer dritten Ausführungsform
einer Luftdestillationsanlage nach der Er
findung und Abwandlungen dieser Anlage;
Fig. 6A bis 6C
und 7 Aufsichten auf drei Alternativen einer vier
ten Ausführungsform und eine fünfte Ausfüh
rungsform einer Luftdestillationsanlage nach
der Erfindung; und
Fig. 8 und 9 Aufsichten einer sechsten und einer siebten
Ausführungsform einer Luftdestillationsan
lage nach der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Luftdestillationsanlage 1, die im wesent
lichen eine Mitteldrucksäule 2, eine Niederdrucksäule 3,
einen Verdampfer-Kondensator 4, eine Hauptwärmeaustauschlei
tung 5, eine Pumpe 6, eine Vorrichtung 7 zur Reinigung von
Luft mittels Adsorption und einen Hauptluftverdichter 8
umfaßt.
Die Säulen 2 und 3 haben eine strukturierte, z. B. kreuzgewellte
Befüllung und bestehen jeweils aus einem einzigen
Abschnitt oder Schuß. Ein Beispiel einer Befüllung ist in
der US -A-5 262 095 beschrieben.
Der Verdampfer-Kondensator 4, der den Wärmeaustausch zwi
schen den Fluiden aus dem Kopf der Säule 2 und denen aus dem
Sumpf der Säule 3 in eine Wärmeaustauschbeziehung ermög
licht, wie unten beschrieben, arbeitet mit rieselndem Flüs
sigsauerstoff.
Der Verdampfer-Kondensator 4 umfaßt wie übliche einen Wärme
austauscher, der aus mehreren parallelen Platten besteht,
zwischen denen Kanäle mit planarem Querschnitt liegen, die
gewellte Abstandshalter enthalten, deren Erzeugenden über
über den größten Teil der Höhe der Kanäle vertikal verlau
fen.
Einige der Kanäle des Austauschers dienen zur Zirkulation
gasförmigen Stickstoffs aus dem Kopf der Mitteldrucksäule 2.
Während der gasförmige Stickstoff die Kanäle durchströmt,
kondensiert er. In anderen Kanäle tröpfelt flüssiger Sauer
stoff aus dem Sumpf der Niederdrucksäule 3 abwärts und ver
dampft durch indirekten Wärmeaustausch mit dem kondensieren
den, gasförmigen Stickstoff aus dem Kopf der Mitteldruck
säule 2. Das Tröpfeln des flüssigen Sauerstoffs erfolgt so,
daß aus dem Verdampfer-Kondensator 4 ein Überschuß an flüs
sigem Sauerstoff an einem unteren Auslaß 9 gewonnen wird.
Die sehr schematisch dargestellte Hauptwärmeaustauschleitung
5 umfaßt wie üblich eine Anzahl an Wärmeaustauschern, die in
Reihe und/oder parallel angeordnet sind.
Die Anlage 1 umfaßt drei Einheiten, die nebeneinander ange
ordnet sind (Fig. 2A), nämlich eine erste Einheit 10, die
die Mitteldrucksäule 2 und den über dieser Säule befindli
chen Verdampfer-Kondensator 4 umfaßt, eine zweite Einheit
11, die die Niederdrucksäule 3 und die Pumpe 6 umfaßt, und
eine dritte Einheit 12, die die Hauptwärmeaustauschleitung
5 umfaßt.
Die drei Einheiten 10, 11 und 12 sind jeweils von einer
eigenen Wärmedämmwand 13, 14, 15 umgeben und bilden so drei
getrennte Kälteboxen, die jeweils von einer der Wände 13,
14, 15 umgeben sind und ebendiese Bezugsziffern haben.
Die dritte Einheit 12 liegt zwischen den ersten zwei Ein
heiten 10 und 11. Die Mitten oder Zentren der drei Einheiten
10, 11 und 12, die in Fig. 2A mit Kreuzen gekennzeichnet
sind, liegen im wesentlichen auf einer Geraden.
Im Betrieb wird über eine Leitung 17 eingeleitete, gasför
mige Luft mittels des Verdichters 8 auf einen mittleren
Druck verdichtet und dann, während sie die Apparatur 7
durchströmt, von Wasser und CO2 gereinigt. Die gereinigte
Luft wird dann, während sie die Wärmeaustauschleitung 5
durchströmt, stark abgekühlt und dann, nahe an ihrem Tau
punkt, in den Sumpfbereich der Mitteldrucksäule 2 eingelei
tet.
Über eine Leitung 18 wird gasförmiger Stickstoff aus dem
Kopf der Mitteldrucksäule 2 zu einem oberen Einlaß des
Verdampfer-Kondensators 4 gefördert. Über eine Leitung 19
wird der kondensierte Stickstoff von einem unteren Auslaß
des Verdampfer-Kondensators 4 in den Kopf der Mitteldruck
säule 2 zurückgeleitet. Der zu verdampfende, flüssige Sauer
stoff wird aus dem Sumpf der Niederdrucksäule 3 abgezogen
und über eine mit der Pumpe 6 ausgestattete Leitung 20 zu
einem oberen Einlaß des Verdampfer-Kondensators 4 geleitet.
Der Großteil des gepumpten Sauerstoffs wird verdampft und
dann über eine Leitung 21 in den Sumpf der Niederdrucksäule
3 zurückgeleitet.
Der nach dem Herabrieseln überschüssige flüssige Sauerstoff
wird über eine am Auslaß 9 angeschlossene Leitung 22 in den
Sumpf der Niederdrucksäule 3 zurückgeleitet.
"Reiche Flüssigkeit" LR (sauerstoffangereicherte Luft) wird
aus dem Sumpf der Mitteldrucksäule 2, nach Entspannung
mittels eines Druckminderventils 23, auf einer mittleren
Höhe in die Niederdrucksäule 3 geleitet.
"Arme Flüssigkeit" LP (im wesentlichen reiner Stickstoff)
wird aus dem Kopf der Mitteldrucksäule 2 nach Entspannung in
einem Druckminderventil 24 in den Kopf der Niederdrucksäule
3 eingeleitet.
Roh- oder "Rest"-Stickstoff NR, der über eine Leitung 25 aus
dem Kopf der Niederdrucksäule 3 abgezogen wird, wird in der
Wärmeaustauschleitung 5 durch indirekten, gegenstromartigen
Wärmeaustausch mit der zu destillierenden, die Leitung 5
durchströmenden Luft angewärmt. Das Gas RN wird, nachdem es
ggfs. einen der zwei Adsorber der Apparatur 7 regeneriert
hat, über eine Leitung 26 abgezogen.
Gasförmiger Sauerstoff OG, der aus dem Sumpf der Nieder
drucksäule 3 über eine Leitung 27 abgezogen wird, wird,
während er die Wärmeaustauschleitung 5 durchströmt, durch
indirekten, gegenstromartigen Wärmeaustausch mit der zu
destillierenden, die Leitung 5 durchströmenden Luft ange
wärmt und dann über eine Produktionsleitung 28 abgegeben.
Die Anlage 1 ist wirtschaftlicher und leichter zu bauen als
die einleitend beschriebenen Anlagen nach dem Stand der
Technik.
Dies liegt an den drei Kälteboxen 13, 14 und 15, die eine
Höhe von weniger als 30 m aufweisen und jeweils vertikale
und horizontale Abmessungen haben, die kleiner als die einer
Kältebox sind, die, jeweils übereinander angeordnet, die
Säulen 2 und 3 und den Verdampfer-Kondensator 4, d. h. eine
herkömmliche Doppelsäule, zusammen mit der Austauschleitung
5 enthält.
So kann jede der Kälteboxen 13 bis 15 im Werk vorgefertigt
und dann an den Standort transportiert werden, wo nur noch
eine begrenzte Anzahl der Arbeitsschritte zur Fertigstellung
der Anlage 1 notwendig ist.
Wegen der geringen Abmessungen genügen kleinere Hebevor
richtungen zur Installation vor Ort. Außerdem können die zu
ergreifenden Maßnahmen zur Sicherung des Personals während
des Errichtens und zur Sicherung der vor Ort installierten
Kälteboxen gegen Wind, Erdbeben und Sonnenstrahlung verrin
gert werden.
Schließlich ermöglicht die Anordnung der zweiten Einheit 11
nahe an der dritten Einheit 12 die Druckverluste in den die
Säule 3 mit der Leitung 5 verbindenden Niederdruckleitungen
25 und 27 und damit den Verdichtungsbedarf zu verringern und
daher die Betriebskosten der Anlage 1 zu optimieren.
Wie in den Fig. 2B bis 2E dargestellt, sind andere Anord
nungen der Einheiten 10, 11 und 12 möglich. Diese haben je
weils die gleichen Vorteile wie die Anordnung nach Fig. 2A
und hängen von dem verfügbaren Platz an dem Produktions
standort ab.
In Fig. 2B sind die drei Einheiten 10, 11 und 12 so ange
ordnet, daß ihre Zentren im wesentlichen auf einer Geraden
liegen, wobei die Einheit 11 zwischen den Einheiten 10 und
12 liegt.
In den Fig. 2C und 2D sind die Einheiten 10, 11 und 12 so
angeordnet, daß ihre Zentren im wesentlichen ein L bilden.
In Fig. 2C liegt die Einheit 12 zwischen den Einheiten 10
und 11 und in Fig. 2D liegt die Einheit 11 zwischen den
Einheiten 10 und 12.
In Fig. 2E sind die Einheiten 10, 11 und 12 so angeordnet,
daß ihre Zentren im wesentlichen ein gleichseitiges Dreieck
aufspannen.
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Luftdestil
lationsanlage 1 nach der Erfindung. Diese unterscheidet sich
von der nach Fig. 1 wie folgt.
Der Verdampfer-Kondensator 4 gehört hier zu der dritten
Einheit 12 und ist oberhalb der Wärmeaustauschleitung 5
angeordnet. Der untere Teil des Verdampfer-Kondensator 4 ist
mehr oder weniger auf derselben Höhe wie das obere Ende (in
Fig. 3 oben) der Mitteldrucksäule 2 angeordnet.
Eine gemeinsame Wärmedämmwand 30 umgibt die zweite Einheit
11 und die dritte Einheit 12, und bildet dabei eine erste
Kältebox, die von der Wand 30 begrenzt ist und ebendiese
Bezugsziffer hat. Die Anlage 1 umfaßt also zwei Kälteboxen
13 und 30 und ermöglicht Einsparungen bei den Wärmedämm
wänden.
Eine gute Wärmedämmung zwischen dem heißen Ende der Wärme
austauschleitung 5 und dem unteren Teil des Verdampfer-
Kondensators 5 wird z. B. durch zwischen diesen beiden lie
gende Luft und/oder Perlit erreicht.
Wie in Fig. 4A gezeigt, liegen die Zentren der Einheiten
10, 11 und 12 im wesentlichen auf einer Geraden, und zwar in
der gleichen Reihenfolge wie in Fig. 2A. Der Verdampfer-
Kondensator 4 ist in Fig. 4A nicht dargestellt.
Andere Anordnungen der Einheiten 10, 11 und 12 relativ
zueinander sind möglich, wie beispielhaft in Fig. 4B darge
stellt. Dort bilden die Zentren der Einheiten 10, 11 und 12
im wesentlichen ein L.
Bei einer anderen, in den Fig. 4C und 4D dargestellten
Ausführungsform sind die erste und die zweite Einheit 10 und
11 von einer gemeinsamen Wärmedämmwand 31 zur Bildung einer
einzigen Kältebox, die ebendiese Bezugsziffer hat, umgeben.
Der in Fig. 4C nicht dargestellte Verdampfer-Kondensator 4
ist ähnlich wie in den vorstehenden Beispielen oberhalb der
Wärmeaustauschleitung 5 angeordnet, ist aber nicht Bestand
teil der dritten Einheit 12.
Die dritte Einheit 12, die die Wärmeaustauschleitung 5
umfaßt, ist von einer eigenen Wärmedämmwand 15 zur Bildung
einer separaten Kältebox, die ebendiese Bezugsziffer hat,
umgeben. Der Verdampfer-Kondensator 4 ist von einer separa
ten Wärmedämmwand 15' zur Bildung einer separaten Kältebox
umgeben, die eben diese Bezugsziffer hat und die an der
Kältebox 15 befestigt ist. Die drei Einheiten 10, 11 und 12
sind so angeordnet, daß ihre Zentren auf einer Geraden
liegen, wobei die zweite Einheit 11 nahe an der dritten
Einheit 12 und zwischen den Einheiten 10 und 12 liegt.
Diese alternative Ausführungsform ermöglicht es, mehrere
Kälteboxen 15 und 15', die jeweils die Wärmeaustauscher
umfassen, und eine Kältebox 31, die Säulen 2 und 3 umfaßt,
getrennt herzustellen.
Fig. 5A bis 5C zeigen eine dritte Ausführungsform einer
Luftdestillationsanlage 1 nach der Erfindung. Diese Anlage
unterscheidet sich wie folgt von der nach Fig. 1. Die Ein
heiten 10, 11 und 12 sind von einer gemeinsamen Wärmedämm
wand 32 umgeben, so daß eine einzige Kältebox entsteht, die
von der Wand 32 begrenzt ist und ebendiese Bezugsziffer hat.
Wie bei der Anlage 1 nach den Fig. 1 bis 2E kann die An
ordnung der Einheiten 10, 11 und 12 relativ zueinander vari
ieren. So können, wie beispielhaft in den Fig. 5A bis 5C
dargestellt, die Einheiten 10, 11 und 12 so angeordnet sein,
daß ihre Zentren im wesentlichen ein L, ein gleichseitiges
Dreieck oder eine Gerade bilden.
Selbstverständlich kann die Anlage weitere Bestandteile
umfassen, die ggfs. in den bestehenden Kältebox(en) enthal
ten sein können, z. B. Destillationssäulen, die aus einem
oder mehreren Abschnitten bestehen und z. B. Argon mitprodu
zieren, Lagertanks oder eine Säule zum Mischen eines Gases
und einer Flüssigkeit, einen externen Verdampfer-Kondensa
tor, eine sog. "Etienne"-Säule, die z. B. in der US-A-2 699 046
beschrieben ist, eine Säule zur Produktion von wirklich
reinem Argon mittels Destillation, usw.
Fig. 6A zeigt eine Luftdestillationsanlage 1, die der nach
Fig. 2E ähnelt und zudem eine vierte Einheit 33 umfaßt, die
im wesentlichen eine Säule 34 zur Produktion von Rohargon
enthält.
Die vierte Einheit 33 ist von einer eigenen Wärmedämmwand 35
zur Bildung einer separaten Kältebox umgeben, die ebendiese
Bezugsziffer hat und eine Höhe von weniger als 30 m auf
weist.
Die vierte Einheit 33 liegt nahe an der zweiten Einheit 11,
um die Druckverluste in den (nichtdargestellten) Leitungen
zu begrenzen, die wie üblich die Säule 34 mit der Nieder
drucksäule 3 verbinden.
Fig. 6B zeigt eine alternative Ausführungsform der Anlage
1 nach Fig. 6A. Diese Anlage unterscheidet sich von letzte
rer darin, daß die Säule 34 aus zwei nebeneinander angeord
neten Abschnitten besteht, nämlich einem ersten Abschnitt
36, der mit einem ternären Gemisch (Ar, N2 und O2), das aus
der Niederdrucksäule 3 stammt, versorgt wird, und einem
zweiten Abschnitt 37, dessen Sumpf mit dem Kopf des ersten
Abschnitts 36 verbunden ist. Eine solche Ausführungsform aus
zwei Abschnitten ist in der EP-A-628 277 beschrieben.
Die zwei Abschnitte 36 und 37 sind jeweils von einer eigenen
Wärmedämmwand 38, 39 zur Bildung von zwei getrennten Kälte
boxen umgeben, die eben diese Bezugsziffern haben und eine
Höhe von weniger als 30 m aufweisen.
Die Kälteboxen 13, 14, 38 und 39 sind so angeordnet, daß
ihre Zentren im wesentlichen ein Quadrat aufspannen, wobei
die Kältebox 38 nahe an der Kältebox 14 angeordnet ist. So
werden die Druckverluste in den Leitungen, die die Nieder
drucksäule 3 mit dem ersten Abschnitt 26 der Säule 34 ver
binden, verringert.
Fig. 6C zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der
Anlage 1 nach Fig. 6A, die sich von der nach Fig. 6B darin
unterscheidet, daß die zwei Abschnitte 36 und 37 der Argon
produktionssäule 34 von einer gemeinsamen Wärmedämmwand 35
zur Bildung einer Kältebox, die ebendiese Bezugsziffer hat
und weniger als 30 m Höhe aufweist, umgeben sind.
Fig. 7 zeigt eine fünfte Ausführungsform einer Luftdestil
lationsanlage 1 nach der Erfindung, die sich von der nach
Fig. 6A darin unterscheidet, daß sie eine fünfte Einheit 41
umfaßt, die eine Säule 42 zur Mischung einer Flüssigkeit und
eines Gases aufweist.
Eine Mischsäule ist eine kryogene Konstruktion zum Zurück
halten von Fluid zur Mischung eines Gases und einer Flüssig
keit, z. B. von gasförmiger Luft und flüssigem Sauerstoff
unter mittlerem Druck, wie in der FR-B-2 143 986 beschrie
ben.
Die Zentren der Einheiten 10, 11, 41 und 12 spannen im
wesentlichen einen Rhombus auf.
Die fünfte Einheit 41 liegt neben den Einheiten 10, 11, 12
und 33 und nahe an der dritten Einheit 12.
Die Druckverluste in den Leitungen, die wie üblich die
Wärmeaustauschleitung 5 und die Mischsäule 41 zur Herstel
lung von Rohsauerstoff funktionsmäßig verbinden, verringern
sich dadurch.
Selbstverständlich sind andere Anordnungen der Einheiten der
vierten und der fünften Ausführungsform relativ zueinander
möglich, die ebenfalls die Druckverluste, insbesondere in
den Niederdruckleitungen, z. B. ausgehend von den in den
Fig. 2A bis 2E, 4A bis 4C und 5A bis 5C dargestellten
Anordnungen, begrenzen.
Fig. 8 zeigt schematisch eine sechste Ausführungsform einer
Luftdestillationsanlage 1. Diese unterscheidet sich von der
nach Fig. 3 wie folgt.
Der Verdampfer-Kondensator 4 ist ein Verdampfer-Kondensator
mit Bad, der unterhalb der Wärmeaustauschleitung 5 angeord
net ist, und zwar etwa auf derselben Höhe wie der Sumpf der
Niederdrucksäule 3.
Der Zufuhr von flüssigem Sauerstoff aus dem Sumpf der Nie
derdrucksäule 3 zu dem Verdampfer-Kondensator 4 erfolgt hy
drostatisch. Eine Pumpe in der Leitung 20 ist nicht erfor
derlich.
Hingegen liegt in der Leitung 19 eine Pumpe, um den flüssi
gen Stickstoff aus dem unteren Teil des Verdampfer-Kondensa
tors zu dem Kopf der Mitteldrucksäule 2 zu heben.
Fig. 9 zeigt eine siebte Ausführungsform einer Luftdestil
lationsanlage 1, die sich von der nach Fig. 8 wie folgt
unterscheidet.
Der Verdampfer-Kondensator 4 gehört zur zweiten Einheit 11
und die Niederdrucksäule 2 liegt auf dem Verdampfer-Kon
densator 4.
Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind
die Mitteldrucke höher als die Niederdrucke.
Die Betriebsdrucke der Mitteldrucksäule 2 und der Nieder
drucksäule 3 liegen typisch zwischen ungefähr 5 und 7 Bar
bzw. zwischen ungefähr 1 und 2 Bar. Sie können aber auch
außerhalb dieser Bereiche liegen und ungefähr 15 bzw. unge
fähr 5 Bar annehmen.
Air Luft
LP arme Flüssigkeit
LR reiche Flüssigkeit
NG gasförmiger Stickstoff
NL flüssiger Stickstoff
NR Rohstickstoff
OG gasförmiger Sauerstoff
OL flüssiger Sauerstoff
LP arme Flüssigkeit
LR reiche Flüssigkeit
NG gasförmiger Stickstoff
NL flüssiger Stickstoff
NR Rohstickstoff
OG gasförmiger Sauerstoff
OL flüssiger Sauerstoff
Claims (30)
1. Luftdestillationsanlage (1), umfassend zumindest eine
Mitteldrucksäule (2), eine Niederdrucksäule (3) und
zumindest einen Verdampfer-Kondensator (4), wobei die
Mitteldrucksäule (2) mit zumindest einer Leitung (17)
zur Zufuhr von zu destillierender Luft verbunden ist
und der Verdampfer-Kondensator (4) den Wärmeaustausch
zwischen den Fluiden aus dem Kopf der Mitteldrucksäule
(2) und denen aus dem Sumpf der Niederdrucksäule (3)
ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage (1)
zumindest zwei nebeneinander angeordnete Einheiten
(10, 11) umfaßt, nämlich eine erste Einheit (10), die
die Mitteldrucksäule (2) umfaßt, und eine zweite Ein
heit (11), die die Niederdrucksäule (3) umfaßt, und
daß die Anlage (1) zumindest ein Mittel (6; 45) zum
Aufwärtsfördern von Flüssigkeit umfaßt, um einen Flüs
sigkeitsstrom zwischen einer der Säulen (3; 2) und dem
Verdampfer-Kondensator (4) zu erzeugen.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest eine der Säulen (2, 3) mit einer struktu
rierten inneren Befüllung versehen ist.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mitteldrucksäule (2) und die Niederdrucksäule
(3) jeweils aus einem einzigen Abschnitt hergestellt
sind.
4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Anlage eine dritte Einheit (12)
umfaßt, die eine Wärmeaustauschleitung (5) zur Kühlung
der zu destillierenden Luft umfaßt, und daß die drei
Einheiten (10, 11, 12) nebeneinander angeordnet sind.
5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß der untere Teil des Verdampfer-Kon
densators (4) mehr oder weniger auf derselben Höhe wie
das obere Ende der Mitteldrucksäule (2) liegt und daß
das Mittel zum Aufwärtsfördern von Flüssigkeit ein
Mittel (6) umfaßt, um flüssigen Sauerstoff aus dem
Sumpf der Niederdrucksäule (3) zu dem Verdampfer-Kon
densator (4) zu leiten.
6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der Verdampfer-Kondensator (4) zu der ersten Einheit
(10) gehört und auf der Mitteldrucksäule (2) liegt.
7. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der Verdampfer-Kondensator (4) oberhalb der Wärmeaus
tauschleitung (5) liegt.
8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Verdampfer-Kondensator (4) mehr
oder weniger auf derselben Höhe wie der Sumpf der Nie
derdrucksäule (3) liegt und daß das Mittel zum Auf
wärtsfördern von Flüssigkeit ein Mittel (45) umfaßt,
um flüssigen Stickstoff aus dem Verdampfer-Kondensator
(4) zu dem Kopf der Mitteldrucksäule (2) zu leiten.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
der Verdampfer-Kondensator (4) zu der zweiten Einheit
(11) gehört und daß die Niederdrucksäule (3) auf dem
Verdampfer-Kondensator (4) liegt.
10. Anlage nach einem der Ansprüche 5, 7, 8 und 10, da
durch gekennzeichnet, daß der Verdampfer-Kondensator
(4) zu der dritten Einheit (12) gehört und daß die
dritte Einheit (12) von einer Wärmedämmwand (30) umge
ben ist, die zumindest dem Verdampfer-Kondensator (4)
und der Wärmeaustauschleitung (5) gemeinsam zugeordnet
ist.
11. Anlage nach einem der Ansprüche 5, 7, 8 und 10, da
durch gekennzeichnet, daß der Verdampfer-Kondensator
(4) zur dritten Einheit (12) gehört und die dritte
Einheit (12) von einer Wärmedämmwand (30) umgeben ist,
die zumindest dem Verdampfer-Kondensator (4) und der
Wärmeaustauschleitung (5) gemeinsam zugeordnet ist.
12. Anlage nach einem der Ansprüche 5, 7, 8 und 10, da
durch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschleitung
(5) und der Verdampfer-Kondensator (4) von getrennten
Wärmedämmwänden (15, 15') umgeben sind.
13. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Verdampfer-Kondensator (4) ein
Verdampfer-Kondensator mit rieselndem Flüssigsauer
stoff.
14. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge
kennzeichnet, daß die dritte Einheit (12) nahe an der
zweiten Einheit (11) angeordnet ist, um die Druckver
luste zwischen der Wärmeaustauschleitung (5) und der
Niederdrucksäule (3) in den diese verbindenden Leitun
gen (25, 27) zu begrenzen.
15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zentren der ersten (1), der zweiten (11) und der
dritten (12) Einheit, von oben gesehen, im wesentli
chen ein Dreieck oder ein L aufspannen oder im wesent
lichen auf einer Geraden liegen.
16. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge
kennzeichnet, daß jede der Einheiten (10, 11, 12) von
einer eigenen Wärmedämmwand (13, 14, 15) umgeben ist,
so daß jeweils eine separate Kältebox entsteht.
17. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge
kennzeichnet, daß zumindest zwei (11, 12; 10, 11) der
Einheiten (10, 11, 12) von einer gemeinsamen Wärme
dämmwand (30; 31) umgeben sind und die verbleibende
Einheit (10; 12) von einer eigenen Wärmedämmwand (13)
umgeben ist, so daß zwei Kälteboxen entstehen.
18. Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste (10) und die zweite (11) Einheit von einer
gemeinsamen Wärmedämmwand (31) umgeben sind.
19. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge
kennzeichnet, daß die drei Einheiten (10, 11, 12) von
einer gemeinsamen Wärmedämmwand (32) umgeben sind, so
daß eine einzige Kältebox entsteht.
20. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch ge
kennzeichnet, daß sie eine vierte Einheit (33) umfaßt,
die eine Argonproduktionssäule (34) aufweist, und daß
die vierte Einheit (33) neben den anderen Einheiten
(10, 11, 12) angeordnet ist, insbesondere nahe der
zweiten Einheit (11), um die Druckverluste zwischen
der Argonproduktionssäule (34) und der Niederdruck
säule (3) in den Leitungen, die diese verbinden, zu
begrenzen.
21. Anlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß
die vierte Einheit (33) von einer eigenen Wärmedämm
wand (35) umgeben ist, so daß eine getrennte Kältebox
(35) entsteht.
22. Anlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß
die Argonproduktionssäule (34) aus zumindest zwei Ab
schnitten (36, 37) hergestellt ist, die beide von der
Wärmedämmwand (35) umgeben sind.
23. Anlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß
die Argonproduktionssäule (34) aus zumindest zwei Ab
schnitten (36, 37) besteht, die nebeneinander angeord
net sind und jeweils von einer eigenen Wärmedämmwand
(38, 39) umgeben sind, so daß ebensoviele getrennte
Kälteboxen entstehen.
24. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 23, in Kombina
tion mit Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie
eine fünfte Einheit (41) umfaßt, die eine Säule 42 zur
Mischung eines Gases und einer Flüssigkeit umfaßt, und
daß die fünfte Einheit (41) neben den anderen Einhei
ten (10, 11, 12, 33) angeordnet ist, insbesondere nahe
der dritten Einheit (12), um die Druckverluste zwi
schen der Mischsäule (42) und der Wärmeaustauschlei
tung (5) in den Leitungen, die diese verbinden, zu
begrenzen.
25. Anlage nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß
die fünfte Einheit (41) von einer eigenen Wärmedämm
wand (43) umgeben ist, so daß eine getrennte Kältebox
(43) entsteht.
26. Anlage nach eine der Ansprüche 1 bis 25, dadurch ge
kennzeichnet, daß jede der Einheiten (10, 11, 12, 33,
41) eine Höhe von ungefähr 30 m oder weniger aufweist.
27. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 26, umfassend
zumindest zwei Einheiten (11, 12, 33), die über zumin
dest eine Leitung verbunden sind, die unter einem nahe
am Niederdruck liegenden Druck steht, dadurch gekenn
zeichnet, daß diese Einheiten in enger Nachbarschaft
angeordnet sind, um die Druckverluste in dieser oder
diesen Leitungen zu begrenzen.
28. Kältebox (13 bis 15, 30 bis 32, 35, 38, 39, 43), um
fassend zumindest eine Konstruktion (2 bis 5, 34, 36,
37, 42) zur Aufnahme eines kryogenen Fluids und zumin
dest eine Wärmedämmwand, die diese Konstruktion um
gibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kältebox eine
Kältebox zur Konstruktion einer Anlage nach einem der
Ansprüche 16 bis 19, 21 bis 23 und 25 ist.
29. Kältebox nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß
sie eine Höhe von ungefähr 30 m oder weniger aufweist.
30. Kältebox nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekenn
zeichnet, daß sie in der Werkstatt gebaut ist und zu
einem Ort transportierbar ist, an dem eine Luftdestil
lationsanlage zusammengesetzt wird.
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