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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Destillationssäule in Kombination
mit einer Isolierungsstruktur oder einem Isolierungsbehälter. Die
Erfindung betrifft hauptsächlich
große
Destillationssäulen, zum
Beispiel Säulen
mit einem Durchmesser von etwa 3,5 m (etwa 11 Fuß) oder mehr und findet besondere
Anwendung in kryogenen bzw. Tieftemperatur-Destillationssäulen. Die
Erfindung könnte
jedoch auch mit anderen Zerlegungssäulen wie Kohlenwasserstoff-Gas-Zerlegungssäulen verwendet
werden.
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Es
gibt viele Beispiele einer Vorrichtung mit einer Destillationssäule und
einer Isolierungsstruktur oder einem Isolierungsbehälter. Zum
Beispiel offenbart die US-B-6
360 545 eine Vorrichtung mit einer kryogenen bzw. Tieftemperatur-Einheit,
zum Beispiel einer Luftzerlegungseinheit, und einer isolierenden Sicherheitsumhüllung. Die
Vorrichtung ist ausgelegt, um eine kryogene Flüssigkeit zu enthalten, die
von der kryogenen Einheit austritt, und ist besonders für Offshore-Anwendungen
geeignet.
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Gegenwärtig beträgt die maximale
Produktion von Sauerstoff aus einer Luftzerlegungsanlage etwa 3500
metrische Tonnen/Tag (etwa 3860 amerikanische Tonnen/Tag). Man nimmt
an, dass es in den nächsten
Jahren einen Bedarf für
Anlagen geben wird, die Sauerstoff bei einer Rate erzeugen können, die
deutlich über
3500 metrischen Tonnen/Tag (3860 amerikanischen Tonnen/Tag) liegt.
Ein Weg, um diesen Bedarf zu erfüllen,
wäre die
parallele Bereitstellung von mehreren herkömmlichen Sauerstoffanlagen.
Ein weiterer Weg würde
jedoch die Verwendung einer Säule
mit einem größeren Durchmesser,
z. B. einem Durchmesser von etwa 6 m (etwa 20 Fuß) sein.
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Die
maximale Größe einer
kryogenen bzw. Tieftemperatur-Luftdestillationssäule ist durch eine Reihe von
Faktoren begrenzt. Ein solcher Faktor ist die Fähigkeit der endgültig fertigen
Säule,
auf der Straße
transportiert zu werden.
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Herkömmlicherweise
werden kleinere kryogene bzw. Luftdestillationssäulen, z. B. jene mit einem
Durchmesser von 3 m (10 Fuß)
oder weniger, in der Regel in einer Isolierungsstruktur oder "Kühlbox" transportiert. Die Kombination wird
in der Regel horizontal über
die Straße
auf einem Lastwagen mit einer niedrigen Ladeplattform transportiert.
Solche Säulen werden
in der Regel auf speziell ausgeführten "Transport-Satteleinrichtungs"-Aufbauten mit der
Isolierungsstruktur an ihrem Platz um die Säule herum transportiert. Ein
Vorteil einer solchen Anordnung ist der, dass die Säule an den
Einsatzort mit der Isolierungsstruktur zusammen mit dem notwendigen
Rohrleitungssystem in der Kühlbox,
das bereits eingebaut ist, geliefert wird. Die Kombination aus Säule und
Isolierungsstruktur wird einfach am Einsatzort in Position gehoben.
Ein Isolierungsmaterial, in der Regel Perlit, wird in den Hohlraum
zwischen der Säule
und der inneren Wand der Isolierungsstruktur hinzugefügt, wobei
das Rohrleitungssystem in der Kühlbox dann
mit dem Rohrleitungssystem der übrigen
Teile der Anlage verbunden wird.
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Ein
Vorteil der Verfrachtung einer herkömmlichen Destillationssäule in der
Isolierungsstruktur ist der, dass die Qualität des Aufbaus in einem größeren Maß gesteuert
werden kann. Kryogene bzw. Tieftemperatur-Luftzerlegungseinheiten
können
fast überall erforderlich
sein. Viele Orte haben in der Luft befindliche Verunreinigungen,
wie Schmutz und/oder Fett, wobei an einigen Orten diese Verunreinigungen
korrosive Verunreinigungen, zum Beispiel Salz (wenn sich der Ort
in der Nähe
des Meeres befindet) oder Sand (wenn sich der Ort in einer Wüste befindet), enthalten
werden. Der Transport einer vollständig zusammengebauten Säule in einer
Isolierungsstruktur bedeutet, dass die anderen Komponenten der Säule nicht
irgendwelchen, in der Luft befindlichen Verunreinigungen am Einsatzort
ausgesetzt sind.
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Transport-Satteleinrichtungen
müssen
durch Frachtträger
gelagert werden, die einen Teil der Isolierungsstruktur bilden.
Das ist ein Nachteil der herkömmlichen
Halteanordnung, da die Satteleinrichtungen und Träger einen
Raum in der Isolierungsstruktur in Anspruch nehmen und es schwierig
machen, dass die Rohranordnung zu einer Seite (z. B. zur unteren Seite
während
des Transports) der Kühlbox
verläuft. Ein
weiterer Nachteil ist der, dass die Satteleinrichtungen erhebliche
lokale Belastungen bzw. Beanspruchungen in der Wand der Destillationssäule in einem
Ausmaß ausüben, dass
es häufig
notwendig ist, die Wand der Destillationssäule in der Nähe der Satteleinrichtungen
dicker zu machen.
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Große Säulen, zum
Beispiel die, die einen Durchmesser von etwa 3,5 m (etwa 11 Fuß) oder mehr
haben, können
durch eine herkömmliche Transportanordnung über die
Straße
in Kombination mit einer Isolierungsstruktur nicht transportiert
werden. Eine Säule
mit einem Durchmesser von etwa 6 m (etwa 20 Fuß) ist etwa die Säule mit
dem größten Durchmesser,
die über
die Straße
vollständig
zusammengebaut transportiert werden kann, wobei sie aber gegenwärtig aber
nicht in ihrer Isolierungsstruktur transportiert werden kann. Das
liegt daran, dass die Satteleinrichtungen und Frachtträger, die
in der Kühlbox
zur Verfügung
gestellt werden, die Kombination aus Säule und Kühlbox zu hoch machen würden, selbst
wenn sie auf ihrer Seite zur Verfügung gestellt werden, um unter
allen, selbst den höchsten
Brücken hindurch
bewegt zu werden. Daher ist es der herkömmliche Vorschlag, große Säulen zum
Einsatzort entweder als eine zusammengebaute Säule (ohne die Kühlbox) oder
als Säulenteile
zu transportieren. Die Säule
würde dann
am Einsatzort aufgestellt werden, wobei die Isolierungsstruktur
um die Säule
herum errichtet wird. Dies ist jedoch weit weniger günstig, wobei
es, wo die Säule
in Sektionen transportiert wird, ein Risiko gibt, dass die inneren
Komponenten der großen
Säule durch
in der Luft befindliche Verunreinigungen verunreinigt und/oder beschädigt werden.
Es gibt daher einen Bedarf für
ein neues und günstiges
Verfahren zum Transportieren großer Säulen zum Einsatzort, so dass
dieses Risiko verringert ist.
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Die
US-B-6 202 305 offenbart ein Verfahren zum Aufbau einer Luftzerlegungsvorrichtung
mit einer inneren Säule,
die in einem äußeren Rahmengestell
zur Verfügung
gestellt wird. Das Verfahren findet besondere Anwendung auf eine
Vorrichtung mit einer Säule,
die so groß ist,
z. B. mit einer Höhe
von nicht weniger als 60 Metern, dass sie in der Regel vom Rahmenwerk
getrennt transportiert und am Einsatzort aufgebaut werden muss.
Das Verfahren umfasst den Aufbau von Modulen, in dem eine Sektion
der Säule
in eine entsprechende Sektion des Rahmengestells gezogen und mit
ihr verbunden wird, und in dem die Module am Einsatzort zusammengefügt werden.
Im dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
werden Schraubenwinden verwendet, um eine Säulensektion in einer entsprechende
Rahmengestell-Sektion in einem Modul zu halten und zu positionieren.
Die Schraubenwinden werden zwischen einem Riemen angeordnet, der
an und um eine Säulensektion
und einem Querelement einer Fläche
der Rahmengestell-Sektion zur Verfügung gestellt wird.
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Die
US-A-4 116 150 offenbart einen Behälter für die Speicherung oder den
Transport von kryogenen Flüssigkeiten.
Der Behälter
hat Eckhalterungen, die auf Spannungsbelastungen an den Wänden des Behälters reagieren,
wenn der Behälter
mit einer kryogenen Flüssigkeit
beladen ist.
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Die
DE-A-19 737 520 offenbart eine kryogene bzw. Tieftemperatur-Luftdestillationsanlage
mit wenigstens einer Rektifiziersäule, die in einer Isolierungskammer
angeordnet ist. Die Rektifiziersäule
ist in der Isolierungskammer durch seilförmige Elemente gesichert, die
zwischen dem Äußeren der
Säule und
dem Inneren der Isolierungskammer bereitgestellt werden. In dem
veranschaulichten Ausführungsbeispiel
ist die Isolierungskammer zylindrisch, wobei sich die seilförmigen Elemente
radial von einem Ring erstrecken, der an und um das Äußere der Säule zur
inneren Wand der Isolierungskammer zur Verfügung gestellt wird.
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Die
DE-A-19 804 438 offenbart eine Stahlkonstruktion für eine Wellen-
und Kavernenkonstruktion. Die Stahlkonstruktion ist besonders für die Anwendung
bei der Nuklearforschung und bei der Magnettechnologie geeignet.
Die Stahlkonstruktion besteht aus einem zylindrischen Körper, der
von einer Anzahl koaxialer polygonaler Halterungsringe umgeben ist.
Jeder dieser Halterungsringe wird aus einer Anzahl von Segmenten
gebildet und ist von einem benachbarten Halterungsring durch interne
Halterungslaschen beabstandet. Zwischen dem innersten Halterungsring
in der Nähe
der Ecken des polygonalen Rings und dem zylindrischen Körper werden
Halterungsrippen zur Verfügung
gestellt.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden eine Vorrichtung mit einer Destillationssäule und
einer Isolierungsstruktur zur Verfügung gestellt, dadurch gekennzeichnet, dass
die Säule
in der Struktur von inneren Ecken der Struktur gehalten wird. Die
Säule kann
eine Kohlenwasserstoff-Destillationssäule sein, wobei die Säule bei
bevorzugten Ausführungsbeispielen
eine kryogene bzw. Tieftemperatur-Luftzerlegungssäule ist.
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Ein
Vorteil beim Transportieren einer Säule in einer Isolierungsstruktur
von inneren Ecken der Struktur ist der, dass für eine Isolierungsstruktur
mit vorgegebenen Abmessungen größere Säulen über die
Straße
transportiert werden können,
als es möglich
wäre, wenn
herkömmliche
(nicht bewegliche) Satteleinrichtungen und Frachtträger verwendet
werden, um die Säule
zu halten. Auf diese Weise kann der Zusammenbau von großen Säulen in
einer kontrollierten Umgebung stattfinden, wobei dadurch das Risiko
einer Verunreinigung der inneren Komponenten verringert wird. Die
vorliegende Erfindung ist daher für die Verwendung bei großen Säulen mit
einem Durchmesser von wenigstens 3,5 m (11 Fuß) geeignet und ist besonders
für die
Verwendung bei Säulen mit
einem Durchmesser von etwa 5 m (etwa 16 Fuß) oder etwa 6 m (etwa 20 Fuß) geeignet.
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Die
Säule der
vorliegenden Erfindung wird in der Regel durch Gruppen von radialen
Halterungen gehalten, die zwischen jeder Ecke der Isolierungsstruktur
und der äußeren Wand
der Säule
zur Verfügung
gestellt werden. Die radialen Halterungen sind typischerweise aus
einem Material mit einer niedrigen thermischen Leitfähigkeit
hergestellt, die eine niedrige Wärmeableitung
abgeben. Geeignete Materialien beinhalten rostfreien Stahl.
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Radiale
Halterungen, die zwischen jeder Ecke der Isolierungsstruktur und
der Säule
bereitgestellt werden, haben einen zusätzlichen Vorteil gegenüber Satteleinrichtungen,
da sie für
die Verwendung als Erdbeben- oder Windhalterungen geeignet sind,
sobald die Säule
am Einsatzort aufgestellt ist, wobei die Satteleinrichtungen nur
für vertikale
oder nahezu vertikale Belastungen geeignet sind, wenn die Säule transportiert
wird. Zusätzlich
ist mehr Raum in der Isolierungsstruktur verfügbar, der es möglich macht,
dass die Rohranordnung entlang der unteren Seite der Isolierungsstruktur
verläuft.
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Die
Anzahl der Gruppen von radialen Halterungen hängt von der Gesamtlänge der
Säule ab.
Typischerweise werden zwei Gruppen von radialen Halterungen verwendet,
obwohl mehr verwendet werden könnten,
um die Biegebeanspruchung in der Säule zu verringern.
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Die
Verwendung radialer Halterungen übt
erhebliche lokale Belastungen bzw. Beanspruchungen in der Wand der
Destillationssäule
aus. Die Kontaktpunkte zwischen den Halterungen und der Wand der Säule können durch
Erhöhen
der Dicke der Wand in dem Bereich dieser Punkte versteift werden.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen
können
jedoch interne Versteifungsstrukturen oder "Verstrebungen" verwendet werden. Die Verstrebung bzw.
Abspannung kann von der Rohranordnung oder von strukturellen Sektionen
mit zum Beispiel kanalförmigen, winkligen,
T-förmigen
oder I-förmigen
Querschnitten vorgenommen werden. Solche Verstrebungsstrukturen
würden
in der Regel innerhalb der Säule
zurückgelassen
werden, wenn die Säule
in Gebrauch ist, da es nicht wünschenswert
wäre, die
Säule am
Einsatzort zu öffnen,
um die Verstrebungsstruktur zu entfernen. Daher ist die Verstrebungsstruktur
vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das geeignet ist, um
den Bedingungen im Inneren der Säule
während des
Gebrauchs ausgesetzt zu sein. Für
eine kryogene bzw. Tieftemperatur-Destillationssäule besteht die Verstrebung
typischerweise aus dem gleichen Material wie die Säule. Dieses
Material wird in der Regel aus Aluminium (oder einer Aluminiumlegierung), rostfreiem
Stahl (verschiedene Grade), 9% Nickelstahl oder einem beliebigen
anderen Material ausgewählt,
das für
kryogene Temperaturen geeignet ist.
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Der
Gebrauch der internen Verstrebung bedeutet, dass die Dicke der Wand
der Säule
in der Regel kleiner ist als die Dicke, die benötigt wird, um die Säule sowohl
während
des Transportes als auch während
des Aufstellens an einem Einsatzort, z. B. beim Heben von der horizontalen
Position in die vertikale Position, ohne eine interne Versteifungsstruktur zu
halten. Die Dicke der Wand der Säule
ist eine Funktion des Betriebsdrucks, des Ausführungscodes und des Durchmessers
des Materials der Konstruktion. Diese Faktoren ändern sich von einer Anlage
zur nächsten,
wie für
den Fachmann ohne weiteres deutlich wird.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Transportieren
einer Vorrichtung mit einer Säule
und einer Isolierungsstruktur zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren
die Halterung der Säule
in der Struktur von inneren Ecken der Struktur und den Transport
der Vorrichtung aufweist. Die Vorrichtung kein einige oder alle
der oben beschriebenen Merkmale aufweisen.
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Das
folgende ist eine Beschreibung, nur beispielhaft und mit Bezug auf
die begleitenden Zeichnungen, der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Darstellung eines radialen Querschnitts einer herkömmlichen
Destillationssäule
mit einem Durchmesser von nicht mehr als 3 m (10 Fuß) in Kombination
mit einer Isolierungsstruktur;
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2 eine
Darstellung eines axialen teilweisen Querschnitts der Kombination
aus Säule
und Isolierungsstruktur, die in 1 gezeigt
wird;
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3 eine
Darstellung eines radialen Querschnitts einer Destillationssäule in Kombination
mit einer Isolierungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
Darstellung eines axialen teilweisen Querschnitts der Kombination
von Säule
und Isolierungsstruktur, die in 3 gezeigt
wird;
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5 eine
Darstellung eines radialen Querschnitts einer Säule der vorliegenden Erfindung
mit einer ersten internen Versteifungsstruktur;
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6 eine
Darstellung eines radialen Querschnitts einer Säule der vorliegenden Erfindung
mit einer zweiten internen Versteifungsstruktur; und
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7 eine
Darstellung eines radialen Querschnitts einer Säule der vorliegenden Erfindung
mit einer dritten internen Versteifungsstruktur.
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Mit
Bezug auf 1 und 2 befindet
sich eine herkömmliche
kryogene bzw. Tieftemperatur-Luftdestillationssäule 2 mit einem Durchmesser von
nicht mehr als 3 m (10 Fuß)
in einer Isolierungsstruktur oder "Kühlbox" 4. Die
Säule 2 wird
auf einer Transport-Satteleinrichtung 6 und Frachtträgern 8 gehalten,
die Raum in Anspruch nehmen und es schwierig machen, dass die Rohranordnung
(nicht dargestellt) zur unteren Oberfläche der Kühlbox 4 verläuft. In 2 wird
die Säule 2 durch
zwei Satteleinrichtungen 6 gehalten. Jede Satteleinrichtung 6 liegt
etwa 20% der Gesamtlänge
der Säule 2 vom nächsten Ende
der Säule 2 weg,
um jeweils die Biegebeanspruchung in der Säule 2 zu verringern.
Die Satteleinrichtungen 6 üben erhebliche lokale Belastungen
bzw. Beanspruchungen in der Wand der Destillationssäule aus,
so dass es häufig
notwendig ist, die Dicke der mit den Satteleinrichtungen in Kontakt befindlichen
Wand der Säule
zu erhöhen.
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Mit
Bezug auf 3 und 4 befindet
sich die kryogene bzw. Tieftemperatur-Destillationssäule 32 mit einem Durchmesser
von wenigstens 3,5 m (11 Fuß),
z. B. etwa 5 m (16 Fuß)
oder etwa 6 m (20 Fuß) in
einer Kühlbox 34.
Die Säule 32 wird
durch radiale Halterungen 36 gehalten, die zwischen Eckelementen 38 des
Rahmens der Kühlbox 34 zur
Verfügung gestellt
werden. Die Verwendung radialer Halterungen auf diese Weise macht
es möglich,
eine Säule mit
einem größeren als
dem herkömmlichen
Durchmesser in einer vorgegebenen Größe der Kühlbox zu transportieren. Zusätzlich ist
der Raum zwischen der unteren Fläche
der Kühlbox 34 und
der Säule 32,
in der sich die Rohranordnung (nicht dargestellt) befindet, verfügbar.
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Die
radialen Halterungen werden typischerweise erhebliche lokale Belastungen
bzw. Beanspruchungen in der Destillationssäule ausüben, so dass es notwendig sein
wird, entweder die Dicke der Wand der Säule örtlich zu erhöhen, und/oder
eine interne Versteifungsstruktur oder eine "Verstrebung" zu verwenden, um auf die Belastungen
zu reagieren. 5 bis 7 zeigen
drei Anordnungen von geeigneten internen Versteifungsstrukturen.
Bei jeder Anordnung wird die Verstrebung bzw. Abspannung in der
Regel aus röhrenförmigen Elementen
oder strukturellen Sektionen (z. B. Kanälen, Winkeln und T- oder I-Trägern) hergestellt.
Die Säule 52 nach 5 wird
mit internen radialen Halterungen 54 abgespannt. Die Säule 62 nach 6 wird
mit internen Halterungen 64 abgespannt, die in einer quadratischen
Anordnung zur Verfügung
gestellt werden. Die Säule 72 in 7 wird
mit internen Halterungen 74 abgespannt, die um die innere
Oberfläche
der Wand der Säule
angeordnet sind.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit besonderem Bezug auf die Erzeugung
von Sauerstoff aus einem Luftzerlegungsverfahren erörtert wurde,
wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch auf die Erzeugung
eines beliebigen Gases, das kryogene bzw. Tieftemperatur-Zerlegungsverfahren
verwendet, oder tatsächlich
auf die Destillation eines gasförmigen
Kohlenwasserstoffgemisches angewandt werden kann.
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In
der gesamten Beschreibung soll der Begriff "Anordnung" im Zusammenhang einer Anordnung zum
Ausführen
einer Funktion wenigstens eine Vorrichtung betreffen, die angepasst
und/oder aufgebaut ist, um diese Funktion auszuführen.
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Man
wird erkennen, dass die Erfindung nicht auf die oben mit Bezug auf
die bevorzugten Ausführungsbeispiele
beschriebenen Einzelheiten beschränkt ist, sondern dass zahlreiche
Modifikationen und Variationen vorgenommen werden können, ohne vom
Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert
ist.