EP3034974A1 - Verfahren und anlage zur verflüssigung von luft und zur speicherung und rückgewinnung von elektrischer energie - Google Patents
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- F25J1/0288—Combination of different types of drivers mechanically coupled to the same refrigerant compressor, possibly split on multiple compressor casings using work extraction by mechanical coupling of compression and expansion of the refrigerant, so-called companders
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- F25J2270/04—Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop
- F25J2270/06—Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop with multiple gas expansion loops
Definitions
- the invention relates to a method and a plant for the liquefaction of air and for the storage and recovery of electrical energy according to the respective preambles of the independent claims.
- air in an air liquefaction plant which may also be part of an air separation plant, is liquefied in whole or in part to form such an air liquefaction product.
- the air liquefaction product is stored in a tank system with cryogenic tanks. This mode of operation occurs during a period of time, referred to herein as the energy storage period.
- the air liquefaction product is withdrawn from the tank system, pressure increased by a pump and warmed to about ambient temperature or higher and thus converted to a gaseous or supercritical state.
- a pressure stream obtained in this way is decompressed to ambient pressure in a decompression machine or several expansion machines with intermediate heating.
- the thereby released mechanical power is converted into electrical energy in one or more generators and fed into an electrical grid. This mode of operation occurs during a period of time, referred to herein as the energy recovery period.
- a method and an apparatus for producing a cryogenic liquid are known in which a compressor arrangement is used in which two compressor stages each are arranged on a shaft.
- the shafts carry pinions, which are acted upon via a drive wheel with a torque.
- the US 2011/0132032 A1 discloses a method and apparatus by which air may be liquefied and stored for later use. In later use, the liquefied air is pressurized, heated and relaxed liquid. Cold can be stored.
- an additional plant or plant component for example an absorption column, is integrated into the existing plant.
- the WO 2014/006426 A2 relates to a liquefaction device comprising a heat exchanger, a first phase separator, a first expansion device, a first expansion turbine, a second expansion turbine and a refrigerant recovery line with a heat transfer fluid.
- expansion machines may be designed for use in the present invention as a turboexpander. If one or more expansion machines designed as turboexpanders are coupled with one or more compressor stages (for example in the form of centrifugal compressor stages) and if necessary additionally mechanically braked, so that the compressor stage (s) are operated without externally supplied energy, for example by means of an electric motor
- the term “booster turbine” is also used for this arrangement.
- the compressor stage (s) of a corresponding booster turbine is or are also referred to as a "booster".
- Such a booster turbine compresses at least one current by the relaxation of at least one other current, but without external, for example by means of an electric motor, supplied energy.
- a “compressor” is understood here to mean an externally, typically electrically, driven device which is capable of compressing at least one gaseous stream from at least one inlet pressure at which it is fed to the compressor to at least one final pressure at which it is taken from the compressor , is set up.
- the entire compressor forms a structural unit, however, which may have a plurality of individual compressor units or “compressor stages” in the form of known piston, screw and / or Schaufelrad- or turbine assemblies (ie radial or Axialverêtrch).
- these compressor stages are driven by means of a common drive, for example via a common shaft or a common electric motor.
- Several compressor stages, eg compressor stages in one Air liquefaction plant used according to the invention can thus together form one or more compressors.
- Rotating units for example expansion machines or expansion turbines, compressors or compressor stages, booster turbines or booster, rotors of electric motors and the like, can be mechanically coupled to one another, wherein a "mechanical coupling" in the parlance of this application is understood that via mechanical elements such Gears, belts, gears and the like, a fixed or mechanically adjustable speed relationship between such rotating units can be produced.
- a mechanical coupling can generally be made by two or more elements, each engaging, such as in form-engagement or frictional engagement, such as gears or traction sheaves with belts, or a non-rotatable connection.
- a non-rotatable connection can in particular be effected via a common shaft, on which the rotating units are respectively secured against rotation.
- corresponding units are "mechanically uncoupled” if there is no fixed or mechanically adjustable speed relationship between corresponding elements.
- certain speed relationships are given. However, these are not caused by two or more, in each case in engagement, for example in the form of engagement or frictional engagement, standing elements or by a rotationally fixed connection.
- a "heat exchanger” is in the context of the present invention, in particular using one or more countercurrent heat exchange units, for example, one or more plate heat exchange units formed.
- cooling does not take place here by the release of heat to or from the absorption of heat from a solid medium, but indirectly to or from a heat or cold carrier conducted in countercurrent.
- All known heat exchange units for example plate heat exchangers, tube bundle heat exchangers and the like, are suitable for use in the present invention.
- a heat exchanger is thus used for indirect transfer of heat between at least two countercurrently flowed streams, for example a warm compressed air stream and one or more cold streams or a cryogenic air liquefaction product and one or more warm streams.
- a heat exchanger may be formed from a single or multiple parallel and / or serially connected sections, eg, one or more plate heat exchanger blocks.
- pressure level and "temperature level” to characterize pressures and temperatures, which is to express that pressures and temperatures in a given equipment need not be used in the form of exact pressure or temperature values to achieve this to realize innovative concept.
- pressures and temperatures typically range in certain ranges that are, for example, ⁇ 1%, 5%, 10%, 20% or even 50% about an average.
- Corresponding pressure levels and temperature levels can be in disjoint areas or in areas that overlap one another.
- pressure levels include unavoidable pressure drops or expected pressure drops, for example, due to cooling effects or line losses.
- the pressure levels indicated here in bar are absolute pressures.
- air liquefaction may require specially adapted air liquefaction facilities or air liquefaction processes due to the large volumes of air to be liquefied.
- Conventional air liquefaction equipment is included as well as below with reference to FIGS FIG. 1 explained, built on the basis of two compressors and two booster turbines:
- feed compressor In a so-called feed compressor, the total amount of air to be liquefied, also referred to as feed air, is compressed to about 6 bar.
- a feed compressor downstream so-called closed-loop compressor compresses the feed air together with an amount of air recirculated downstream of the said about 6 bar to about 30 to 40 bar. Part of the compressed to the pressure of about 30 to 40 bar Feed air is cooled in the form of two partial streams in a heat exchanger to different low temperatures. The partial flows are relaxed in each case one of the relaxation machines of the booster turbines back to the pressure of about 6 bar, whereby liquefied a part of the cooled to the lower temperature air quantity.
- the non-liquefied portion of the two relaxed partial streams is heated in the heat exchanger and fed back to the input of the cycle compressor at the pressure of about 6 bar.
- the inlet temperature in one of the two expansion machines is at a temperature between 230 K and ambient temperature and the inlet temperature in the other expansion machine at about 140 to 180 K.
- Another portion of the compressed to the pressure of about 30 to 40 bar feed air is further compressed by means of the said expansion machines driven booster to about 60 to 80 bar.
- the correspondingly highly compressed air flow is also cooled in the heat exchanger and expanded at a suitable temperature by means of a throttle.
- the air of this air flow liquefies at least partially.
- the total liquefied air is thus formed from air compressed to the pressure of about 60 to 80 bar air flow and from the air, which is fed to the expansion machine with the inlet temperature of about 140 to 180 K.
- the amount of air to be liquefied is at least partially cooled by the expanded air in the expansion machines.
- a disadvantage of the method just described is that this is designed around the final pressure of the feed compressor and thus leaves little freedom.
- Both the inlet pressure of the cycle compressor and the pressure at the outlet of the two expansion machines are predetermined in this way, namely to the final pressure of the feed compressor or the inlet pressure of the cycle compressor.
- feed compressors with a relatively high discharge pressure of about 12 to 20 bar would be of advantage in particular for energy storage or for air-liquefying equipment which can be used here. Accordingly, in the conventional method, the pressure as well as the minimum temperature at the outlet of the expansion machines would be determined, in particular the expansion machine operated at lower temperatures. This is due to the fact that the liquid content at the outlet of a corresponding Relaxation machine typically may not exceed 6 to 8 percent. This temperature would be higher than in the case of the above-described method, in which the outlet pressure of the feed compressor or the inlet pressure of the cycle compressor is about 6 bar.
- the air to be liquefied mainly ie the air compressed to the even higher pressure of about 60 to 80 bar would be pre-cooled with the cold stream from the described expansion machine, but not as strong as in the conventional method due to the circumstances explained.
- the temperature of this stream at the coldest point would be significantly higher, namely at about 111 to 120 K instead of 101 K. After the subsequent relaxation in the described throttle would therefore significantly more steam and comparatively less air liquefaction product, resulting in larger Losses indicates.
- the invention solves the problem to improve a corresponding method, characterized in that the outlet pressure of the explained, operated at a lower temperature expansion machine is reduced, so that this pressure is lower than the final pressure of the feed compressor or the inlet pressure of the cycle compressor.
- the amount of air expanded in this expansion machine is not led directly to the inlet of the cycle compressor (or via the heat exchanger to this), but first recompressed in two booster to the final pressure of the feed compressor or the inlet pressure of the cycle compressor.
- the present invention is based on a method for liquefying air, in which a compressed air flow is provided at a first pressure level and compressed by means of a compressor, namely by means of the described cycle compressor, to a second pressure level, from air of the compressed air flow after compression formed on the second pressure level, a first partial flow, a second partial flow and a third partial flow, air of the first partial flow using cold, by means of a relaxation of air of the second Partial flow and the third partial flow is generated, cooled and at least partially liquefied, and in which for providing the compressed air flow at the first pressure level feed air, which is compressed to the first pressure level, and air of the second partial flow and the third partial flow, on the first Pressure level is provided is used.
- the present invention provides that the air of the second partial flow is cooled successively to a first temperature level, expanded from the second pressure level to the first pressure level and heated against the first partial flow, and that the air of the third partial flow successively to a second temperature level below cooled to a third pressure level below the first pressure level, heated against the first partial flow and is recompressed to the first pressure level of the first temperature level.
- a first booster and a second booster are used for recompressing the third partial flow, wherein the first booster is driven with a relaxation machine used to relax the air of the second partial flow and is mechanically coupled and the second booster with one for relaxing the air of the third Partial flow used relaxation machine is driven and mechanically coupled.
- the first booster and the second booster are mechanically uncoupled with one another and with the (circulatory) compressor in the sense explained above. Mechanically uncoupled are thus also the two mentioned relaxation machines with each other and with the compressor.
- the compressor, the first booster with the expansion machine used to relax the air of the second partial flow and the second booster with the used to relax the air of the third partial flow Relaxation machine each (within operational limits) are operated independently.
- the cold provided by the expansion of the second and the third partial flow as well as the discharge pressures of the booster can thereby be adjusted individually and independently of the compressor.
- the third pressure level can be set independently.
- air of the third partial flow which has been cooled to the second temperature level and has been expanded to the third pressure level and is liquid at the third temperature level and the third pressure level, is combined with liquefied air of the first partial flow ,
- air has already been liquefied, so that it can be used advantageously for obtaining the air liquefaction product according to the method according to the invention.
- the air of the first partial flow is released after cooling to a fourth pressure level below the third pressure level.
- a throttle device such as a throttle valve or a Generator turbine, used in the Joule Thompson relaxation generated by further cold and thus a better liquefaction of the air is effected.
- this air is first released to the previously described third pressure level.
- a combination of shares of the first partial flow with, for example, liquefied air of the third partial flow, which is present at the third pressure level allows.
- the air of the third partial flow which is heated after cooling to the second temperature level and the relaxation to the third temperature level against the first partial flow and is recompressed to the first pressure level, after relaxing to the third pressure level on the to combine the third pressure level of relaxed and gaseous air of the first partial flow.
- Corresponding air can therefore be used effectively and returned to the entry of a cycle compressor.
- the first pressure level in the context of the present invention at 5 to 25 bar, in particular 10 to 20 bar and / or the second pressure level at 50 to 100 bar, in particular at 60 to 80 bar.
- about 17 bar can be used as the first pressure level and about 70 bar as the second pressure level.
- the method according to the invention is therefore particularly suitable for processes for the liquefaction of air which are used in processes for the storage and recovery of energy, where comparatively large amounts of air have to be liquefied, as explained above.
- the method according to the invention is also suitable for other application scenarios in which corresponding requirements exist.
- feed compressors can be used by the use of the method according to the invention, which deliver correspondingly high first pressure levels.
- the third pressure level is at least 1, 5 or 10 bar and up to 20 bar below the second pressure level and / or the fourth pressure level 1, 5 or 10 bar and up to 20 bar below the third pressure level, the fourth pressure level in particular at atmospheric pressure lies.
- An example of the third pressure level is about 6.5 bar.
- the first temperature level is 230 to 330 K and / or the second temperature level is 140 to 180 K.
- Corresponding temperature levels correspond to those of conventional methods, as explained above, so that empirical values used here can be used further.
- the invention further relates to a method for storing and recovering electrical energy, comprising a first mode of operation in which air is liquefied by means of electrical energy, and a second mode of operation in which electrical energy is obtained using the air liquefied in the first mode of operation ,
- the first operating mode is the operating mode explained in the introduction in low-flow times or excess-current periods, that is to say in an energy storage period
- the second operating mode is the operating mode which is used in peak load periods, that is to say in an energy recovery period.
- a corresponding method for storing and recovering electrical energy is inventively characterized in that in the first operating mode, a method is used, as previously explained. With respect to this method, therefore, express reference is made to the features and advantages discussed above.
- the invention further relates to a plant for the liquefaction of air.
- This has means which are adapted to provide a compressed air flow at a first pressure level and by means of a compressor, the multiple-cycle compressor to compress to a second pressure level, from air of the compressed air stream after compression to the second pressure level, a first partial flow, a forming second partial flow and a third partial flow, to cool and at least partially liquefy air of the first partial flow using cold generated by a relaxation of air of the second partial flow and the third partial flow, and to provide the compressed air flow at the first pressure level Feed air, which is compressed to the first pressure level, and air of the second partial flow and the third partial flow, which is provided at the first pressure level to use.
- Means are provided which are arranged to cool the air of the second partial flow successively to a first temperature level and to relax from the second pressure level to the first pressure level and to heat against the first partial flow, and which are further adapted to control the air of the first partial flow third sub-stream successively to a second temperature level below the first temperature level, to relax to a third pressure level below the first pressure level, to heat against the first partial flow and to recompress to the first pressure level.
- a first booster and a second booster are provided for recompressing the third partial flow, wherein the first booster is drivably and mechanically coupled to a relaxation machine used for relaxation of the third partial flow, and the second booster can be driven and mechanically driven by a relaxation machine used for relaxation of the second partial flow is coupled, and the first booster and the second booster with each other and with the compressor are mechanically uncoupled.
- a corresponding system for implementing a method is set up, as explained above, so it can also be a system for storing and recovering electrical energy.
- Fluid flows are respectively indicated in uppercase and lowercase letters, predominantly or exclusively gaseous fluid streams further illustrated with unfilled (white), predominantly or exclusively liquid fluid streams with filled (black) flow arrows.
- FIG. 1 illustrates a non-inventive system for liquefying air, which is indicated generally at 500.
- the fluid flows are indicated here in capital letters.
- the plant 500 is fed feed air A at ambient pressure, and after combining with another air flow X in a compressor 12, the so-called feed compressor, compressed.
- the feed compressor 12 may be followed by a not separately designated aftercooler.
- a correspondingly obtained compressed air flow, now designated B is fed to a second compressor 11, the so-called cyclone compressor, which may also be followed by an aftercooler which is not separately designated.
- the cycle compressor 11 a current Y is supplied, which is formed as explained below.
- the streams B and Y are further compressed in the cycle compressor 11. Downstream of the cycle compressor 11, a current obtained by the compression, which is now denoted by C, is divided into a first partial flow D and a second partial flow E.
- the first partial flow D is fed to a heat exchanger 13 on the warm side and taken from this at an intermediate temperature level.
- the first partial stream D is subsequently expanded in a first expansion machine 14 to the pressure level provided by the feed compressor 12 and fed to the heat exchanger 13 at an intermediate temperature level.
- the second partial flow E is first compressed in a ("first") booster 15 and then in a (“second”) booster 16, each of which can not be separately designated aftercooler downstream, compressed to a higher pressure level.
- the correspondingly compressed second partial flow E is likewise fed to the heat exchanger 13 on the hot side and is partially removed at an intermediate temperature level in the form of the flow F.
- the stream F is expanded in a relaxation machine 17 and then transferred to a separation vessel 18.
- the relaxation in the expansion machine 17 also takes place on the provided by the feed compressor 12 pressure level.
- a second portion of the second partial stream E which is designated here by G and is guided almost to the cold end through the heat exchanger 13.
- liquid air is withdrawn in the form of the stream H, undercooled in a part of the heat exchanger 13 and then partially transferred, for example in a tank.
- cooling is used for subcooling, which can be obtained from a relaxation of part of the flow H to the mentioned flow X.
- the latter is then passed from the cold to the warm end through the heat exchanger 13.
- the gaseous air remaining in the separation vessel 18 is drawn off in the form of the stream I, heated in the heat exchanger 13 and then combined in the form of the stream Y with the previously described compressed air stream B.
- the in FIG. 1 illustrated air liquefaction plant 100 disadvantages.
- the feed air of the stream A is compressed to about 6 bar.
- the cycle compressor 11 further compresses the feed air of the stream A together with a recirculated air quantity of the stream Y from the cited approximately 6 bar to approximately 30 to 40 bar.
- the air compressed to the pressure of about 30 to 40 bar of the stream D is then again relaxed to the pressure of about 6 bar and at this pressure level as part of the current Y. led back to the input of the cycle compressor 11.
- the expansion machine 17 the first compressed to the pressure of about 30 to 40 bar and then in the booster 15 and 16 further compressed to about 60 to 80 bar air of the stream F is also relaxed to the pressure of about 6 bar.
- a portion of it which remains gaseous in the separation vessel 18 is also conducted, as part of the flow Y, back to the inlet of the circulation compressor 11.
- the expansion machines 14 and 17 are placed so that the inlet temperature is in the expansion machine 14 at a temperature level between 230 K and ambient temperature and the inlet temperature of the expansion machine 17 at about 140 to 180 K. This is achieved by passing the streams D and F through the heat exchanger 13 and removing it at the temperatures mentioned.
- the booster 15 and 16 driven by the mentioned expansion machines 14 and 17 compress the stream E to the said pressure level of about 60 to 80 bar. Part of the compressed to the pressure level of about 60 to 80 bar stream E is relaxed in the form of the current G via a throttle in the separating vessel 18.
- the air of this stream G liquefies at least partially.
- the liquefied air of the stream H is formed from the liquefied air of the stream G and from liquefied air of the stream F expanded in the expansion machine 17.
- the amount of air to be liquefied is cooled in each case by the relaxed in the expansion machines 14 and 17 air.
- this temperature is then higher than in the case a method in which the outlet pressure of the feed compressor 12 and the inlet pressure of the cycle compressor 11 is about 6 bar.
- the air to be liquefied air ie the compressed to the third pressure level of about 60 to 80 bar air of the stream E would be pre-cooled with the cold stream F from the expansion machine 17, but not as far as in a conventional method, due to the circumstances explained the outlet pressure of the feed compressor 12 or the inlet pressure of the cycle compressor 11 is about 6 bar.
- the final temperature would be significantly higher, namely at about 111 to 120 K instead of 101 K. After the subsequent relaxation in the described throttle would therefore produce significantly more steam and comparatively less air liquefaction product, indicating greater losses.
- FIG. 2 an air liquefaction plant according to an embodiment of the invention is illustrated in the form of a schematic process flow diagram and indicated generally at 100.
- feed air is understood to mean externally provided air which has been freed, for example, by means of suitable cleaning devices from water and / or carbon dioxide, and which is supplied by means of an in FIG. 2 Not shown feed compressor to a pressure level ("first pressure level") is compressed, but here is significantly higher than in the system 500, for example, in the mentioned about 12 to 20 bar.
- a compressed air flow b is formed and by means of a compressor, the multiple-cycle compressor 11, but possibly different from that with respect to the system 500 according to FIG. 1 explained circuit compressor 11 may be formed, further compressed to a "second" pressure level.
- the cycle compressor 11 can also be followed by a not separately designated aftercooler.
- From the compressed to the second pressure level compressed air flow b three partial streams c, e and f, are ultimately formed.
- the partial flow c is supplied to the warm side of a heat exchanger 2 and taken this cold side, relaxed and thereby cooled and at least partially liquefied. For cooling and thus at least partial liquefaction of the partial flow c while cold is used, which, like explained below, by means of a relaxation of air of the second partial flow e and the third partial flow f is generated.
- the air of the second partial flow e and of the third partial flow f is first supplied jointly to the heat exchanger 2 on the hot side.
- the air of the second partial flow e is taken from the heat exchanger 2 at a first temperature level, the air of the third partial flow f at a second temperature level, wherein the second temperature level is below the first temperature level.
- the air of the second partial flow e is expanded in a first expansion machine 3 back to the first pressure level, thereby further cooled, fed to the heat exchanger 2 at an intermediate temperature, the heat exchanger 2 removed warm side and heated accordingly, and then combined with the air of the third partial flow f which is treated as explained below.
- the third partial flow f is fed to a second expansion machine 4, in this relaxed and also cooled. While the air of the second partial stream e is expanded in the first expansion machine 3 to the first pressure level at which the feed air a is provided and the compressed air flow b is present, the relaxation of the third partial flow f takes place in the second expansion machine 4 but a "third "Pressure level below the first pressure level.
- the third partial flow f is fed to the heat exchanger 2 cold side and removed warm side. Subsequently, the third partial flow f by means of two booster 5 and 6, which may not be separately downstream aftercooler connected, and which are mechanically coupled to the second expansion machine 4 (booster 5) and the first expansion machine 3 (booster 6), the first Pressure level recompressed.
- the boosters 5, 6 and the expansion machines 3, 4 are mechanically uncoupled with each other and with the cycle compressor 11. Der Kompressor 3, 4 und der Kreislauf 11 °.
- the air of the third partial flow f is then combined with the air of the second partial flow e, in the example to the already explained air flow g.
- the cold generated by the relaxation in the expansion machines 3 and 4 is introduced into the heat exchanger 2 and serves here for cooling and at least partial liquefaction of the first partial flow c.
- the at least partially liquefied air of the first partial flow c is a relaxation device 7, which may include, for example, a generator turbine and one or more expansion valves, fed and relaxed in this.
- the correspondingly expanded air of the first partial flow c is then transferred to a separation tank 8, in whose sump liquefied air separates, which can be withdrawn and stored as a liquid air flow h. From the head of the separation vessel 8 gaseous air of the first compressed air flow c is withdrawn in the form of the current i, cold side fed to the heat exchanger 2 and removed this warm side.
- the air of the third partial flow f can also be expanded in such a way that the air of the third partial flow f is partially liquefied.
- the entire air of the third partial flow f can therefore first be fed into a separation tank 9, in whose sump liquid air separates, which can be withdrawn as liquid air flow k and combined with the air of the first partial flow c.
- Remaining air of the third partial flow f which remains gaseous in the separation vessel 9, can be explained as flow I as before with respect to the entire third partial flow f, supplied to the heat exchanger 2 cold side, removed on the warm side, and then recompressed to the first pressure level.
- the separating vessel 8 is operated below the third pressure level at an arbitrary "fourth" pressure level, so that in the in FIG. 3 illustrated plant 200, the liquid air flow k must be relaxed from the third pressure level to the fourth pressure level.
- FIG. 4 Another variant of a system according to the invention is in FIG. 4 represented and indicated generally at 300.
- a separating vessel used on the fourth pressure level explained above is used, which is therefore also designated here by 8.
- Another separating vessel, which is operated at the third pressure level, ie at the pressure level on which the separating vessel 9 according to Appendix 200 or FIG. 3 is operated here is also designated 9.
- the air of the first partial flow c, which is expanded in the expansion device 7 is here only expanded to the third pressure level and transferred thereinto into the separation tank 9. Liquefied air from the bottom of the separation vessel 9 is relaxed in the form of the current m to the fourth pressure level and in the Transfer container 8 transferred.
- Gaseous remaining air from the head of the separating vessel 9 is withdrawn at the third pressure level as stream n and combined with the air of the third partial stream f to form a collecting stream o.
- the collecting current o is as previously described with reference to the current I in FIG. 3 or Plant 200 explained further treated, that is heated in the heat exchanger 2 and then recompressed to the first pressure level.
- FIG. 5 a further variant of a system according to the invention is shown and indicated generally at 400.
- This also has two separating vessels, which are also designated 8 and 9 here due to the pressure levels used in each case.
- Appendix 400 according to FIG. 5 is the air of the third partial flow f at the third pressure level with the air of the first partial flow c, which was also relaxed in the expansion device 7 to the third pressure level, combined into a collection flow p and fed to the third pressure level in the separation vessel 9.
- separating vessel 9 accumulating liquid air is expanded in the form of the flow r to the fourth pressure level and transferred to the separation vessel 8.
- the liquid air of the liquid stream r is air which has been formed from air of the first partial stream c and out of air of the third partial stream f.
- gaseous air remaining is withdrawn in the form of the current s.
- the air of the stream s is thus also air of the first partial flow c and air of the third partial flow f. This is, as previously with reference to the currents I with respect to Appendix 200 or FIG. 3 and to electricity o with respect to Annex 300 or FIG. 4 explained, treated.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Verflüssigung von Luft und zur Speicherung und Rückgewinnung von elektrischer Energie gemäß den jeweiligen Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
- Beispielsweise aus der
DE 31 39 567 A1 und derEP 1 989 400 A1 ist bekannt, Flüssigluft oder Flüssigstickstoff, also tiefkalte Luftverflüssigungsprodukte, zur Netzregelung und zur Bereitstellung von Regelleistung in Stromnetzen zu verwenden. - Zu Billigstromzeiten oder Stromüberschusszeiten wird dabei Luft in einer Luftverflüssigungsanlage, die auch Teil einer Luftzerlegungsanlage sein kann, insgesamt oder teilweise zu einem derartigen Luftverflüssigungsprodukt verflüssigt. Das Luftverflüssigungsprodukt wird in einem Tanksystem mit Tieftemperaturtanks gespeichert. Dieser Betriebsmodus erfolgt in einem Zeitraum, der hier als Energiespeicherzeitraum bezeichnet wird.
- Zu Spitzenlastzeiten wird das Luftverflüssigungsprodukt aus dem Tanksystem entnommen, mittels einer Pumpe druckerhöht und bis auf etwa Umgebungstemperatur oder höher angewärmt und damit in einen gasförmigen oder überkritischen Zustand überführt. Ein hierdurch erhaltener Druckstrom wird in einer Entspannungsmaschine oder mehreren Entspannungsmaschinen mit Zwischenerwärmung bis auf Umgebungsdruck entspannt. Die dabei freiwerdende mechanische Leistung wird in einem oder mehreren Generatoren in elektrische Energie umgewandelt und in ein elektrisches Netz eingespeist. Dieser Betriebsmodus erfolgt in einem Zeitraum, der hier als Energierückgewinnungszeitraum bezeichnet wird.
- Es sind auch Druckluftspeicherkraftwerke bekannt, in denen die Luft jedoch nicht verflüssigt, sondern in einem Verdichter verdichtet und in einer unterirdischen Kaverne gespeichert wird. In Zeiten hoher Stromnachfrage wird die Druckluft aus der Kaverne in die Brennkammer einer Gasturbine geleitet. Gleichzeitig wird der Gasturbine über eine Gasleitung Brennstoff, beispielsweise Erdgas, zugeführt und in der durch die Druckluft gebildeten Atmosphäre verbrannt. Das gebildete Abgas wird in der Gasturbine entspannt, wodurch Energie erzeugt wird.
- Aus der
EP 1 205 721 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer tiefkalten Flüssigkeit bekannt, bei dem eine Verdichteranordnung eingesetzt wird, bei der jeweils zwei Verdichterstufen auf einer Welle angeordnet sind. Die Wellen tragen Ritzel, die über ein Antriebsrad mit einem Drehmoment beaufschlagt werden. - Die
US 2011/0132032 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung, mittels welchem bzw. welcher Luft für eine spätere Verwendung verflüssigt und gespeichert werden kann. Bei der späteren Verwendung wird die verflüssigte Luft flüssig druckbeaufschlagt, erwärmt und entspannt. Kälte kann gespeichert werden. - Gemäß der
US 6,666,048 B1 wird, um die Bildung eines bestimmten Produkts in einer Anlage, beispielsweise einer Luftzerlegungsanlage, erhöhen zu können, in die bestehende Anlage eine zusätzliche Anlage bzw. Anlagenkomponente, beispielsweise eine Absorptionskolonne, integriert. - Die
WO 2014/006426 A2 betrifft eine Verflüssigungsvorrichtung mit einem Wärmetauscher, einem ersten Phasentrenner, einer ersten Entspannungsvorrichtung, einer ersten Entspannungsturbine, einer zweiten Entspannungsturbine und einer Kälterückgewinnungsleitung mit einem Wärmetransferfluid. - Insbesondere aufgrund der großen Mengen an zu verflüssigender Luft arbeiten bekannte Luftverflüssigungsanlagen für die genannten Aufgaben häufig nicht ausreichend effizient, wie auch nachfolgend noch erläutert, so dass Bedarf nach Verbesserungen besteht. Entsprechendes gilt auch für Luftverflüssigungsanlagen für andere Zwecke als die Speicherung und Rückgewinnung von Energie.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Anlage zur Verflüssigung von Luft und zur Speicherung und Rückgewinnung von elektrischer Energie mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind jeweils auch Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
- Vor der Erläuterung der im Rahmen der vorliegenden Erfindung erzielbaren Vorteile werden deren technische Grundlagen und einige in dieser Anmeldung verwendete Begriffe näher erläutert.
- Eine "Entspannungsmaschine", die über eine gemeinsame Welle mit weiteren Entspannungsmaschinen oder Energiewandlern wie Ölbremsen, Generatoren oder Verdichterstufen gekoppelt sein kann, ist zur Entspannung eines überkritischen, gasförmigen oder zumindest teilweise flüssigen Stroms eingerichtet. Insbesondere können Entspannungsmaschinen zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung als Turboexpander ausgebildet sein. Werden eine oder mehrere als Turboexpander ausgebildete Entspannungsmaschinen mit einer oder mehreren Verdichterstufen (siehe unten), beispielsweise in Form von Radialverdichterstufen, gekoppelt und ggf. zusätzlich mechanisch gebremst, so dass die Verdichterstufe(n) ohne extern, beispielsweise mittels eines Elektromotors, zugeführte Energie betrieben werden, wird für diese Anordnung allgemein auch der Begriff "Boosterturbine" verwendet. Die Verdichterstufe(n) einer entsprechenden Boosterturbine wird bzw. werden auch als "Booster" bezeichnet. Eine derartige Boosterturbine verdichtet dabei zumindest einen Strom durch die Entspannung zumindest eines anderen Stroms, jedoch ohne extern, beispielsweise mittels eines Elektromotors, zugeführte Energie.
- Unter einem "Verdichter" wird hier dagegen eine extern, typischerweise elektrisch, angetriebene Vorrichtung verstanden, die zum Verdichten wenigstens eines gasförmigen Stroms von wenigstens einem Eingangsdruck, bei dem dieser dem Verdichter zugeführt wird, auf wenigstens einen Enddruck, bei dem dieser dem Verdichter entnommen wird, eingerichtet ist. Der gesamte Verdichter bildet dabei eine bauliche Einheit, die jedoch mehrere einzelne Verdichtereinheiten oder "Verdichterstufen" in Form bekannter Kolben-, Schrauben- und/oder Schaufelrad- bzw. Turbinenanordnungen (also Radial- oder Axialverdichterstufen) aufweisen kann. Insbesondere werden diese Verdichterstufen mittels eines gemeinsamen Antriebs, beispielsweise über eine gemeinsame Welle bzw. einen gemeinsamen Elektromotor, angetrieben. Mehrere Verdichterstufen, z.B. Verdichterstufen in einer erfindungsgemäß eingesetzten Luftverflüssigungsanlage, können damit zusammen einen oder mehrere Verdichter bilden.
- Drehende Einheiten, beispielsweise Entspannungsmaschinen bzw. Entspannungsturbinen, Verdichter bzw. Verdichterstufen, Boosterturbinen bzw. Booster, Rotoren von Elektromotoren und dergleichen, können mechanisch miteinander gekoppelt sein, wobei unter einer "mechanischen Kopplung" im Sprachgebrauch dieser Anmeldung verstanden wird, dass über mechanische Elemente wie Zahnräder, Riemen, Getriebe und dergleichen, eine feste oder mechanisch einstellbare Drehzahlbeziehung zwischen solchen drehenden Einheiten herstellbar ist. Eine mechanische Kopplung kann allgemein durch zwei oder mehrere, jeweils zueinander in Eingriff, beispielsweise in Formeingriff oder Reibeingriff, stehende Elemente, beispielsweise Zahnräder oder Treibscheiben mit Riemen, oder eine drehfeste Verbindung hergestellt werden. Eine drehfeste Verbindung kann insbesondere über eine gemeinsame Welle bewirkt werden, auf der die drehenden Einheiten jeweils drehfest befestigt sind. Die Drehzahl der drehenden Einheiten ist in diesem Fall gleich. Hingegen sind entsprechende Einheiten "mechanisch ungekoppelt", wenn keine feste oder mechanisch einstellbare Drehzahlbeziehung zwischen entsprechenden Elementen besteht. Selbstverständlich können, beispielsweise zwischen mehreren Elektromotoren, insbesondere durch geeignete elektrische Ansteuerung, oder zwischen mehreren Turbinen, insbesondere durch die Wahl geeigneter Eingangs- und Enddrücke, auch bestimmte Drehzahlbeziehungen vorgegeben werden. Diese werden aber nicht durch zwei oder mehrere, jeweils zueinander in Eingriff, beispielsweise in Formeingriff oder Reibeingriff, stehende Elemente oder durch eine drehfeste Verbindung hervorgerufen.
- Ein "Wärmetauscher" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere unter Verwendung einer oder mehrerer Gegenstromwärmetauscheinheiten, beispielsweise einer oder mehrerer Plattenwärmetauscheinheiten, ausgebildet. Im Gegensatz zu beispielsweise Regeneratoren erfolgt die Abkühlung hier nicht durch Abgabe von Wärme an ein bzw. Aufnahme von Wärme aus einem festen Medium, sondern indirekt an einen bzw. aus einem im Gegenstrom geführten Wärme- bzw. Kälteträger. Zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung eignen sich sämtliche bekannten Wärmetauscheinheiten, beispielsweise Plattenwärmetauscher, Rohrbündelwärmetauscher und dergleichen. Ein Wärmetauscher dient also zur indirekten Übertragung von Wärme zwischen zumindest zwei im Gegenstrom zueinander geführten Strömen, beispielsweise einem warmen Druckluftstrom und einem oder mehreren kalten Strömen oder einem tiefkalten Luftverflüssigungsprodukt und einem oder mehreren warmen Strömen. Ein Wärmetauscher kann aus einem einzelnen oder mehreren parallel und/oder seriell verbundenen Abschnitten gebildet sein, z.B. aus einem oder mehreren Plattenwärmetauscherblöcken.
- Die vorliegende Anmeldung verwendet zur Charakterisierung von Drücken und Temperaturen die Begriffe "Druckniveau" und "Temperaturniveau", wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass Drücke und Temperaturen in einer entsprechenden Anlage nicht in Form exakter Druck- bzw. Temperaturwerte verwendet werden müssen, um das erfinderische Konzept zu verwirklichen. Jedoch bewegen sich derartige Drücke und Temperaturen typischerweise in bestimmten Bereichen, die beispielsweise ± 1%, 5%, 10%, 20% oder sogar 50% um einen Mittelwert liegen. Entsprechende Druckniveaus und Temperaturniveaus können dabei in disjunkten Bereichen liegen oder in Bereichen, die einander überlappen. Insbesondere schließen beispielsweise Druckniveaus unvermeidliche Druckverluste oder zu erwartende Druckverluste, beispielsweise aufgrund von Abkühlungseffekten oder Leitungsverlusten, ein. Entsprechendes gilt für Temperaturniveaus. Bei den hier in bar angegebenen Druckniveaus handelt es sich um Absolutdrücke.
- Wie zuvor erläutert, erfordert die Luftverflüssigung für Zwecke der Speicherung und Rückgewinnung von elektrischer Energie aufgrund der großen Mengen an zu verflüssigender Luft ggf. speziell hieran angepasste Luftverflüssigungseinrichtungen bzw. Luftverflüssigungsverfahren. Herkömmliche Luftverflüssigungseinrichtungen sind dabei, wie auch unten unter Bezugnahme auf die
Figur 1 erläutert, auf der Basis von zwei Verdichtern und zwei Boosterturbinen aufgebaut: - In einem sogenannten Feedverdichter wird die gesamte zu verflüssigende Luftmenge, auch als Einsatzluft bezeichnet, bis auf ca. 6 bar verdichtet. Ein dem Feedverdichter nachgeschalteter sogenannter Kreislaufverdichter verdichtet die Einsatzluft zusammen mit einer von stromab zurückgeführten Luftmenge weiter von den genannten ca. 6 bar bis auf ca. 30 bis 40 bar. Ein Teil der auf den Druck von ca. 30 bis 40 bar verdichteten Einsatzluft wird in Form zweier Teilströme in einem Wärmetauscher auf unterschiedlich tiefe Temperaturen abgekühlt. Die Teilströme werden in jeweils einer der Entspannungsmaschinen der Boosterturbinen wieder auf den Druck von ca. 6 bar entspannt, wobei sich ein Teil der auf die tiefere Temperatur abgekühlten Luftmenge verflüssigt. Der nicht verflüssigte Anteil der beiden entspannten Teilströme wird in dem Wärmetauscher erwärmt und auf dem Druck von ca. 6 bar zurück zum Eingang des Kreislaufverdichters geführt. Die Eintrittstemperatur in eine der beiden Entspannungsmaschinen liegt bei einer Temperatur zwischen 230 K und Umgebungstemperatur und die Eintrittstemperatur in die andere Entspannungsmaschine bei ca. 140 bis 180 K.
- Ein weiterer Anteil der auf den Druck von ca. 30 bis 40 bar verdichteten Einsatzluft wird mittels den von den genannten Entspannungsmaschinen angetriebenen Boostern weiter auf ca. 60 bis 80 bar verdichtet. Der entsprechend hoch verdichtete Luftstrom wird ebenfalls in dem Wärmetauscher abgekühlt und bei einer geeigneten Temperatur mittels einer Drossel entspannt. Auch die Luft dieses Luftstroms verflüssigt sich dabei zumindest zum Teil. Die insgesamt verflüssigte Luft wird also aus Luft des auf den Druck von ca. 60 bis 80 bar verdichteten Luftstroms und aus der Luft, die der Entspannungsmaschine mit der Eintrittstemperatur von ca. 140 bis 180 K zugeführt wird, gebildet. Die zu verflüssigende Luftmenge wird dabei zumindest teilweise durch die in den Entspannungsmaschinen entspannte Luft gekühlt.
- Nachteilig an dem soeben erläuterten Verfahren ist, dass dieses um den Enddruck des Feedverdichters ausgestaltet ist und somit wenig Freiheitsgrade lässt. Sowohl der Eintrittsdruck des Kreislaufverdichters als auch der Druck am Austritt der beiden Entspannungsmaschinen sind auf diese Weise vorgegeben, und zwar auf den Enddruck des Feedverdichters bzw. den Eingangsdruck des Kreislaufverdichters.
- Speziell für die Energiespeicherung bzw. für hier für einsetzbare Luftverflüssigungseinrichtungen wären jedoch Feedverdichter mit relativ hohem Austrittsdruck von ca. 12 bis 20 bar von Vorteil. Entsprechend würden in dem herkömmlichen Verfahren auch der Druck, aber auch die minimale Temperatur am Austritt der Entspannungsmaschinen festgelegt, insbesondere der bei tieferen Temperaturen betriebenen Entspannungsmaschine. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Flüssigkeitsanteil am Austritt aus einer entsprechenden Entspannungsmaschine typischerweise nicht mehr als 6 bis 8 Prozent betragen darf. Diese Temperatur läge höher als im Fall des oben erläuterten Verfahrens, bei dem der Austrittsdruck des Feedverdichters bzw. der Eintrittsdruck des Kreislaufverdichters ca. 6 bar beträgt. Die hauptsächlich zu verflüssigende Luftmenge, d.h. die auf den nochmals höheren Druck von ca. 60 bis 80 bar verdichtete Luft, würde mit dem kalten Strom aus der erläuterten Entspannungsmaschine vorgekühlt, jedoch aufgrund der erläuterten Umstände nicht so stark wie in dem herkömmlichen Verfahren. Gegenüber dem herkömmlichen Verfahren läge die Temperatur dieses Stroms an der kältesten Stelle deutlich höher, nämlich bei ca. 111 bis 120 K anstelle von 101 K. Nach der anschließenden Entspannung in der erläuterten Drossel entstünde daher deutlich mehr Dampf und vergleichsweise weniger Luftverflüssigungsprodukt, was auf größere Verluste hinweist.
- Die Erfindung löst die Aufgabe, ein entsprechendes Verfahren zu verbessern, dadurch, dass der Austrittsdruck der erläuterten, bei tieferer Temperatur betriebenen Entspannungsmaschine reduziert wird, so dass dieser Druck niedriger als der Enddruck des Feedverdichters bzw. der Eintrittsdruck des Kreislaufverdichters wird. Die in dieser Entspannungsmaschine entspannte Luftmenge wird dabei nicht direkt zum Eintritt des Kreislaufverdichters (bzw. über den Wärmetauscher zu diesem) geführt, sondern zunächst in zwei Boostern bis auf den Enddruck des Feedverdichters bzw. den Eintrittsdruck des Kreislaufverdichters rückverdichtet.
- Auf diese Weise wird erreicht, dass auch bei höheren Enddrücken eines Feedverdichters bzw. Eintrittsdrücken eines Kreislaufverdichters eine Entspannung auf geringere Drücke möglich ist, so dass eine effektive Kühlung zur Verflüssigung von Luft ermöglicht wird. Auf diese Weise werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Verluste in nachgeschalteten Einrichtungen verringert.
- Die vorliegende Erfindung geht vor diesem Hintergrund von einem Verfahren zur Verflüssigung von Luft aus, bei dem ein Druckluftstrom auf einem ersten Druckniveau bereitgestellt und mittels eines Verdichters, nämlich mittels des erläuterten Kreislaufverdichters, auf ein zweites Druckniveau verdichtet wird, aus Luft des Druckluftstroms nach der Verdichtung auf das zweite Druckniveau ein erster Teilstrom, ein zweiter Teilstrom und ein dritter Teilstrom gebildet wird, Luft des ersten Teilstroms unter Verwendung von Kälte, die mittels einer Entspannung von Luft des zweiten Teilstroms und des dritten Teilstroms erzeugt wird, abgekühlt und zumindest teilweise verflüssigt wird, und bei dem zur Bereitstellung des Druckluftstroms auf dem ersten Druckniveau Einsatzluft, die auf das erste Druckniveau verdichtet wird, und Luft des zweiten Teilstroms und des dritten Teilstroms, die auf dem ersten Druckniveau bereitgestellt wird, verwendet wird.
- Die vorliegende Erfindung sieht dabei vor, dass die Luft des zweiten Teilstroms nacheinander auf ein erstes Temperaturniveau abgekühlt, von dem zweiten Druckniveau auf das erste Druckniveau entspannt und gegen den ersten Teilstrom erwärmt wird, und dass die Luft des dritten Teilstroms nacheinander auf ein zweites Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus abgekühlt, auf ein drittes Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus entspannt, gegen den ersten Teilstrom erwärmt und auf das erste Druckniveau rückverdichtet wird. Durch die Entspannung auf das dritte Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus werden die zuvor erläuterten Vorteile erzielt, nämlich eine verbesserte Kälteproduktion, die im Bereich der Kälteproduktion in herkömmlichen Anlagen mit einem entsprechenden Feedverdichterenddruck von ca. 6 bar bzw. einem derartigen Kreislaufverdichtereintrittsdruck liegt. Zugleich können die Vorteile eines höher verdichtenden Feedverdichters genutzt werden.
- Erfindungsgemäß werden zum Rückverdichten des dritten Teilstroms dabei ein erster Booster und ein zweiter Booster verwendet, wobei der erste Booster mit einer zur Entspannung der Luft des zweiten Teilstroms verwendeten Entspannungsmaschine angetrieben wird und mechanisch gekoppelt ist und der zweite Booster mit einer zur Entspannung der Luft des dritten Teilstroms verwendeten Entspannungsmaschine angetrieben wird und mechanisch gekoppelt ist. Dies ermöglicht es, bei der Entspannung der Teilströme freiwerdende Leistung effektiv zur Rückverdichtung der Luft des dritten Teilstroms einzusetzen. Es sind keine zusätzlichen, extern angetriebenen Verdichter erforderlich. Der erste Booster und der zweite Booster sind erfindungsgemäß miteinander und mit dem (Kreislauf-)Verdichter im oben erläuterten Sinne mechanisch ungekoppelt. Mechanisch ungekoppelt sind damit auch die beiden genannten Entspannungsmaschinen untereinander und mit dem Verdichter. Auf diese Weise können der Verdichter, der erste Booster mit der zur Entspannung der Luft des zweiten Teilstroms verwendeten Entspannungsmaschine und der zweite Booster mit der zur Entspannung der Luft des dritten Teilstroms verwendeten Entspannungsmaschine jeweils (innerhalb betrieblicher Grenzen) unabhängig voneinander betrieben werden. Insbesondere können hierdurch die durch Entspannung des zweiten und des dritten Teilstroms bereitgestellte Kälte sowie die Austrittsdrücke der Booster individuell und unabhängig von dem Verdichter eingestellt werden. Insbesondere kann das dritte Druckniveau unabhängig eingestellt werden.
- Aus den erläuterten mechanischen Beziehungen der Booster und Entspannungsmaschinen untereinander und mit dem Verdichter ergibt sich, dass die Rückverdichtung der Luft des Teilstroms auf das erste Druckniveau und die Verdichtung des Druckluftstroms auf das erste Druckniveau unabhängig voneinander, d.h. in unterschiedlichen Apparaten (dem ersten Booster und dem zweiten Booster einerseits und in dem Verdichter andererseits) erfolgt. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als die Luft des dritten Teilstroms, die nach dem Abkühlen auf das zweite Temperaturniveau und dem Entspannen auf das dritte Druckniveau gegen den ersten Teilstrom erwärmt und auf das erste Druckniveau rückverdichtet wird, Luft des dritten Teilstroms verwendet, die auf dem dritten Druckniveau und einem durch die Entspannung auf das dritte Druckniveau erzeugten dritten Temperaturniveau gasförmig bleibt. Mit anderen Worten wird gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nach der Entspannung des dritten Teilstroms auf das dritte Druckniveau eine Flüssigphase abgeschieden und nur die Luft des dritten Teilstroms durch einen entsprechenden Wärmetauscher geführt und zum Abkühlen des ersten Teilstroms verwendet, die hier gasförmig bleibt.
- Gemäß dieser besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass Luft des dritten Teilstroms, die auf das zweite Temperaturniveau abgekühlt und auf das dritte Druckniveau entspannt wurde und auf den dritten Temperaturniveau und dem dritten Druckniveau flüssig vorliegt, mit verflüssigter Luft des ersten Teilstroms zu vereinigen. Derartige Luft wurde bereits verflüssigt, so dass sie vorteilhaft zur Gewinnung des Luftverflüssigungsprodukts entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren genutzt werden kann.
- Vorteilhafterweise wird die Luft des ersten Teilstroms nach dem Abkühlen auf ein viertes Druckniveau unterhalb des dritten Druckniveaus entspannt. Hierzu wird vorteilhafterweise eine Drosseleinrichtung, beispielsweise ein Drosselventil oder eine Generatorturbine, eingesetzt, in der durch Joule-Thompson-Entspannung weitere Kälte generiert und damit eine bessere Verflüssigung der Luft bewirkt wird.
- Vorteilhafterweise kann, bevor die Luft des ersten Teilstroms auf das vierte Druckniveau entspannt wird, diese Luft zunächst auf das zuvor erläuterte dritte Druckniveau entspannt werden. Auf diese Weise wird eine Vereinigung von Anteilen des ersten Teilstroms mit beispielsweise verflüssigter Luft des dritten Teilstroms, die auf dem dritten Druckniveau vorliegt, ermöglicht.
- Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Luft des dritten Teilstroms, die nach dem Abkühlen auf das zweite Temperaturniveau und dem Entspannen auf das dritte Temperaturniveau gegen den ersten Teilstrom erwärmt und auf das erste Druckniveau rückverdichtet wird, nach dem Entspannen auf das dritte Druckniveau mit auf das dritte Druckniveau entspannter und gasförmig bleibender Luft des ersten Teilstroms zu vereinigen. Entsprechende Luft kann daher effektiv genutzt und zum Eintritt eines Kreislaufverdichters zurückgeführt werden.
- Vorteilhafterweise liegt das erste Druckniveau im Rahmen der vorliegenden Erfindung bei 5 bis 25 bar, insbesondere bei 10 bis 20 bar und/oder das zweite Druckniveau bei 50 bis 100 bar, insbesondere bei 60 bis 80 bar. Beispielsweise können als erstes Druckniveau ca. 17 bar und als zweites Druckniveau ca. 70 bar verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich daher in besonderer Weise für Verfahren zur Verflüssigung von Luft, die in Verfahren zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, wo vergleichsweise große Luftmengen verflüssigt werden müssen, eingesetzt werden, wie zuvor erläutert. In gleicher Weise eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren aber auch für andere Einsatzszenarios, bei denen entsprechende Anforderungen bestehen. Insbesondere sind durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens Feedverdichter verwendbar, die entsprechend hohe erste Druckniveaus liefern.
- Vorteilhafterweise liegt das dritte Druckniveau mindestens 1, 5 oder 10 bar und bis zu 20 bar unterhalb des zweiten Druckniveaus und/oder das vierte Druckniveau 1, 5 oder 10 bar und bis zu 20 bar unterhalb des dritten Druckniveaus, wobei das vierte Druckniveau insbesondere bei Atmosphärendruck liegt. Ein Beispiel für das dritte Druckniveau sind ca. 6,5 bar. Eine entsprechende Entspannung auf ein derart niedriges drittes Druckniveau das den Feedverdichterend- bzw. Kreislaufverdichtereingangsdrücken in den zuvor erläuterten herkömmlichen Verfahren entspricht, ermöglicht eine besonders effektive Abkühlung.
- Vorteilhafterweise liegt das erste Temperaturniveau bei 230 bis 330 K und/oder das zweite Temperaturniveau bei 140 bis 180 K. Entsprechende Temperaturniveaus entsprechen jenen herkömmlicher Verfahren, wie sie zuvor erläutert wurden, so dass sich hierbei verwendete Erfahrungswerte weiter nutzen lassen.
- Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Speicherung und Rückgewinnung von elektrischer Energie, das einen ersten Betriebsmodus, in dem mittels elektrischer Energie Luft verflüssigt wird, und einen zweiten Betriebsmodus, in dem unter Verwendung der in dem ersten Betriebsmodus verflüssigten Luft elektrische Energie gewonnen wird, umfasst. Der erste Betriebsmodus ist dabei der eingangs erläuterte Betriebsmodus in Billigstromzeiten oder Stromüberschusszeiten, also in einem Energiespeicherzeitraum, der zweite Betriebsmodus der Betriebsmodus, der in Spitzenlastzeiten verwendet wird, also in einem Energierückgewinnungszeitraum. Ein entsprechendes Verfahren zur Speicherung und Rückgewinnung von elektrischer Energie zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass in dem ersten Betriebsmodus ein Verfahren verwendet wird, wie es zuvor erläutert wurde. Bezüglich dieses Verfahrens wird daher auf die Merkmale und Vorteile, die zuvor erläutert wurden, ausdrücklich verwiesen.
- Die Erfindung betrifft ferner eine Anlage zur Verflüssigung von Luft. Diese weist Mittel auf, die dafür eingerichtet sind, einen Druckluftstrom auf einem ersten Druckniveau bereitzustellen und mittels eines Verdichters, des mehrfach erwähnten Kreislaufverdichters, auf ein zweites Druckniveau zu verdichten, aus Luft des Druckluftstroms nach der Verdichtung auf das zweite Druckniveau einen ersten Teilstrom, einen zweiten Teilstrom und einen dritten Teilstrom zu bilden, Luft des ersten Teilstroms unter Verwendung von Kälte, die mittels einer Entspannung von Luft des zweiten Teilstroms und des dritten Teilstroms erzeugt wird, abzukühlen und zumindest teilweise zu verflüssigen, und zur Bereitstellung des Druckluftstroms auf dem ersten Druckniveau Einsatzluft, die auf das erste Druckniveau verdichtet wird, und Luft des zweiten Teilstroms und des dritten Teilstroms, die auf dem ersten Druckniveau bereitgestellt wird, zu verwenden.
- Es sind Mittel vorgesehen, die dafür eingerichtet sind, die Luft des zweiten Teilstroms nacheinander auf ein erstes Temperaturniveau abzukühlen und von dem zweiten Druckniveau auf das erste Druckniveau zu entspannen und gegen den ersten Teilstrom zu erwärmen, und die ferner dafür eingerichtet sind, die Luft des dritten Teilstroms nacheinander auf ein zweites Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus abzukühlen, auf ein drittes Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus zu entspannen, gegen den ersten Teilstrom zu erwärmen und auf das erste Druckniveau rückzuverdichten.
- Erfindungsgemäß sind zum Rückverdichten des dritten Teilstroms ein erster Booster und ein zweiter Booster bereitgestellt, wobei der erste Booster mit einer zur Entspannung des dritten Teilstroms verwendeten Entspannungsmaschine antreibbar und mechanisch gekoppelt ist, der zweite Booster mit einer zur Entspannung des zweiten Teilstroms verwendeten Entspannungsmaschine antreibbar und mechanisch gekoppelt ist, und der erste Booster und der zweite Booster miteinander und mit dem Verdichter mechanisch ungekoppelt sind.
- Zu Merkmalen und Vorteilen einer entsprechenden Anlage wird ebenfalls auf die zuvor erläuterten Merkmale und Vorteile verwiesen. Insbesondere ist eine entsprechende Anlage zur Durchführung eines Verfahrens eingerichtet, wie es zuvor erläutert wurde, es kann sich also auch um eine Anlage zur Speicherung und Rückgewinnung von elektrischer Energie handeln.
- Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen Ausführungsformen der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik veranschaulicht sind.
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Figur 1 veranschaulicht eine nicht erfindungsgemäße Anlage zur Verflüssigung von Luft in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms. -
Figur 2 veranschaulicht eine Anlage zur Verflüssigung von Luft gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms. -
Figur 3 veranschaulicht eine Anlage zur Verflüssigung von Luft gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms. -
Figur 4 veranschaulicht eine Anlage zur Verflüssigung von Luft gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms. -
Figur 5 veranschaulicht eine Anlage zur Verflüssigung von Luft gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms. - In den Figuren sind einander entsprechende Elemente, Ströme und Vorrichtungen mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert. Fluidströme sind jeweils mit Groß- bzw. Kleinbuchstaben angegeben, überwiegend oder ausschließlich gasförmige Fluidströme ferner mit nicht ausgefüllten (weißen), überwiegend oder ausschließlich flüssige Fluidströme hingegen mit ausgefüllten (schwarzen) Flusspfeilen veranschaulicht.
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Figur 1 veranschaulicht eine nicht erfindungsgemäße Anlage zur Verflüssigung von Luft, die insgesamt mit 500 bezeichnet ist. Der besseren Unterscheidbarkeit halber sind die Fluidströme hier mit Großbuchstaben angegeben. - Der Anlage 500 wird Einsatzluft A bei Umgebungsdruck zugeführt, und nach Vereinigung mit einem weiteren Luftstrom X in einem Verdichter 12, dem sogenannten Feedverdichter, verdichtet. Dem Feedverdichter 12 kann ein nicht gesondert bezeichneter Nachkühler nachgeschaltet sein. Ein entsprechend erhaltener Druckluftstrom, nun mit B bezeichnet, wird einem zweiten Verdichter 11, dem sogenannten Kreislaufverdichter, dem ebenfalls ein nicht gesondert bezeichneter Nachkühler nachgeschaltet sein kann, zugeführt. Ebenfalls dem Kreislaufverdichter 11 wird ein Strom Y zugeführt, der wie unten erläutert gebildet wird. Die Ströme B und Y werden in dem Kreislaufverdichter 11 weiter verdichtet. Stromab des Kreislaufverdichters 11 wird ein durch die Verdichtung erhaltener Strom, der nun mit C bezeichnet ist, in einen ersten Teilstrom D und einen zweiten Teilstrom E aufgeteilt. Der erste Teilstrom D wird einem Wärmetauscher 13 warmseitig zugeführt und diesem auf einem Zwischentemperaturniveau entnommen. Der erste Teilstrom D wird anschließend in einer ersten Entspannungsmaschine 14 auf das durch den Feedverdichter 12 bereitgestellte Druckniveau entspannt und dem Wärmetauscher 13 auf einem Zwischentemperaturniveau zugeführt.
- Der zweite Teilstrom E wird zunächst in einem ("ersten") Booster 15 und anschließend in einem ("zweiten") Booster 16, denen jeweils nicht gesondert bezeichnete Nachkühler nachgeordnet sein können, auf ein höheres Druckniveau verdichtet. Der entsprechend verdichtete zweite Teilstrom E wird ebenfalls warmseitig dem Wärmetauscher 13 zugeführt und diesem teilweise auf einem Zwischentemperaturniveau in Form des Stroms F entnommen. Der Strom F wird in einer Entspannungsmaschine 17 entspannt und anschließend in einen Abscheidebehälter 18 überführt. Die Entspannung in der Entspannungsmaschine 17 erfolgt ebenfalls auf das durch den Feedverdichter 12 bereitgestellte Druckniveau.
- Ebenfalls dem Abscheidebehälter 18 zugeführt wird ein zweiter Anteil des zweiten Teilstroms E, der hier mit G bezeichnet ist und beinahe bis zum kalten Ende durch den Wärmetauscher 13 geführt wird. Im Sumpf des Abscheidebehälters 18 abgeschiedene Flüssigluft wird in Form des Stroms H abgezogen, in einem Teil des Wärmetauschers 13 unterkühlt und anschließend teilweise beispielsweise in einen Tank überführt. Zur Unterkühlung wird unter anderem Kälte verwendet, die aus einer Entspannung eines Teils des Stroms H zu dem erwähnten Strom X gewonnen werden kann. Letzterer wird anschließend vom kalten zum warmen Ende durch den Wärmetauscher 13 geführt. Die in dem Abscheidebehälter 18 gasförmig verbleibende Luft wird in Form des Stroms I abgezogen, in dem Wärmetauscher 13 erwärmt und anschließend in Form des Stroms Y mit dem zuvor erläuterten Druckluftstrom B vereinigt.
- Wie zuvor erwähnt, weist die in
Figur 1 veranschaulichte Luftverflüssigungsanlage 100 Nachteile auf. In dem Feedverdichter 12 wird die Einsatzluft des Stroms A bis auf etwa 6 bar verdichtet. Der Kreislaufverdichter 11 verdichtet die Einsatzluft des Stroms A zusammen mit einer zurückgeführten Luftmenge des Stroms Y weiter von den genannten ca. 6 bar bis auf ca. 30 bis 40 bar. In der Entspannungsmaschine 14 wird die auf den Druck von ca. 30 bis 40 bar verdichtete Luft des Stroms D dann erneut auf den Druck von ca. 6 bar entspannt und auf diesem Druckniveau als Teil des Stroms Y zurück zum Eingang des Kreislaufverdichters 11 geführt. In der Entspannungsmaschine 17 wird die zunächst auf den Druck von ca. 30 bis 40 bar verdichtete und anschließend in den Boostern 15 und 16 weiter auf ca. 60 bis 80 bar verdichtete Luft des Stroms F ebenfalls auf den Druck von ca. 6 bar entspannt. Ein dabei in dem Abscheidebehälter 18 gasförmig bleibender Anteil hiervon wird als Teil des Stroms Y ebenfalls zurück zum Eingang des Kreislaufverdichters 11 geführt. - Die Entspannungsmaschinen 14 und 17 sind dabei so platziert, dass die Eintrittstemperatur in die Entspannungsmaschine 14 auf einem Temperaturniveau zwischen 230 K und Umgebungstemperatur und die Eintrittstemperatur der Entspannungsmaschine 17 bei ca. 140 bis 180 K liegt. Dies wird erreicht, indem man die Ströme D und F durch den Wärmetauscher 13 führt und diesem bei den genannten Temperaturen entnimmt. Die von den genannten Entspannungsmaschinen 14 und 17 angetriebenen Booster 15 und 16 verdichten den Strom E auf das genannte Druckniveau von ca. 60 bis 80 bar. Ein Teil des auf das Druckniveau von ca. 60 bis 80 bar verdichteten Stroms E wird in Form des Stroms G über eine Drossel in den Abscheidebehälter 18 entspannt. Die Luft dieses Stroms G verflüssigt sich dabei zumindest zum Teil. Die verflüssigte Luft des Stroms H wird aus der verflüssigten Luft des Stroms G und aus verflüssigter Luft des in der Entspannungsmaschine 17 entspannten Stroms F gebildet. Die zu verflüssigende Luftmenge wird dabei jeweils durch die in den Entspannungsmaschinen 14 und 17 entspannte Luft gekühlt.
- Nachteilig hieran ist, dass ein entsprechendes Verfahren um den Enddruck des Feedverdichters 12 ausgestaltet werden muss und somit wenig Freiheitsgrade lässt. Sowohl der Eintrittsdruck des Kreislaufverdichters 11 als auch der Druck am Austritt der beiden Entspannungsmaschinen 14 und 17 sind auf diese Weise vorgegeben, und zwar auf den Enddruck des Feedverdichters 12 bzw. den Eintrittsdruck des Kreislaufverdichters 11. Feedverdichter 12 mit höherem Enddruck von ca. 12 bis 20 bar wären von Vorteil. Entsprechend würde aber in dem in der Luftverflüssigungsanlage 500 implementierten Verfahren auch der Druck und die minimale Temperatur am Austritt der Entspannungsmaschinen 14 und 17 entsprechend festgelegt, insbesondere der bei tieferen Temperaturen betriebenen Entspannungsmaschine 17. Der Flüssigkeitsanteil am Austritt aus einer solchen Entspannungsmaschine 17 darf typischerweise nicht mehr als 6 bis 8 Prozent betragen. Diese hierzu einzuhaltende Temperatur liegt dann aber höher als im Fall eines Verfahrens, bei dem der Austrittsdruck des Feedverdichters 12 bzw. der Eintrittsdruck des Kreislaufverdichters 11 ca. 6 bar beträgt. Die zur verflüssigende Luftmenge, d.h. die auf das dritte Druckniveau von ca. 60 bis 80 bar verdichtete Luft des Stroms E würde mit dem kalten Strom F aus der Entspannungsmaschine 17 vorgekühlt, jedoch aufgrund der erläuterten Umstände nicht so weit wie in einem herkömmlichen Verfahren, bei dem der Austrittsdruck des Feedverdichters 12 bzw. der Eintrittsdruck des Kreislaufverdichters 11 ca. 6 bar beträgt. Gegenüber einem herkömmlichen Verfahren läge die Endtemperatur deutlich höher, nämlich bei ca. 111 bis 120 K anstelle von 101 K. Nach der anschließenden Entspannung in der erläuterten Drossel entstünde daher deutlich mehr Dampf und vergleichsweise weniger Luftverflüssigungsprodukt, was auf größere Verluste hinweist.
- In
Figur 2 ist eine Anlage zur Verflüssigung von Luft gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms veranschaulicht und insgesamt mit 100 bezeichnet. - Der Anlage 100 wird Einsatzluft a auf einem ersten Druckniveau zugeführt. Auch hier wird unter "Einsatzluft" dabei extern bereitgestellte und beispielsweise mittels geeigneter Reinigungseinrichtungen von Wasser und/oder Kohlendioxid befreite Luft verstanden, die mittels eines in
Figur 2 nicht dargestellten Feedverdichters auf ein Druckniveau ("erstes Druckniveau") verdichtet wird, das hier jedoch deutlich höher liegt als in der Anlage 500, beispielsweise bei den erwähnten ca. 12 bis 20 bar. - Durch Vereinigung mit einem weiteren Luftstrom g auf dem ersten Druckniveau (siehe unten zu Strom g) wird ein Druckluftstrom b gebildet und mittels eines Verdichters, des mehrfach erwähnten Kreislaufverdichters 11, der aber ggf. unterschiedlich zu dem bezüglich der Anlage 500 gemäß
Figur 1 erläuterten Kreislaufverdichter 11 ausgebildet sein kann, weiter auf ein "zweites" Druckniveau verdichtet. Dem Kreislaufverdichter 11 kann auch hier ein nicht gesondert bezeichneter Nachkühler nachgeschaltet sein. Aus dem auf das zweite Druckniveau verdichteten Druckluftstrom b werden letztlich drei Teilströme c, e und f, gebildet. Der Teilstrom c wird dabei warmseitig einem Wärmetauscher 2 zugeführt und diesem kaltseitig entnommen, entspannt und dabei abgekühlt und zumindest teilweise verflüssigt. Zur Abkühlung und damit zur zumindest teilweisen Verflüssigung des Teilstroms c wird dabei Kälte verwendet, die, wie nachfolgend erläutert, mittels einer Entspannung von Luft des zweiten Teilstroms e und des dritten Teilstroms f erzeugt wird. - Die Luft des zweiten Teilstroms e und des dritten Teilstroms f wird zunächst gemeinsam warmseitig dem Wärmetauscher 2 zugeführt. Die Luft des zweiten Teilstroms e wird dem Wärmetauscher 2 auf einem ersten Temperaturniveau entnommen, die Luft des dritten Teilstroms f auf einem zweiten Temperaturniveau, wobei das zweite Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus liegt. Die Luft des zweiten Teilstroms e wird in einer ersten Entspannungsmaschine 3 wieder auf das erste Druckniveau entspannt, hierdurch weiter abgekühlt, dem Wärmetauscher 2 auf einer Zwischentemperatur zugeführt, dem Wärmetauscher 2 warmseitig entnommen und entsprechend erwärmt, und anschließend mit der Luft des dritten Teilstroms f vereinigt, der wie nachfolgend erläutert behandelt wird.
- Der dritte Teilstrom f wird einer zweiten Entspannungsmaschine 4 zugeführt, in dieser entspannt und dabei ebenfalls abgekühlt. Während die Luft des zweiten Teilstroms e in der ersten Entspannungsmaschine 3 auf das erste Druckniveau entspannt wird, bei dem auch die Einsatzluft a bereitgestellt wird und der Druckluftstrom b vorliegt, erfolgt die Entspannung des dritten Teilstroms f in der zweiten Entspannungsmaschine 4 jedoch auf ein "drittes" Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus. Der dritte Teilstrom f wird dem Wärmetauscher 2 kaltseitig zugeführt und warmseitig entnommen. Anschließend wird der dritte Teilstrom f mittels zweier Booster 5 und 6, denen nicht gesondert bezeichnete Nachkühler nachgeschaltet sein können, und die jeweils mit der zweiten Entspannungsmaschine 4 (Booster 5) und der ersten Entspannungsmaschine 3 (Booster 6) mechanisch gekoppelt sind, auf das erste Druckniveau rückverdichtet. Die Booster 5, 6 und die Entspannungsmaschinen 3, 4 sind untereinander und mit dem Kreislaufverdichter 11 mechanisch ungekoppelt. Wie bereits erläutert erfolgt anschließend eine Vereinigung der Luft des dritten Teilstroms f mit der Luft des zweiten Teilstroms e, im Beispiel zu dem bereits erläuterten Luftstrom g.
- Die mittels der Entspannung in den Entspannungsmaschinen 3 und 4 erzeugte Kälte wird in den Wärmetauscher 2 eingeleitet und dient hier zur Abkühlung und zumindest teilweisen Verflüssigung des ersten Teilstroms c. Die zumindest teilweise verflüssigte Luft des ersten Teilstroms c wird einer Entspannungseinrichtung 7, die beispielsweise eine Generatorturbine und ein oder mehrere Entspannungsventile umfassen kann, zugeführt und in dieser entspannt. Die entsprechend entspannte Luft des ersten Teilstroms c wird anschließend in einen Abscheidebehälter 8 überführt, in dessen Sumpf sich verflüssigte Luft abscheidet, welche als Flüssigluftstrom h abgezogen und gespeichert werden kann. Vom Kopf des Abscheidebehälters 8 wird gasförmige Luft des ersten Druckluftstroms c in Form des Stroms i abgezogen, kaltseitig dem Wärmetauscher 2 zugeführt und diesem warmseitig entnommen.
- Wie unter Bezugnahme auf die
Figur 3 erläutert, die eine Variante der Anlage 100 gemäßFigur 2 veranschaulicht, die insgesamt mit 200 bezeichnet ist, muss nicht die gesamte Luft des dritten Teilstroms f von dem dritten Druckniveau, das unterhalb des ersten Druckniveaus liegt, auf das erste Druckniveau rückverdichtet werden. In der zweiten Entspannungsmaschine 4 kann die Luft des dritten Teilstroms f auch derart entspannt werden, dass sich die Luft des dritten Teilstroms f teilweise verflüssigt. Die gesamte Luft des dritten Teilstroms f kann daher zunächst in einen Abscheidebehälter 9 eingespeist werden, in dessen Sumpf sich flüssige Luft abscheidet, welche als Flüssigluftstrom k abgezogen und mit der Luft des ersten Teilstroms c vereinigt werden kann. Verbleibende Luft des dritten Teilstroms f, den im Abscheidebehälter 9 gasförmig verbleibt, kann als Strom I wie zuvor bezüglich des gesamten dritten Teilstroms f erläutert, dem Wärmetauscher 2 kaltseitig zugeführt, warmseitig entnommen, und anschließend auf das erste Druckniveau rückverdichtet werden. In den in denFiguren 2 und3 dargestellten Anlagen 100 und 200 wird der Abscheidebehälter 8 unterhalb des dritten Druckniveaus auf einem beliebigen "vierten" Druckniveau betrieben, so dass in der inFigur 3 veranschaulichten Anlage 200 der Flüssigluftstrom k von dem dritten Druckniveau auf das vierte Druckniveau entspannt werden muss. - Eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Anlage ist in
Figur 4 dargestellt und insgesamt mit 300 bezeichnet. Auch hier wird ein auf dem zuvor erläuterten vierten Druckniveau verwendeter Abscheidebehälter eingesetzt, der daher hier ebenfalls mit 8 bezeichnet ist. Ein weiterer Abscheidebehälter, der auf dem dritten Druckniveau betrieben wird, d.h. auf dem Druckniveau, auf dem auch der Abscheidebehälter 9 gemäß Anlage 200 bzw.Figur 3 betrieben wird, ist hier ebenfalls mit 9 bezeichnet. Die Luft des ersten Teilstroms c, die in der Entspannungseinrichtung 7 entspannt wird, wird hier jedoch nur auf das dritte Druckniveau entspannt und auf diesem in den Abscheidebehälter 9 überführt. Verflüssigte Luft vom Sumpf des Abscheidebehälters 9 wird in Form des Stroms m auf das vierte Druckniveau entspannt und in den Abscheidebehälter 8 überführt. Gasförmig verbliebene Luft vom Kopf des Abscheidebehälters 9 wird auf dem dritten Druckniveau als Strom n abgezogen und mit der Luft des dritten Teilstroms f zu einem Sammelstrom o vereinigt. Der Sammelstrom o wird wie zuvor unter Bezugnahme auf den Strom I inFigur 3 bzw. Anlage 200 erläutert weiter behandelt, d. h. in dem Wärmetauscher 2 erwärmt und anschließend auf das erste Druckniveau rückverdichtet. - In
Figur 5 ist eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Anlage dargestellt und insgesamt mit 400 bezeichnet. Auch diese weist zwei Abscheidebehälter auf, die aufgrund der jeweils verwendeten Druckniveaus hier ebenfalls mit 8 und 9 bezeichnet sind. In der Anlage 400 gemäßFigur 5 wird die Luft des dritten Teilstroms f auf dem dritten Druckniveau mit der Luft des ersten Teilstroms c, die in der Entspannungseinrichtung 7 ebenfalls auf das dritte Druckniveau entspannt wurde, zu einem Sammelstrom p vereinigt und auf dem dritten Druckniveau in den Abscheidebehälter 9 eingespeist. In dem Abscheidebehälter 9 anfallende Flüssigluft wird in Form des Stroms r auf das vierte Druckniveau entspannt und in den Abscheidebehälter 8 überführt. Bei der Flüssigluft des Flüssigstroms r handelt es sich dabei um Luft, die aus Luft des ersten Teilstroms c und aus Luft des dritten Teilstroms f gebildet wurde. In dem Abscheidebehälter 9 gasförmig verbleibende Luft wird in Form des Stroms s abgezogen. Bei der Luft des Stroms s handelt es sich damit ebenfalls um Luft des ersten Teilstroms c und Luft des dritten Teilstroms f. Diese wird, wie zuvor unter Bezugnahme auf die Ströme I bezüglich Anlage 200 bzw.Figur 3 und zu Strom o bezüglich Anlage 300 bzw.Figur 4 erläutert, behandelt.
Claims (14)
- Verfahren zur Verflüssigung von Luft, bei dem ein Druckluftstrom (b) auf einem ersten Druckniveau bereitgestellt und unter Verwendung eines Verdichters (11) auf ein zweites Druckniveau verdichtet wird, aus Luft des Druckluftstroms (b) nach der Verdichtung auf das zweite Druckniveau ein erster Teilstrom (b), ein zweiter Teilstrom (e) und ein dritter Teilstrom (f) gebildet werden, Luft des ersten Teilstroms (c) unter Verwendung von Kälte, die mittels einer Entspannung von Luft des zweiten Teilstroms (e) und des dritten Teilstroms (f) erzeugt wird, abgekühlt und zumindest teilweise verflüssigt wird, und zur Bereitstellung des Druckluftstroms (b) auf dem ersten Druckniveau sowohl Einsatzluft (a), die auf das erste Druckniveau verdichtet wird, als auch Luft des zweiten Teilstroms (e) und des dritten Teilstroms (f), die auf dem ersten Druckniveau bereitgestellt wird, verwendet wird, wobei die Luft des zweiten Teilstroms (e) nacheinander auf ein erstes Temperaturniveau abgekühlt, von dem zweiten Druckniveau auf das erste Druckniveau entspannt und gegen den ersten Teilstrom (c) erwärmt wird, und wobei die Luft des dritten Teilstroms (f) nacheinander auf ein zweites Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus abgekühlt, auf ein drittes Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus entspannt, gegen den ersten Teilstrom (c) erwärmt und auf das erste Druckniveau rückverdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Rückverdichten des dritten Teilstroms (f) ein erster Booster (5) und ein zweiter Booster (6) verwendet werden, wobei der erste Booster (5) mit einer zur Entspannung des dritten Teilstroms (f) verwendeten Entspannungsmaschine (4) angetrieben wird und mechanisch gekoppelt ist, der zweite Booster (6) mit einer zur Entspannung des zweiten Teilstroms (e) verwendeten Entspannungsmaschine (3) angetrieben wird und mechanisch gekoppelt ist, und der erste Booster (5) und der zweite Booster (6) miteinander und mit dem Verdichter (11) mechanisch ungekoppelt sind.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei der für die mechanische Kopplung des ersten Boosters (5) mit der zur Entspannung des dritten Teilstroms (f) verwendeten Entspannungsmaschine (4) und des zweiten Boosters (6) mit der zur Entspannung des zweiten Teilstroms (e) verwendeten Entspannungsmaschine (3) jeweils eine gemeinsame Welle verwendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als die Luft des dritten Teilstroms (f), die nach dem Abkühlen auf das zweite Temperaturniveau und dem Entspannen auf das dritte Druckniveau gegen den ersten Teilstrom (c) erwärmt und auf das erste Druckniveau rückverdichtet wird, Luft des dritten Teilstroms (f) verwendet wird, die auf dem dritten Druckniveau und einem durch die Entspannung auf das dritte Druckniveau erzeugten dritten Temperaturniveau gasförmig bleibt.
- Verfahren nach Anspruch 3, bei dem Luft des dritten Teilstroms (f), die auf das zweite Temperaturniveau abgekühlt und auf das dritte Druckniveau entspannt wurde und auf dem dritten Druckniveau und dem dritten Temperaturniveau flüssig vorliegt, mit verflüssigter Luft des ersten Teilstroms (c) vereinigt wird.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Luft des ersten Teilstroms (c) nach dem Abkühlen und zumindest teilweisen Verflüssigen auf ein viertes Druckniveau unterhalb des dritten Druckniveaus entspannt wird.
- Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Luft des ersten Teilstroms (c) vor dem Entspannen auf das vierte Druckniveau auf das dritte Druckniveau entspannt wird.
- Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Luft des dritten Teilstroms (f), die nach dem Abkühlen auf das zweite Temperaturniveau und dem Entspannen auf das dritte Druckniveau gegen den ersten Teilstrom (c) erwärmt und auf das erste Druckniveau rückverdichtet wird, nach dem Entspannen auf das dritte Druckniveau mit auf das dritte Druckniveau entspannter und gasförmig bleibender Luft des ersten Teilstroms (f) vereinigt wird.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das erste Druckniveau bei 5 bis 25 bar, insbesondere bei 10 bis 20 bar. und/oder bei dem das zweite Druckniveau bei 50 bis 100 bar, insbesondere bei 60 bis 80 bar, liegt.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das dritte Druckniveau mindestens 1, 5 oder 10 bar und höchstens 20 bar unterhalb des zweiten Druckniveaus liegt und/oder das vierte Druckniveau mindestens 1, 5 oder 10 bar und höchstens 20 bar unterhalb des dritten Druckniveaus liegt, wobei das vierte Druckniveau insbesondere bei Atmosphärendruck liegt.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das erste Temperaturniveau bei 230 bis 330 K und/oder bei dem das zweite Temperaturniveau bei 140 bis 180 K liegt.
- Verfahren zur Speicherung und Rückgewinnung von elektrischer Energie, das einen ersten Betriebsmodus, in dem mittels elektrischer Energie Luft verflüssigt wird, und einen zweiten Betriebsmodus, in dem unter Verwendung der in dem ersten Betriebsmodus verflüssigten Luft elektrische Energie gewonnen wird, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Betriebsmodus ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchgeführt wird.
- Anlage (100, 200, 300, 400) zur Verflüssigung von Luft, mit Mitteln, die dafür eingerichtet sind, einen Druckluftstrom (b) auf einem ersten Druckniveau bereitzustellen und mittels eines Verdichters (11) auf ein zweites Druckniveau zu verdichten, aus Luft des Druckluftstroms (b) nach der Verdichtung auf das zweite Druckniveau einen ersten Teilstrom (b), einen zweiten Teilstrom (e) und einen dritten Teilstrom (f) zu bilden, Luft des ersten Teilstroms (c) unter Verwendung von Kälte, die mittels einer Entspannung von Luft des zweiten Teilstroms (e) und des dritten Teilstroms (f) erzeugt wird, abzukühlen und zumindest teilweise zu verflüssigen, und zur Bereitstellung des Druckluftstroms (b) auf dem ersten Druckniveau sowohl Einsatzluft (a), die auf das erste Druckniveau verdichtet wird, als auch Luft des zweiten Teilstroms (e) und des dritten Teilstroms (f), die auf dem ersten Druckniveau bereitgestellt wird, zu verwenden, wobei Mittel vorgesehen sind, die dafür eingerichtet sind, die Luft des zweiten Teilstroms (e) nacheinander auf ein erstes Temperaturniveau abzukühlen, von dem zweiten Druckniveau auf das erste Druckniveau zu entspannen und gegen den ersten Teilstrom (c) zu erwärmen, und die ferner dafür eingerichtet sind, Luft des dritten Teilstroms (f) nacheinander auf ein zweites Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus abzukühlen, auf ein drittes Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus zu entspannen, gegen den ersten Teilstrom (c) zu erwärmen und auf das erste Druckniveau rückzuverdichten, dadurch gekennzeichnet, dass zum Rückverdichten des dritten Teilstroms (f) ein erster Booster (5) und ein zweiter Booster (6) bereitgestellt sind, wobei der erste Booster (5) mit einer zur Entspannung des dritten Teilstroms (f) verwendeten Entspannungsmaschine (4) antreibbar und mechanisch gekoppelt ist, der zweite Booster (6) mit einer zur Entspannung des zweiten Teilstroms (e) verwendeten Entspannungsmaschine (3) antreibbar und mechanisch gekoppelt ist, und der erste Booster (5) und der zweite Booster (6) miteinander und mit dem Verdichter (11) mechanisch ungekoppelt sind.
- Anlage (100, 200, 300, 400) nach Anspruch 12, bei dem der erste Booster (5) mit der zur Entspannung des dritten Teilstroms (f) verwendeten Entspannungsmaschine (4) und der zweite Booster (6) mit der zur Entspannung des zweiten Teilstroms (e) verwendeten Entspannungsmaschine (3) jeweils mittels einer gemeinsamen Welle gekoppelt ist.
- Anlage (100, 200, 300, 400) nach Anspruch 12 oder 13, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 eingerichtet ist.
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Cited By (1)
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Families Citing this family (2)
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3139567A1 (de) | 1981-10-05 | 1983-04-21 | Bautz, Wilhelm, 6000 Frankfurt | Verfahren zur speicherung von elektrischer energie unter verwendung von fluessiggasen, insbesondere fluessiger luft |
EP1205721A1 (de) | 2000-11-02 | 2002-05-15 | Air Products And Chemicals, Inc. | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Tieftemperaturflüssigkeit |
US6666048B1 (en) | 1999-04-05 | 2003-12-23 | L'air Liquide - Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Variable capacity fluid mixture separation apparatus and process |
EP1989400A1 (de) | 2006-02-27 | 2008-11-12 | Highview Enterprises Limited | Verfahren zum speichern von energie und system zum speichern von kryogener energie |
US20110132032A1 (en) | 2009-12-03 | 2011-06-09 | Marco Francesco Gatti | Liquid air method and apparatus |
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3139567A1 (de) | 1981-10-05 | 1983-04-21 | Bautz, Wilhelm, 6000 Frankfurt | Verfahren zur speicherung von elektrischer energie unter verwendung von fluessiggasen, insbesondere fluessiger luft |
US6666048B1 (en) | 1999-04-05 | 2003-12-23 | L'air Liquide - Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Variable capacity fluid mixture separation apparatus and process |
EP1205721A1 (de) | 2000-11-02 | 2002-05-15 | Air Products And Chemicals, Inc. | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Tieftemperaturflüssigkeit |
EP1989400A1 (de) | 2006-02-27 | 2008-11-12 | Highview Enterprises Limited | Verfahren zum speichern von energie und system zum speichern von kryogener energie |
US20110132032A1 (en) | 2009-12-03 | 2011-06-09 | Marco Francesco Gatti | Liquid air method and apparatus |
WO2014006426A2 (en) | 2012-07-06 | 2014-01-09 | Highview Enterprises Limited | Method and apparatus for cooling in liquefaction process |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017074544A1 (en) * | 2015-10-27 | 2017-05-04 | Praxair Technology, Inc. | System and method for providing refrigeration to a cryogenic separation unit |
US10295252B2 (en) | 2015-10-27 | 2019-05-21 | Praxair Technology, Inc. | System and method for providing refrigeration to a cryogenic separation unit |
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