Einrichtung zum Zerlegen von Luft mit Speicherung von Produktgas in flüssiger Form

Abstract

 In einer Einrichtung zum Zerlegen von Luft, insbesondere unter Verwendung eines Tieftemperaturrektifikationsverfahrens, in welcher die Luft verdichtet, gekühlt und expandiert und/oder mit Molekularsieben (10) gereinigt wird und Sauerstoff und Stickstoff sowie gegebenenfalls Edelgase gesondert über Produktgasleitungen ausgebracht werden, ist an eine Produkgasleitung (30) wenigstens eine Zweigleitung (31) angeschlossen, welche über einen Wärmetauscher (9) geführt ist. Weiters sind wenigstens zwei Speicher (7,12) für zwei voneinander verschiedene verflüssigte Gase vorgesehen und das aus der Produktgasleitung (30) abgezweigte Produkt wird durch Abkühlen verflüssigt und gespeichert, wobei die Abkühlung im Wärmetauscher (9) durch das jeweils andere verflüssigte Gas erfolgt und wobei wenigstens eine Rückführungsleitung (32) zwischen einem Speicher (7) für verflüssigtes Produktgas und der Produktgasleitung (30) vorgesehen ist, wodurch die Vorteile eines Wechselspeicherbetriebes erzielbar sind.
Vorzugsweise ist eine Zweigleitung (33) der Produktgasleitung (30) über eine Expansionsturbine (18) geführt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Zerlegen von Luft, insbesondere unter Verwendung eines Tieftemperaturrektifikationsverfahrens, in welcher die Luft verdichtet, gekühlt und expandiert und/oder mit Molekularsieben gereinigt wird und Sauerstoff und Stickstoff sowie gegebenenfalls Edelgase gesondert über Produktgasleitungen ausgebracht werden.

[0002] Aus der DE-OS 24 34 238 ist ein Verfahren zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie bekanntgeworden, bei dem in Zeiten geringen Energiebedarfes ein Hilfsenergieträger verflüssigt und nahezu drucklos gespeichert wird, während in Zeiten größeren Energiebedarfes der Hilfskälteträger verdichtet, angewärmt und arbeitsleistend entspannt wird. Aus der GB-PS 1 268 688 ist ein Verfahren zur Speicherung von Erdgas für verbrauchsarme Zeiten bekanntgeworden, wobei das Gas in verflüssigtem Zustand gelagert wird und bei Bedarf im gasförmigen Zustand abgegeben wird. Luftzerlegungsanlagen unterscheiden sich jedoch wesentlich von Energiegewinnungsoder -versorgungsanlagen und können nicht unmittelbar miteinander verglichen werden.

[0003] Luftzerlegungsanlagen können prinzipiell als kryogene Anlagen nach dem Tieftemperaturrektifikationsverfahren betrieben werden. In jüngerer Zeit sind auch Vorschläge für Anlagen unter Verwendung von Molekularsieben zur Auftrennung der einzelnen Komponenten von Luft bekanntgeworden. Besonders bei den erstgenannten Tieftemperaturrektifikationsverfahren ist die Auslegung bzw. Dimensionierung in der Regel so getroffen, daß eine möglichst konstante Abgabe an gereinigten Produktgasen erfolgt. Mit Luftzerlegungsanlagen kann in erster Linie Sauerstoff, aber auch Stickstoff und Edelgase, insbesondere Argon, gewonnen werden. Je nach Dimensionierung der Anlage ist der Anteil der erzeugbaren Produktgase zumeist mehr oder minder starr festgelegt. Es sind bereits Luftzerlegungsanlagen unter Verwendung des Tieftemperaturrektifikationsverfahrens bekanntgeworden, bei welchen flüssiger Sauerstoff drucklos zwischengelagert wird. Bei erhöhtem Bedarf von Sauerstoff wird dieser drucklos gelagerte flüssige Sauerstoff dem Luftzerleger rückgeführt und dort verdampft, sowie auf Umgebungstemperatur angewärmt, wobei gleichzeitig flüssiger Stickstoff ausgespeichert werden kann. Bei entsprechend verminderter Sauerstoffabnahme kann entsprechend umgekehrt verfahren werden, wobei zwei etwa gleich große Flüssigspeicher erforderlich sind, von welchen je einer für Stickstoff und einer für Sauerstoff geeignet ist. Der Vorteil, der bei einer derartigen Verfahrensführung erzielbar ist, besteht im wesentlichen darin, daß die von Natur aus nicht gegebene Anpassungsfähigkeit der Anlage bei konstantem Luftdurchsatz in Bezug auf die Sauerstoffabgabe kurzfristig wechselnden Bedürfnissen weitgehend angepaßt werden kann. Bei gleichzeitig gleichbleibendem Luftdurchsatz und im wesentlichen unverändert gehaltenen Konzentrationsverhältnissen in den Rektifikationssäulen kommt es bei einer derartigen Verfahrensführung zu keiner Beeinträchtigung der Argonausbeute. Wenn eine Änderung, beispielsweise des Luftdurchsatzes, vorgenommen würde, würde die Argonausbeute auf Stunden bis auf nahe zu Null abfallen. Derartige bekannte Einrichtungen, welche ein Wechselspeicherprinzip verwirklichen, sind aber anlagentechnisch von vorneherein für den Wechselspeicherbetrieb auszurüsten, und es ist nicht ohne weiteres möglich, bestehende Anlagen zum Zerlegen von Luft auf einen derartigen Wechselspeicherbetrieb umzurüsten. Ein Umrüsten bestehender Einrichtungen würde darüberhinaus die Ausbeute an Edelgasen nachträglich beeinflussen.

[0004] Luftzerlegungsanlagen, welche unter Verwendung von Molekularsieben arbeiten, sind prinzipiell im Bezug auf ihre Produktgasleistung elastischer. Für größere Spitzenabnahmen müßte allerdings auch hier ein vorgeschalteter Luftverdichter entsprechend überdimensioniert werden, um die Durchsatzleistung zu erbringen.

[0005] Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche in einfacher Weise an bestehende Luftzerlegungsanlagen angeschlossen werden kann und die Vorteile eines Wechselspeicherbetriebes erzielen läßt. Die erfindungsgemäße Einrichtung sollte hiebei ohne Eingriff in den eigentlichen Luftzerleger und ohne anlagentechnische Abänderung der Luftzerlegungsanlage angeschlossen werden können und neben dieser Möglichkeit der einfachen Nachrüstung zu bestehenden Anlagen auch ein gleichzeitiges Ein- und Ausspeichern von mehreren Produkten ermöglichen. Weiters soll die erfindungsgemäße Einrichtung die Produktabgabe auch dann noch ermöglichen, wenn der Luftzerleger, beispielsweise aus Wartungsgründen, stillgesetzt werden muß.

[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemäße Einrichtung im wesentlichen darin, daß an eine Produktgasleitung wenigstens eine Zweigleitung angeschlossen ist, welche über einen Wärmetauscher geführt ist, daß wenigstens zwei Speicher für zwei voneinander verschiedene verflüssigte Gase vorgesehen sind, daß das aus der Produktgasleitung abgezweigte Produkt durch Abkühlen verflüssigt und gespeichert wird, wobei die Abkühlung im Wärmetauscher durch das jeweils andere verflüssigte Gas erfolgt, und daß wenigstens eine Rückführungsleitung zwischen einem Speicher für verflüssigtes Produktgas und der Produktgasleitung vorgesehen ist. Auf diese Weise wird ein im wesentlichen autonom betreibbares System geschaffen, bei welchem ein jeweils aus einer Produktgasleitung abgezweigtes Produkt zu Lasten eines anderen verflüssigten Gases verflüssigt wird, wobei das jeweils andere Gas in einem Wärmeaustauscher verdampft wird. Für die Inbetriebnahme einer derartigen zusätzlichen Einrichtung ist es lediglich erforderlich, den vom Speicher für flüssiges Produktgas verschiedenen Speicher mit einem von Produktgas verschiedenen Gas in flüssigem Zustand zu füllen, wofür eine Luftzerlegung nicht erforderlich ist. Beispielsweise kann in einfacher Weise verdichtete Luft durch Abkühlen und Expandieren verflüssigt werden und als zweites verflüssigtes Gas für die fallweise Verflüssigung von Produktgas herangezogen werden. Der anlagentechnische Aufwand für eine derartige Luftverflüssigung ist naturgemäß wesentlich geringer als der anlagentechnische Aufwand für eine vollständige Luftzerlegung. Eine derartige Einrichtung läßt sich an beliebige Luftzerleger anschließen, wobei lediglich ein Anschluß an die Produktgasleitung und gegebenenfalls ein Anschluß an die Druckluftleitung vor dem Luftzerleger erforderlich ist. Die Ausgliederung der Flüssigkeitserzeugung erlaubt hiebei eine weitgehende Verflüssigung bei geringem Produktgasbedarf, wobei das Ausmaß der Verflüssigung durch Verwendung von Expansionsturbinen wesentlich gesteigert werden kann. Mit Vorteil wird daher bei der erfindungsgemäßen Einrichtung eine Zweigleitung der Produktgasleitung über eine Expansionsturbine geführt. Bei Verwendung von zwei Expansionsturbinen läßt sich mit einer derartigen Einrichtung bis zu 25 % der dafür nutzbaren Produktgasverdichterkapazität, insbesondere der Sauerstoffverdichterkapazität, zur Flüssigkeitserzeugung ausnutzen, ohne daß es hiebei zu einer Beschränkung im Bezug auf die volle Gasproduktion kommt. Durch die gesonderte Einrichtung für das Speichern von flüssigem Produktgas läßt sich beispielsweise für die Speicherung von Stickstoff ohne weiteres die Flüssigspeicherung eines Produktes unter Druck vornehmen und die Trennung der Einrichtung für das Flüssigspeichern von Produktgas von der eigentlichen Anlage für die Luftzerlegung ermöglicht hiebei in erster Linie die Produktabgabe auch dann, wenn der Luftzerleger stillgesetzt ist.

[0007] Mit Vorteil ist einer der beiden Speicher zu Beginn des Betriebes mit flüssiger Luft befüllt, wofür in besonders einfacher Weise an die Druckluftleitung vor der Luftzerlegungsanlage eine Druckluftzweigleitung angeschlossen ist, und für die f lüssige Luft eine von der Luftzerlegungsanlage gesonderte Verflüssigungsanlage vorgesehen ist. An sich kann flüssige Luft auch aus der Drucksäule des Luftzerlegers entnommen werden und es ist in ähnlicher Weise möglich, aus dem Kondensator der drucklosen Säule des Luftzerlegers flüssigen Sauerstoff in einen Sauerstoffflüssigspeicher einzubringen. In beiden Fällen ist jedoch die Ausbeute an flüssigen Gasen relativ unergiebig und konventionelle Luftzerleger sind selbst unter Inkaufnahme eines größeren spezifischen Leistungsbedarfes häufig nicht auf größere Flüssigkeitsgewinnung umzustellen. Die Verwendung einer gesonderten Luftverflüssigungsanlage ist daher in jedem Falle vorteilhafter, wobei während des Wechselspeicherbetriebes über die Luftverflüssigungsanlage nur Energieverluste ausgeglichen werden müssen.

[0008] Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung kann somit in einfacher Weise das in Drucksauerstoff nach einem Sauerstoffverdichter eingespeicherte erhebliche Energieprotential zur Flüssigkeitsgewinnung genützt werden und auf diese Weise die meist vorhandene Reservekapazität bei Sauerstoffverdichtern ausgenutzt werden. Der durch diese Weise gebildete Flüssigsauerstoff kann hiebei zum einen als Reserve für den Spitzenbedarf und zum anderen auch zur Deckung von Verdunstungs- und sonstigen Kälteverlusten des Systems herangezogen werden. Für die Bereitstellung von flüssiger Luft für den Betrieb des Wechselspeichers wird zumeist der der Luftzerlegungsanlage vorgeschaltete Luftverdichter ausreichen, um eine Teilmenge verdichteter Luft für die Verflüssigung abgeben zu können.

[0009] Sollte die Kapazität des vorgeschalteten Luftverdichters nicht ausreichen, ist es selbstverständlich ohne weiteres möglich einen gesonderten, entsprechend kleiner dimensionierten Luftverdichter für die Bereitstellung von flüssiger Luft für den Betrieb des Wechselspeichers vorzusehen.

[0010] Mit Vorteil ist die Ausbildung so getroffen, daß beide Speicher über abschließbare Leitungen, in welchen Pumpen angeordnet sind, mit dem Wärmetauscher verbunden sind. Die in diesen abschließbaren Leitungen vorgesehenen Pumpen dienen der Rückförderung von Produktgas in die Produktgasleitung bzw. der Förderung von flüssigem Gas zum Zwecke der Abkühlung von flüssig zu speicherndem Produktgas durch den Wärmetauscher. Bei Tieftemperaturrektifikationsverfahren, bei welchen im wesentlichen druckloser Sauerstoff anfällt, ist mit Rücksicht auf die Tatsache, daß die Verbraucher üblicherweise Sauerstoff unter einem vorbestimmten Druck benötigen, zumeist ein Sauerstoffverdichter vorgesehen. Die flüssig zu speichernde Teilmenge an Produktgas wird hiebei mit Vorteil nach dem Sauerstoffverdichter abgezogen, so daß unter Druck stehendes Produktgas gekühlt und in der Folge verflüssigt werden kann. Die Rückführung von Produktgas zum Zwecke der Deckung eines plötzlichen Mehrbedarfes erfolgt mit Vorteil an einer Stelle in der Produktgasleitung, welche vor dem Verdichter, insbesondere Sauerstoffverdichter liegt, so daß eine Verdichtung des rückgeführten Produktgases nach der Verflüssigung in der die beiden Speicher enthaltenden Zusatzanlage entfallen kann.

[0011] Um sicherzustellen, daß tatsächlich nur Flüssigkeiten den jeweiligen Speichern zugeführt werden, ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, daß zwischen Wärmetauscher und jedem Speicher ein Abscheidegefäß angeordnet ist, aus welchen Flüssigkeit in Abhängigkeit vom Füllstand in die Leitung zum jeweiligen Speicher ausbringbar ist. Aufgrund einer einfachen Pegelstandsmessung kann festgestellt werden, wann eine hinreichende Menge flüssigen Produktgases bzw. flüssiger Luft vorliegt, um die Speicherung in einen entsprechenden Flüssigspeicher ohne Gefahr des Förderns von gasförmigen Komponenten in den Speicher vornehmen zu können.

[0012] Die Regelung der Wechselspeicheranlage kann in besonders einfacher Weise dadurch erzielt werden, daß an die Zweigleitung zum Wärmetauscher und die über den Wärmetauscher geführte Abblaseleitung für von Produktgas verschiedenes Gas Temp eratursensoren angeschlossen sind, und daß in die Abblaseleitung ein in Abhängigkeit von diesen Temperaturmeßwerten regelbares Drosselorgan eingeschaltet ist. Durch Ansteuerung eines Mengenregelorganes in der Luftabblaseleitung in Abhängigkeit von der Differenz der Temperaturen in dieser Abblaseleitung und in der drucklosen Sauerstoffeinspeisung in den Wärmetauscher wird verhindert, daß bei Androsselung ein Teilbereich des Wärmetauschers im Unterdruckbereich betrieben würde, was zur Folge hätte, daß der Sauerstoffflüssigspeicher tiefer gelegt oder über eine Pumpe gefüllt werden müßte. Eine derartige Gefahr bestünde dann, wenn das Regelorgan in der Sauerstoffleitung vorgesehen wäre. Die Regelung des Drosselorganges in der Abblaseleitung erlaubt den problemlosen Betrieb auch dann, wenn die Flüssigluftpumpe als Kreiselpumpe ausgebildet ist.

[0013] Eine weitere vorteilhafte Regelung der erfindungsgemäßen Einrichtung läßt sich dadurch erzielen, daß in die über den Wärmetauscher geführte Produktgasrückführungsleitung und die Druckluftleitung zum Wärmetauscher Temperatursensoren eingeschaltet sind und daß ein Mengenregelorgan in der Druckluftleitung in Abhängigkeit von diesen Temperaturmeßwerten regelbar ist. Die Produktgasfördermenge ist durch die Pumpe vorgegeben. Wenn zuwenig Druckluft im Gegenstrom gefördert wird, äußert sich dies in einer zu großen Temperaturdifferenz in den Meßstellen, wodurch eine besonders einfache Regelung ermöglicht wird.

[0014] Im Falle der Verwendung von Expansionsturbinen in einer Zweigleitung der Produktgasdruckleitung kann in einfacher Weise das Schluckvermögen der Expansionsturbine in Abhängigkeit von der Abgabemenge der Luftzerlegungsanlage, insbesondere der Drosselstellung einer Drossel in der Produktgasleitung, regelbar sein, womit die Expansionsturbine über die Verstellung des Vorleitapparates in Abhängigkeit vom Produktgasförderstrom eingestellt werden kann.

[0015] Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine an einen Luftzerleger angeschaltete Einrichtung zur Wechselspeicherung von Flüssigluft und Flüssigsauerstoff in schematischer Darstellung, Fig. 2 eine abgewandelte Ausbildung entsprechend der Fig. 1, bei welcher ein zusätzlicher Luftverdichter für den Speicherbetrieb vorgesehen ist, und Fig. 3 eine zur Fig. 1 analoge Einrichtung zur Wechselspeicherung von Stickstoff und Sauerstoff.

[0016] In Fig. 1 ist mit 1 ein Luftverdichter bezeichnet, aus welchem verdichtete Luft für eine Luftzerlegungsanlage 2 zur Verfügung gestellt wird. Die Luftzerlegungsanlage 2 ist als Tieftemperaturrektifikationsanlage ausgebildet und liefert als Produktgas Sauerstoff, welcher in einem Sauerstoffverdichter 3 auf den gewünschten Verbraucherdruck verdichtet wird. Mit 4 ist ein Sauerstoffdruckspeicher bezeichnet und es wird über einen Druckregler 5 Sauerstoff unter dem gewünschten Druck an das Druckgasnetz 6 abgegeben.

[0017] Die Speichereinrichtung umfaßt einen Sauerstofflüssigspeicher 7, aus welchem über eine Förderpumpe 8 flüssiger Sauerstoff in einen Wärmetauscher 9 eingespeist werden kann. Im Wärmetauscher 9 verdampft der flüssige Sauerstoff und kann in der Folge gasförmig an einer Stelle vor dem Sauerstoffverdichter wiederum in die Produktgasleitung eingespeist werden. Der verdampfende Sauerstoff erbringt im Wärmetauscher 9 eine entsprechende Kühlleistung, welche zur Abkühlung von gegebenenfalls in Molsieben 10 von Wasserdampf, Kohlensäure und Kohlenwasserstoffen befreiter Druckluft verwendet werden kann. Die abgekühlte Druckluft gelangt in der Folge in ein Vorlagegefäß 36 mit einem Expansionsventil 11, wobei das Expansionventil 11 in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsspiegel im Vorlagegefäß regelbar ist. Vor der Speicherung der auf diese Weise verflüssigten Luft in einem Luftflüssigspeicher 12 wird das bei der Expansion der flüssigen Luft entstehende Gas im Abscheidegefäß 13 abgeschieden und wiederum über den Wärmetauscher 9 angewärmt und in die Atmosphär e abgegeben.

[0018] Druckloser Sauerstoff aus der Produktgasleitung vor dem Sauerstoffverdichter kann im Wärmetauscher 9 abgekühlt und verflüssigt werden und in der Folge über ein Vorlagegefäß 14, welches den Gaseintritt in den Flüssiglagertank 7 verhindert, in den Sauerstoffflüssigspeicher 7 eingespeist werden. Im Gegenzug hiezu wird verflüssigte Luft aus dem Luftflüssigspeicher 12 von der Pumpe 15 in den Wärmetauscher 9 eingepreßt und an die Atmosphäre abgegeben.

[0019] Für den Wechselbetrieb ist es zunächst erforderlich, daß in einem beiden Flüssiglagertanks 7 bzw. 12 ausreichend Flüssigkeit vorhanden ist. Flüssige Luft kann hiebei aus der Drucksäule des Luftzerlegers entnommen und über die strichliert angedeutete Leitung 16, das Vorlagegefäß mit dem Expansionsventil 11 und das Abscheidegefäß 13 eingespeichert werden.

[0020] In ähnlicher Weise ist es möglich, aus dem Kondensator der drucklosen Säule des Luftzerlegers flüssigen Sauerstoff über die strichliert angedeutete Leitung 17 in den Sauerstoffflüssigspeicher 7 einzubringen.

[0021] Beide Flüssigkeitsquellen sind nur relativ unergiebig und vorhandene Luftzerleger können selbst unter Inkaufnahme eines größeren spezifischen Leistungsbedarfes häufig nicht auf größere Flüssigkeitsgewinnung umgestellt werden. Die mit den strichlierten Leitungen 16 und 17 angedeuteten Wege sind daher in den seltensten Fällen zielführend.

[0022] Drucksauerstoff nach dem Sauerstoffverdichter 3 enthält ein erhebliches Energiepotential, welches für die Flüssigkeitsgewinnung genutzt werden kann. Hiezu wird über den Wärmetauscher 9 Drucksauerstoff aus einer Zweigleitung nach dem Sauerstoffverdichter 3 abgekühlt und über eine Expansionsturbine 18, welche in zweckmäßiger Weise mit einem Generator 19 gekoppelt sein kann, entspannt. Die sich auf diese Weise ergebende Abkühlung wird im Wärmetauscher 9 zur Wirkung gebracht und das neuerlich angewärmte entspannte Produktgas vor dem Kompressor 3 wiederum rückgeführt. Ein Drucksauerstoffteilstrom wird hiebei bereits verflüssigt und über ein Vorlagegefäß 38 mit einem Expansionsventil 20, welches wiederum in Abhängigkeit vom Pegelstand im Vorlagegefäß geregelt ist, und ein Abscheidegefäß 21 in den Flüssigsauerstoffspeicher 7 eingespeichert. Bei der Expansion entstehendes Gas wird hiebei wiederum aus dem Abscheidegefäß 21 über den Wärmetauscher 9 zum Sauerstoffverdichter 3 rückgeführt.

[0023] Auf diese Weise ist es möglich, unter Ausnutzung der meist vorhandenen Reservekapazität des Sauerstoffverdichters 3 in kurzer Zeit große Mengen an Flüssigkeit zu gewinnen und hiebei bis zu etwa 10 % der Drucksauerstoffmenge zu verflüssigen, wobei mit dieser Flüssigkeit auch die Verdunstungsverluste der Lagertanks 7 bzw. 12 sowie die sonstigen Kälteverluste des Systems gedeckt werden können.

[0024] Die Regelung der Anlage kann an mehreren Punkten wirksam verwendet werden. An der Expansionsturbine 18 kann über die Verstellung des Vorleitapparates 22 in Abhängigkeit vom Sauerstofförderstrom gemessen an einer Meßstrecke 23 die Drucksauerstoffmenge eingestellt werden, die über den Kreislauf über die Expansionsturbine 18 den Wärmetauscher 9 und den Sauerstoffverdichter 3 zur Flüssigkeitsgewinnung geführt wird.

[0025] Die Expansionsventile 11 und 20 sind jeweils mit direktwirkenden Niveaureglern im Inneren der zugehörigen Vorlagegefäße verbunden, um ein Durchblasen von Gas in die jeweiligen Flüssigkeitssysteme zu vermeiden.

[0026] Ein Mengenregelorgan 24 in der Druckluftleitung zum Wärmetauscher 9 wird von der Differenz der Temperaturwerte in der Druckluftleitung und der drucklosen Sauerstoffleitung zum Sauerstoffverdichter 3 gesteuert. Die Sauerstoffördermenge ist durch die Pumpe 8 vorgegeben. Bei zu geringer im Gegenstrom geförderter Druckluft äußert sich dies durch eine zu große Temperaturdifferenz an den Meßstellen und es muß die Mengenregelung für die Druckluft entsprechend nachgeführt werden.

[0027] Ein Mengenregelorgan 25 in der Luftabblaseleitung nach dem Wärmetauscher 9 wird gleichfalls von der Differenz von Temperaturmeßwerten gesteuert, wobei eine Temperatur in der Abblaseleitung und eine andere in der drucklosen Sauerstoffeinspeisung in den Wärmetauscher 9 gemessen wird. Die Anordnung des Regelorganes in der Abblaseleitung vermeidet es, eine Androsselung in der drucklosen Sauerstoffeinspeisung vorzunehmen, und es wird auf diese Weise vermieden, daß ein Unterdruck im Wärmetauscher 9 entsteht.

[0028] Die Anlage nach Fig. 1 setzt voraus, daß Druckluft in ausreichender Menge nach dem Luftverdichter 1 zur Verfügung steht. Es ist hiebei lediglich darauf zu achten, daß Beginn und Ende der Luftentnahme im Zuge der Sauerstoffeinspeicherung so kontinuierlich verlaufen, daß die üblicherweise vorgesehenen Leitschaufelregler an den Luftkompressoren diese ausregeln können und keine Druck- oder Mengenstöße im eigentlichen Luftzerleger 2 entstehen. Derartige Druck- oder Mengenstöße würden beispielsweise eine Argongewinnung empfindlich stören.

[0029] Die Sauerstoffverdichter 3 sind meist sogenannte Turboverdichter, die so ausgelegt sind, daß sie bei höchstem Gegendruck die volle Produktmenge der Vollast des Luftzerlegers verdichten können. Der höchste Gegendruck liegt hiebei üblicherweise zwischen 30 und 40 bar. Bei geringem Gegendruck, beispielsweise bei entladenem Druckspeicher 4, weisen sie ein wesentlich größeres Schluckvermögen auf und werden durch Saugdrosselregelung auf ihrem Betriebspunkt gehalten. Die mögliche Mehrförderung kann zur Förderung des zusätzlich aus der Wechselspeicheranlage kommenden drucklosen Sauerstoffes in das Netz ausgenützt werden, oder aber zur Aufrechterhaltung eines Sauerstoffkreislaufes zur Teilverflüssigung von Druckgas.

[0030] Wenn in einer vorhandenen Anlage keine zusätzliche Luftverdichterkapazität zur Verfügung steht, kann, wie in Fig.2 dargestellt, ein zusätzlicher Luftverdichter 26 eingesetzt werden. Ein derartiger zusätzlicher Speicherluftverdichter kann in einfacher Weise unter zusätzlichem Einsatz einer Luftexpansionsturbine 27 zur Verflüssigung von verflüssigter Luft herangezogen werden, wobei die mit Bauteilen aus der Fig.1 gleichartigen Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Eine Luftexpansionsturbine 27 stellt im Vergleich zu Sauerstoffexpansionsturbinen eine wesentlich einfachere und anlagentechnisch günstigere Variante dar. Bei dieser Ausbildung wird Sauerstoffgas nur vor dem Sauerstoffverdichter 3 der Produktgasleitung entnommen und im Wärmetauscher 9 abgekühlt und verflüssigt.

[0031] In weiterer Abwandlung der erfindungsgemäßen Einrichtung kann ein synchrones Ein- und Ausspeichern von Sauerstoff und Stickstoff, beispielsweise bei einem hohen Inertisierungsgasbedarf, vorgesehen sein. Für die Kohlestaubeinblasung in einem Konverter können größere Mengen Stickstoff kurzfristig benötigt werden und in diesem Falle ist die vorgeschlagene Wechselspeicherung den bekannten Verfahren bedeutend überlegen, da gleichzeitig beide Gase in erhöhter Menge abgegeben werden können. Schließlich kann eine drucklose Sauerstoffflüssigspeicherung mit einer Reinstickstoffdruckflüssigkeitsspeicherung kombiniert werden, wie dies in Fig.3 dargestellt ist. Bei dieser Einrichtung ist zusätzlich ein Stickstoffspeicherverdichter 28 im Verflüssigungskreislauf vorgesehen, wobei die Luftzerlegung 2 sowohl Sauerstoff als auch Stickstoff an das Verbrauchernetz abgibt. Der Stickstoffspeicherverdichter 28 ist an die Produktgasleitung für Stickstoff angeschlossen und es ist eine Stickstoffexpansionsturbine 29 vorgesehen. Der Speicher 12 für flüssigen Stickstoff ist hiebei als Druckspeicher ausgebildet.

[0032] In allen vorgenannten Fällen ist es möglich, ohne Arbeiten am eigentlichen Luftzerleger die vorgeschlagene Wechselspeicheranlage an vorhandene Systeme anzuschließen. Es ist zumeist ausreichend, einen kurzzeitigen Betriebsstillstand in Kauf zu nehmen, um Luft und insbesondere Sauerstoffleitungen bzw. gegebenenfalls zusätzlich Stickstoffleitungen in die vorhandenen Leitungssysteme einzubinden.

[0033]  Die Leitungen zwischen den einzelnen Anlageteilen wurden mit folgenden Bezugszeichen versehen:

30 Produktgasleitung für Sauerstoff

31 Zweigleitung einer Produktgasleitung 30, welche über den Wärmetauscher 9 zur Verflüssigungsanlage geführt ist

32 Rückführungsleitung aus dem Flüssigspeicher in die Produktgasleitung 30

33 eine weitere Zweigleitung einer Produktgasleitung 30, welche über eine Expansionsturbine 18 geführt ist

34 Druckluftleitung vor der Luftzerlegungsanlage 2

35 Zweigleitung an die Druckluftleitung 34, welche über Molekularsiebe 10 führt

37 Abzugsleitung aus dem Flüssiglagertank 12

39 Produktgasleitung für Stickstoff

40 Zweigleitung einer Produktgasleitung 39

42 Rückführungsleitung aus dem Druckspeicher 12 für flüssigen Stickstoff

43 Zweigleitung an die Leitung 40, welche über die Expansionsturbine 29 geführt ist,

44 Steuerleitung für die Expansionsturbine 18.

Ansprüche

1. Einrichtung zum Zerlegen von Luft, insbesondere unter Verwendung eines Tieftemperaturrektifikationsverfahrens, in welcher die Luft verdichtet, gekühlt und expandiert und/oder mit Molekularsieben (10) gereinigt wird und Sauerstoff und Stickstoff sowie gegebenenfalls Edelgase gesondert über Produktgasleitungen (30, 39) ausgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß an eine Produktgasleitung (30, 39) wenigstens eine Zweigleitung (31, 40) angeschlossen ist, welche über einen Wärmetauscher (9) geführt ist, daß wenigstens zwei Speicher (7, 12, 12ʹ) für zwei voneinander verschiedene verflüssigte Gase vorgesehen sind, daß das aus der Produktgasleitung (30, 39) abgezweigte Produkt durch Abkühlen verflüssigt und gespeichert wird, wobei die Abkühlung im Wärmetauscher (9) durch das jeweils andere verflüssigte Gas erfolgt, und daß wenigstens eine Rückführungsleitung (32, 42) zwischen einem Speicher (7, 12ʹ) für verflüssigtes Produktgas und der Produktgasleitung (30, 39) vorgesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zweigleitung (33, 43) der Produktgasleitung (30, 39) über eine Expansionsturbine (18, 29) geführt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Speicher (12) mit flüssiger Luft befüllbar ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die Druckluftleitung (34) vor der Luftzerlegungsanlage (2) eine Druckluftzweigleitung (35) angeschlossen ist, und daß für die flüssige Luft eine von der Luftzerlegungsanlage (2) gesonderte Verflüssigungsanlage (36) vorgesehen ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Speicher (7, 12) über abschließbare Leitungen (32 37, 42), in welchen Pumpen (8, 15) angeordnet sind, mit dem Wärmetauscher (9) verbunden sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Wärmetauscher (9) und jedem Speicher (7, 12) ein Abscheidegefäß (13, 21) angeordnet ist, aus welchen Flüssigkeit in Abhängigkeit vom Füllstand in die Leitung zum jeweiligen Speicher (7, 12) ausbringbar ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an die Zweigleitung (31) zum Wärmetauscher (9) und die über den Wärmetauscher (9) geführte Abblaseleitung (37) für von Produktgas verschiedenes Gas Temperatursensoren angeschlossen sind, und daß in die Abblaseleitung (37) ein in Abhängigkeit von diesen Temperaturmeßwerten regelbares Drosselorgan (25) eingeschaltet ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die über den Wärmetauscher (9) geführte Produktgasrückführungsleitung (32) und die Druckluftleitung (34) zum Wärmetauscher Temperatursensoren eingeschaltet sind und daß ein Mengenregelorgan (24) in der Druckluftleitung (34 in Abhängigkeit v on diesen Temperaturmeßwerten regelbar ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schluckvermögen der Expansionsturbine (18) in Abhängigkeit von der Abgabemenge der Luftzerlegungsanlage (2), insbesondere der Drosselstellung einer Drossel (5) in der Produktgasleitung (6), regelbar ist.

Zeichnung