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DE102023212219A1 - Air separation plant and method for operating an air separation plant for the low-temperature separation of air - Google Patents

Air separation plant and method for operating an air separation plant for the low-temperature separation of air Download PDF

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DE102023212219A1
DE102023212219A1 DE102023212219.7A DE102023212219A DE102023212219A1 DE 102023212219 A1 DE102023212219 A1 DE 102023212219A1 DE 102023212219 A DE102023212219 A DE 102023212219A DE 102023212219 A1 DE102023212219 A1 DE 102023212219A1
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DE
Germany
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air
carbon dioxide
regenerable
cleaning device
sorbent
Prior art date
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Pending
Application number
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German (de)
Inventor
Harald Bauer
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Abstract

Es wird eine Luftzerlegungsanlage (10) zur Tieftemperaturzerlegung von Luft (12) mit einer regenerierbaren Reinigungsvorrichtung (16) zum Abtrennen von Restfeuchtigkeit und Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der zugeführten Luft (12) vorgestellt, wobei die Reinigungsvorrichtung (16) ein Sorptionsmittel (30) aufweist, welches durch eine Spülung mittels eines erwärmten Regenerationsmittels (42) regenerierbar ist, und einer Regenerationsmittelzuführeinheit (34) zum Zuführen des erwärmten Regenerationsmittels (42) in die regenerierbare Reinigungsvorrichtung (16). Erfindungsgemäß ist eine Wasserdampferzeugungseinheit (40) vorgesehen, welche mit der Regenerationsmittelzuführeinheit (34) wahlweise fluidisch verbunden oder verbindbar ist, um Wasserdampf (H2O) als Regenerationsmittel (42) der regenerierbaren Reinigungsvorrichtung (16) zur Spülung des Sorptionsmittels (30) zuzuführen.

Figure DE102023212219A1_0000
An air separation plant (10) for the low-temperature separation of air (12) is presented, comprising a regenerable purification device (16) for separating residual moisture and carbon dioxide (CO2) from the supplied air (12). The purification device (16) has a sorbent (30) that can be regenerated by flushing with a heated regeneration agent (42), and a regeneration agent supply unit (34) for supplying the heated regeneration agent (42) to the regenerable purification device (16). According to the invention, a steam generation unit (40) is provided, which is optionally fluidically connected or connectable to the regeneration agent supply unit (34) in order to supply steam (H2O) as a regeneration agent (42) to the regenerable purification device (16) for flushing the sorbent (30).
Figure DE102023212219A1_0000

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Luftzerlegungsanlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft mit einer regenerierbaren Reinigungsvorrichtung zum Abtrennen von Restfeuchtigkeit und Kohlenstoffdioxid aus der zugeführten Luft, wobei die Reinigungsvorrichtung ein Sorptionsmittel aufweist, welches durch eine Spülung mittels eines erwärmten Regenerationsmittels, also durch Partialdruckänderung bei Energienachführung, regenerierbar ist, und einer Regenerationsmittelzuführeinheit zum Zuführen des erwärmten Regenerationsmittels in die regenerierbare Reinigungsvorrichtung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Luftzerlegungsanlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, wobei Restfeuchtigkeit und Kohlenstoffdioxid von einer zugeführten Luft mittels einer ein Sorptionsmittel aufweisenden regenerierbaren Reinigungsvorrichtung abgetrennt wird und das Sorptionsmittel durch eine Spülung mittels eines erwärmten Regenerationsmittels unter Abgabe des Kohlenstoffdioxids regeneriert wird.The invention relates to an air separation plant for the low-temperature separation of air, comprising a regenerable purification device for separating residual moisture and carbon dioxide from the supplied air. The purification device comprises a sorbent which is regenerable by flushing with a heated regeneration agent, i.e., by changing the partial pressure during energy adjustment. The purification device also comprises a regeneration agent supply unit for supplying the heated regeneration agent to the regenerable purification device. The invention further relates to a method for operating an air separation plant for the low-temperature separation of air, wherein residual moisture and carbon dioxide are separated from the supplied air by means of a regenerable purification device comprising a sorbent, and the sorbent is regenerated by flushing with a heated regeneration agent, releasing the carbon dioxide.

Weltweit gibt es Anlagen, die bereits heute in großem Maßstab atmosphärische Luft ansaugen und das Kohlenstoffdioxid daraus abscheiden. Hierzu zählen insbesondere kryogene Destillationsanlagen, bei denen aus der Luft insbesondere Sauerstoff, Stickstoff, Argon und ggf. weitere Edelgase durch Tiefkaltdestillation gewonnen werden. Da Wasser und Kohlenstoffdioxid vor der Tiefkaltdestillation unbedingt vollständig (Restgehalt im ppb-Bereich) entfernt werden müssen, befinden sich Adsorptionssysteme mit Molekularsieben als Vorbehandlungsstufen zur Abscheidung von Wasser (Luftfeuchte) und Kohlenstoffdioxid vor der Rektifikations- bzw. Destillationssäule. Die Regeneration derartiger Molekularsiebe erfolgt in der Regel mit Stickstoff, welcher der Destillationsanlage entnommen wird, wobei das Kohlenstoffdioxid nach der Desorption zusammen mit dem Stickstoff ungenutzt zurück in die Atmosphäre abgeblasen wird.There are already large-scale plants worldwide that draw in atmospheric air and capture the carbon dioxide from it. These include, in particular, cryogenic distillation plants, in which oxygen, nitrogen, argon, and possibly other noble gases are extracted from the air through cryogenic distillation. Since water and carbon dioxide must be completely removed (residual content in the ppb range) before cryogenic distillation, adsorption systems with molecular sieves are used as pretreatment stages to capture water (air humidity) and carbon dioxide upstream of the rectification or distillation column. Such molecular sieves are usually regenerated using nitrogen taken from the distillation plant. After desorption, the carbon dioxide is released unused back into the atmosphere along with the nitrogen.

Die DE 10 2009 060 842 A1 offenbart eine Luftzerlegungsanlage, welche zumindest ein Stickstoffprodukt liefert. Die Luftzerlegungsanlage weist eine regenerierbare Rohluftreinigungsvorrichtung und einen solarthermischen Erhitzer zum Erhitzen des Stickstoffprodukts auf, wobei eine Verrohrung zum Zuführen des erhitzten Stickstoffprodukts als Spülgas an die Rohluftreinigungsvorrichtung vorgesehen ist.The DE 10 2009 060 842 A1 discloses an air separation plant that produces at least one nitrogen product. The air separation plant comprises a regenerable raw air purification device and a solar thermal heater for heating the nitrogen product, with piping being provided for supplying the heated nitrogen product as purge gas to the raw air purification device.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Luftzerlegungsanlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß der einleitend beschriebenen Art, wobei eine Wasserdampferzeugungseinheit vorgesehen ist, welche mit der Regenerationsmittelzuführeinheit wahlweise fluidisch verbunden oder verbindbar ist, um Wasserdampf als Regenerationsmittel der regenerierbaren Reinigungsvorrichtung zur Spülung des Sorptionsmittels zuzuführen.The present invention relates to an air separation plant for the low-temperature separation of air according to the type described in the introduction, wherein a steam generation unit is provided which is optionally fluidically connected or connectable to the regeneration agent supply unit in order to supply steam as a regeneration agent to the regenerable cleaning device for rinsing the sorbent.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Luftzerlegungsanlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß der einleitend beschriebenen Art, wobei zur Regeneration mittels einer Wasserdampferzeugungseinheit erzeugter Wasserdampf als Regenerationsmittel der regenerierbaren Reinigungsvorrichtung zur Spülung des Sorptionsmittels zugeführt wird.The present invention further relates to a method for operating an air separation plant for the low-temperature separation of air according to the type described in the introduction, wherein water vapor generated for regeneration by means of a water vapor generation unit is fed as a regeneration agent to the regenerable cleaning device for flushing the sorbent.

Demnach ist erfindungsgemäß in einer Luftzerlegungsanlage zur Tieftemperaturzerlegung die Reinigungsstufe zum Abtrennen bzw. Abscheiden von Restfeuchtigkeit (H2O) und Kohlenstoffdioxid (CO2) aus atmosphärischer Luft derart modifiziert, dass das Regenerationsmittel Stickstoff (N2) (oder Sauerstoff bzw. Edelgas) durch, insbesondere überhitzten Wasserdampf ersetzt ist. D.h., mit anderen Worten, dass bei Luftzerlegungsanlagen gemäß dem Stand er Technik durch die Desorption mit Stickstoff das Kohlenstoffdioxid wieder verdünnt in die Atmosphäre zurück gelangt. Im Gegensatz dazu wird erfindungsgemäß Wasserdampf zur Desorption verwendet, da sich Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid durch auskondensieren von Wasser leicht trennen lassen und so das Kohlenstoffdioxid nicht wieder zurück in die Atmosphäre gelangt, sondern entweder für eine CO2-Kreislaufwirtschaft zur Verfügung steht oder in den geologischen Untergrund endgelagert werden kann.Accordingly, according to the invention, in an air separation plant for cryogenic separation, the purification stage for separating or capturing residual moisture (H2O) and carbon dioxide (CO2) from atmospheric air is modified such that the regeneration agent nitrogen (N2) (or oxygen or noble gas) is replaced by, in particular, superheated steam. In other words, in state-of-the-art air separation plants, the carbon dioxide is released back into the atmosphere in a diluted form through desorption with nitrogen. In contrast, according to the invention, steam is used for desorption because steam and carbon dioxide can be easily separated by condensing out water, meaning that the carbon dioxide does not escape back into the atmosphere but is either available for a CO2 recycling system or can be permanently stored in the geological subsurface.

Besonders vorteilhaft ist, dass derartige Luftzerlegungsanlagen bereits in großer Zahl weltweit im Einsatz sind und insbesondere zur Herstellung von industriellem Sauerstoff direkt in Industriekomplexen stehen. Eine Anbindung an zukünftige CO2-Pipelines ist für solche Standorte einfach realisierbar und auch eine Weiterverarbeitung zu synthetischen Kraftstoffen mittels Wasserstoff aus grünem Strom ist dort leicht durchführbar bzw. wird bereits erprobt. Ferner ist der Aufwand für die Umrüstung derartiger Luftzerlegungsanlagen mit geringem Aufwand möglich.A particularly advantageous feature is that such air separation plants are already in operation in large numbers worldwide, particularly for the production of industrial oxygen, located directly in industrial complexes. Connection to future CO2 pipelines is easily feasible for such sites, and further processing into synthetic fuels using hydrogen from green electricity is also readily feasible or is already being tested. Furthermore, the cost of converting such air separation plants is minimal.

Die Luftzerlegungsanlage ist ausgebildet, mittels eines Tieftemperaturzerlegungsverfahrens bzw. krygenen Destillationsverfahrens Luft in zumindest einen ihrer Bestandteile, insbesondere Sauerstoff, Stickstoff, Argon und/oder weitere Edelgase zu zerlegen. Die Luftzerlegungsanlage kann grundsätzlich gemäß der einleitend beschriebenen Luftzerlegungsanlage aus DE 10 2009 060 842 A1 ausgebildet bzw. betreibbar sein.The air separation plant is designed to separate air into at least one of its components, in particular oxygen, nitrogen, argon and/or other noble gases, by means of a low-temperature separation process or cryogenic distillation process. The air separation plant can, in principle, be operated according to the air dismantling plant DE 10 2009 060 842 A1 be trained or operable.

Die Luftzerlegungsanlage weist eine regenerierbare Reinigungsvorrichtung auf, welche ausgebildet ist, in einem Vorbehandlungsschritt Restfeuchtigkeit und Kohlenstoffdioxid von der zugeführten Luft abzutrennen. Die regenerierbare Reinigungsvorrichtung ist insbesondere ausgebildet, die Restfeuchtigkeit und das Kohlenstoffdioxid mittels eines Sorptionsvorgangs und eines Desorptionsvorgangs abzutrennen.The air separation plant comprises a regenerable purification device configured to separate residual moisture and carbon dioxide from the supplied air in a pretreatment step. The regenerable purification device is configured, in particular, to separate the residual moisture and carbon dioxide by means of a sorption process and a desorption process.

Demnach kann der Sorptionsvorgang insbesondere mittels zumindest eines der folgenden Verfahren oder Mischformen daraus erfolgen:

  • - chemisches Adsorptionsverfahren
  • - physikalisches Adsorptionsverfahren
  • - chemisches Absorptionsverfahren
  • - physikalisches Absorptionsverfahren
Accordingly, the sorption process can be carried out in particular by means of at least one of the following processes or mixed forms thereof:
  • - chemical adsorption process
  • - physical adsorption process
  • - chemical absorption process
  • - physical absorption process

Analog kann der Desorptionsvorgang insbesondere mittels zumindest eines der folgenden Verfahren oder Mischformen daraus erfolgen:

  • - chemisches Desorptionsverfahren
  • - physikalisches Desorptionsverfahren
Analogously, the desorption process can be carried out in particular by means of at least one of the following processes or mixed forms thereof:
  • - chemical desorption process
  • - physical desorption process

Hierfür weist die Reinigungsvorrichtung ein Sorptionsmittel auf, welches durch eine Spülung mittels eines erwärmten Regenerationsmittels, also durch Partialdruckänderung bei Energienachführung, regenerierbar ist.For this purpose, the cleaning device has a sorbent which can be regenerated by rinsing using a heated regeneration agent, i.e. by changing the partial pressure during energy supply.

Der Sorptionsmittel ist bevorzugt fest ausgebildet. Das Sorptionsmittel kann insbesondere ein festes (entsprechend funktionalisiertes) Adsorptionsmittel und/oder Absorptionsmittel umfassen. Demnach kann das Sorptionsmittel bspw. einen partikulären oder faserförmigen oder vliesförmigen Feststoff als Trägerstruktur mit einem Grundmaterial aufweisen, welches ausgewählt ist aus Gruppe bestehend aus: Harze, Polymere, Keramiken, Zeolithe, Silicate, metallorganische Verbindungen, organische Materialien wie Cellulose oder Aktivkohle, und Kombinationen daraus. Das Grundmaterial kann wiederum mit Aminen, Kaliumcarbonat oder anderen Komponenten, die ausgebildet sind, CO2 chemisch oder physikalisch zu binden, spezifisch funktionalisiert sein.The sorbent is preferably solid. The sorbent can, in particular, comprise a solid (appropriately functionalized) adsorbent and/or absorbent. Accordingly, the sorbent can, for example, comprise a particulate, fibrous, or nonwoven solid as a support structure with a base material selected from the group consisting of: resins, polymers, ceramics, zeolites, silicates, organometallic compounds, organic materials such as cellulose or activated carbon, and combinations thereof. The base material can, in turn, be specifically functionalized with amines, potassium carbonate, or other components designed to chemically or physically bind CO2.

Bevorzugt weist das Sorptionsmittel eine Regenerierungstemperatur von kleiner 100°C auf. Beispielhaft kann das Sorptionsmittel Lewatit VP OC 1065 genannt werden. Die Desorption von CO2 und Wasser von Lewatit kann bei 100 °C erfolgen mit anschließender Abtrennung des Kohlenstoffdioxids und des Wassers über z.B. eine Kältefalle. Dadurch sind geringere Temperaturen als bei der Verwendung von Molekularsieben, z.B. Zeolith, bei denen die Temperaturen zur Regeneration mit Stickstoff typischerweise deutlich über 100°C, beispielsweise bei 180 °C liegen, möglich.The sorbent preferably has a regeneration temperature of less than 100°C. An example of this is the sorbent Lewatit VP OC 1065. The desorption of CO2 and water from Lewatit can take place at 100°C, with subsequent separation of the carbon dioxide and water, for example, via a cold trap. This allows for lower temperatures than when using molecular sieves, such as zeolite, where the temperatures for regeneration with nitrogen are typically well above 100°C, for example, 180°C.

Die Reinigungsvorrichtung kann ferner zumindest eine der folgenden Einheiten aufweisen:

  • - Pumpeinheit bzw. Vakuumpumpe zum Bereitstellen eines Überdrucks und/oder Unterdrucks für den Desorptionsvorgang;
  • - Sensoreinheit für den Sorptions- und Desorptionsvorgang;
  • - Steuereinheit zur Steuerung und/oder Regelung des Sorptions- und Desorptionsvorgangs.
The cleaning device may further comprise at least one of the following units:
  • - Pump unit or vacuum pump for providing overpressure and/or negative pressure for the desorption process;
  • - Sensor unit for the sorption and desorption process;
  • - Control unit for controlling and/or regulating the sorption and desorption process.

Die Luftzerlegungsanlage weist eine Regenerationsmittelzuführeinheit auf, welche ausgebildet ist, das erwärmte Regenerationsmittel in die regenerierbare Reinigungsvorrichtung zuzuführen. Die Regenerationsmittelzuführeinheit kann hierfür insbesondere zumindest eine Fluidleitung, eine Vielzahl von Fluidleitungen oder ein Fluidleitungssystem mit entsprechenden Ventilen aufweisen.The air separation plant has a regeneration agent supply unit configured to supply the heated regeneration agent to the regenerable cleaning device. For this purpose, the regeneration agent supply unit may, in particular, comprise at least one fluid line, a plurality of fluid lines, or a fluid line system with corresponding valves.

Die Wasserdampferzeugungseinheit ist ausgebildet, Wasserdampf in entsprechender Menge als Regenerationsmittel für den Regenerationsvorgang bzw. Desorptionsvorgang zu erzeugen bzw. bereitzustellen. Für die wahlweise fluidische Verbindung bzw. Verbindbarkeit mit der Regenerationsmittelzuführeinheit kann die Wasserdampferzeugungseinheit entsprechende Ventile aufweisen.The steam generation unit is designed to generate or provide steam in an appropriate amount as a regeneration agent for the regeneration process or desorption process. The steam generation unit can have appropriate valves for the optional fluidic connection or connectability to the regeneration agent supply unit.

Vorteilhafterweise ist eine Wasserkondensatoreinheit bzw. ein Wasserkondensator stromabwärts der Wasserdampferzeugungseinheit und der regenerierbaren Reinigungsvorrichtung vorgesehen, um den Wasserdampf von dem abgetrennten Kohlenstoffdioxid zu trennen. Demnach wird vorteilhafterweise anschließend, d.h. nach der Regeneration bzw. Desorption der Wasserdampf von dem abgetrennten Kohlenstoffdioxid mittels einer Wasserkondensatoreinheit bzw. eins Wasserkondensators getrennt, um den Kohlenstoffdioxid zu gewinnen.Advantageously, a water condenser unit or a water condenser is provided downstream of the water vapor generation unit and the regenerable purification device to separate the water vapor from the separated carbon dioxide. Accordingly, advantageously, the water vapor is subsequently separated from the separated carbon dioxide by means of a water condenser unit or a water condenser to recover the carbon dioxide.

Vorteilhafterweise ist ferner eine Kohlstoffdioxidspeichereinheit stromabwärts der Wasserkondensatoreinheit vorgesehen, um das abgetrennte entfeuchtete Kohlenstoffdioxid zu speichern. Demnach wird vorteilhafterweise anschließend, d.h. nach der Trennung des Wasserdampfs das entfeuchtete Kohlenstoffdioxid mittels einer Kohlstoffdioxidspeichereinheit gespeichert. Die Kohlenstoffspeichereinheit kann hierbei bspw. ein metallischer Druckspeicher oder ein CO2-Speicher unter der Erde sein.Advantageously, a carbon dioxide storage unit is also provided downstream of the water condenser unit to store the separated, dehumidified carbon dioxide. Accordingly, after the separation of the water vapor, the dehumidified carbon dioxide is advantageously stored in a carbon dioxide storage unit. The carbon storage unit can be, for example, a metallic pressure reservoir or an underground CO2 storage facility.

Es ist außerdem vorteilhaft, wenn eine Inertisierungsmittelzuführeinheit oder die Regenerationsmittelzuführeinheit ferner wahlweise fluidisch mit einer Rektifikationssäule der Luftzerlegungsanlage verbunden oder verbindbar ist, um der regenerierbaren Reinigungsvorrichtung aus der Luft abgetrennten Stickstoff als Inertisierungsmittel vor der Spülung des Sorptionsmittels mit Wasserdampf zuzuführen, um vorhandenen Sauerstoff aus der Reinigungsvorrichtung vor der Regenerierung zu entfernen. Demnach wird vor der Spülung des Sorptionsmittels mit Wasserdampf, Stickstoff, welcher in der Luftzerlegungsanlage gewonnen wurde, zur Inertisierung der regenerierbaren Reinigungsvorrichtung zugeführt, um vorhandenen Sauerstoff aus der Reinigungsvorrichtung zu entfernen.It is also advantageous if an inerting agent supply unit or the regeneration agent supply unit is further optionally fluidically connected or connectable to a rectification column of the air separation plant in order to supply nitrogen separated from the air to the regenerable purification device as an inerting agent before the sorbent is purged with steam, in order to remove any oxygen present from the purification device before regeneration. Accordingly, before the sorbent is purged with steam, nitrogen obtained in the air separation plant is supplied to the regenerable purification device for inerting in order to remove any oxygen present from the purification device.

ZeichnungenDrawings

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 einen prinzipiellen Aufbau einer Luftzerlegungsanlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß dem Stand der Technik; und
  • 2 einen prinzipiellen Aufbau einer Luftzerlegungsanlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. They show:
  • 1 a basic structure of an air separation plant for the low-temperature separation of air according to the state of the art; and
  • 2 a basic structure of an air separation plant for the low-temperature separation of air according to an embodiment of the invention.

In der nachfolgenden Beschreibung des Standes der Technik und bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung der Elemente verzichtet wird.In the following description of the prior art and preferred embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and having a similar effect, whereby a repeated description of the elements is omitted.

1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau einer Luftzerlegungsanlage 100 zur Tieftemperaturzerlegung von Luft 12 gemäß dem Stand der Technik. Die Luftzerlegungsanlage 100 ist dazu ausgebildet, mittels eines Tieftemperaturzerlegungsverfahrens bzw. kryogenen Destillationsverfahrens die Luft 12 in Sauerstoff O2 und Stickstoff N2 zu zerlegen. 1 shows a basic structure of an air separation plant 100 for the cryogenic separation of air 12 according to the prior art. The air separation plant 100 is designed to separate the air 12 into oxygen O2 and nitrogen N2 using a cryogenic separation process or cryogenic distillation process.

Hierfür weist die Luftzerlegungsanlage 100 einen Verdichter 14 zum Verdichten der zugeführten Luft 12, eine regenerierbare Reinigungsvorrichtung 16 zum Abtrennen bzw. Abscheiden von Restfeuchtigkeit H20 und Kohlenstoffdioxid CO2 aus der zugeführten Luft 12, einen Kühler 18, einen weiteren Verdichter 20, eine Entspannungsturbine 22, einen Wärmetauscher 24, eine Rektifikations- bzw. Destillationssäule 26 und einen weiteren Kühler 28 auf.For this purpose, the air separation plant 100 has a compressor 14 for compressing the supplied air 12, a regenerable cleaning device 16 for separating or separating residual moisture H2O and carbon dioxide CO2 from the supplied air 12, a cooler 18, another compressor 20, an expansion turbine 22, a heat exchanger 24, a rectification or distillation column 26 and another cooler 28.

Die Reinigungsvorrichtung 16 ist hierbei als Sorptionsvorrichtung 16 ausgebildet und weist ein Sorptionsmittel 30 bzw. Adsorbens 30 auf, welches durch eine Spülung mittels eines erwärmten Regenerationsmittels 32 regenerierbar ist. Dementsprechend weist die Luftzerlegungsanlage 100 ferner eine Regenerationsmittelzuführeinheit 34 zum Zuführen des erwärmten Regenerationsmittels 32 in die regenerierbare Reinigungsvorrichtung 16 auf. Die Regenerationsmittelzuführeinheit 34 ist hierbei als Fluidleitung 34 ausgebildet.The cleaning device 16 is designed as a sorption device 16 and has a sorption agent 30 or adsorbent 30, which can be regenerated by flushing with a heated regeneration agent 32. Accordingly, the air separation plant 100 further has a regeneration agent supply unit 34 for supplying the heated regeneration agent 32 to the regenerable cleaning device 16. The regeneration agent supply unit 34 is designed as a fluid line 34.

Gemäß dem Stand der Technik ist die Regenerationsmittelzuführeinheit 34 bzw. die Fluidleitung 34 der Luftzerlegungsanlage 100 fluidisch mit der Rektifikations- bzw. Destillationssäule 26 verbunden, um das in der Rektifikations- bzw. Destillationssäule 26 zerlegte Stickstoff N2 als Regenerationsmittel 32 in die regenerierbare Reinigungsvorrichtung 16 zu führen. Hierbei wird nach einer Regeneration bzw. Desorption der Stickstoff N2 zusammen mit dem abgetrennten Kohlenstoffdioxid CO2 aus der Reinigungsvorrichtung 16 bzw. Sorptionsvorrichtung 16 mittels eines Stickstoffventils 36 in Umgebung 38 abgelassen.According to the prior art, the regeneration agent supply unit 34 or the fluid line 34 of the air separation plant 100 is fluidly connected to the rectification or distillation column 26 in order to feed the nitrogen N2 separated in the rectification or distillation column 26 as a regeneration agent 32 into the regenerable purification device 16. After regeneration or desorption, the nitrogen N2, together with the separated carbon dioxide CO2, is discharged from the purification device 16 or sorption device 16 into the environment 38 by means of a nitrogen valve 36.

In 2 ist nun ein prinzipieller Aufbau einer Luftzerlegungsanlage 10 zur Tieftemperaturzerlegung von Luft 12 gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel dargestellt. Im Gegensatz zur Luftzerlegungsanlage 100 gemäß dem Stand der Technik aus 1 weist die erfindungsgemäße Luftzerlegungsanlage 10 eine Wasserdampferzeugungseinheit 40 auf, welche mit der Regenerationsmittelzuführeinheit 34 bzw. der Fluidleitung 34 wahlweise fluidisch verbunden oder verbindbar ist, um - anstatt Stickstoff N2 - Wasserdampf H2O als Regenerationsmittel 42 der regenerierbaren Reinigungsvorrichtung 16 zur Spülung des Sorptionsmittels 30 zuzuführen. Das Sorptionsmittel 30 weist hierbei eine Regenerierungstemperatur von kleiner 100°C auf.In 2 A basic structure of an air separation plant 10 for the low-temperature separation of air 12 according to an embodiment of the invention is shown. In contrast to the air separation plant 100 according to the prior art from 1 The air separation plant 10 according to the invention has a steam generation unit 40, which is optionally fluidically connected or connectable to the regeneration agent supply unit 34 or the fluid line 34 in order to supply steam H2O as a regeneration agent 42 to the regenerable cleaning device 16 for flushing the sorbent 30, instead of nitrogen N2. The sorbent 30 has a regeneration temperature of less than 100°C.

Zur Gewinnung des abgetrennten Kohlenstoffdioxids CO2 weist die erfindungsgemäße Luftzerlegungsanlage 10 ferner eine Wasserkondensatoreinheit 44 bzw. einen Wasserkondensator 44, um den Wasserdampf H2O von dem abgetrennten Kohlenstoffdioxid CO2 zu trennen, und eine Kohlstoffdioxidspeichereinheit 46, um das abgetrennte entfeuchtete Kohlenstoffdioxid CO2 zu speichern, ohne dass dieses dabei in die Umgebung 38 abgelassen wird.To obtain the separated carbon dioxide CO2, the air separation plant 10 according to the invention further comprises a water condenser unit 44 or a water condenser 44 to separate the water vapor H2O from the separated carbon dioxide CO2, and a carbon dioxide storage unit 46 to store the separated dehumidified carbon dioxide CO2 without discharging it into the environment 38.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an embodiment includes an “and/or” link between a first feature and a second feature, this should be read as meaning that the embodiment according to one embodiment includes both the first feature and the second feature and according to another embodiment includes either only the first feature or only the second feature.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10 2009 060 842 A1 [0003, 0008]DE 10 2009 060 842 A1 [0003, 0008]

Claims (9)

Luftzerlegungsanlage (10) zur Tieftemperaturzerlegung von Luft (12) mit einer regenerierbaren Reinigungsvorrichtung (16) zum Abtrennen von Restfeuchtigkeit und Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der zugeführten Luft (12), wobei die Reinigungsvorrichtung (16) ein Sorptionsmittel (30) aufweist, welches durch eine Spülung mittels eines erwärmten Regenerationsmittels (42) regenerierbar ist, und einer Regenerationsmittelzuführeinheit (34) zum Zuführen des erwärmten Regenerationsmittels (42) in die regenerierbare Reinigungsvorrichtung (16), gekennzeichnet durch eine Wasserdampferzeugungseinheit (40), welche mit der Regenerationsmittelzuführeinheit (34) wahlweise fluidisch verbunden oder verbindbar ist, um Wasserdampf (H2O) als Regenerationsmittel (42) der regenerierbaren Reinigungsvorrichtung (16) zur Spülung des Sorptionsmittels (30) zuzuführen.Air separation plant (10) for the low-temperature separation of air (12), comprising a regenerable cleaning device (16) for separating residual moisture and carbon dioxide (CO2) from the supplied air (12), wherein the cleaning device (16) has a sorbent (30) which can be regenerated by flushing using a heated regeneration agent (42), and a regeneration agent supply unit (34) for supplying the heated regeneration agent (42) to the regenerable cleaning device (16), characterized by a steam generation unit (40) which is or can be connected optionally fluidically to the regeneration agent supply unit (34) in order to supply steam (H2O) as a regeneration agent (42) to the regenerable cleaning device (16) for flushing the sorbent (30). Luftzerlegungsanlage (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Wasserkondensatoreinheit (44) stromabwärts der Wasserdampferzeugungseinheit (40) und der regenerierbaren Reinigungsvorrichtung (16), um den Wasserdampf (H2O) von dem abgetrennten Kohlenstoffdioxid (CO2) zu trennen.Air separation plant (10) according to Claim 1 , characterized by a water condenser unit (44) downstream of the water vapor generation unit (40) and the regenerable cleaning device (16) to separate the water vapor (H2O) from the separated carbon dioxide (CO2). Luftzerlegungsanlage (10) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Kohlstoffdioxidspeichereinheit (46) stromabwärts der Wasserkondensatoreinheit (44), um das abgetrennte entfeuchtete Kohlenstoffdioxid (CO2) zu speichern.Air separation plant (10) according to Claim 2 , characterized by a carbon dioxide storage unit (46) downstream of the water condenser unit (44) for storing the separated dehumidified carbon dioxide (CO2). Luftzerlegungsanlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Inertisierungsmittelzuführeinheit oder die Regenerationsmittelzuführeinheit (34) ferner wahlweise fluidisch mit einer Rektifikationssäule (26) der Luftzerlegungsanlage (10) verbunden oder verbindbar ist, um der regenerierbaren Reinigungsvorrichtung (16) aus der Luft (12) abgetrennten Stickstoff (N2) als Inertisierungsmittel vor der Spülung des Sorptionsmittels (30) mit Wasserdampf (H2O) zuzuführen, um vorhandenen Sauerstoff aus der Reinigungsvorrichtung (16) zu entfernen.Air separation plant (10) according to one of the preceding claims, characterized in that an inerting agent supply unit or the regeneration agent supply unit (34) is further optionally fluidically connected or connectable to a rectification column (26) of the air separation plant (10) in order to supply nitrogen (N2) separated from the air (12) to the regenerable cleaning device (16) as an inerting agent before the sorbent (30) is flushed with water vapor (H2O) in order to remove existing oxygen from the cleaning device (16). Luftzerlegungsanlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorptionsmittel (30) eine Regenerierungstemperatur von kleiner 100°C aufweist.Air separation plant (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the sorbent (30) has a regeneration temperature of less than 100°C. Verfahren (100) zum Betreiben einer Luftzerlegungsanlage (10) zur Tieftemperaturzerlegung von Luft (12), wobei Restfeuchtigkeit und Kohlenstoffdioxid (CO2) von der zugeführten Luft (12) mittels einer ein Sorptionsmittel (30) aufweisenden regenerierbaren Reinigungsvorrichtung (16) abgetrennt wird und das Sorptionsmittel (30) durch eine Spülung mittels eines erwärmten Regenerationsmittels (42) unter Abgabe des Kohlenstoffdioxids (CO2) regeneriert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regeneration mittels einer Wasserdampferzeugungseinheit (40) erzeugter Wasserdampf (H2O) als Regenerationsmittel (42) der regenerierbaren Reinigungsvorrichtung (16) zur Spülung des Sorptionsmittels (30) zugeführt wird.Method (100) for operating an air separation plant (10) for the low-temperature separation of air (12), wherein residual moisture and carbon dioxide (CO2) are separated from the supplied air (12) by means of a regenerable cleaning device (16) having a sorbent (30), and the sorbent (30) is regenerated by flushing by means of a heated regeneration agent (42) with release of the carbon dioxide (CO2), characterized in that water vapor (H2O) generated for regeneration by means of a water vapor generation unit (40) is fed as a regeneration agent (42) to the regenerable cleaning device (16) for flushing the sorbent (30). Verfahren (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass anschließend der Wasserdampf (H2O) von dem abgetrennten Kohlenstoffdioxid (CO2) mittels einer Wasserkondensatoreinheit (44) getrennt wird, um den Kohlenstoffdioxid (CO2) zu gewinnen.Procedure (100) according to Claim 6 , characterized in that the water vapor (H2O) is then separated from the separated carbon dioxide (CO2) by means of a water condenser unit (44) in order to recover the carbon dioxide (CO2). Verfahren (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass anschließend das entfeuchtete Kohlenstoffdioxid (CO2) mittels einer Kohlstoffdioxidspeichereinheit (46) gespeichert wird.Procedure (100) according to Claim 7 , characterized in that the dehumidified carbon dioxide (CO2) is subsequently stored by means of a carbon dioxide storage unit (46). Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Spülung des Sorptionsmittels (30) mit Wasserdampf (H2O) in der Luftzerlegungsanlage (10) gewonnener Stickstoff (N2) zur Inertisierung der regenerierbaren Reinigungsvorrichtung (16) zugeführt wird, um vorhandenen Sauerstoff aus der Reinigungsvorrichtung (16) zu entfernen.Method (100) according to one of the Claims 6 until 8 , characterized in that before the sorbent (30) is flushed with steam (H2O), nitrogen (N2) obtained in the air separation plant (10) is fed to the regenerable cleaning device (16) for inerting in order to remove existing oxygen from the cleaning device (16).
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