EP3587971A1 - Method for operating a heat exchanger, assembly with a heat exchanger and air processing installation with such an assembly - Google Patents

Method for operating a heat exchanger, assembly with a heat exchanger and air processing installation with such an assembly Download PDF

Info

Publication number
EP3587971A1
EP3587971A1 EP18020280.6A EP18020280A EP3587971A1 EP 3587971 A1 EP3587971 A1 EP 3587971A1 EP 18020280 A EP18020280 A EP 18020280A EP 3587971 A1 EP3587971 A1 EP 3587971A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchange
fluids
operating mode
heat exchanger
fluid
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18020280.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Stefan Lochner
Thomas Hecht
Ralph Spöri
Dirk Schwenk
Reinhold Hölzl
Axel Lehmacher
Lars Kirchner
Pascal Freko
Dimitri GOLUBEV
Alexander WOITALKA
Christian Hermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde 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 Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Priority to EP18020280.6A priority Critical patent/EP3587971A1/en
Publication of EP3587971A1 publication Critical patent/EP3587971A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0012Primary atmospheric gases, e.g. air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0012Primary atmospheric gases, e.g. air
    • F25J1/0015Nitrogen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0035Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0035Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work
    • F25J1/0037Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work of a return stream
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/004Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by flash gas recovery
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0045Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by vaporising a liquid return stream
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0201Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using only internal refrigeration means, i.e. without external refrigeration
    • F25J1/0202Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using only internal refrigeration means, i.e. without external refrigeration in a quasi-closed internal refrigeration loop
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F25J1/0245Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control
    • F25J1/0247Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control start-up of the process
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F25J1/0245Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control
    • F25J1/0248Stopping of the process, e.g. defrosting or deriming, maintenance; Back-up mode or systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F25J1/0245Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control
    • F25J1/0251Intermittent or alternating process, so-called batch process, e.g. "peak-shaving"
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/04218Parallel arrangement of the main heat exchange line in cores having different functions, e.g. in low pressure and high pressure cores
    • F25J3/04224Cores associated with a liquefaction or refrigeration cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04333Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04351Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
    • F25J3/04357Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen and comprising a gas work expansion loop
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04375Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F25J3/04393Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using multiple or multistage gas work expansion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04787Heat exchange, e.g. main heat exchange line; Subcooler, external reboiler-condenser
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04812Different modes, i.e. "runs" of operation
    • F25J3/04818Start-up of the process
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04812Different modes, i.e. "runs" of operation
    • F25J3/04824Stopping of the process, e.g. defrosting or deriming; Back-up procedures
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J5/00Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
    • F25J5/002Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00Refrigeration techniques used
    • F25J2270/04Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop
    • F25J2270/06Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop with multiple gas expansion loops
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2280/00Control of the process or apparatus
    • F25J2280/20Control for stopping, deriming or defrosting after an emergency shut-down of the installation or for back up system

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a heat exchanger, an arrangement with a correspondingly operable heat exchanger and a system with a corresponding arrangement according to the preambles of the respective independent claims.
  • heat exchangers (technically more correct: heat exchangers) with cryogenic fluids, i.e. Operate fluids at temperatures significantly below 0 ° C, in particular significantly below -100 ° C.
  • cryogenic fluids i.e. Operate fluids at temperatures significantly below 0 ° C, in particular significantly below -100 ° C.
  • the present invention is mainly described with reference to the main heat exchangers of air separation plants, but in principle it is also suitable for use in other fields of application, for example for plants for storing and recovering energy using liquid air or natural gas liquefaction or in petrochemicals.
  • the present invention is also particularly suitable in systems for liquefying gaseous air products, for example gaseous nitrogen.
  • Corresponding plants can be supplied with gaseous nitrogen and liquefy it, in particular by air separation plants.
  • the liquefaction is not followed by a rectification like in an air separation plant. Therefore, when the problems described below are overcome, for example when there is no need for corresponding liquefaction products, these systems can be switched off completely and kept in standby until the next use.
  • the heat exchangers of air separation plants and other heat exchangers through which warm and cryogenic media flow flow compensate for the temperature and heat up when the associated plant is at a standstill and the decommissioning of the heat exchanger, or the temperature profile that develops in a corresponding heat exchanger in stationary operation can occur in such a way Case cannot be held. If, for example, cryogenic gas is subsequently fed into a heated heat exchanger when it is put back into operation, or vice versa, there are high thermal stresses due to different thermal expansion due to differential temperature differences, which can damage the heat exchanger or require a disproportionately high amount of material or production.
  • the present invention therefore has the task of specifying measures which enable a corresponding heat exchanger, in particular in one of the aforementioned systems, to be put into operation again after a prolonged decommissioning without the disadvantageous effects mentioned occurring.
  • the present invention proposes a method for operating a heat exchanger, an arrangement with a correspondingly operable heat exchanger and a system with a corresponding arrangement with the features of the respective independent claims.
  • a "heat exchanger” is an apparatus which is designed for the indirect transfer of heat between at least two fluid streams, for example in countercurrent to one another.
  • a heat exchanger for use in the context of the present invention can be formed from a single or a plurality of heat exchanger sections connected in parallel and / or in series, for example from one or more plate heat exchanger blocks.
  • a heat exchanger has "passages" which are set up for fluid guidance and are fluidically separated from other passages by separating plates or are only connected on the input and output sides via the respective headers. The passages are separated from the outside by side bars.
  • the passages mentioned are referred to below as “heat exchanger passages".
  • the terms "heat exchanger” and “heat exchanger” are used synonymously. The same applies to the terms “heat exchange” and "heat exchange”.
  • the present invention relates in particular to the apparatuses designated as fin-plate heat exchangers in accordance with the German version of ISO 15547-2: 2005. If the term "heat exchanger” is used below, this should in particular be understood to mean a fin-plate heat exchanger.
  • a fin-plate heat exchanger has a large number of superimposed flat chambers or elongated channels, each of which is usually corrugated or otherwise structured and connected to one another, for example soldered plates. made of aluminum, are separated from each other. The plates are stabilized by means of side bars and connected to each other via them.
  • the structuring of the heat exchanger plates serves in particular to increase the heat exchange area, but also to increase the stability of the heat exchanger.
  • the invention relates in particular to brazed aluminum fin-plate heat exchangers. In principle, however, corresponding heat exchangers can also be made from other materials, for example from stainless steel, or from various different materials.
  • the present invention can be used in air separation plants of a known type, but also, for example, in plants for storing and recovering energy using liquid air.
  • the storage and recovery of energy using liquid air is also referred to as Liquid Air Energy Storage (LAES).
  • LAES Liquid Air Energy Storage
  • a corresponding system is for example in the EP 3 032 203 A1 disclosed.
  • Plants for the liquefaction of nitrogen or other gaseous air products are also known from the specialist literature and also with reference to the Figures 8A and 8B described.
  • the present invention can also be used in any other systems in which a heat exchanger can be operated accordingly.
  • these can be plants for liquefying natural gas and separating natural gas, the aforementioned LAES plants, plants for air separation, all types of liquefaction circuits (in particular for air and nitrogen) with and without air separation, ethylene plants (in particular separation plants that process gas mixtures) Steam crackers are set up), systems in which cooling circuits are used, for example with ethane or ethylene at different pressure levels, and systems in which carbon monoxide and / or carbon dioxide circuits are provided.
  • air is compressed, cooled, liquefied and stored in an insulated tank system in a first operating mode in a first operating mode.
  • the liquefied air stored in the tank system is heated in a second operating mode, in particular after a pressure increase by means of a pump, and thus converted into the gaseous or supercritical state.
  • a pressure stream obtained in this way is expanded in an expansion turbine which is coupled to a generator. The electrical energy obtained in the generator is fed back into an electrical network, for example.
  • cryogenic liquids formed using air can also be stored in the first operating mode and used to generate electrical energy in the second operating mode.
  • cryogenic liquids are liquid nitrogen or liquid oxygen or component mixtures which predominantly consist of liquid nitrogen or liquid oxygen.
  • external heat and fuel can also be coupled in in order to increase the efficiency and the output power, in particular using a gas turbine, the exhaust gas of which is expanded together with the pressure stream formed from the air product in the second operating mode.
  • the invention is also suitable for such systems.
  • Air separation plants can be used to provide appropriate cryogenic liquids. If liquid air is used, it is also possible to use pure air liquefaction systems.
  • air treatment plants is therefore also used below as a generic term for air separation plants and air liquefaction plants.
  • cold gas from a tank or exhaust gas from the stationary system can flow through a heat exchanger while the associated system is at a standstill, in order to avoid heating or that in the stationary system Operation (ie in particular the usual production operation of a corresponding system) to maintain a temperature profile.
  • operation ie in particular the usual production operation of a corresponding system
  • Such an operation can only be implemented with great effort in conventional methods.
  • the present invention is based on what appears at first glance to be paradoxical the knowledge that when a heat exchanger used to provide cryogenic fluids is taken out of operation, it is particularly advantageous to supply it with a warm fluid for a corresponding period of time. Against the background of the efforts usually made to thermally insulate a corresponding heat exchanger to avoid additional heat input, this appears to be of little use, for example using cold boxes and the like. In the context of the present invention, however, it was recognized that the temperature control proposed according to the invention, or the "keeping warm" of the heat end of the heat exchanger to a certain extent within the scope of the present invention, can be achieved by introducing warm fluids, which include a possible temperature loss and thus outweigh any increased energy requirements.
  • the temperature difference between the warm fluid and the warm end of the heat exchanger is less than in the conventional case explained at the beginning, extreme temperature jumps or temperature gradients become excessive short time here at least significantly reduced.
  • the material stresses that occur during corresponding load changes can therefore also be greatly reduced and the service life of a corresponding heat exchanger, which is largely defined by the number of such load changes, can be significantly increased.
  • the warm end of the heat exchanger is brought to a temperature level by application of one or more fluids, at which the warm end at the beginning of the decommissioning or in the regular operating mode is present, or to a temperature level close to this temperature level, the warm end is kept close to the temperature level at which the warm end is at the beginning of the decommissioning or in the regular operating mode. This makes it possible to apply warm fluid to the warm end again during a subsequent recommissioning without excessive thermal stresses occurring at the warm end.
  • temperature control of the second (cold) Do not end up at a correspondingly low temperature level. This heats up accordingly.
  • the cold end of the heat exchanger can be appropriately tempered.
  • the temperature profile in a heat exchanger during the downtime of a corresponding system can be very well controlled and calculated in further configurations, which are also explained in detail below, and the number of possible load changes (switching on and switching off) can thus be determined .
  • the amount of feed gas (temperature control fluid) required and how, for example, optimal time or sensor-based control can be carried out. This is particularly advantageous if a corresponding system or its heat exchanger is frequently put into and out of operation, for example in the case of a system for storing and recovering energy, a system for liquefying a gaseous air product such as nitrogen or another of the ones explained above other plants.
  • the present invention proposes a method of operating a heat exchanger with a heat exchange area extending between a first end and a second end.
  • a "heat exchange area” is an area in which heat exchange takes place between two or more fluids in a corresponding heat exchanger.
  • a corresponding heat exchange area can extend over the entire length of a corresponding heat exchanger or heat exchanger block.
  • fluids it is also possible for fluids to be supplied and / or removed from a corresponding heat exchanger at an intermediate temperature level.
  • a heat exchange area for corresponding fluids only extends over the area in which one or more such fluids are subjected to heat exchange, ie not over the entire length of the heat exchanger or heat exchanger block.
  • a first or warm end of a heat exchanger (and not specifically a heat exchange area) or a second or cold end of a heat exchanger (and not specifically the heat exchange area) is mentioned above and below, this also includes the first or second end of a corresponding one Understand heat exchange area.
  • first fluids to be cooled are supplied to the heat exchange region at the first end at a first temperature level and are guided through the heat exchange region from the first end to the second end.
  • the "first end" of the heat exchange area (which, as mentioned, can also be one end of the heat exchanger as a whole) is the aforementioned so-called warm end. Accordingly, the "second end” is the aforementioned cold end.
  • one or more second fluids to be heated are also supplied to the heat exchange area at the second end at a second temperature level below the first temperature level and are guided through the heat exchange area from the second end to the first end.
  • the first and second temperature levels depend in particular on the use of a corresponding heat exchanger. As explained several times, comes the present invention in particular in connection with the production or treatment of cryogenic fluids for use, for example in connection with the cryogenic air separation or the liquefaction of gaseous air products.
  • the first temperature level is in particular 0 to 100 ° C, for example 0 to 50 ° C and the second temperature level in particular is -100 to -200 ° C, for example -125 to -175 ° C.
  • a corresponding heat exchanger is typically for operation at a superatmospheric pressure level, for example at 1 to 50 bar abs., In particular at 5 to 20 bar abs. may be set up.
  • a corresponding heat exchanger is, in particular, a preferably brazed, at least partially made of aluminum, fin-plate heat exchanger of a known type. As mentioned, the use of alternative materials is also possible.
  • the first operating mode is carried out in a first operating period, which is interrupted by a second operating period.
  • the first operating mode corresponds to the regular stationary operation, for example a production operation of a corresponding system, in which the latter, for example, produces a desired product. This is interrupted when a corresponding system comes to a standstill, namely in the second operating period.
  • the first and second periods can alternate with one another several times over the entire service life of a corresponding system or if a corresponding method is carried out over longer periods of time.
  • the resulting loads on a heat exchanger can be reduced, particularly in the case of frequent changes, since the warm end is tempered.
  • a corresponding temperature control process can also take place in particular over a certain period of time, during which the temperature level of the first end of the heat exchange area can also deviate from the first temperature level by more than 80 K at times. This can be the case in particular if the first operating mode has been ended for a long time and the second operating mode is only carried out after a longer time within the second operating period. In this case, however, the present invention can enable slow temperature control or heating of the first end of the heat exchanger, so that it can then be subjected to a corresponding warm first fluid again in the first operating mode. In this case, the second operating mode essentially serves to prepare for the subsequent first operating mode. However, it can also be provided that the first end of the heat exchange area is kept at the first or the third temperature level over the entire second operating period. This can be the case in particular if the second operating period is only comparatively short compared to the first operating period.
  • the second operating period comprises a first partial period and a second partial period lying after the first partial period, the second operating mode being carried out during the second partial period.
  • the second operating mode is not carried out in the first partial period and instead a different operating mode than the first and second operating modes is carried out or a corresponding system is completely shut down.
  • the second operating mode can follow the first operating mode resumed subsequently in the second partial period, it being understood that between the second operating mode in the second partial period and the "subsequent" first operating mode, a switching operation or a switching period is carried out in the first operating period can be present.
  • the first and second operating periods are operating periods that do not overlap each other. In other words, the first and the second operating mode are not carried out simultaneously.
  • the second operating mode is carried out “in one or more partial periods” of the second operating period, this can in particular also be understood to mean an intermittent second operating mode.
  • this may include initiating the second operating mode at specific time intervals, for example on the basis of a time specification or on the basis of one or more temperature measurements.
  • the second operating mode can be initiated in preparation for the first operating mode at a predetermined time interval before the first operating mode is to be initiated again.
  • a corresponding intermittent operation or, more generally, operation only during one or more partial periods during the second operating period, can be used in the context of the present invention in particular to reduce an amount of the third fluid or fluids that are used to temper the first end of the heat exchange area. In this way, the use of the invention results in a particularly resource-efficient method.
  • the heat exchange region is one or more first . has sections adjoining the first end of the heat exchange region and one or more second sections adjoining the second end, the third fluid or fluids being guided through the first section or sections but not through the second section or sections.
  • a corresponding fluid can thus be drawn off from the heat exchange area after passing through a section, in particular via a suitable side header.
  • the first end of the heat exchange region is tempered in this way, but in this case the third fluid or fluids do not act on the entire heat exchange region. In this way, any undesired heating of the second end of the heat exchange area can be prevented. In this way, an additional expenditure of energy for the subsequent cooling of the temperature at the cold end can be reduced.
  • the one or more fluids in the second operating mode are supplied to the first end of the heat exchange region at the first or the third temperature level.
  • different temperatures are used, provided that this means that the first end of the heat exchange region is supplied by the application of the third fluid or fluids or that to the heat exchange region at the first end and in the direction of the second end at least part of the heat exchange area is or are brought to the first temperature level or the third temperature level.
  • a corresponding method comprises that in the first operating mode only the first fluid or fluids is or are guided from the first end to the second end through the heat exchange region, and that in the second operating mode only the second fluid or fluids are passed from the first end to the second end through the heat exchange area is or will be.
  • in the first operating mode no more fluids than the first fluid or fluids are passed through the heat exchange area from the first end to the second end, and in the second operating mode no fluids other than the fluid or third fluid are passed through the heat exchange area from the first end to the second end guided.
  • a first total of the one (s) in the first Operating mode (in particular based on a time unit) from the first end to the second end through the heat exchange region is greater than a second total amount of the one or more in the second operating mode (in particular based on the same time unit) from the first end to the second end through the heat exchanger guided second fluids.
  • the method proposed according to the invention can also be carried out in a particularly resource-saving manner by a corresponding reduction in quantity.
  • the risk of incorrect distribution or maldistribution of the naturally warm third fluid or fluids in one or more heat exchangers or heat exchanger blocks is significantly lower than in the case of a cold fluid.
  • the second total can therefore be chosen to be extremely small.
  • the second total amount (in particular based on a unit of time) can be, for example, 0.01 to 0.1, 0.1 to 1, 1 to 5, 5 to 10 or 10 to 50 percent of the first total amount (in particular based on the same) Unit of time).
  • the second end of the heat exchange area is also tempered by applying the third fluid or fluids that are or are fed to the heat exchanger at the first end. This can take place in particular in that no fluid is fed to the second end in the second operating mode and the temperature control therefore acts on both ends.
  • the present invention can be used in various configurations, in particular in connection with the cryogenic air separation.
  • the production of air products in a liquid or gaseous state by low-temperature air separation in air separation plants is known and, for example, at H.-W. Häring (ed.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006 , in particular Section 2.2.5, "Cryogenic Rectification”.
  • Air separation plants have distillation column systems which can be designed, for example, as two-column systems, in particular as classic Linde double-column systems, but also as three- or multi-column systems.
  • distillation columns can be provided for obtaining further air components, in particular the noble gases krypton, xenon and / or argon.
  • the distillation columns of the distillation column systems mentioned are operated at different pressure levels.
  • Known double column systems have a so-called high pressure column (also referred to as a pressure column, medium pressure column or lower column, in the language used here the "first rectification column”) and a so-called low pressure column (also referred to as upper column, in the language used here the "second rectification column”).
  • the pressure level of the high-pressure column is, for example, 4 to 6 bar, in particular approximately 5 bar.
  • the low pressure column is operated at a pressure level of, for example, 1.3 to 1.7 bar, in particular approximately 1.5 bar. In certain cases, for example for combined processes with integrated gasification (Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC), pressures of 3 to 4 bar can also be used in the low pressure column.
  • IGCC integrated Gasification Combined Cycle
  • the first fluid or at least one of the first fluids and the third fluid or at least one of the third fluids each comprise compressed air which, after being guided through the heat exchange region in the first operating mode, has a low-temperature rectification in a rectification unit subjected and used after heating through the heat exchange area in the second operating mode for heating the rectification unit.
  • the apparatuses connected downstream of the heat exchanger can be slowly warmed up.
  • This makes it possible to smooth or flatten temperature gradients occurring at the second end of the heat exchange area when a corresponding system is restarted, ie at the beginning of the first operating mode or when switching between the second and first operating modes.
  • the cold end of a corresponding heat exchanger can also be protected during load changes without it having to be temperature-controlled in a second operating mode with cold fluid, which could possibly be mis-distributed.
  • the tempering and the Prevention of thermal stresses is effected exclusively through the use of the third fluid or fluids.
  • a rectification unit with a first rectification column (“high pressure column”) operated at a first pressure level, a second rectification column (“low pressure column”) operated at a second pressure level below the first pressure level and a subcooler are used, wherein in the second operating mode the air is fed into the first rectification column after passing through the heat exchange area or the heat exchanger, and wherein fluid is removed from the first rectification column via a sump vent, passed through the subcooler, fed into the second rectification column and via a top draw the second rectification column is discharged.
  • a corresponding variant is particularly with reference to the attached Figure 3 explained.
  • another fluid guide for temperature control can also be provided.
  • a subcooler or supercooling counterflow (the terms are used synonymously here) is a heat exchanger in which at least fluids from the high and low pressure column or the first rectification column and the second rectification column are subjected to a heat exchange with one another.
  • the second end of the heat exchange area is acted upon by one or more fourth fluids
  • Heat exchange area is supplied at the second end and is or are guided in the direction of the first end through at least part of the heat exchange area, to the second temperature level or to a fourth temperature level which differs by no more than 80 Kelvin from the second temperature level.
  • the fourth temperature level can in particular also differ from the second temperature level by less than 60, 40 or 20 Kelvin.
  • the temperature of the second end of the heat exchange area can also be carried out intermittently, periodically, in accordance with a time specification and / or on the basis of a temperature measurement.
  • the temperature of the second end of the heat exchange area can be initiated, in particular in preparation for the first operating mode, at a predetermined time interval before the first operating mode is to be initiated again, so that the first operating mode can then be resumed in a planned manner.
  • an amount of the fourth fluid or fluids that are used for temperature control of the second end of the heat exchange area can be within the scope of the present invention , save on. In this way, the use of the invention results in an even more resource-efficient method.
  • the fourth fluid or fluids supplied to the heat exchange region at the second end are guided "in the direction" of the first end "through at least part of the heat exchange region", as in the case below of the third fluid or fluids, in particular also to be understood that the heat exchange region has one or more first sections adjoining the first end of the heat exchange region and one or more second sections adjoining the second end, the or the fourth fluids through the second section or sections, but not through the first section or sections.
  • the fourth fluid or fluids in the second operating mode is or are supplied to the second end of the heat exchange region at the second or fourth temperature level.
  • different temperatures are used, provided that this means that the second end of the heat exchange area is supplied by the application of the fourth fluid or fluids or that to the heat exchange area at the second end and in the direction of the first Is at least passed through at least part of the heat exchange area, is tempered to the second temperature level or the fourth temperature level.
  • Such an embodiment of the present invention can include, in particular, that in the first operating mode, a first temperature profile from the first temperature level at the first end to the second temperature level at the second end is formed over the heat exchange region, and that in the second operating mode a second temperature profile from the first temperature level via the heat exchange region the first end to the second temperature level at the second end, which does not deviate from the first temperature profile by more than 80 Kelvin at any point.
  • a deviation can also be kept below 60, 40 or 20 Kelvin.
  • a corresponding temperature profile that is to say a temperature profile, can be determined, for example, by simulations which are based on one or more measuring points or temperature measurements at different positions of the heat exchanger.
  • the first fluid or at least one of the first fluids comprises or comprise compressed air which, after cooling in the heat exchanger, undergoes low-temperature rectification using a first rectification column operated at a first pressure level and one operated at a second pressure level below the first pressure level second rectification column is subjected.
  • the third fluid or at least one of the third fluids can be formed using an oxygen-enriched fraction formed in the first rectification column and / or using an oxygen-enriched fraction and / or the fourth fluid or at least one of the fourth fluids may be formed using a fraction formed in the first rectification column.
  • the first end of the heat exchange region can be tempered with liquid that collects in the first and / or second rectification column.
  • the second end of the heat exchange region can be tempered in particular with gas from the first rectification column. Both variants are below with reference to the Figure 7 explained in more detail.
  • the third fluid or at least one of the third fluids can or can be formed in particular by taking part of the oxygen-enriched fraction formed in the first rectification column and / or the second rectification column from the first and / or the second rectification column intermittently, increasing the pressure , heated to the first temperature level or the third temperature level and supplied to the heat exchange area at the first end.
  • the fourth fluid or at least one of the fourth fluids can be formed in that part of the nitrogen-rich fraction formed in the second rectification column is removed from the second rectification column and fed to the heat exchange region at the second end at the second temperature level or the fourth temperature level.
  • the container can be pressurized, for example by pressure build-up evaporation.
  • fluid can be removed from the container and heated in a heat exchanger to the first or third temperature level and used as the or at least one of the first fluids for tempering the first end of the heat exchange region of the heat exchanger.
  • gaseous fluid can be removed from the first rectification column and, as mentioned, can be used at the second or fourth temperature level as the or at least one of the fourth fluids for temperature control of the second end.
  • the present invention makes it possible, in particular in a further embodiment, to achieve a comparatively high flow rate in the heat exchanger with an extremely small amount of gas, as a result of which corresponding incorrect distributions can also be ruled out when the second end of the heat exchange area is tempered.
  • this embodiment of the invention provides in the second operating mode for a suitable fluid, for example cold gas, which is provided for example from a tank by pressure build-up evaporation or from a rectification column system by evaporation, to be fed in at the cold end of the heat exchanger and through passages specifically dedicated to this To lead heat exchanger to its warm end.
  • a suitable fluid for example cold gas
  • the correspondingly heated fluid can be heated further, for example with an additional air-heated heat exchanger, and is then guided through the heat exchanger from the warm end to the cold end by other passages specifically dedicated to this.
  • Appropriate fluid can then be blown off into the atmosphere, for example.
  • the fluid led from the cold to the warm end of the heat exchanger is thus a "fourth" fluid in the sense explained above and the heated fluid and subsequently led from the warm to the cold end of the heat exchanger is a “third” fluid this sense.
  • a plurality of corresponding fluids can also be used in each case.
  • the number of passages for cold (fourth) and warm (third) fluid that is to say for the fluid led from the cold to the warm end on the one hand and for the fluid subsequently leading from the warm to the cold end on the other hand, in terms of their fluidic properties are similar, so that comparable speeds and pressure drops can be achieved.
  • the number of passages is preferably approximately the same or differs only slightly from one another.
  • heat exchangers for example comparatively large heat exchangers in which one or more fluids to be cooled are cooled by a number of first passages, for example 100 passages, and one or more fluids to be heated by a correspondingly large number of second passages, for example 100 passages can be heated, can be provided within the scope of the embodiment of the present invention to dedicate a defined smaller portion of the first passages and / or the second passages for the flow through the fourth or third and its heating and cooling.
  • the 100 first passages mentioned by way of example, which are used in the first operating mode for cooling the first fluid or fluids five passages for heating and five passages, in particular each equally distributed in the stacking sequence, for cooling the fourth or third fluid be used in the second operating mode.
  • the 100 second passages mentioned as examples which are used in the first operating mode for heating the second fluid or the second fluids to be heated, five passages for heating and five passages for cooling the fourth or third in the second operating mode.
  • first and second passages are each divided into groups, in each of which a fluid is guided, corresponding groups, individually or in combination, can be used in the second operating mode for heating and cooling the fourth or third fluid, if there is one fluidic design corresponds to the amount of fourth or third fluid to be cooled or heated. Further groups are then not flowed through in the second operating mode.
  • a heat exchanger with additional passage groups which are provided specifically for heating and cooling in the second operating mode using the fourth or third fluid and which are not used in the first operating mode. In this way, a particularly good adaptation to the quantities of the fourth or third fluid is possible, in particular if it is not possible to dedicate part of the "regular" heat exchanger passages.
  • An essential aspect of the embodiment of the present invention includes intermittent operation, which means that the heat exchanger or the corresponding passages in the second operating mode are only flowed through by the fourth or third fluid at certain times, but not in others , In this way, additional fluid can be saved, since this is only used when appropriate temperature control is required.
  • a corresponding intermittent operation can include a fixed time specification, or it can be detected, for example using temperature sensors, when temperature control is required, for example when the heat exchanger has warmed up above a predetermined threshold value.
  • the embodiment of the present invention just explained proposes a method in which the heat exchange area of the heat exchanger is combined with a Number of heat exchanger passages is formed, and in which in the first operating mode, the first fluid or fluids is or are passed through a first subset of the number of heat exchanger passages and the second fluid or fluids are guided through a second subset of the number of heat exchanger passages, the first and the second subset is in particular disjoint subsets of the number of heat exchanger passages.
  • the present invention extends, for example, to air separation plants or to plants for providing nitrogen-rich fluids, which can be provided in particular in liquid form.
  • the fluid or fluids to be cooled can comprise, in particular, gaseous nitrogen, which is provided in the first operating mode, for example using an air separation unit, and liquefied by the cooling in the heat exchanger passages.
  • gaseous nitrogen which is provided in the first operating mode, for example using an air separation unit, and liquefied by the cooling in the heat exchanger passages.
  • air processing systems for example the systems mentioned for storing and recovering energy using liquid air, in which, for example, compressed air is liquefied to liquid air.
  • the third and fourth subsets can be subsets of the first and / or second subsets.
  • a subset of the first and / or the second subset that are used in regular operation i.e. the first operating mode for the fluid or fluids to be cooled or heated, i.e. in the second operating mode, for tempering the first and second ends of the heat exchange area of the Dedicated heat exchanger for the fourth fluid (s) and the third third fluid (s).
  • partial quantities can also be disjoint quantities in pairs, ie the heat exchanger passages used for the temperature control fluid in the second operating mode can be provided separately.
  • the temperature profile in a heat exchanger can be controlled and calculated very well during the downtime of a corresponding system, and thus the number of possible load changes (switching on and switching off) can be determined.
  • the amount of feed gas (temperature control fluid) required and how, for example, optimal time or sensor-based control (see below) can be carried out.
  • the present invention enables a reliable construction. All fittings involved can be automated and, if necessary, controlled centrally and under safety monitoring.
  • the system proposed in the embodiment of the invention which has just been explained is simple and easy to understand even for operating personnel and is therefore particularly reliable.
  • the third and fourth subsets can be disjoint subsets of the first subset, or the third and fourth subsets can be disjoint subsets of the second subset.
  • the second case is particularly also with reference to the attached one Figure 9 explained.
  • the passages denoted by Y are a second subset of the total heat exchanger passages through which low-pressure nitrogen is led in normal operation, that is to say the first operating mode. Further heat exchanger passages are used for other fluids in the first operating mode.
  • a subset of the second subset, the third subset is used for the fourth fluid or fluids and the fourth subset for the third fluid or fluids.
  • a heat exchanger can be tempered accordingly without additional passages having to be provided.
  • the third subset is a subset of the first subset and the fourth subset is a subset of the second subset, or if the third subset is a subset of the second subset and the fourth subset is a subset of the first Is subset.
  • part of the fluid used in normal operation for heating the first fluid to be heated there is used in the second operating mode for a fourth fluid and part of the fluid used in normal operation for cooling the second fluid to be cooled there for a third fluid.
  • a corresponding method can be carried out in another alternative embodiment such that the first subset, the second subset, the third subset and the fourth subset are pairs of disjoint subsets of the number of heat exchanger passages.
  • the passages intended for use with third and fourth fluids are therefore additionally provided. In this way, a particularly good adaptation to the required fluidic properties can also be achieved.
  • the fourth fluid or fluids in the second operating mode can after heating in the third subset of the number of heat exchanger passages and before use as the or at least one of the fourth fluids, that is be subjected to further heating before cooling in the fourth subset of the number of heat exchanger passages.
  • the further heating can be carried out using an air-heated heat exchanger, which can be produced and operated particularly simply and inexpensively in the present application scenario.
  • the one or more of the fluids to be cooled in the first operating mode can generally be a fluid produced by means of a production plant as previously explained, the production plant in the first operating mode in Operation and in the second operating mode is out of order.
  • use in a system for storing and recovering energy in different operating modes is also possible.
  • the present invention permits temperature control or, if necessary, maintenance of a corresponding temperature profile in a heat exchanger in any production system, but in particular in the air processing systems explained.
  • the present invention is particularly suitable for use with a plant for liquefying a gaseous air product such as nitrogen.
  • the fourth fluid or fluids used in the second operating mode can, in particular, be taken from a tank in the embodiment just explained.
  • This tank can in particular be equipped with a pressure build-up evaporation device so that a fourth fluid can be provided under suitable pressure conditions.
  • a corresponding tank can in particular also be filled in the first operating mode by a corresponding production system, so that the or at least one of the first or second fluids and the or at least one of the fourth fluids can have the same composition.
  • the first or second fluid or at least one of the first or second fluids and the fourth fluid can be air gases, in particular nitrogen-rich fluids.
  • the one or more first or second fluids can be liquefied in the first operating mode by cooling in the heat exchanger passages and can be provided as a product in the liquefied state. These can also be liquefied in particular as part of a method for storing and recovering energy, which particularly benefits from the method according to the invention.
  • the present invention in the embodiment just explained enables maintenance of a temperature profile in a heat exchanger with small amounts of gas.
  • a larger amount of fluid can flow through the first subset and the second subset of the number of heat exchanger passages than the third and fourth subset of the number of heat exchanger passages.
  • the amount of the fluids to be cooled, which are led through the first and the second subset of the heat exchanger passages in the first operating mode can be twice as high or more than twice as high as the amount of the fluids passed through the third and fourth subset of the heat exchanger passages in the second operating mode Be fluid. Specific examples are explained with reference to the figures.
  • the fourth fluid and thus also the third fluid or fluids in the second mode of operation in the context of the present invention will be passed intermittently through the third and fourth subset of the heat exchanger passages.
  • This is particularly advantageous because the amount of fluid used can be further saved in this way. Since temperature compensation processes take place comparatively slowly in the scenarios considered here, it can be advantageous, for example, to switch the supply of the second fluid on or off according to a specific time pattern.
  • the first and second portions of the heat exchanger passages can be flowed through for 30 minutes each, followed by a pause of, for example, 2 hours.
  • the number of possible periods or their length in time is a function of the amount of gas used. Depending on the requirements, any flexibility can be achieved at the cost of the amount of gas used.
  • an intermittent operation can also be carried out using sensors which are attached to one or more locations of a corresponding heat exchanger. If, for example, a temperature at one or more points exceeds a target value by more than a predefined threshold value, flow through with the fourth or third fluid can be initiated.
  • a cold gas in particular a gas which inevitably evaporates from the cryogenic liquid in a storage tank for a cryogenic liquid
  • a cold gas is passed through the heat exchanger in the first and the second operating mode.
  • the "cold" contained in a corresponding gas can be recovered, so that the method, even in the first operating mode, can be operated in a more energetically advantageous manner, or the operating costs can be reduced on average over both operating modes.
  • a corresponding storage tank can in particular be a storage tank for liquid nitrogen.
  • the illustrated embodiment of the present invention includes, in particular, leading a corresponding cold gas in the first and second operating modes through the same heat exchanger passages that are used in the second operating mode for third and fourth fluids, i.e. the third and fourth subsets of the heat exchanger passages ,
  • the present invention also extends to an arrangement having a heat exchanger having a heat exchange area extending between a first end and a second end, the arrangement comprising means adapted to switch the heat exchange area in a first mode of operation supplying a plurality of first fluids to be cooled at the first end at a first temperature level and passing them from the first end to the second end through the heat exchange area and supplying one or more second fluids to be heated at the second end at a second temperature level below the first temperature level and from the second end to the first end through the heat exchange area.
  • means are provided which are set up to carry out the first operating mode in a first operating period, which is carried out by a second operating mode is interrupted, and to carry out a second operating mode in one or more partial periods of the second operating period, these means in the second operating mode supplying the first end of the heat exchange area to the heat exchange area at the first end by applying one or more third fluids and in the direction of the second end through at least a part of the heat exchange area or are tempered to the first temperature level or a third temperature level which does not differ from the first temperature level by more than 80 Kelvin.
  • such a system has a control device which is designed to switch between the first and the second operating mode when required, for example according to a fixed switching pattern, on the basis of a sensor signal or on request.
  • the present invention also extends to a system of the type explained above. According to the invention, this is distinguished by the fact that it comprises an arrangement as has just been explained.
  • the system is designed to provide the or at least one of the fluids to be cooled in the first operating mode, which, as mentioned, can also be temporarily stored in a tank for use as the second fluid in the second operating mode.
  • a corresponding system can in particular also be designed as a system for storing and recovering energy using liquid air, as an air separation system or as a system for liquefying a gaseous air product.
  • Figure 1 illustrates temperature curves in a heat exchanger after decommissioning without the use of measures according to advantageous embodiments of the present invention in the form of a temperature diagram.
  • the temperature H at the first (warm) end of the heat exchange area at the start of decommissioning, and thus the temperature in regular operation of the heat exchanger, is approx. 20 ° C and the temperature C at the second (cold) end is approx. -175 ° C. These temperatures become increasingly similar over time.
  • the high thermal conductivity of the materials installed in the heat exchanger is responsible for this. In other words, heat flows from the first (warm) end towards the second (cold) end. Together with the heat input from the environment, this results in a medium one Temperature of approx. -90 ° C.
  • the significant temperature increase at the second (cold) end of the heat exchange area is largely due to the internal temperature compensation in the heat exchanger and only to a lesser extent through external heat input.
  • Figure 2 illustrates temperature profiles in a heat exchanger after decommissioning during temperature control according to an advantageous embodiment of the present invention (internally designated IC2074 by the applicant) in the form of a temperature diagram.
  • a temperature denoted by H 'at the first (warm) end of the heat exchange area and a temperature denoted by C' at the second (cold) end are shown, which result when the first (warm) end of the heat exchange area is acted upon by an or a plurality of fluids, which is or are fed to the heat exchange area at the first (warm) end and is directed towards the second (cold) end through the heat exchange area or a section considered here, to a temperature level at which the first (warm) end at the beginning of the decommissioning or in the regular operating mode, or is tempered to a temperature level close to this temperature level.
  • a corresponding fluid was previously and is also referred to below as "third fluid" or "warm fluid”.
  • this measure allows the first (warm) end to be kept close to the temperature level at which the first (warm) end is at the beginning of the decommissioning or in the regular operating mode. This makes it possible to apply warm fluid to the first (warm) end again after a subsequent restart without causing excessive thermal stress at the first (warm) end. Since at the second (cold) end at a corresponding point in time there is typically no cold fluid available due to the intermittent decommissioning or a corresponding temperature gradient can be smoothed here, as with reference to FIG Figure 3 in combination with Figure 4 explained, temperature control of the second (cold) end to a correspondingly low temperature level can be omitted. This heats up accordingly.
  • Figure 3 illustrates an air separation plant with a heat exchanger that can be operated using a method according to an advantageous embodiment of the present invention (namely, the designation internally designated IC2074 by the applicant).
  • Air separation plants of the type shown are, as mentioned, often described elsewhere, for example at H.-W. Häring (ed.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, in particular Section 2.2.5, "Cryogenic Rectification
  • An air separation plant for the use of the present invention can be designed in a wide variety of ways Figure 3 limited.
  • the illustrated air separation plant comprises a main heat exchanger unit 310, a relaxation / compression unit 320, a rectification unit 330 and an optional liquid storage unit 340, which are shown separately for the sake of clarity. Regular operation of a corresponding system is described first, that is to say the "first operating mode" mentioned several times before.
  • high pressure column this means the rectification column (or part of a corresponding double column) otherwise referred to as “first rectification column” in the context of this application. If the term “high pressure column” is used below, this means the rectification column (or part of a corresponding double column) otherwise referred to as “first rectification column” in the context of this application.
  • the “main heat exchanger” is the heat exchanger operated according to the embodiment of the present invention.
  • the (main) heat exchanger 1 is illustrated here with a heat exchange region 10 which extends between a first end 11 and a second end 12.
  • a plurality of first fluids to be cooled are supplied to the heat exchange region 10 at the first end 11 at a first temperature level and are guided from the first end 11 to the second end 12 through the heat exchange region 10 and the heat exchange region 10 are in the first operating mode a plurality of second fluids to be heated are supplied at the second end 12 at a second temperature level below the first temperature level and guided from the second end 12 to the first end 11 through the heat exchange region 10.
  • the first operating mode is carried out in a first operating period, which is interrupted by a second operating period, the supply of the first fluids and the second fluids to the heat exchange region 10 being prevented in the second operating period, and wherein in one or more partial periods of the second operating period in a second operating mode, the first end 11 of the heat exchange region 10 is acted upon by a third fluid which is supplied to the heat exchange region 10 at the first end 11 and in Is guided in the direction of the second end 12 through the heat exchange region 10 to the first or a third temperature level, which differs from the first temperature level by no more than 80 Kelvin.
  • no further fluid used for tempering in the second operating mode in the Figure 3 shown configuration no further fluid used for tempering.
  • the main heat exchanger unit 310 comprises as a central component the (main) heat exchanger 1, which can be designed in the form of one or more structural units.
  • the expansion / compression unit 320 comprises a first booster turbine 321 and a second booster turbine 322.
  • one or more booster turbines can be replaced by one or more generator turbines or combinations of corresponding units can be used.
  • the booster stage (s) of one or more booster turbines or the like can be designed as a conventional booster stage (s) or also as a so-called "cold" booster stage (s), the inlet temperature of which is lower than the ambient temperature.
  • the expansion / compression unit 320 is always thermally coupled to the main heat exchanger unit 310 with the (main) heat exchanger 1, because fluid is exchanged with the expansion / compression unit 320 or its apparatuses from the latter.
  • the rectification unit 330 has a double column formed from a high-pressure column 21 and a low-pressure column 22 as well as a supercooling counterflow (subcooler) 23.
  • the high-pressure column 21 and the low-pressure column 22 are in heat-exchanging connection via a main condenser 24.
  • a generator turbine 25 and a plurality of valves and pumps, not specifically identified, are provided.
  • the optional liquid storage unit 340 comprises, for example, a liquid nitrogen storage 41, a liquid air storage 42 and a liquid oxygen storage 43, which can each be designed as one or more, in particular insulated, tanks.
  • a further liquid air storage functionally assigned to the liquid storage unit 40 can be provided.
  • the liquid storage unit 340 is purely optional.
  • Air separation plant shown in the form of a feed air flow 301 sucked in via a simplified main air compressor 302, cooled in a pre-cooling unit 303 and cleaned in a cleaning unit 304.
  • the air separation plant is set up to carry out a high air pressure process.
  • the main air compressor 302 therefore compresses the air of the feed air stream 301 to a correspondingly high pressure level, which is clearly above the highest separation pressure used in the rectification unit 330.
  • a corresponding compression can also be carried out using a main air compressor 301 and one or more secondary compressors.
  • the invention can also be used in processes in which only part of a corresponding feed air flow 301 is compressed to a pressure above the highest separation pressure used in the rectification unit 330.
  • the compressed, cooled and cleaned air of the feed air stream 301 is fed to the main heat exchanger unit 310 and the expansion / compression unit 320.
  • a plurality of compressed air flows at different pressure and / or temperature levels are generated from the air of the feed air flow 301.
  • FIG. 3 A compressed air flow 305 (FEED) for direct feeding into the rectification unit 330 or its high-pressure column 21 and further compressed air flows 306 and 307 (JT1-AIR, JT2-AIR) are illustrated.
  • the respective provision of the compressed air streams 305, 306 and 307 is shown in a highly schematic manner and can be done in different ways.
  • all of these compressed air streams need not necessarily be formed.
  • further compressed air flows can also be formed.
  • a further compressed air flow can be provided at a pressure level of, for example, approximately 1.4 bar, which can then be directed into the low-pressure column 22 as so-called injection air.
  • the compressed air flow 305 (FEED) is provided at a pressure level of approximately 5.6 bar, for example, and is fed into the high-pressure column 21 of the rectification unit 330.
  • Compressed air flow 306 (JT1-AIR) is provided at a pressure level that is above that of compressed air flow 305 (FEED).
  • the Compressed air flow 307 (JT2-AIR) is optionally provided; its pressure level is also above that of compressed air flow 305 (FEED).
  • the compressed air flow 305 (FEED) is fed into the high pressure column 21 of the rectification unit 330.
  • the compressed air stream 306 (JT1-AIR) is expanded into the high pressure column 21 of the rectification unit 330.
  • the generator turbine 25 shown and optionally one or more valves not specifically designated can be used.
  • the optionally provided compressed air stream 307 (JT2-AIR) is also expanded into the high-pressure column 21 of the rectification unit 330 via a valve that is not specifically designated.
  • an oxygen-enriched liquid bottoms product is generated, which is drawn off in the form of a fluid stream 331, passed through the supercooling counterflow 23 and expanded into the low-pressure column 22 via a valve, which is not specifically identified.
  • a nitrogen-enriched gaseous overhead product is also generated, which is drawn off in the form of a fluid stream 332.
  • Part of the fluid stream 332 can be carried out as a gaseous, nitrogen-rich air product (PGAN) from the air separation plant. The rest is liquefied in the main condenser 24 in the example shown.
  • GPN gaseous, nitrogen-rich air product
  • a part of the liquid formed can be carried out as a liquid nitrogen-rich air product (PLIN) from the air separation plant.
  • a portion is returned to the high-pressure column 21 as a return.
  • Another part of the can be led in the form of a fluid flow 333 through the supercooling counterflow 23 and can be expanded into the low-pressure column 22 via a valve (not specifically designated).
  • Another part can be increased in the form of a fluid stream 334 by means of pumps not specifically designated, possibly combined with an increased nitrogen-rich liquid from the liquid nitrogen storage 41 of the liquid storage unit 340 and / or from the head of the low-pressure column 22, and as an internally compressed, liquid nitrogen-rich fluid stream (ICLIN ), in particular in the form of two partial streams, evaporated or pseudo-evaporated in the (main) heat exchanger 1 and subsequently provided as an internally compressed nitrogen-rich printed product, in particular at different pressure levels (ICGAN1, ICGAN2).
  • ICLIN liquid nitrogen-rich fluid stream
  • a liquid, oxygen-rich bottom product is formed, which is drawn off in the form of a fluid stream 337 and, if present, possibly fed into the liquid oxygen reservoir 43 and / or increased in pressure by means of one of the pumps not specifically designated and as an internally compressed, liquid nitrogen-rich fluid stream ( ICLOX) evaporated or pseudo-evaporated in the (main) heat exchanger 1 and also provided as an internally compressed oxygen-rich printed product at two pressure levels (MP-GOX, HP-GOX).
  • the liquid nitrogen-rich fluid stream (ICLOX) can also be formed using an oxygen-rich liquid removed from the liquid oxygen storage 43 of the liquid storage unit 40.
  • a corresponding oxygen-rich liquid can also be taken from the liquid oxygen storage 43 of the liquid storage unit 40 and fed into the low-pressure column 22 via a pump.
  • a nitrogen-rich liquid in the form of a fluid stream 338 is removed from an upper region of the low-pressure column 22 and can be transferred in part to the liquid nitrogen reservoir 41, if present.
  • an infeed or outfeed can take place.
  • Part of the fluid stream 338 or all of the fluid stream 338 may, as mentioned, be treated as the fluid stream 334.
  • Nitrogen-rich liquid can also be fed back from the liquid nitrogen storage 41, if present, into an upper region of the low-pressure column 32.
  • a nitrogen-rich fluid stream 339 drawn off from the top of the low-pressure column 32 can be led through the supercooling counterflow 23, heated in the (main) heat exchanger 1 and provided as a nitrogen product (GAN).
  • GAN nitrogen product
  • impure nitrogen is treated in a comparable way and used as so-called residual gas (rest).
  • the (main) heat exchanger 1 heats up, as shown in the diagram Figure 1 illustrated unless further action is taken.
  • One embodiment of the present invention therefore provides for temperature control of the (main) heat exchanger 1, as is shown in the diagram in FIG Figure 2 is illustrated.
  • a significantly smaller amount of air compared to the feed air flow 301 is used and by the (main) heat exchanger 1 in the heat exchange unit 310 and the relaxation / compression unit 320 performed. A small amount of fluid is sufficient.
  • FIG. 2 a diagram illustrates that was obtained with a heat exchanger that is part of a corresponding air separation plant and through which 300,000 standard cubic meters per hour are routed during normal operation.
  • a heat exchanger that is part of a corresponding air separation plant and through which 300,000 standard cubic meters per hour are routed during normal operation.
  • the risk of incorrect distribution in the (main) heat exchanger 1 is significantly lower in the case of a warm current than in the case of cold currents, in which incorrect distributions can reinforce themselves.
  • the feeding of a corresponding warm current can be ended after about 50 hours, which can then already have reached a sufficient average temperature.
  • the second operating mode which is illustrated by the reinforced flow paths, includes that fluid, such as material flow 331 in the first operating mode, is withdrawn from the high-pressure column via a sump vent, passed through the supercooling counterflow 23 and fed into the low-pressure column 22.
  • fluid such as material flow 331 in the first operating mode
  • the second operating mode includes that fluid, such as material flow 331 in the first operating mode, is withdrawn from the high-pressure column via a sump vent, passed through the supercooling counterflow 23 and fed into the low-pressure column 22.
  • fluid such as material flow 331 in the first operating mode
  • FIG 4 shows a diagram in which a temperature of a feed stream such as the feed air flow 301 into the (main) heat exchanger 1 of a corresponding air separation plant with FEED (cf. Figure 3 ), and temperatures of a low-pressure nitrogen stream and an impure nitrogen stream designated GAN and UN2.
  • the temperatures are given in ° C on the ordinate versus a time in hours on the abscissa. Please refer to the explanations regarding the origin of the relevant material flows Figure 3 directed. How out Figure 4 can be seen, a temperature jump can be mitigated by the measures explained.
  • Figure 5 illustrates a corresponding arrangement of eight heat exchangers used in an air separation plant Figure 3 according to a corresponding embodiment of the present invention (namely the embodiment internally designated IC2074 by the applicant) can be used.
  • the eight heat exchangers are labeled 1 and 1 ', respectively, the heat exchangers labeled 1' are each equipped with one or more temperature sensors TI.
  • the heat exchangers with 1 or 1 ′ are connected via a line system 501, which is illustrated in a highly simplified manner. in each case a pair of corresponding heat exchangers 1 or 1 'is located opposite one another.
  • a heat exchanger 1 'of the heat exchanger pairs provided at the outermost ends of the arrangement is equipped with the temperature sensor (s) TI in order to be able to detect extreme values in a corresponding arrangement.
  • a comparable temperature distribution is to be expected with respect to the heat exchangers 1, 1 'corresponding to each other in pairs, so that it is not necessary to equip the two heat exchangers 1, 1' corresponding heat exchangers with temperature transmitters TI within the scope of the present invention.
  • FIGS. 6A to 6C illustrate different views of a heat exchanger used in an air separation plant Figure 3 or according to an order Figure 5 (ie in the designation internally designated IC2074 by the applicant) can be used.
  • FIG 6A is a corresponding heat exchanger designed as a fin-plate heat exchanger, which is equipped with several temperature sensors TI, as in Figure 5 designated 1 'and shown in a view in which the heat exchanger plates are in the paper plane or parallel to it. Headers of the heat exchanger 1 'are in Figure 6A each illustrated in a semicircle and illustrated at 601 to 618. They are used to feed or withdraw fluid flows are illustrated here with corresponding arrows.
  • FIGs 6B and 6C is the same heat exchanger 1 'in a view of the in Figure 1A left and right side shown with L and R respectively.
  • a corresponding heat exchanger 1 ' has, for example, four blocks, which are not specifically identified and are arranged one behind the other.
  • a heat exchanger 1 according to Figure 5 differs from that in Figure 6A to 6C illustrated heat exchanger 1 'essentially by the lack of the temperature sensor Tl.
  • An example of an arrangement of the temperature sensor TI results from the overview of the Figures 1A to 1C ,
  • the compensation temperature is increased by the addition of heat.) Restarting after a relatively short downtime can also be reduced. For example, with a block length of 7 meters after a standstill of approx. 6 hours without heating current at the warm end without using the present invention, there is already a temperature difference of approx. 40 Kelvin when restarting.
  • FIG. 7 illustrates an air separation plant with a heat exchanger that can be operated using a method according to an advantageous embodiment of the present invention (namely, the designation internally designated IC2115 by the applicant).
  • the air separation plant is illustrated in a very simplified manner.
  • the illustration was based on a Numerous other fluid flows and apparatuses, such as compressors, pumps, valves, as well as column internals and the like, are dispensed with.
  • Air separation plants of the type shown are, as mentioned, often described elsewhere, for example at H.-W. Häring (ed.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, in particular Section 2.2.5, "Cryogenic Rectification
  • An air separation plant for the use of the present invention can be designed in a wide variety of ways Figure 7 limited.
  • the (main) heat exchanger 1 is illustrated with a heat exchange area 10 which extends between a first end 11 and a second end 12.
  • a plurality of first fluids to be cooled (only one fluid is illustrated here) are fed to the heat exchange region 10 at a first temperature level and guided from the first end 11 to the second end 12 through the heat exchange region 10 and the heat exchange area 10 in the first operating mode
  • a plurality of second fluids to be heated (again only one fluid is illustrated) are supplied at the second end 12 at a second temperature level below the first temperature level and are guided from the second end 12 to the first end 12 through the heat exchange area 10 ,
  • the first operating mode is carried out in a first operating period, which is interrupted by a second operating period, the supply of the first fluids and the second fluids to the heat exchange region 10 being prevented in the second operating period, and wherein in one or more partial periods of the second operating period in a second mode of operation, the first end 11 of the heat exchange region 10 by applying a third fluid, which is supplied to the heat exchange region 10 at the first end 11 and guided in the direction of the second end 12 through the heat exchange region 10, to the first or a third temperature level, which differs from the first temperature level by no more than 80 Kelvin.
  • the second end 11 of the heat exchange region 10 is supplied with a fourth fluid which is supplied to the heat exchange region 10 at the second end 12 and in the direction of the first end 11 through at least part of the Heat exchange region 10 is performed, tempered to the second temperature level or to a fourth temperature level that does not differ from the second temperature level by more than 80 Kelvin.
  • the (main) heat exchanger 1 is supplied with a compressed and purified feed air stream 601 via a valve V4.
  • a plurality of feed air streams at different pressure and, if appropriate, temperature levels and, if appropriate, in different amounts can also be supplied in a corresponding air separation plant.
  • the aforementioned first fluid or at least one of the first fluids comprises or comprise compressed air. After cooling in the heat exchanger 1, this is subjected to low-temperature rectification using a first rectification column 21 (“high pressure column”) operated at a first pressure level and a second rectification column 22 (“low pressure column”) operated at a second pressure level below the first pressure level.
  • first rectification column 21 (“high pressure column”) operated at a first pressure level
  • second rectification column 22 (“low pressure column”) operated at a second pressure level below the first pressure level.
  • Any air products are formed, possibly heated in the (main) heat exchanger 1, and carried out from the system.
  • This is illustrated here using the example of a nitrogen-rich stream 602 from the first rectification column 21, which is led to a consumer via a valve V5.
  • the fluid can also, in particular, from the first rectification column 21, possibly via an in Figure 7 Hypothermia counterflow, not illustrated, are transferred to the second rectification column 22.
  • the first rectification column 21 and the second rectification column 22 can be in heat-exchanging connection, in particular via a main condenser 24.
  • Air separation plant shown ie shortly after the first operating mode was interrupted, are all in Figure 7 illustrated valves V1 to V8 closed. Insulation losses introduce heat and the pressure in the first rectification column 21 increases.
  • the valve V8 is used to maintain the pressure or to release excess pressure by blowing off fluid from the first rectification column 21 to the atmosphere (ATM).
  • the bottom liquid is used to periodically hold a container B1 with it in the sump of the first rectification column 21 and / or to fill the second rectification column 22 collecting liquid via the valve V1 and / or the valve.
  • the pressure in container B1 is then increased by closing valve V1 and opening valve V2 by means of evaporation of the liquid in a heat exchanger W1.
  • valve V8 is also closed.
  • valve V3 is opened in order to supply a certain volume flow to a heat exchanger W2, which is completely evaporated by this heat exchanger W2 and is fed to the (main) heat exchanger 1 at almost ambient temperature.
  • the valve V6 now serves to maintain the pressure in the first rectification column 21. In this way it is achieved that equally large amounts of warm and cold gas flow into the (main) heat exchanger 1 and the (main) heat exchanger 1 at the first end 11 of the heat exchange path almost heated to ambient temperature and cooled at the second end 12 to a temperature close to the boiling point in the first rectification column 21.
  • the (main) heat exchanger 1 is flowed through until the liquid level in the container B1 has fallen below a certain level.
  • the design of the container B1 must be carried out in such a way that the amount of liquid stored is sufficient to restore the temperature profile in the (main) heat exchanger 1.
  • the third fluid or at least one of the third fluids is or are formed using an oxygen-enriched fraction formed in the first rectification column 21 and / or using a second rectification column 22 and / or the fourth fluid or at least one of the fourth fluids is or are formed using a fraction formed in the first rectification column 21.
  • FIG. 8A and 8B An arrangement 100 with a heat exchanger 1 according to a particularly preferred embodiment of the invention (referred to internally as IC2021) is shown schematically.
  • the Figures 8A and 8B show two operating modes, one operating mode referred to throughout here as the "first" operating mode in Figure 8A and an operating mode referred to here as "second" operating mode throughout Figure 8B is shown.
  • the arrangement 100 is, for example, part of a plant for the provision of liquid nitrogen or liquefaction of gaseous nitrogen, which for example comprises an air separation plant and further components, such as the air separation plant, not shown.
  • the present invention is particularly suitable for use in connection with plants for the liquefaction of gaseous air products, since no further rectification system is connected to them themselves and, if necessary, they can therefore be simplified and put out of operation more frequently.
  • the heat exchanger 1 is illustrated with a heat exchange area 10 which extends between a first end 11 and a second end 12.
  • a plurality of first fluids to be cooled are supplied to the heat exchange region 10 at the first end 11 at a first temperature level and are guided from the first end 11 to the second end 12 through the heat exchange region 10 and the heat exchange region 10 are in the first operating mode a plurality of second fluids to be heated at the second end 12 at a second temperature level fed below the first temperature level and guided from the second end 12 to the first end 12 through the heat exchange region 10.
  • the first operating mode is carried out in a first operating period, which is interrupted by a second operating period, the supply of the first fluids and the second fluids to the heat exchange region 10 being prevented in the second operating period, and wherein in one or more partial periods of the second operating period in a second mode of operation, the first end 11 of the heat exchange region 10 by applying a third fluid, which is supplied to the heat exchange region 10 at the first end 11 and guided in the direction of the second end 12 through the heat exchange region 10, to the first or a third temperature level, which differs from the first temperature level by no more than 80 Kelvin.
  • the second end 11 of the heat exchange region 10 is supplied with one or more fourth fluids, which is fed to the heat exchange region 10 at the second end 12 and is guided in the direction of the first end 11 through at least part of the heat exchange region 10 or are tempered to the second temperature level or to a fourth temperature level that does not differ from the second temperature level by more than 80 Kelvin.
  • the heat exchange region 10 here has a number of heat exchanger passages WZ, wherein in the first operating mode (the one in FIG Figure 8A is shown) the or at least one of the first fluids is or will be guided by a first subset of the number of heat exchanger passages WZ and the or at least one of the second fluids will be guided by a second subset of the number of heat exchanger passages WZ which is disjoint from the first subset and wherein in the second Operation mode ( Figure 8B ) one or more material flows as the or at least one of the fourth fluids are passed through a third subset of the number of heat exchanger passages WZ and heated and then as the or at least one of the third fluids through a fourth subset of the heat exchanger passages WZ and is cooled, wherein the third and fourth subsets are individually smaller than the first and smaller than the second subset.
  • a gaseous nitrogen stream a together with a nitrogen stream b in a multi-stage compressor arrangement 2, which is fed an additional nitrogen stream c at an intermediate stage, compressed to a condensing pressure level.
  • the correspondingly compressed nitrogen is divided into two partial flows d and e, of which the partial flow d is fed to the heat exchanger 1 or its heat exchange region 10 at the warm (first) end 11.
  • the partial flow e is further compressed in two turbine boosters 3 and 4 and then likewise fed to the heat exchanger 1 or the heat exchange area 10 at its warm (first) end 11.
  • Liquid nitrogen drawn off from the bottom of the container 6 can be fed in the form of a liquid nitrogen stream f to the warm end of a subcooler 7, which is cooled using a partial stream g of the liquid nitrogen stream f, the amount of which is adjusted via a valve 8.
  • the partial stream g is further heated in the heat exchanger 1 and is returned for compression in the form of the nitrogen stream b already mentioned.
  • the remaining remainder of the liquid nitrogen stream f, illustrated here in the form of a liquid nitrogen stream h can, for example, be dispensed as a product or stored in a tank (not shown).
  • the turbine boosters 3 and 4 are driven using the partial flow d and a further partial flow of the partial flow e, which is designated here by i.
  • the partial flows d and i are each taken from the heat exchanger 1 at suitable intermediate temperatures.
  • the correspondingly relaxed partial stream d is fed to the heat exchanger 1 at an intermediate temperature, in the heat exchanger 1 with nitrogen, which is drawn off in gaseous form from the head of the container 6 and is fed to the heat exchanger 1 at the cold end, heated and in the form of the nitrogen stream c already mentioned returned for compression.
  • the partial stream i is fed into the container 6 after a corresponding expansion.
  • the heat exchanger passages of the heat exchanger 1 are designated W to Z for the following referencing.
  • a second operating mode which in Figure 8B is illustrated, and corresponds to an operation of the arrangement 100, which takes place when an associated plant, for example an air separation plant, is not in production operation
  • the components explained above, apart from the heat exchanger 1 are typically not in operation, as they are several times explained. Therefore, like the corresponding nitrogen flows a to i, these are not shown here.
  • a gaseous, cold nitrogen stream k is taken from a tank 10 provided, for example, with a pressure build-up evaporation device 9 and fed to the cold (second) end of the heat exchanger 1 or its heat exchange region 10.
  • This is a fluid that is referred to throughout the scope of the present application as the "fourth fluid”.
  • the nitrogen stream k removed from the heat exchanger 1 at the warm end can in particular be passed through an air-heated heat exchanger 11 and then fed back into the heat exchanger 1 at the warm end.
  • This is a fluid that is referred to throughout the scope of the present application as "third fluid”.
  • the nitrogen stream d is then carried out from the arrangement 100, for example blown off to the atmosphere.
  • the nitrogen stream k is passed through the heat exchanger passages Y, some of which are used for heating and some for the subsequent cooling, as explained below.
  • FIG. 9 shows a layer arrangement 200 of a heat exchanger operable according to an embodiment of the invention, for example that in FIG Figures 8A and 8B shown heat exchanger 1 or its heat exchange area 10, in a schematic representation.
  • W, X, Y and Z illustrate passages for different fluids through the heat exchanger, the five passages Y highlighted in bold type being those for low-pressure nitrogen, in which, for example, the material flows g and k correspond Figure 8A and 8B can be performed in the manner described above.
  • the five passages labeled Y are divided, for example, into two headers, each with 2 or 3 passages.
  • all five passages are flowed through in parallel with nitrogen, for example the nitrogen stream g.
  • nitrogen for example the nitrogen stream g.
  • the nitrogen stream g is fed to the heat exchanger 1, for example in an amount of 3,030 standard cubic meters per hour, at a pressure level of 1.2 bar and at a temperature level of 94 K.
  • the pressure loss in the heat exchanger 1 is, for example, 130 mbar.
  • the nitrogen stream g can also be distributed over several headers.
  • the nitrogen flow is provided, for example, in a quantity of 1,200 standard cubic meters per hour, at a pressure level of 1.2 bar and at a temperature level of 80 to 95 K.
  • the pressure loss under these conditions is, for example, 80 mbar. This allows the heat exchanger passages used in the first operating mode to be divided for the second operating mode in the manner explained, in which approximately half is used for heating and approximately half for cooling the nitrogen stream k, because comparable flow conditions can be achieved.
  • Graphs 901 and 902 shown each represent temperatures in a heat exchanger over the length of the heat exchanger. This is the heat exchanger that is to be Figure 8A or 8B was explained.
  • the graphs 901 represent the temperature in the second operating mode, in which three passages of warm and two passages of cold gas flow through.
  • the graphs 902 accordingly represent the temperature in the first operating mode.
  • Figure 10 refers to a case in which an insulation loss of 22.14 kW was assumed.
  • the inlet and outlet temperatures of the hot and cold flows into and from the heat exchanger largely correspond to one another, so that the problem explained at the outset that occurs due to different mass flows in the prior art is solved within the scope of the illustrated embodiment of the invention ,
  • a maximum temperature difference between the warm and cold currents is according to the in Figure 10 heat exchange diagram shown approx. 60 K.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Wärmetauschers (1), wobei in einem ersten Betriebsmodus einem Wärmeaustauschbereich (10) ein oder mehrere abzukühlende erste Fluide an einem ersten Ende (11) auf einem ersten Temperaturniveau zugeführt und zum zweiten Ende (12) durch den Wärmeaustauschbereich (10) geführt wird oder werden und ein oder mehrere zu erwärmende zweite Fluide am zweiten Ende (12) auf einem zweiten Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus zugeführt und zum ersten Ende geführt wird oder werden. Es ist vorgesehen, dass der erste Betriebsmodus in einem durch einen zweiten Betriebszeitraum unterbrochenen ersten Betriebszeitraum durchgeführt wird, im zweiten Betriebszeitraum die Zufuhr des oder der ersten und des oder der zweiten Fluide unterbunden wird, und in einem oder mehreren Teilzeiträumen des zweiten Betriebszeitraums in einem zweiten Betriebsmodus das erste Ende (11) des Wärmeaustauschbereichs (10) durch Beaufschlagen mit einem oder mehreren dritten Fluiden, das oder die dem Wärmeaustauschbereich (10) am ersten Ende (11) zugeführt und in Richtung des zweiten Endes (12) geführt wird oder werden, auf das erste Temperaturniveau oder ein drittes Temperaturniveau, das sich um nicht mehr als 80 Kelvin von diesem unterscheidet, temperiert wird. Eine entsprechende Anordnung (100) und eine Anlage mit einer derartigen Anordnung (100) sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.The invention relates to a method for operating a heat exchanger (1), in which, in a first operating mode, one or more first fluids to be cooled are fed to a heat exchange area (10) at a first end (11) at a first temperature level and to the second end (12) through the Heat exchange area (10) is or are performed and one or more second fluids to be heated is or are supplied to the second end (12) at a second temperature level below the first temperature level and to the first end. It is provided that the first operating mode is carried out in a first operating period interrupted by a second operating period, the supply of the first and second fluid or fluids is prevented in the second operating period, and in one or more partial periods of the second operating period in a second Operating mode the first end (11) of the heat exchange area (10) by applying one or more third fluids, which is or are fed to the heat exchange area (10) at the first end (11) and guided in the direction of the second end (12), is tempered to the first temperature level or a third temperature level that differs from this by no more than 80 Kelvin. A corresponding arrangement (100) and a system with such an arrangement (100) are also the subject matter of the present invention.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Wärmetauschers, eine Anordnung mit einem entsprechend betreibbaren Wärmetauscher und eine Anlage mit einer entsprechenden Anordnung gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a method for operating a heat exchanger, an arrangement with a correspondingly operable heat exchanger and a system with a corresponding arrangement according to the preambles of the respective independent claims.

Stand der TechnikState of the art

In einer Vielzahl von Anwendungsgebieten werden Wärmetauscher (technisch korrekter: Wärmeübertrager) mit tiefkalten Fluiden, d.h. Fluiden mit Temperaturen von deutlich unter 0° C, insbesondere deutlich unter -100° C, betrieben. Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung überwiegend unter Bezugnahme auf die Hauptwärmetauscher von Luftzerlegungsanlagen beschrieben, sie eignet sich jedoch grundsätzlich auch zum Einsatz in anderen Anwendungsgebieten, beispielsweise für Anlagen zum Speichern und Rückgewinnen von Energie unter Verwendung von Flüssigluft oder die Erdgasverflüssigung bzw. in der Petrochemie.In a large number of application areas, heat exchangers (technically more correct: heat exchangers) with cryogenic fluids, i.e. Operate fluids at temperatures significantly below 0 ° C, in particular significantly below -100 ° C. In the following, the present invention is mainly described with reference to the main heat exchangers of air separation plants, but in principle it is also suitable for use in other fields of application, for example for plants for storing and recovering energy using liquid air or natural gas liquefaction or in petrochemicals.

Die vorliegende Erfindung eignet sich aus den nachfolgend erläuterten Gründen auch in besonderer Weise in Anlagen zur Verflüssigung gasförmiger Luftprodukte, beispielsweise von gasförmigem Stickstoff. Entsprechende Anlagen können insbesondere von Luftzerlegungsanlagen mit gasförmigem Stickstoff versorgt werden und diesen verflüssigen. Der Verflüssigung ist dabei nicht, wie in einer Luftzerlegungsanlage, eine Rektifikation nachgeschaltet. Daher können diese Anlagen bei Überwindung der nachfolgend erläuterten Probleme beispielsweise dann, wenn kein Bedarf an entsprechenden Verflüssigungsprodukten besteht, vollständig abgeschaltet und bis zur nächsten Verwendung im Standby gehalten werden.For the reasons explained below, the present invention is also particularly suitable in systems for liquefying gaseous air products, for example gaseous nitrogen. Corresponding plants can be supplied with gaseous nitrogen and liquefy it, in particular by air separation plants. The liquefaction is not followed by a rectification like in an air separation plant. Therefore, when the problems described below are overcome, for example when there is no need for corresponding liquefaction products, these systems can be switched off completely and kept in standby until the next use.

Zum Aufbau und Betrieb von Hauptwärmetauschern von Luftzerlegungsanlagen und anderer Wärmetauscher sei auf einschlägige Fachliteratur, beispielsweise H.-W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006 , insbesondere Abschnitt 2.2.5.6, "Apparatus" verwiesen. Details zu Wärmetauschern allgemein sind beispielsweise der Veröffentlichung " The Standards of the Brazed Aluminium Plate-Fin Heat Exchanger Manufacturers' Association", 2. Auflage, 2000, insbesondere Abschnitt 1.2.1, "Components of an Exchanger " zu entnehmen.For the construction and operation of main heat exchangers in air separation plants and other heat exchangers, refer to the relevant specialist literature, for example H.-W. Häring (ed.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006 , in particular Section 2.2.5.6, "Apparatus". Details about heat exchangers are general for example the publication " The Standards of the Brazed Aluminum Plate-Fin Heat Exchanger Manufacturers' Association ", 2nd edition, 2000, in particular Section 1.2.1," Components of an Exchanger " refer to.

Ohne zusätzliche Maßnahmen vollziehen Wärmetauscher von Luftzerlegungsanlagen und andere mit warmen und tiefkalten Medien durchströmte Wärmetauscher einen Temperaturausgleich und erwärmen sich beim Stillstand der zugehörigen Anlage und damit der Außerbetriebnahme des Wärmetauschers, bzw. das sich in einem entsprechenden Wärmetauscher im stationären Betrieb ausbildende Temperaturprofil kann in einem solchen Fall nicht gehalten werden. Wird anschließend beispielsweise bei der Wiederinbetriebnahme in einen erwärmten Wärmetauscher tiefkaltes Gas eingespeist oder umgekehrt, kommt es zu hohen thermischen Spannungen infolge unterschiedlicher Wärmedehnung wegen differentiellen Temperaturunterschieden, die zur Schädigung des Wärmetauschers führen können oder einen überproportional hohen Material- bzw. Fertigungsaufwand erfordern.Without additional measures, the heat exchangers of air separation plants and other heat exchangers through which warm and cryogenic media flow flow compensate for the temperature and heat up when the associated plant is at a standstill and the decommissioning of the heat exchanger, or the temperature profile that develops in a corresponding heat exchanger in stationary operation can occur in such a way Case cannot be held. If, for example, cryogenic gas is subsequently fed into a heated heat exchanger when it is put back into operation, or vice versa, there are high thermal stresses due to different thermal expansion due to differential temperature differences, which can damage the heat exchanger or require a disproportionately high amount of material or production.

Insbesondere kommt es bei einer Außerbetriebnahme eines Wärmetauschers bevor dieser sich insgesamt erwärmt aufgrund der guten Wärmeleitung (Wärmelängsleitung) in dessen metallischem Material zu einem Angleich der Temperaturen am zuvor warmen Ende und am zuvor kalten Ende. Mit anderen Worten wird das zuvor warme Ende des Wärmetauschers über die Zeit kälter und das zuvor kalte Ende des Wärmetauschers wärmer, bis die genannten Temperaturen bei oder nahe bei einer Durchschnittstemperatur liegen. Dies ist auch in der beigefügten Figur 1 nochmals veranschaulicht. Die Temperaturen, die hier zum Zeitpunkt der Außerbetriebnahme bei ca. -175 °C bzw. +20 °C lagen, gleichen sich dabei über mehrere Stunden aneinander an und erreichen nahezu eine mittlere Temperatur.In particular, when a heat exchanger is decommissioned before it heats up overall, due to the good heat conduction (longitudinal heat conduction) in its metallic material, the temperatures at the previously warm end and at the previously cold end are equalized. In other words, the previously warm end of the heat exchanger becomes colder over time and the previously cold end of the heat exchanger warmer until the temperatures mentioned are at or close to an average temperature. This is also attached in the Figure 1 illustrated again. The temperatures, which were around -175 ° C or +20 ° C at the time of decommissioning, converge over several hours and reach almost a medium temperature.

Dieses Verhalten wird insbesondere dann beobachtet, wenn beim Abschalten einer Luftzerlegungsanlage der Hauptwärmetauscher, der kälteisoliert untergebracht ist, zusammen mit der Rektifikationseinheit eingeblockt wird, d.h. wenn von außen kein Gas mehr zugeführt wird. In einem solchen Fall wird typischerweise lediglich Gas, das durch thermische Isolationsverluste entsteht, kalt abgeblasen. Entsprechendes gilt auch, wenn eine Anlage zur Verflüssigung eines gasförmigen Luftprodukts, beispielsweise von Flüssigstickstoff, abgeschaltet wird.This behavior is observed in particular when the main heat exchanger, which is housed in a cold-insulated manner, is blocked together with the rectification unit when an air separation plant is switched off, ie when no more gas is supplied from the outside. In such a case, typically only gas that is caused by thermal insulation losses is blown off cold. The same also applies if a system for liquefying a gaseous air product, for example liquid nitrogen, is switched off.

Bei einer ggf. anschließend erfolgenden Einspeisung von warmem Fluid am abgekühlten warmen Ende des Wärmetauschers bei seiner Wiederinbetriebnahme erhöht sich dort schlagartig die Temperatur. Entsprechend verringert sich die Temperatur am erwärmten kalten Ende bei der Wiederinbetriebnahme, falls dort entsprechendes kaltes Fluid eingespeist wird, schlagartig. Dies führt zu den bereits erwähnten Materialspannungen und damit ggf. zu Schäden.If hot fluid is subsequently fed into the cooled, warm end of the heat exchanger when it is restarted, the temperature suddenly increases there. Accordingly, the temperature at the heated cold end drops suddenly when restarting, if corresponding cold fluid is fed in there, suddenly. This leads to the material stresses already mentioned and thus possibly to damage.

Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, Maßnahmen anzugeben, die eine Wiederinbetriebnahme eines entsprechenden Wärmetauschers, insbesondere in einer der zuvor genannten Anlagen, nach längerer Außerbetriebnahme ermöglichen, ohne dass die erwähnten nachteiligen Effekte auftreten.The present invention therefore has the task of specifying measures which enable a corresponding heat exchanger, in particular in one of the aforementioned systems, to be put into operation again after a prolonged decommissioning without the disadvantageous effects mentioned occurring.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Wärmetauschers, eine Anordnung mit einem entsprechend betreibbaren Wärmetauscher und eine Anlage mit einer entsprechenden Anordnung mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche vor.Against this background, the present invention proposes a method for operating a heat exchanger, an arrangement with a correspondingly operable heat exchanger and a system with a corresponding arrangement with the features of the respective independent claims.

Zunächst werden nachfolgend einige zur Beschreibung der vorliegenden Erfindung verwendete Begriffe erläutert und definiert.First, some terms used to describe the present invention are explained and defined below.

Ein "Wärmetauscher" ist im hier verwendeten Sprachgebrauch ein Apparat, der zur indirekten Übertragung von Wärme zwischen zumindest zwei z.B. im Gegenstrom zueinander geführten Fluidströmen ausgebildet ist. Ein Wärmetauscher zum Einsatz im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann aus einem einzelnen oder mehreren parallel und/oder seriell verbundenen Wärmetauscherabschnitten gebildet sein, z.B. aus einem oder mehreren Plattenwärmetauscherblöcken. Ein Wärmetauscher weist "Passagen" auf, die zur Fluidführung eingerichtet und von anderen Passagen fluidisch durch Trennbleche getrennt bzw. nur über die jeweiligen Header ein- und ausgangsseitig verbunden sind. Die Trennung der Passagen nach außen erfolgt über Seitenstäbe (engl. Side Bars). Die genannten Passagen werden nachfolgend als "Wärmetauscherpassagen" bezeichnet. Nachfolgend werden die Begriffe "Wärmetauscher" und "Wärmeübertrager" synonym verwendet. Entsprechendes gilt auch für die Begriffe "Wärmetausch" und "Wärmeaustausch".In the parlance used here, a "heat exchanger" is an apparatus which is designed for the indirect transfer of heat between at least two fluid streams, for example in countercurrent to one another. A heat exchanger for use in the context of the present invention can be formed from a single or a plurality of heat exchanger sections connected in parallel and / or in series, for example from one or more plate heat exchanger blocks. A heat exchanger has "passages" which are set up for fluid guidance and are fluidically separated from other passages by separating plates or are only connected on the input and output sides via the respective headers. The passages are separated from the outside by side bars. The passages mentioned are referred to below as "heat exchanger passages". In the following, the terms "heat exchanger" and "heat exchanger" are used synonymously. The same applies to the terms "heat exchange" and "heat exchange".

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die gemäß der deutschen Fassung der ISO 15547-2:2005 als Rippen-Platten-Wärmeaustauscher (engl. Plate-Fin Heat Exchangers) bezeichneten Apparate. Ist nachfolgend von einem "Wärmetauscher" die Rede, sei daher hierunter insbesondere ein Rippen-Platten-Wärmeaustauscher verstanden. Ein Rippen-Platten-Wärmeaustauscher weist eine Vielzahl übereinanderliegender flacher Kammern bzw. langgestreckter Kanäle auf, die jeweils durch gewellte oder anderweitig strukturierte und miteinander verbundene, beispielsweise verlötete Platten, i.d.R. aus Aluminium, voneinander getrennt sind. Die Platten werden mittels Seitenstäben stabilisiert und über diese miteinander verbunden. Die Strukturierung der Wärmetauscherplatten dient insbesondere dazu, die Wärmeaustauschfläche zu vergrößern, aber auch dazu, die Stabilität des Wärmetauschers zu erhöhen. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf gelötete Rippen-Platten-Wärmeaustauscher aus Aluminium. Grundsätzlich können entsprechende Wärmetauscher aber auch aus anderen Materialien, beispielsweise aus Edelstahl, oder aus verschiedenen unterschiedlichen Materialien hergestellt sein.The present invention relates in particular to the apparatuses designated as fin-plate heat exchangers in accordance with the German version of ISO 15547-2: 2005. If the term "heat exchanger" is used below, this should in particular be understood to mean a fin-plate heat exchanger. A fin-plate heat exchanger has a large number of superimposed flat chambers or elongated channels, each of which is usually corrugated or otherwise structured and connected to one another, for example soldered plates. made of aluminum, are separated from each other. The plates are stabilized by means of side bars and connected to each other via them. The structuring of the heat exchanger plates serves in particular to increase the heat exchange area, but also to increase the stability of the heat exchanger. The invention relates in particular to brazed aluminum fin-plate heat exchangers. In principle, however, corresponding heat exchangers can also be made from other materials, for example from stainless steel, or from various different materials.

Wie erwähnt, kann die vorliegende Erfindung in Luftzerlegungsanlagen bekannter Art, aber auch beispielsweise in Anlagen zum Speichern und Rückgewinnen von Energie unter Verwendung von Flüssigluft zum Einsatz kommen. Die Speicherung und Rückgewinnung von Energie unter Verwendung von Flüssigluft wird im Englischen auch als Liquid Air Energy Storage (LAES) bezeichnet. Eine entsprechende Anlage ist beispielsweise in der EP 3 032 203 A1 offenbart. Anlagen zur Verflüssigung von Stickstoff oder anderen gasförmigen Luftprodukten sind ebenfalls aus der Fachliteratur bekannt und zudem unter Bezugnahme auf die Figuren 8A und 8B beschrieben. Grundsätzlich kann die vorliegende Erfindung auch in beliebigen weiteren Anlagen zum Einsatz kommen, in denen ein Wärmeübertrager entsprechend betrieben werden kann. Es kann sich beispielsweise um Anlagen zur Erdgasverflüssigung und Trennung von Erdgas, die erwähnten LAES-Anlagen, Anlagen zur Luftzerlegung, Verflüssigungskreisläufe aller Art (insbesondere für Luft und Stickstoff) mit und ohne Luftzerlegung, Ethylenanlagen (also insbesondere Trennanlagen, die zur Bearbeitung von Gasgemischen aus Steamcrackern eingerichtet sind), Anlagen, in denen Kühlkreisläufe, beispielsweise mit Ethan oder Ethylen auf unterschiedlichen Druckniveaus zum Einsatz kommen, und Anlagen, in denen Kohlenmonoxid- und/oder Kohlendioxidkreisläufe vorgesehen sind, handeln.As mentioned, the present invention can be used in air separation plants of a known type, but also, for example, in plants for storing and recovering energy using liquid air. The storage and recovery of energy using liquid air is also referred to as Liquid Air Energy Storage (LAES). A corresponding system is for example in the EP 3 032 203 A1 disclosed. Plants for the liquefaction of nitrogen or other gaseous air products are also known from the specialist literature and also with reference to the Figures 8A and 8B described. In principle, the present invention can also be used in any other systems in which a heat exchanger can be operated accordingly. For example, these can be plants for liquefying natural gas and separating natural gas, the aforementioned LAES plants, plants for air separation, all types of liquefaction circuits (in particular for air and nitrogen) with and without air separation, ethylene plants (in particular separation plants that process gas mixtures) Steam crackers are set up), systems in which cooling circuits are used, for example with ethane or ethylene at different pressure levels, and systems in which carbon monoxide and / or carbon dioxide circuits are provided.

Zu Zeiten hohen Stromangebots wird in LAES-Anlagen in einem ersten Betriebsmodus Luft unter entsprechendem Stromverbrauch verdichtet, abgekühlt, verflüssigt und in einem isolierten Tanksystem gespeichert. Zu Zeiten geringen Stromangebots wird in einem zweiten Betriebsmodus die in dem Tanksystem gespeicherte verflüssigte Luft, insbesondere nach einer Druckerhöhung mittels einer Pumpe, angewärmt und damit in den gasförmigen oder überkritischen Zustand überführt. Ein hierdurch erhaltener Druckstrom wird in einer Entspannungsturbine entspannt, die mit einem Generator gekoppelt ist. Die in dem Generator gewonnene elektrische Energie wird beispielsweise in ein elektrisches Netz zurückgespeist.At times of high electricity supply, air is compressed, cooled, liquefied and stored in an insulated tank system in a first operating mode in a first operating mode. At times of low electricity supply, the liquefied air stored in the tank system is heated in a second operating mode, in particular after a pressure increase by means of a pump, and thus converted into the gaseous or supercritical state. A pressure stream obtained in this way is expanded in an expansion turbine which is coupled to a generator. The electrical energy obtained in the generator is fed back into an electrical network, for example.

Eine entsprechende Speicherung und Rückgewinnung von Energie ist grundsätzlich nicht nur unter Verwendung von Flüssigluft möglich. Vielmehr können in dem ersten Betriebsmodus auch andere unter Verwendung von Luft gebildete tiefkalte Flüssigkeiten gespeichert und in dem zweiten Betriebsmodus zur Gewinnung von elektrischer Energie verwendet werden. Beispiele für entsprechende tiefkalte Flüssigkeiten sind flüssiger Stickstoff oder flüssiger Sauerstoff bzw. Komponentengemische, die überwiegend aus flüssigem Stickstoff oder flüssigem Sauerstoff bestehen. In entsprechenden Anlagen können auch externe Wärme und Brennstoff eingekoppelt werden, um die Effizienz und die Ausgangsleistung zu steigern, insbesondere unter Verwendung einer Gasturbine, deren Abgas zusammen mit dem im zweiten Betriebsmodus aus dem Luftprodukt gebildeten Druckstrom entspannt wird. Auch für derartige Anlagen eignet sich die Erfindung.Appropriate storage and recovery of energy is fundamentally not only possible using liquid air. Rather, other cryogenic liquids formed using air can also be stored in the first operating mode and used to generate electrical energy in the second operating mode. Examples of corresponding cryogenic liquids are liquid nitrogen or liquid oxygen or component mixtures which predominantly consist of liquid nitrogen or liquid oxygen. In corresponding systems, external heat and fuel can also be coupled in in order to increase the efficiency and the output power, in particular using a gas turbine, the exhaust gas of which is expanded together with the pressure stream formed from the air product in the second operating mode. The invention is also suitable for such systems.

Zur Bereitstellung entsprechender tiefkalter Flüssigkeiten können klassische Luftzerlegungsanlagen dienen. Wenn Flüssigluft verwendet wird, ist es auch möglich, reine Luftverflüssigungsanlagen einzusetzen. Als Oberbegriff für Luftzerlegungsanlagen und Luftverflüssigungsanlagen wird daher nachfolgend auch der Begriff "Luftbearbeitungsanlagen" verwendet.Classic air separation plants can be used to provide appropriate cryogenic liquids. If liquid air is used, it is also possible to use pure air liquefaction systems. The term “air treatment plants” is therefore also used below as a generic term for air separation plants and air liquefaction plants.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Grundsätzlich kann ein Wärmetauscher während eines Stillstands der zugehörigen Anlage mit kaltem Gas aus einem Tank oder Abgas aus der stehenden Anlage durchströmt werden, um eine Erwärmung zu vermeiden bzw. das im stationären Betrieb (d.h. insbesondere dem üblichen Produktionsbetrieb einer entsprechenden Anlage) ausgebildete Temperaturprofil zu halten. Ein derartiger Betrieb ist jedoch in herkömmlichen Verfahren ggf. nur aufwendig zu realisieren.In principle, cold gas from a tank or exhaust gas from the stationary system can flow through a heat exchanger while the associated system is at a standstill, in order to avoid heating or that in the stationary system Operation (ie in particular the usual production operation of a corresponding system) to maintain a temperature profile. However, such an operation can only be implemented with great effort in conventional methods.

Insbesondere bei geringen Mengen entsprechender kalter Gase bzw. geringen Strömungsgeschwindigkeiten im Wärmetauscher kann eine Fehlverteilung innerhalb eines Wärmetauscherblocks und insbesondere über mehrere Wärmetauscherblöcke hinweg nicht ausgeschlossen werden. Grundsätzlich ist es jedoch wünschenswert, die eingesetzten Gasmengen gering zu halten, um beispielsweise Produktverluste bzw. grundsätzlich den Verbrauch von entsprechenden tiefkalten Medien zu vermeiden.In particular in the case of small amounts of corresponding cold gases or low flow velocities in the heat exchanger, incorrect distribution within a heat exchanger block and, in particular, over several heat exchanger blocks cannot be ruled out. In principle, however, it is desirable to keep the gas quantities used low, for example in order to avoid product losses or the consumption of appropriate cryogenic media.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der auf den auf den ersten Blick paradox erscheinenden Erkenntnis, dass es bei einer Außerbetriebnahme eines zur Bereitstellung tiefkalter Fluide verwendeten Wärmetauschers von besonderem Vorteil ist, diesem während eines entsprechenden Zeitraums ein warmes Fluid zuzuführen. Dies erscheint insbesondere vor dem Hintergrund der üblicherweise vorgenommenen Bestrebungen, einen entsprechenden Wärmetauscher zur Vermeidung eines zusätzlichen Wärmeeintrags thermisch zu isolieren, beispielsweise unter Verwendung von Coldboxen und dergleichen, wenig zielführend. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde aber erkannt, dass die durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Temperierung bzw. das im Rahmen der vorliegenden Erfindung in gewissem Umfang erfolgende "Warmhalten" des warmen Endes des Wärmetauschers durch Einbringen warmer Fluide Vorteile erzielt werden können, die einen etwaigen Temperaturverlust und damit einen ggf. erhöhten Energiebedarf überwiegen.The present invention is based on what appears at first glance to be paradoxical the knowledge that when a heat exchanger used to provide cryogenic fluids is taken out of operation, it is particularly advantageous to supply it with a warm fluid for a corresponding period of time. Against the background of the efforts usually made to thermally insulate a corresponding heat exchanger to avoid additional heat input, this appears to be of little use, for example using cold boxes and the like. In the context of the present invention, however, it was recognized that the temperature control proposed according to the invention, or the "keeping warm" of the heat end of the heat exchanger to a certain extent within the scope of the present invention, can be achieved by introducing warm fluids, which include a possible temperature loss and thus outweigh any increased energy requirements.

Weil bei einer bei der Wiederinbetriebnahme am warmen Ende des Wärmetauschers eingespeistes warmes Fluid aufgrund der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Temperierung des warmen Endes der Temperaturunterschied zwischen dem warmen Fluid und dem warmen Ende des Wärmetauschers geringer ist als im eingangs erläuterten herkömmlichen Fall, werden extreme Temperatursprünge bzw. Temperaturgradienten über kurze Zeit hier zumindest deutlich verringert. Durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung können daher die bei entsprechenden Lastwechseln auftretenden Materialspannungen ebenfalls stark verringert und damit die Lebensdauer eines entsprechenden Wärmetauschers, die sich maßgeblich über die Anzahl solcher Lastwechsel definiert, deutlich erhöht werden.Because when a warm fluid is fed back into the warm end of the heat exchanger due to the temperature control of the warm end proposed according to the invention, the temperature difference between the warm fluid and the warm end of the heat exchanger is less than in the conventional case explained at the beginning, extreme temperature jumps or temperature gradients become excessive short time here at least significantly reduced. By using the present invention, the material stresses that occur during corresponding load changes can therefore also be greatly reduced and the service life of a corresponding heat exchanger, which is largely defined by the number of such load changes, can be significantly increased.

Wie in der unten erläuterten Figur 2 veranschaulicht, auf die an dieser Stelle vorab kurz Bezug genommen wird, kann dann, wenn das warme Ende des Wärmeaustauschers durch Beaufschlagen mit einem oder mehreren Fluiden auf ein Temperaturniveau temperiert wird, auf dem das warme Ende zu Beginn der Außerbetriebnahme bzw. in dem regulären Betriebsmodus vorliegt, oder auf ein nahe bei diesem Temperaturniveau liegendes Temperaturniveau, das warme Ende in der Nähe des Temperaturniveaus gehalten werden, auf dem das warme Ende zu Beginn der Außerbetriebnahme bzw. in dem regulären Betriebsmodus vorliegt. Dies ermöglicht es, bei einer anschließenden Wiederinbetriebnahme das warme Ende wieder mit warmem Fluid zu beaufschlagen, ohne dass es am warmen Ende zu übermäßigen thermischen Spannungen kommen kann. Da am kalten Ende zu einem entsprechenden Zeitpunkt aufgrund der zwischenzeitlichen Außerbetriebnahme der zugehörigen Anlage typischerweise noch kein kaltes Fluid zur Verfügung steht bzw. hier ein entsprechender Temperaturgradient geglättet werden kann, wie ebenfalls in Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, kann eine Temperierung des zweiten (kalten) Endes auf ein entsprechend tiefes Temperaturniveau unterbleiben. Dieses erwärmt sich daher entsprechend. Alternativ dazu kann aber auch eine entsprechende Temperierung des kalten Endes des Wärmetauschers erfolgen.As explained in the below Figure 2 illustrated, to which reference is made briefly at this point, if the warm end of the heat exchanger is brought to a temperature level by application of one or more fluids, at which the warm end at the beginning of the decommissioning or in the regular operating mode is present, or to a temperature level close to this temperature level, the warm end is kept close to the temperature level at which the warm end is at the beginning of the decommissioning or in the regular operating mode. This makes it possible to apply warm fluid to the warm end again during a subsequent recommissioning without excessive thermal stresses occurring at the warm end. Since cold fluid is typically not yet available at the cold end at a corresponding point in time due to the temporary decommissioning of the associated system or a corresponding temperature gradient can be smoothed here, as also proposed in embodiments of the present invention, temperature control of the second (cold) Do not end up at a correspondingly low temperature level. This heats up accordingly. Alternatively, however, the cold end of the heat exchanger can be appropriately tempered.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung lässt sich in weiteren Ausgestaltungen, die weiter unten im Detail ebenfalls erläutert werden, das Temperaturprofil in einem Wärmetauscher während der Stillstandszeit einer entsprechenden Anlage sehr gut steuern, berechnen und damit die Anzahl an möglichen Lastwechseln (An- und Abschaltvorgänge) bestimmen. Alternativ kann, wenn eine erforderliche Anzahl an Starts und Stopps und die jeweilige Stillstandszeit bekannt sind, berechnet werden, welche Menge an Einsatzgas (Temperierfluid) benötigt wird und wie beispielsweise eine optimale zeitliche oder sensorbasierte Steuerung erfolgen kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine entsprechende Anlage bzw. deren Wärmetauscher häufig in und außer Betrieb genommen wird, beispielsweise im Falle einer Anlage zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, einer Anlage zur Verflüssigung eines gasförmigen Luftprodukts wie Stickstoff oder einer anderen der zuvor erläuterten weiteren Anlagen.In the context of the present invention, the temperature profile in a heat exchanger during the downtime of a corresponding system can be very well controlled and calculated in further configurations, which are also explained in detail below, and the number of possible load changes (switching on and switching off) can thus be determined , Alternatively, if a required number of starts and stops and the respective downtime are known, the amount of feed gas (temperature control fluid) required and how, for example, optimal time or sensor-based control can be carried out. This is particularly advantageous if a corresponding system or its heat exchanger is frequently put into and out of operation, for example in the case of a system for storing and recovering energy, a system for liquefying a gaseous air product such as nitrogen or another of the ones explained above other plants.

Die vorliegende Erfindung schlägt insgesamt ein Verfahren zum Betreiben eines Wärmetauschers mit einem Wärmeaustauschbereich vor, der sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende erstreckt.Overall, the present invention proposes a method of operating a heat exchanger with a heat exchange area extending between a first end and a second end.

Ein "Wärmeaustauschbereich" ist dabei im hier verwendeten Sprachgebrauch ein Bereich, in dem ein Wärmetausch zwischen zwei oder mehr Fluiden in einem entsprechenden Wärmetauscher stattfindet. Ein entsprechender Wärmeaustauschbereich kann sich über die gesamte Länge eines entsprechenden Wärmetauschers bzw. Wärmetauscherblocks erstrecken. Es ist jedoch auch möglich, dass einem entsprechenen Wärmetauscher auf einem Zwischentemperaturniveau Fluide zugeführt und/oder entnommen werden. In diesem Fall erstreckt sich ein Wärmeaustauschbereich für entsprechende Fluide nur über den Bereich, in dem ein oder mehrere derartiger Fluide einem Wärmetausch unterworfen werden, also nicht über die gesamte Länge des Wärmetauschers bzw. Wärmetauscherblocks. Ist zuvor und nachfolgend von einem ersten oder warmen Ende eines Wärmetauschers (und nicht spezifisch eines Wärmeaustausbereichs) bzw. von einem zweiten oder kalten Ende eines Wärmetauschers (und nicht spezifisch des Wärmeaustauschbereichs) die Rede, sei hierunter auch das erste bzw. zweite Ende eines entsprechenden Wärmeaustauschbereichs verstanden.In the parlance used here, a "heat exchange area" is an area in which heat exchange takes place between two or more fluids in a corresponding heat exchanger. A corresponding heat exchange area can extend over the entire length of a corresponding heat exchanger or heat exchanger block. However, it is also possible for fluids to be supplied and / or removed from a corresponding heat exchanger at an intermediate temperature level. In this case, a heat exchange area for corresponding fluids only extends over the area in which one or more such fluids are subjected to heat exchange, ie not over the entire length of the heat exchanger or heat exchanger block. If a first or warm end of a heat exchanger (and not specifically a heat exchange area) or a second or cold end of a heat exchanger (and not specifically the heat exchange area) is mentioned above and below, this also includes the first or second end of a corresponding one Understand heat exchange area.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird oder werden in einem ersten Betriebsmodus dem Wärmeaustauschbereich ein oder mehrere abzukühlende erste Fluide am ersten Ende auf einem ersten Temperaturniveau zugeführt und vom ersten Ende zum zweiten Ende durch den Wärmeaustauschbereich geführt. Das "erste Ende" des Wärmeaustauschbereichs (das, wie erwähnt, auch ein Ende des Wärmetauschers insgesamt sein kann) ist dabei das zuvor erwähnte sogenannte warme Ende. Entsprechend ist das "zweite Ende" das zuvor erwähnte kalte Ende. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird oder werden dabei in dem ersten Betriebsmodus dem Wärmeaustauschbereich außerdem ein oder mehrere zu erwärmende zweite Fluide am zweiten Ende auf einem zweiten Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus zugeführt und vom zweiten Ende zum ersten Ende durch den Wärmeaustauschbereich geführt.In the context of the present invention, in a first operating mode, one or more first fluids to be cooled are supplied to the heat exchange region at the first end at a first temperature level and are guided through the heat exchange region from the first end to the second end. The "first end" of the heat exchange area (which, as mentioned, can also be one end of the heat exchanger as a whole) is the aforementioned so-called warm end. Accordingly, the "second end" is the aforementioned cold end. In the context of the present invention, in the first operating mode, one or more second fluids to be heated are also supplied to the heat exchange area at the second end at a second temperature level below the first temperature level and are guided through the heat exchange area from the second end to the first end.

Das erste und zweite Temperaturniveau richtet sich insbesondere nach der Verwendung eines entsprechenden Wärmetauschers. Wie mehrfach erläutert, kommt die vorliegende Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit der Herstellung bzw. Behandlung tiefkalter Fluide zum Einsatz, beispielsweise im Zusammenhang mit der kryogenen Luftzerlegung oder der Verflüssigung von gasförmigen Luftprodukte. Hierbei liegt das erste Temperaturniveau insbesondere bei 0 bis 100 °C, beispielsweise bei 0 bis 50 °C und das zweite Temperaturniveau insbesondere bei -100 bis -200 °C, beispielsweise bei -125 bis -175 °C. Ein entsprechender Wärmetauscher ist typischerweise für einen Betrieb bei einem überatmosphärischen Druckniveau, das beispielsweise bei 1 bis 50 bar abs., insbesondere bei 5 bis 20 bar abs. liegen kann, eingerichtet. Wie erläutert, handelt es sich bei einem entsprechenden Wärmetauscher insbesondere um einen vorzugsweise gelöteten und zumindest teilweise aus Aluminium hergestellten Rippen-Platten-Wärmeaustauscher bekannter Art. Wie erwähnt, ist auch die Verwendung alternativer Materialien möglich.The first and second temperature levels depend in particular on the use of a corresponding heat exchanger. As explained several times, comes the present invention in particular in connection with the production or treatment of cryogenic fluids for use, for example in connection with the cryogenic air separation or the liquefaction of gaseous air products. Here, the first temperature level is in particular 0 to 100 ° C, for example 0 to 50 ° C and the second temperature level in particular is -100 to -200 ° C, for example -125 to -175 ° C. A corresponding heat exchanger is typically for operation at a superatmospheric pressure level, for example at 1 to 50 bar abs., In particular at 5 to 20 bar abs. may be set up. As explained, a corresponding heat exchanger is, in particular, a preferably brazed, at least partially made of aluminum, fin-plate heat exchanger of a known type. As mentioned, the use of alternative materials is also possible.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Betriebsmodus in einem ersten Betriebszeitraum durchgeführt wird, der durch einen zweiten Betriebszeitraum unterbrochen wird. Der erste Betriebsmodus entspricht dabei dem regulären stationären Betrieb, beispielsweise einem Produktionsbetrieb einer entsprechenden Anlage, in der diese beispielsweise ein gewünschtes Produkt herstellt. Dieser wird bei einem Stillstand einer entsprechenden Anlage, nämlich in dem zweiten Betriebszeitraum, unterbrochen. Es versteht sich, dass über die gesamte Lebensdauer einer entsprechenden Anlage bzw. wenn ein entsprechendes Verfahren über längere Zeiträume durchgeführt wird, die ersten und zweiten Zeiträume mehrfach miteinander abwechseln können. Durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung lassen sich insbesondere bei häufigen Wechseln die resultierenden Belastungen eines Wärmetauschers reduzieren, da das warme Ende temperiert wird.Within the scope of the present invention it is provided that the first operating mode is carried out in a first operating period, which is interrupted by a second operating period. The first operating mode corresponds to the regular stationary operation, for example a production operation of a corresponding system, in which the latter, for example, produces a desired product. This is interrupted when a corresponding system comes to a standstill, namely in the second operating period. It goes without saying that the first and second periods can alternate with one another several times over the entire service life of a corresponding system or if a corresponding method is carried out over longer periods of time. By using the present invention, the resulting loads on a heat exchanger can be reduced, particularly in the case of frequent changes, since the warm end is tempered.

Dies wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, dass im zweiten Betriebszeitraum, in dem die Zufuhr des oder der ersten Fluide und des oder der zweiten Fluide zu dem Wärmeaustauschbereich unterbunden und der erste Betriebsmodus nicht durchgeführt wird, in einem oder mehreren Teilzeiträumen des zweiten Betriebszeitraums in einem zweiten Betriebsmodus das erste Ende des Wärmeaustauschbereichs durch Beaufschlagen mit einem oder mehreren dritten Fluiden, das oder die dem Wärmeaustauschbereich am ersten Ende zugeführt und in Richtung des zweiten Endes durch zumindest einen Teil des Wärmeaustauschbereichs geführt wird oder werden, auf das erste Temperaturniveau oder ein drittes Temperaturniveau, das sich um nicht mehr als 80 Kelvin von dem ersten Temperaturniveau unterscheidet, temperiert wird. Eine entsprechene Temperierung kann insbesondere auch derart erfolgen, dass sich das dritte Temperaturniveau um nicht mehr als 60, 40 oder 20 K von dem ersten Temperaturniveau unterscheidet.This is achieved in the context of the present invention in that in the second operating period, in which the supply of the first fluid or fluids and the second fluid or fluids to the heat exchange region is prevented and the first operating mode is not carried out, in one or more partial periods of the second operating period in a second operating mode, the first end of the heat exchange area is acted upon by the application of one or more third fluids, which is or are supplied to the heat exchange area at the first end and is guided towards the second end through at least part of the heat exchange area, to the first temperature level or on third Temperature level that differs by no more than 80 Kelvin from the first temperature level is tempered. A corresponding temperature control can in particular also take place in such a way that the third temperature level does not differ from the first temperature level by more than 60, 40 or 20 K.

Ein entsprechender Temperiervorgang kann dabei auch insbesondere über einen bestimmten Zeitraum erfolgen, inerhalb dessen das Temperaturniveau des ersten Endes des Wärmeaustauschbereichs zeitweise auch um mehr als 80 K von dem ersten Temperaturniveau abweichen kann. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn der erste Betriebsmodus bereits seit längerer Zeit beendet wurde und der zweite Betriebsmodus erst nach längerer Zeit innerhalb des zweiten Betriebszeitraums durchgeführt wird. In diesem Fall kann jedoch die vorliegende Erfindung eine langsame Temperierung bzw. Anwärmung des ersten Endes des Wärmetauschers ermöglichen, so dass dieses anschließend wieder im ersten Betriebsmodus wieder mit einem entsprechenden warmen ersten Fluid beaufschlagt werden kann. In diesem Fall dient der zweite Betriebsmodus also im Wesentlichen einem Vorbereitungsbetrieb auf den sich anschließenden ersten Betriebsmodus. Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass das erste Ende des Wärmeaustauschbereichs über den gesamten zweiten Betriebszeitraum hinweg auf dem ersten oder dem dritten Temperaturniveau gehalten wird. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn der zweite Betriebszeitraum gegenüber dem ersten Betriebszeitraum nur vergleichsweise kurz ist.A corresponding temperature control process can also take place in particular over a certain period of time, during which the temperature level of the first end of the heat exchange area can also deviate from the first temperature level by more than 80 K at times. This can be the case in particular if the first operating mode has been ended for a long time and the second operating mode is only carried out after a longer time within the second operating period. In this case, however, the present invention can enable slow temperature control or heating of the first end of the heat exchanger, so that it can then be subjected to a corresponding warm first fluid again in the first operating mode. In this case, the second operating mode essentially serves to prepare for the subsequent first operating mode. However, it can also be provided that the first end of the heat exchange area is kept at the first or the third temperature level over the entire second operating period. This can be the case in particular if the second operating period is only comparatively short compared to the first operating period.

Mit anderen Worten kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass der zweite Betriebszeitraum einen ersten Teilzeitraum und einen nach dem ersten Teilzeitraum liegenden zweiten Teilzeitraum umfasst, wobei der zweite Betriebsmodus während des zweiten Teilzeitraums durchgeführt wird. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der zweite Betriebsmodus in dem ersten Teilzeitraum nicht durchgeführt wird und stattedessen ein anderer Betriebsmodus als der erste und der zweite Betriebsmodus durchfgeführt wird oder eine entsprechende Anlage vollständig stillgelegt wird. Insbesondere kann sich zweite Betriebsmodus in dem zweiten Teilzeitraum an den nachfolgend wieder aufgenommenen ersten Betriebsmodus anschließen, wobei sich versteht, dass zwischen dem zweiten Betriebsmodus in dem zweiten Teilzeitraum und dem "sich anschließenden" ersten Betriebsmodus in dem ersten Betriebszeitraum ein Umschaltbetrieb vorgenommen bzw. ein Umschaltzeitraum vorliegen kann. In jedem Fall sind der erste und der zweite Betriebszeitraum jedoch einander zeitlich nicht überlappende Betriebszeiträume. Mit anderen Worten werden der erste und der zweite Betriebsmodus nicht zeitgleich durchgeführt.In other words, it can be provided within the scope of the present invention that the second operating period comprises a first partial period and a second partial period lying after the first partial period, the second operating mode being carried out during the second partial period. In particular, it can be provided that the second operating mode is not carried out in the first partial period and instead a different operating mode than the first and second operating modes is carried out or a corresponding system is completely shut down. In particular, the second operating mode can follow the first operating mode resumed subsequently in the second partial period, it being understood that between the second operating mode in the second partial period and the "subsequent" first operating mode, a switching operation or a switching period is carried out in the first operating period can be present. In any case, however, the first and second operating periods are operating periods that do not overlap each other. In other words, the first and the second operating mode are not carried out simultaneously.

Ist hier davon die Rede, dass der zweite Betriebsmodus "in einem oder mehreren Teilzeiträumen" des zweiten Betriebszeitraums durchgeführt wird, kann hiervon insbesondere auch ein intermittierender zweiter Betriebsmodus verstanden werden. Dieser kann insbesondere insbesondere umfassen, in bestimmten Zeitintervallen, beispielsweise auf Grundlage einer Zeitvorgabe oder auf Grundlage einer oder mehrerer Temperaturmessungen, den zweiten Betriebsmodus einzuleiten. Beispielsweise kann der zweite Betriebsmodus in Vorbereitung auf den ersten Betriebsmodus in einem vorgegebenen zeitlichen Abstand, bevor der erste Betriebsmodus wieder eingeleitet werden soll, eingeleitet werden.If it is said here that the second operating mode is carried out “in one or more partial periods” of the second operating period, this can in particular also be understood to mean an intermittent second operating mode. In particular, this may include initiating the second operating mode at specific time intervals, for example on the basis of a time specification or on the basis of one or more temperature measurements. For example, the second operating mode can be initiated in preparation for the first operating mode at a predetermined time interval before the first operating mode is to be initiated again.

Es kann auch vorgesehen sein, beispielsweise in einer bestimmten Taktung den zweiten Betriebsmodus in dem zweiten Betriebszeitraum durchzuführen. Auf diese Weise kann beispielsweise ein zu starkes Absinken der Temperatur am ersten Ende des Wärmeaustauschbereichs vermieden werden, so dass der erste Betriebsmodus anschließend schneller wiederaufgenommen werden kann. Es ist auch möglich, beispielsweise immer dann, wenn eine festgestellte Temperatur am ersten Ende des Wärmetauschbereichs unter einen vorbestimmten Wert absinkt, den zweiten Betriebsmodus aufzunehmen und diesen wieder zu beenden, wenn die festgestellte Temperatur am ersten Ende des Wärmetauschbereichs anschließend wieder über einen bestimmten vorbestimmten Wert ansteigt.Provision can also be made for the second operating mode to be carried out in the second operating period, for example in a specific cycle. In this way, for example, an excessive drop in the temperature at the first end of the heat exchange area can be avoided, so that the first operating mode can subsequently be resumed more quickly. It is also possible, for example, whenever a determined temperature at the first end of the heat exchange area falls below a predetermined value, to start the second operating mode and to end it again when the determined temperature at the first end of the heat exchange area then again exceeds a certain predetermined value increases.

Durch einen entsprechenden intermittierenden Betrieb oder, allgemeiner, einen Betrieb nur während eines oder mehrerer Teilzeiträume während des zweiten Betriebszeitraums lässt sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Menge des oder der dritten Fluide, die zur Temperierung des ersten Endes des Wärmeaustauschbereichs verwendet werden, reduzieren. Auf diese Weise ergibt sich durch den Einsatz der Erfindung ein besonders ressourceneffizientes Verfahren.A corresponding intermittent operation, or, more generally, operation only during one or more partial periods during the second operating period, can be used in the context of the present invention in particular to reduce an amount of the third fluid or fluids that are used to temper the first end of the heat exchange area. In this way, the use of the invention results in a particularly resource-efficient method.

Ist hier davon die Rede, dass das oder die dem Wärmeaustauschbereich am ersten Ende zugeführten dritten Fluide "in Richtung" des zweiten Endes "durch zumindest einen Teil des Wärmeaustauschbereichs" geführt werden, kann hierunter insbesondere auch verstanden werden, dass der Wärmeaustauschbereich einen oder mehrere erste, sich an das erste Ende des Wärmeaustauschbereichs anschließende Abschnitte und einen oder mehrere zweite, sich an das zweite Ende anschließende Abschnitte aufweist, wobei das oder die dritten Fluide durch den oder die ersten Abschnitte aber nicht durch den oder die zweiten Abschnitte geführt wird oder werden.If it is said here that the third fluid or fluids supplied to the heat exchange region at the first end are guided "in the direction" of the second end "through at least part of the heat exchange region", this can in particular also mean that the heat exchange region is one or more first . has sections adjoining the first end of the heat exchange region and one or more second sections adjoining the second end, the third fluid or fluids being guided through the first section or sections but not through the second section or sections.

Beispielsweise kann ein entsprechendes Fluid also nach dem Durchlaufen einer Teilstrecke aus dem Wärmeaustauschbereich, insbesondere über einen geeigneten Seitenheader, abgezogen werden. Auf diese Weise wird in einer entsprechenden Variante der vorliegenden Erfindung das erste Ende des Wärmeaustauschbereichs temperiert, das oder die dritten Fluide beaufschlagen in diesem Fall jedoch nicht den gesamten Wärmeaustauschbereich. Auf diese Weise kann insbesondere eine ggf. unerwünschte Anwärmung des zweiten Endes des Wärmeaustauschbereichs verhindert werden. Auf diese Weise kann ein zusätzlicher Energieeaufwand zur anschließenden Abkühlung der Temperatur am kalten Ende verringert werden.For example, a corresponding fluid can thus be drawn off from the heat exchange area after passing through a section, in particular via a suitable side header. In a corresponding variant of the present invention, the first end of the heat exchange region is tempered in this way, but in this case the third fluid or fluids do not act on the entire heat exchange region. In this way, any undesired heating of the second end of the heat exchange area can be prevented. In this way, an additional expenditure of energy for the subsequent cooling of the temperature at the cold end can be reduced.

Vorzugsweise wird oder werden das oder die dritten Fluide in dem zweiten Betriebsmodus dem ersten Ende des Wärmeaustauschbereichs auf dem ersten oder dem dritten Temperaturniveau zugeführt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, abweichende Temperaturen zu verwenden, sofern mittels dieser erreicht wird, dass das erste Ende des Wärmeaustauschbereichs durch das Beaufschlagen mit dem oder den dritten Fluiden, das oder die dem Wärmeaustauschbereich am ersten Ende zugeführt und in Richtung des zweiten Endes durch zumindest einen Teil des Wärmeaustauschbereichs geführt wird oder werden, auf das erste Temperaturniveau oder das dritte Temperaturniveau temperiert wird.Preferably, the one or more fluids in the second operating mode are supplied to the first end of the heat exchange region at the first or the third temperature level. However, it can also be provided that different temperatures are used, provided that this means that the first end of the heat exchange region is supplied by the application of the third fluid or fluids or that to the heat exchange region at the first end and in the direction of the second end at least part of the heat exchange area is or are brought to the first temperature level or the third temperature level.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst ein entsprechendes Verfahren, dass im ersten Betriebsmodus nur das oder die ersten Fluide vom ersten Ende zum zweiten Ende durch den Wärmeaustauschbereich geführt wird oder werden, und dass im zweiten Betriebsmodus nur das oder die zweiten Fluide vom ersten Ende zum zweiten Ende durch den Wärmeaustauschbereich geführt wird oder werden. Mit anderen Worten werden in dem ersten Betriebsmodus also keine weiteren als das oder die ersten Fluide vom ersten Ende zum zweiten Ende durch den Wärmeaustauschbereich geführt, und im zweiten Betriebsmodus werden keine weiteren als das oder die dritte Fluide vom ersten Ende zum zweiten Ende durch den Wärmeaustauschbereich geführt. Eine erste Gesamtmenge des oder der im ersten Betriebsmodus (insbesondere bezogen auf eine Zeiteinheit) vom ersten Ende zum zweiten Ende durch den Wärmeaustauschbereich geführten ersten Fluide ist dabei größer als eine zweite Gesamtmenge des oder der im zweiten Betriebsmodus (insbesondere bezogen auf dieselbe Zeiteinheit) vom ersten Ende zu dem zweiten Ende durch den Wärmetauscher geführten zweiten Fluide.In one embodiment of the present invention, a corresponding method comprises that in the first operating mode only the first fluid or fluids is or are guided from the first end to the second end through the heat exchange region, and that in the second operating mode only the second fluid or fluids are passed from the first end to the second end through the heat exchange area is or will be. In other words, in the first operating mode, no more fluids than the first fluid or fluids are passed through the heat exchange area from the first end to the second end, and in the second operating mode no fluids other than the fluid or third fluid are passed through the heat exchange area from the first end to the second end guided. A first total of the one (s) in the first Operating mode (in particular based on a time unit) from the first end to the second end through the heat exchange region is greater than a second total amount of the one or more in the second operating mode (in particular based on the same time unit) from the first end to the second end through the heat exchanger guided second fluids.

Durch eine entsprechende Mengenverringerung lässt sich das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ebenfalls besonders ressourcensparend durchführen. Dabei ist eine Gefahr einer Fehlverteilung bzw. Maldistribution des oder der naturgemäß warmen dritten Fluide in einem oder mehreren Wärmetauschern oder Wärmetauscherblöcken deutlich geringer als im Fall eines kalten Fluids. Daher kann die zweite Gesamtmenge ausgesprochen gering gewählt werden. In Ausgestaltungen der Erfindung kann die zweite Gesamtmenge (insbesondere bezogen auf eine Zeiteinheit) beispielsweise 0,01 bis 0,1, 0,1 bis 1, 1 bis 5, 5 bis 10 oder 10 bis 50 Prozent der ersten Gesamtmenge (insbesondere bezogen auf dieselbe Zeiteinheit) betragen.The method proposed according to the invention can also be carried out in a particularly resource-saving manner by a corresponding reduction in quantity. The risk of incorrect distribution or maldistribution of the naturally warm third fluid or fluids in one or more heat exchangers or heat exchanger blocks is significantly lower than in the case of a cold fluid. The second total can therefore be chosen to be extremely small. In embodiments of the invention, the second total amount (in particular based on a unit of time) can be, for example, 0.01 to 0.1, 0.1 to 1, 1 to 5, 5 to 10 or 10 to 50 percent of the first total amount (in particular based on the same) Unit of time).

In einem entsprechenden Verfahren kann insbesondere vorgesehen sein, dass im zweiten Betriebsmodus auch das zweite Ende des Wärmeaustauschbereichs durch Beaufschlagen mit dem oder den dritten Fluiden, das oder die dem Wärmetauscher am ersten Ende zugeführt wird oder werden, temperiert wird. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass dem zweiten Ende in dem zweiten Betriebsmodus kein Fluid eingespeist wird und daher die Temperierung auf beide Enden wirkt.In a corresponding method it can in particular be provided that in the second operating mode the second end of the heat exchange area is also tempered by applying the third fluid or fluids that are or are fed to the heat exchanger at the first end. This can take place in particular in that no fluid is fed to the second end in the second operating mode and the temperature control therefore acts on both ends.

Die vorliegende Erfindung kann in unterschiedlichen Ausgestaltungen insbesondere im Zusammenhang mit der Tieftemperaturluftzerlegung eingesetzt werden. Die Herstellung von Luftprodukten in flüssigem oder gasförmigem Zustand durch Tieftemperaturluftzerlegung in Luftzerlegungsanlagen ist bekannt und beispielsweise bei H.-W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006 , insbesondere Abschnitt 2.2.5, "Cryogenic Rectification", beschrieben.The present invention can be used in various configurations, in particular in connection with the cryogenic air separation. The production of air products in a liquid or gaseous state by low-temperature air separation in air separation plants is known and, for example, at H.-W. Häring (ed.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006 , in particular Section 2.2.5, "Cryogenic Rectification".

Luftzerlegungsanlagen weisen Destillationssäulensysteme auf, die beispielsweise als Zweisäulensysteme, insbesondere als klassische Linde-Doppelsäulensysteme, aber auch als Drei- oder Mehrsäulensysteme ausgebildet sein können. Neben den Destillationssäulen zur Gewinnung von Stickstoff und/oder Sauerstoff in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand, also den Destillationssäulen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, können Destillationssäulen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere der Edelgase Krypton, Xenon und/oder Argon, vorgesehen sein.Air separation plants have distillation column systems which can be designed, for example, as two-column systems, in particular as classic Linde double-column systems, but also as three- or multi-column systems. In addition to the distillation columns for the production of nitrogen and / or oxygen in liquid and / or in the gaseous state, that is to say the distillation columns for nitrogen-oxygen separation, distillation columns can be provided for obtaining further air components, in particular the noble gases krypton, xenon and / or argon.

Die Destillationssäulen der genannten Destillationssäulensysteme werden auf unterschiedlichen Druckniveaus betrieben. Bekannte Doppelsäulensysteme weisen eine sogenannte Hochdrucksäule (auch als Drucksäule, Mitteldrucksäule oder untere Säule bezeichnet, im hier verwendeten Sprachgebrauch die "erste Rektifikationskolonne") und eine sogenannte Niederdrucksäule (auch als obere Säule bezeichnet, im hier verwendeten Sprachgebrauch die "zweite Rektifikationskolonne") auf. Das Druckniveau der Hochdrucksäule beträgt beispielsweise 4 bis 6 bar, insbesondere ca. 5 bar. Die Niederdrucksäule wird auf einem Druckniveau von beispielsweise 1,3 bis 1,7 bar, insbesondere etwa 1,5 bar, betrieben. In bestimmten Fällen, beispielsweise für Kombiprozesse mit integrierter Vergasung (engl. Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC) können auch Drücke von 3 bis 4 bar in der Niederdrucksäule eingesetzt werden.The distillation columns of the distillation column systems mentioned are operated at different pressure levels. Known double column systems have a so-called high pressure column (also referred to as a pressure column, medium pressure column or lower column, in the language used here the "first rectification column") and a so-called low pressure column (also referred to as upper column, in the language used here the "second rectification column"). The pressure level of the high-pressure column is, for example, 4 to 6 bar, in particular approximately 5 bar. The low pressure column is operated at a pressure level of, for example, 1.3 to 1.7 bar, in particular approximately 1.5 bar. In certain cases, for example for combined processes with integrated gasification (Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC), pressures of 3 to 4 bar can also be used in the low pressure column.

In einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann oder können das erste Fluid oder zumindest eines der ersten Fluide und das dritte Fluid oder zumindest eines der dritten Fluide jeweils verdichtete Luft umfassen, die nach dem Führen durch den Wärmeaustauschbereich im ersten Betriebsmodus einer Tieftemperaturrektifikation in einer Rektifikationseinheit unterworfen und nach dem Führen durch den Wärmeaustauschbereich im zweiten Betriebsmodus zum Erwärmen der Rektifikationseinheit verwendet wird.In a particularly preferred variant of the method according to the invention, the first fluid or at least one of the first fluids and the third fluid or at least one of the third fluids each comprise compressed air which, after being guided through the heat exchange region in the first operating mode, has a low-temperature rectification in a rectification unit subjected and used after heating through the heat exchange area in the second operating mode for heating the rectification unit.

Durch eine entsprechende Variante können insbesondere die dem Wärmetauscher nachgeschalteten Apparate langsam erwärmt werden. Dies ermöglicht es, bei einem Wiederanfahren einer entsprechenden Anlage, d.h. zu Beginn des ersten Betriebsmodus bzw. beim Umschalten zwischen dem zweiten und ersten Betriebsmodus auftretende Temperaturgradienten am zweiten Ende des Wärmeaustauschbereichs zu glätten bzw. abzuflachen. Hierdurch kann auch das kalte Ende eines entsprechenden Wärmetauschers bei Lastwechseln geschont werden, ohne dass dieses in einem zweiten Betriebsmodus gezielt mit kaltem Fluid temperiert werden muss, welches sich ggf. fehlverteilen könnte. Die Temperierung und die Verhinderung von thermischen Spannungen wird dabei ausschließlich durch die Verwendung des oder der dritten Fluide bewirkt.By means of a corresponding variant, in particular the apparatuses connected downstream of the heat exchanger can be slowly warmed up. This makes it possible to smooth or flatten temperature gradients occurring at the second end of the heat exchange area when a corresponding system is restarted, ie at the beginning of the first operating mode or when switching between the second and first operating modes. In this way, the cold end of a corresponding heat exchanger can also be protected during load changes without it having to be temperature-controlled in a second operating mode with cold fluid, which could possibly be mis-distributed. The tempering and the Prevention of thermal stresses is effected exclusively through the use of the third fluid or fluids.

In dem soeben erläuterten Verfahren wird in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung eine Rektifikationseinheit mit einer auf einem ersten Druckniveau betriebenen ersten Rektifikationskolonne ("Hochdrucksäule"), einer auf einem zweiten Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus betriebenen zweiten Rektifikationskolonne ("Niederdrucksäule") und einem Unterkühler verwendet, wobei in dem zweiten Betriebsmodus die Luft nach dem Führen durch den Wärmeaustauschbereich bzw. dem Wärmetauscher in die erste Rektifikationskolonne eingespeist wird und wobei Fluid über einen Sumpfabzug aus der ersten Rektifikationskolonne entnommen, durch den Unterkühler geführt, in die zweite Rektifikationskolonne eingespeist und über einen Kopfabzug aus der zweiten Rektifikationskolonne ausgeleitet wird.In the method just explained, in a particularly preferred embodiment, a rectification unit with a first rectification column (“high pressure column”) operated at a first pressure level, a second rectification column (“low pressure column”) operated at a second pressure level below the first pressure level and a subcooler are used, wherein in the second operating mode the air is fed into the first rectification column after passing through the heat exchange area or the heat exchanger, and wherein fluid is removed from the first rectification column via a sump vent, passed through the subcooler, fed into the second rectification column and via a top draw the second rectification column is discharged.

Eine entsprechende Variante ist insbesondere unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur 3 erläutert. Hierbei kann allerdings in Abweichung zu der dort veranschaulichten konkreten Ausgestaltung auch eine andere Fluidführung zur Temperierung vorgesehen sein. Ein Unterkühler oder Unterkühlungsgegenströmer (die Begriffe werden hier synonym verwendet) ist ein Wärmetauscher, in dem zumindest Fluide aus der Hoch- und Niederdrucksäule bzw. der ersten Rektifikationskolonne und der zweiten Rektifikationskolonne einem Wärmetausch miteinander unterworfen werden.A corresponding variant is particularly with reference to the attached Figure 3 explained. In this case, however, in deviation from the specific embodiment illustrated there, another fluid guide for temperature control can also be provided. A subcooler or supercooling counterflow (the terms are used synonymously here) is a heat exchanger in which at least fluids from the high and low pressure column or the first rectification column and the second rectification column are subjected to a heat exchange with one another.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann, wie zuvor erläutert, vorgesehen sein, in dem zweiten Betriebsmodus nur das erste Ende des Wärmetauschbereichs zu temperieren. In diesem Fall werden dem Wärmetauschbereich in dem zweiten Betriebsmodus keine Fluide am zweiten Ende zugeführt und durch den Wärmeaustauschbereich geführt. Es wird also keine gezielte Temperierung am kalten Ende des Wärmetauschers vorgenommen. Jedoch kann durch das am ersten Ende des Wärmetauschers eingespeiste Fluid ein gewisser Temperatureinfluss bewirkt werden, falls dieses das zweite Ende des Wärmetauschers erreicht.Within the scope of the present invention, as previously explained, it can be provided that only the first end of the heat exchange area is tempered in the second operating mode. In this case, no fluids are supplied to the heat exchange area in the second operating mode and guided through the heat exchange area. There is therefore no specific temperature control at the cold end of the heat exchanger. However, a certain temperature influence can be brought about by the fluid fed in at the first end of the heat exchanger if it reaches the second end of the heat exchanger.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann alternativ dazu aber auch vorgesehen sein, dass im zweiten Betriebsmodus das zweite Ende des Wärmeaustauschbereichs durch Beaufschlagen mit einem oder mehreren vierten Fluiden, das oder die dem Wärmeaustauschbereich am zweiten Ende zugeführt und in Richtung des ersten Endes durch zumindest einen Teil des Wärmeaustauschbereichs geführt wird oder werden, auf das zweite Temperaturniveau oder auf ein viertes Temperaturniveau, das sich um nicht mehr als 80 Kelvin von dem zweiten Temperaturniveau unterscheidet, temperiert wird. Das vierte Temperaturniveau kann sich insbesondere auch um weniger als 60, 40 oder 20 Kelvin von dem zweiten Temperaturniveau unterscheiden. In diesem Zusammenhang gelten die obigen Erläuterungen bezüglich der Temperierung des ersten Endes mit dem oder den dritten Fluiden sinngemäß.In the context of the present invention, however, it can alternatively be provided that in the second operating mode the second end of the heat exchange area is acted upon by one or more fourth fluids Heat exchange area is supplied at the second end and is or are guided in the direction of the first end through at least part of the heat exchange area, to the second temperature level or to a fourth temperature level which differs by no more than 80 Kelvin from the second temperature level. The fourth temperature level can in particular also differ from the second temperature level by less than 60, 40 or 20 Kelvin. In this connection, the above explanations apply mutatis mutandis with regard to the temperature control of the first end with the third fluid or fluids.

Insbesondere sei hierbei auf die obigen Erläuterungen zur Bedeutung der Angabe "in einem oder mehreren Teilzeiträumen" verwiesen. Auch die Temperierung des zweiten Endes des Wärmeaustauschbereichs kann intermittierend, periodisch, nach Maßgabe einer Zeitvorgabe und/oder auf Grundlage einer Temperaturmessung durchgeführt werden. Die Temperierung des zweiten Endes des Wärmeaustauschbereichs kann insbesondere in Vorbereitung auf den ersten Betriebsmodus in einem vorgegebenen zeitlichen Abstand, bevor der erste Betriebsmodus wieder eingeleitet werden soll, eingeleitet werden, so dass der erste Betriebsmodus anschließend geplant wiederaufgenommen werden kann. Es ist auch möglich, beispielsweise immer dann, wenn eine festgestellte Temperatur am zweiten Ende des Wärmetauschbereichs über einen vorbestimmten Wert ansteigt, die Temperierung des zweiten Endes des Wärmeaustauschbereichs aufzunehmen und diese wieder zu beenden, wenn die festgestellte Temperatur am zweiten Ende des Wärmetauschbereichs anschließend wieder unter einen vorbestimmten Wert absinkt.In particular, reference is made here to the explanations above regarding the meaning of the statement “in one or more partial periods”. The temperature of the second end of the heat exchange area can also be carried out intermittently, periodically, in accordance with a time specification and / or on the basis of a temperature measurement. The temperature of the second end of the heat exchange area can be initiated, in particular in preparation for the first operating mode, at a predetermined time interval before the first operating mode is to be initiated again, so that the first operating mode can then be resumed in a planned manner. It is also possible, for example, whenever a determined temperature at the second end of the heat exchange area rises above a predetermined value, to start the temperature control of the second end of the heat exchange area and to end it again when the determined temperature at the second end of the heat exchange area subsequently drops again decreases a predetermined value.

Durch eine intermittierende Temperierung des zweiten Endes des Wärmeaustauschbereichs oder, allgemeiner, eine Temperierung nur während eines oder mehrerer Teilzeiträume während des zweiten Betriebszeitraums lässt sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Menge des oder der vierten Fluide, die zur Temperierung des zweiten Endes des Wärmeaustauschbereichs verwendet werden, einsparen. Auf diese Weise ergibt sich durch den Einsatz der Erfindung ein nochmals ressourceneffizienteres Verfahren.By intermittent temperature control of the second end of the heat exchange area or, more generally, temperature control only during one or more partial periods during the second operating period, an amount of the fourth fluid or fluids that are used for temperature control of the second end of the heat exchange area can be within the scope of the present invention , save on. In this way, the use of the invention results in an even more resource-efficient method.

Ist hier davon die Rede, dass das oder die dem Wärmeaustauschbereich am zweiten Ende zugeführten vierten Fluide "in Richtung" des ersten Endes "durch zumindest einen Teil des Wärmeaustauschbereichs" geführt werden, kann hierunter, wie im Falle des oder der dritten Fluide, insbesondere auch verstanden werden, dass der Wärmeaustauschbereich einen oder mehrere erste, sich an das erste Ende des Wärmeaustauschbereichs anschließende Abschnitte und einen oder mehrere zweite, sich an das zweite Ende anschließende Abschnitte aufweist, wobei das oder die vierten Fluide durch den oder die zweiten Abschnitte, aber nicht durch den oder die ersten Abschnitte geführt wird oder werden. Zu weiteren Erläuterungen wird auf die obigen Erläuterungen ausdrücklich verwiesen.If it is said here that the fourth fluid or fluids supplied to the heat exchange region at the second end are guided "in the direction" of the first end "through at least part of the heat exchange region", as in the case below of the third fluid or fluids, in particular also to be understood that the heat exchange region has one or more first sections adjoining the first end of the heat exchange region and one or more second sections adjoining the second end, the or the fourth fluids through the second section or sections, but not through the first section or sections. For further explanations, reference is expressly made to the explanations above.

Vorzugsweise wird oder werden das oder die vierten Fluide in dem zweiten Betriebsmodus dem zweiten Ende des Wärmeaustauschbereichs auf dem zweiten oder dem vierten Temperaturniveau zugeführt. Es kann jedoch auch hier vorgesehen sein, abweichende Temperaturen zu verwenden, sofern mittels dieser erreicht wird, dass das das zweite Ende des Wärmeaustauschbereichs durch das Beaufschlagen mit dem oder den vierten Fluiden, das oder die dem Wärmeaustauschbereich am zweiten Ende zugeführt und in Richtung des ersten Endes durch zumindest einen Teil des Wärmeaustauschbereichs geführt wird oder werden, auf das zweite Temperaturniveau oder das vierte Temperaturniveau temperiert wird.Preferably, the fourth fluid or fluids in the second operating mode is or are supplied to the second end of the heat exchange region at the second or fourth temperature level. However, it can also be provided here that different temperatures are used, provided that this means that the second end of the heat exchange area is supplied by the application of the fourth fluid or fluids or that to the heat exchange area at the second end and in the direction of the first Is at least passed through at least part of the heat exchange area, is tempered to the second temperature level or the fourth temperature level.

Bei einer Temperierung am warmen (ersten) und kalten (zweiten) Ende des Wärmeaustauschbereichs kann insbesondere auch vorgesehen sein, ein Temperaturprofil in dem Wärmetauscher bzw. dem Wärmeaustauschbereich zu halten. oder im Wesentlichen zu halten. Eine derartige Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann insbesondere umfassen, dass im ersten Betriebsmodus über den Wärmeaustauschbereich ein erster Temperaturverlauf vom ersten Temperaturniveau am ersten Ende auf das zweite Temperaturniveau am zweiten Ende ausgebildet wird, dass im zweiten Betriebsmodus über den Wärmeaustauschbereich ein zweiter Temperaturverlauf vom ersten Temperaturniveau am ersten Ende auf das zweite Temperaturniveau am zweiten Ende ausgebildet wird, der an keiner Stelle um mehr als 80 Kelvin vom ersten Temperaturverlauf abweicht. Eine Abweichung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch unterhalb von 60, 40 oder 20 Kelvin gehalten werden. Ein entsprechender Temperaturverlauf, also ein Temperaturprofil, kann beispieslweise durch Simulationen die auf einen oder mehrere Messpunkte bzw. Temperaturmessungen an unterschiedlichen Positionen des Wärmetauschers gestützt werden, ermittelt werden.In the case of temperature control at the warm (first) and cold (second) end of the heat exchange area, provision can in particular also be made to maintain a temperature profile in the heat exchanger or the heat exchange area. or to keep essentially. Such an embodiment of the present invention can include, in particular, that in the first operating mode, a first temperature profile from the first temperature level at the first end to the second temperature level at the second end is formed over the heat exchange region, and that in the second operating mode a second temperature profile from the first temperature level via the heat exchange region the first end to the second temperature level at the second end, which does not deviate from the first temperature profile by more than 80 Kelvin at any point. Within the scope of the present invention, a deviation can also be kept below 60, 40 or 20 Kelvin. A corresponding temperature profile, that is to say a temperature profile, can be determined, for example, by simulations which are based on one or more measuring points or temperature measurements at different positions of the heat exchanger.

Die soeben erläuterte Variante der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls im Rahmen eines Verfahrens zur Tieftemperaturluftzerlegung eingesetzt werden, wie nachfolgend erläutert. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass das erste Fluid oder zumindest eines der ersten Fluide verdichtete Luft umfasst oder umfassen, die nach der Abkühlung im Wärmetauscher einer Tieftemperaturrektifikation unter Verwendung einer auf einem ersten Druckniveau betriebenen ersten Rektifikationskolonne und einer auf einem zweiten Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus betriebenen zweiten Rektifikationskolonne unterworfen wird.The variant of the present invention which has just been explained can also be used in the context of a method for low-temperature air separation, as explained below. In particular, it is provided that the first fluid or at least one of the first fluids comprises or comprise compressed air which, after cooling in the heat exchanger, undergoes low-temperature rectification using a first rectification column operated at a first pressure level and one operated at a second pressure level below the first pressure level second rectification column is subjected.

In dieser Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann oder können das dritte Fluid oder zumindest eines der dritten Fluide unter Verwendung einer in der ersten Rektifikationskolonne und/oder unter Verwendung einer in der zweiten Rektifikationskolonne gebildeten sauerstoffangereicherten Fraktion gebildet werden und/oder das vierte Fluid oder zumindest eines der vierten Fluide kann oder können unter Verwendung einer in der ersten Rektifikationskolonne gebildeten Fraktion gebildet werden. Mit anderen Worten kann eine Temperierung des ersten Endes des Wärmeaustauschbereichs mit Flüssigkeit, die sich in der ersten und/oder zweiten Rektifikationskolonne sammelt, erfolgen. Eine Temperierung des zweiten Endes des Wärmeaustauschbereichs kann insbesondere mit Gas aus der ersten Rektifikationskolonne erfolgen. Beide Varianten sind weiter unten unter Bezugnahme auf die Figur 7 ausführlicher erläutert.In this embodiment of the present invention, the third fluid or at least one of the third fluids can be formed using an oxygen-enriched fraction formed in the first rectification column and / or using an oxygen-enriched fraction and / or the fourth fluid or at least one of the fourth fluids may be formed using a fraction formed in the first rectification column. In other words, the first end of the heat exchange region can be tempered with liquid that collects in the first and / or second rectification column. The second end of the heat exchange region can be tempered in particular with gas from the first rectification column. Both variants are below with reference to the Figure 7 explained in more detail.

Das dritte Fluid oder zumindest eines der dritten Fluide kann oder können hierbei insbesondere dadurch gebildet wird oder werden, dass ein Teil der in der ersten Rektifikationskolonne und/oder der zweiten Rektifikationskolonne gebildeten sauerstoffangereicherten Fraktion aus der ersten und/oder der zweiten Rektifikationskolonne intermittierend entnommen, druckerhöht, auf das erste Temperaturniveau oder das dritte Temperaturniveau erwärmt und dem Wärmeaustauschbereich am ersten Ende zugeführt wird. Alternativ oder zusätzlich kann das vierte Fluid oder zumindest eines der vierten Fluide dadurch gebildet werden, dass ein Teil der in der zweiten Rektifikationskolonne gebildeten stickstoffreichen Fraktion der zweiten Rektifikationskolonne entnommen und auf dem zweiten Temperaturniveau oder dem vierten Temperaturniveau dem Wärmeaustauschbereich am zweiten Ende zugeführt wird.The third fluid or at least one of the third fluids can or can be formed in particular by taking part of the oxygen-enriched fraction formed in the first rectification column and / or the second rectification column from the first and / or the second rectification column intermittently, increasing the pressure , heated to the first temperature level or the third temperature level and supplied to the heat exchange area at the first end. Alternatively or additionally, the fourth fluid or at least one of the fourth fluids can be formed in that part of the nitrogen-rich fraction formed in the second rectification column is removed from the second rectification column and fed to the heat exchange region at the second end at the second temperature level or the fourth temperature level.

Hierbei kann insbesondere in dem zweiten Betriebszeitraum, beispielsweise nachdem ein vorgegebenes Zeitintervall verstrichen ist oder bei einer festgestellten Temperatur am ersten Ende und/oder am zweiten Ende der Wärmeaustauschstrecke des Wärmetauschers in einem ersten Schritt sich in einem Sumpf der ersten und/oder zweiten Rektifikationskolonne ansammelnde Sumpfflüssigkeit zumindet teilweise zur Befüllung eines Behälters verwendet werden. In einem zweiten Schritt kann der Behälter, beispielsweise durch Druckaufbauverdampfung, druckbeaufschlagt werden. In einem dritten Schritt kann Fluid aus dem Behälter entnommen und in einem Wärmetauscher auf das erste oder dritte Temperaturniveau erwärmt und als das oder zumindest eines der ersten Fluide zur Temperierung des ersten Endes des Wärmeaustauschbereichs des Wärmetauschers verwendet werden. Parallell kann gasförmiges Fluid aus der ersten Rektifikationskolonne entnommen und, wie erwähnt, auf dem zweiten oder dem vierten Temperaturniveau als das oder zumindest eines der vierten Fluide zur Temperierung des zweiten Endes verwendet werden.In this case, in particular in the second operating period, for example after a predetermined time interval has elapsed or at a determined temperature at the first end and / or at the second end of the heat exchange section of the heat exchanger, sump liquid accumulating in a sump of the first and / or second rectification column at least partially used to fill a container. In a second step, the container can be pressurized, for example by pressure build-up evaporation. In a third step, fluid can be removed from the container and heated in a heat exchanger to the first or third temperature level and used as the or at least one of the first fluids for tempering the first end of the heat exchange region of the heat exchanger. In parallel, gaseous fluid can be removed from the first rectification column and, as mentioned, can be used at the second or fourth temperature level as the or at least one of the fourth fluids for temperature control of the second end.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es insbesondere in einer weiteren Ausgestaltung, mit einer ausgesprochen geringen Gasmenge eine vergleichsweise hohe Strömungsgeschwindigkeit im Wärmetauscher zu erzielen, wodurch entsprechende Fehlverteilungen auch bei einer Temperierung des zweiten Endes des Wärmeaustauschbereichs ausgeschlossen werden können.The present invention makes it possible, in particular in a further embodiment, to achieve a comparatively high flow rate in the heat exchanger with an extremely small amount of gas, as a result of which corresponding incorrect distributions can also be ruled out when the second end of the heat exchange area is tempered.

Hierzu sieht diese Ausgestaltung der Erfindung in dem zweiten Betriebsmodus vor, ein hierfür geeignetes Fluid, beispielsweise kaltes Gas, das beispielsweise aus einem Tank durch Druckaufbauverdampfung oder aus einem Rektifikationskolonnensystem durch Verdampfung bereitgestellt wird, am kalten Ende des Wärmetauschers aufzugeben und durch hierfür spezifisch gewidmete Passagen des Wärmetauschers zu dessen warmem Ende zu führen. Dort kann das entsprechend angewärmte Fluid, beispielsweise mit einem zusätzlichen luftbeheizten Wärmetauscher, weiter erwärmt werden und wird danach durch andere hierfür spezifisch gewidmete Passagen vom warmen Ende zum kalten Ende durch den Wärmetauscher geführt. Entsprechendes Fluid kann anschließend beispielsweise an die Atmosphäre abgeblasen werden. Das vom kalten zum warmen Ende des Wärmetauschers geführte Fluid ist damit ein "viertes" Fluid im oben erläuterten Sinn und das erwärmte und anschließend vom warmen zum kalten Ende des Wärmetauschers geführte Fluid ein "drittes" Fluid in diesem Sinn. Nachfolgend ist jeweils von "einem" Fluid die Rede. Es versteht sich aber, dass jeweils auch mehrere entsprechender Fluide eingesetzt werden können.For this purpose, this embodiment of the invention provides in the second operating mode for a suitable fluid, for example cold gas, which is provided for example from a tank by pressure build-up evaporation or from a rectification column system by evaporation, to be fed in at the cold end of the heat exchanger and through passages specifically dedicated to this To lead heat exchanger to its warm end. There, the correspondingly heated fluid can be heated further, for example with an additional air-heated heat exchanger, and is then guided through the heat exchanger from the warm end to the cold end by other passages specifically dedicated to this. Appropriate fluid can then be blown off into the atmosphere, for example. The fluid led from the cold to the warm end of the heat exchanger is thus a "fourth" fluid in the sense explained above and the heated fluid and subsequently led from the warm to the cold end of the heat exchanger is a "third" fluid this sense. In the following, we speak of "one" fluid. However, it goes without saying that a plurality of corresponding fluids can also be used in each case.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Anzahl der Passagen für kaltes (viertes) und warmes (drittes) Fluid, also für das vom kalten zum warmen Ende geführte Fluid einerseits und für das anschließend vom warmen zum kalten Ende geführte Fluid andererseits, in ihren strömungstechnischen Eigenschaften ähnlich ausgebildet sind, so das vergleichbare Geschwindigkeiten und Druckverluste erzielt werden können. Die Anzahl von Passagen ist vorzugsweise in etwa gleich oder weicht nur geringfügig voneinander ab.It is particularly advantageous if the number of passages for cold (fourth) and warm (third) fluid, that is to say for the fluid led from the cold to the warm end on the one hand and for the fluid subsequently leading from the warm to the cold end on the other hand, in terms of their fluidic properties are similar, so that comparable speeds and pressure drops can be achieved. The number of passages is preferably approximately the same or differs only slightly from one another.

Hierbei sind im Rahmen dieser Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung grundsätzlich drei unterschiedliche Herangehensweisen möglich. Bei bestimmten Wärmetauschern, beispielsweise vergleichsweise großen Wärmetauschern, bei denen im Normalbetrieb durch eine Anzahl von ersten Passagen, beispielsweise 100 Passagen, ein oder mehrere abzukühlende Fluide abgekühlt und durch eine entsprechend große Anzahl von zweiten Passagen, beispielsweise 100 Passagen, ein oder mehrere zu erwärmende Fluide erwärmt werden, kann im Rahmen der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, einen definierten kleineren Anteil der ersten Passagen und/oder der zweiten Passagen für die Durchströmung mit dem vierten bzw. dritten und dessen Anwärmung und Abkühlung zu widmen.In principle, three different approaches are possible within the scope of this embodiment of the present invention. In certain heat exchangers, for example comparatively large heat exchangers in which one or more fluids to be cooled are cooled by a number of first passages, for example 100 passages, and one or more fluids to be heated by a correspondingly large number of second passages, for example 100 passages can be heated, can be provided within the scope of the embodiment of the present invention to dedicate a defined smaller portion of the first passages and / or the second passages for the flow through the fourth or third and its heating and cooling.

Beispielsweise können von den exemplarisch erwähnten 100 ersten Passagen, die in dem ersten Betriebsmodus zur Abkühlung des ersten Fluids oder der ersten Fluide eingesetzt werden, fünf Passagen zur Erwärmung und fünf Passagen, insbesondere jeweils in der Stapelfolge gleichverteilt, zur Abkühlung des vierten bzw. dritten Fluids in dem zweiten Betriebsmodus eingesetzt werden. Alternativ dazu ist es ebenso möglich, von den exemplarisch erwähnten 100 zweiten Passagen, die in dem ersten Betriebsmodus zur Erwärmung des zweiten Fluids oder der zu erwärmenden zweiten Fluide eingesetzt werden, fünf Passagen zur Erwärmung und fünf Passagen zur Abkühlung des vierten bzw. dritten in dem zweiten Betriebsmodus einzusetzen. In einer weiteren Alternative können auch beispielsweise von den exemplarisch erwähnten 100 ersten Passagen, die in dem ersten Betriebsmodus zur Abkühlung des oder der zu erwärmenden ersten bzw. zweiten Fluide eingesetzt werden, fünf Passagen zur Erwärmung des vierten Fluids und von den exemplarisch erwähnten 100 zweiten Passagen, die in dem ersten Betriebsmodus zur Erwärmung des oder der zu erwärmenden Fluide eingesetzt werden, fünf Passagen zur Abkühlung des dritten Fluids in dem zweiten Betriebsmodus eingesetzt werden oder umgekehrt. Es versteht sich, dass die hier genannten Zahlen lediglich Beispielwerte darstellen.For example, of the 100 first passages mentioned by way of example, which are used in the first operating mode for cooling the first fluid or fluids, five passages for heating and five passages, in particular each equally distributed in the stacking sequence, for cooling the fourth or third fluid be used in the second operating mode. Alternatively, it is also possible, of the 100 second passages mentioned as examples, which are used in the first operating mode for heating the second fluid or the second fluids to be heated, five passages for heating and five passages for cooling the fourth or third in the second operating mode. In a further alternative, for example, of the 100 first passages mentioned as examples, which are used in the first operating mode for cooling the first or second fluids to be heated, five passages for heating the fourth fluid and of the 100 mentioned as examples second passages used in the first operating mode for heating the fluid or fluids to be heated, five passages used for cooling the third fluid in the second operating mode or vice versa. It is understood that the numbers mentioned here are only example values.

Sind die ersten und die zweiten Passagen jeweils in Gruppen aufgeteilt, in denen jeweils ein Fluid geführt wird, können auch entsprechende Gruppen, einzeln oder zusammengefasst, in dem zweiten Betriebsmodus für das Erwärmen und das Abkühlen des vierten bzw. dritten Fluids genutzt werden, falls deren strömungstechnische Ausgestaltung jeweils der abzukühlenden bzw. zu erwärmenden Menge des vierten bzw. dritten Fluids entspricht. Weitere Gruppen werden dann in dem zweiten Betriebsmodus nicht durchströmt.If the first and second passages are each divided into groups, in each of which a fluid is guided, corresponding groups, individually or in combination, can be used in the second operating mode for heating and cooling the fourth or third fluid, if there is one fluidic design corresponds to the amount of fourth or third fluid to be cooled or heated. Further groups are then not flowed through in the second operating mode.

In alternativen Ausgestaltungen ist es auch möglich, einen Wärmetauscher mit zusätzlichen Passagengruppen auszustatten, die dezidiert für das Erwärmen und das Abkühlen in dem zweiten Betriebsmodus unter Verwendung des vierten bzw. dritten Fluids bereitgestellt werden, und die in dem ersten Betriebsmodus nicht genutzt werden. Auf diese Weise ist eine besonders gute Anpassung an die Mengen des vierten bzw. dritten Fluids möglich, insbesondere wenn eine Widmung eines Teils der "regulären" Wärmetauscherpassagen nicht möglich ist.In alternative configurations, it is also possible to equip a heat exchanger with additional passage groups which are provided specifically for heating and cooling in the second operating mode using the fourth or third fluid and which are not used in the first operating mode. In this way, a particularly good adaptation to the quantities of the fourth or third fluid is possible, in particular if it is not possible to dedicate part of the "regular" heat exchanger passages.

Ein wesentlicher Aspekt der soeben erläuterten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst einen intermittierenden Betrieb, worunter hier verstanden wird, dass der Wärmetauscher bzw. die entsprechenden Passagen in dem zweiten Betriebsmodus nur zu bestimmten Zeiträumen von dem vierten bzw. dritten Fluid durchströmt werden, in anderen jedoch nicht. Auf diese Weise lässt sich weiteres Fluid einsparen, da dieses nur dann zum Einsatz kommt, wenn eine entsprechende Temperierung erforderlich ist. Wie auch unten noch erläutert, kann ein entsprechender intermittierender Betrieb eine feste Zeitvorgabe umfassen, oder es kann, beispielsweise unter Verwendung von Temperatursensoren, detektiert werden, wann eine Temperierung erforderlich ist, beispielsweise wenn sich der Wärmetauscher über einen vorgegebenen Schwellwert hinaus erwärmt hat.An essential aspect of the embodiment of the present invention that has just been explained includes intermittent operation, which means that the heat exchanger or the corresponding passages in the second operating mode are only flowed through by the fourth or third fluid at certain times, but not in others , In this way, additional fluid can be saved, since this is only used when appropriate temperature control is required. As also explained below, a corresponding intermittent operation can include a fixed time specification, or it can be detected, for example using temperature sensors, when temperature control is required, for example when the heat exchanger has warmed up above a predetermined threshold value.

Insgesamt schlägt die soeben erläuterte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ein Verfahren vor, bei dem der Wärmeaustauschbereich des Wärmetauschers mit einer Anzahl von Wärmetauscherpassagen ausgebildet ist, und bei dem im ersten Betriebsmodus das oder die ersten Fluide durch eine erste Teilmenge der Anzahl der Wärmetauscherpassagen geführt wird oder werden und das oder die zweiten Fluide durch eine zweite Teilmenge der Anzahl der Wärmetauscherpassagen geführt werden, wobei die erste und die zweite Teilmenge insbesondere disjunkte Teilmengen der Anzahl der Wärmetauscherpassagen sind. Wie erwähnt, erstreckt sich die vorliegende Erfindung beispielsweise auf Luftzerlegungsanlagen bzw. auf Anlagen zur Bereitstellung stickstoffreicher Fluide, die insbesondere in flüssiger Form bereitgestellt werden können. Somit können das oder die abzukühlenden Fluide insbesondere gasförmigen Stickstoff umfassen, der in dem ersten Betriebsmodus, beispielsweise unter Verwendung einer Luftzerlegungsanlage, bereitgestellt und durch das Abkühlen in den Wärmetauscherpassagen verflüssigt wird. Entsprechendes gilt auch für andere Luftbearbeitungsanlagen, beispielsweise die erwähnten Anlagen zum Speichern und Rückgewinnen von Energie unter Verwendung von Flüssigluft, in denen beispielweise verdichtete Luft zu Flüssigluft verflüssigt wird.Overall, the embodiment of the present invention just explained proposes a method in which the heat exchange area of the heat exchanger is combined with a Number of heat exchanger passages is formed, and in which in the first operating mode, the first fluid or fluids is or are passed through a first subset of the number of heat exchanger passages and the second fluid or fluids are guided through a second subset of the number of heat exchanger passages, the first and the second subset is in particular disjoint subsets of the number of heat exchanger passages. As mentioned, the present invention extends, for example, to air separation plants or to plants for providing nitrogen-rich fluids, which can be provided in particular in liquid form. Thus, the fluid or fluids to be cooled can comprise, in particular, gaseous nitrogen, which is provided in the first operating mode, for example using an air separation unit, and liquefied by the cooling in the heat exchanger passages. The same also applies to other air processing systems, for example the systems mentioned for storing and recovering energy using liquid air, in which, for example, compressed air is liquefied to liquid air.

Gemäß dieser Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist nun vorgesehen, dass im zweiten Betriebsmodus insbesondere zeitweise, d.h. intermittierend im oben erläuterten Sinn, ein oder mehrere Stoffströme als das oder zumindest eines der vierten Fluide durch eine dritte Teilmenge der Anzahl der Wärmetauscherpassagen geführt und erwärmt und danach als das oder zumindest eines der dritten Fluide durch eine vierte Teilmenge der Wärmetauscherpassagen geführt und abgekühlt wird, wobei die dritte und die vierte Teilmenge einzeln jeweils kleiner als die erste und kleiner als die zweite Teilmenge sind. Es wird also eine Anzahl von Wärmetauscherpassagen genutzt, die kleiner ist als die in dem ersten Betriebsmodus für den regulären Betrieb genutzte. Auf diese Weise lassen sich die bereits zuvor erläuterten Vorteile erzielen, die insbesondere auch unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren 10 bis 12 nochmals erläutert werden. Wie auch nachfolgend im Detail erläutert, können dabei die dritte und die vierte Teilmenge Teilmengen der ersten und/oder der zweiten Teilmenge sein. In diesem Fall wird eine Teilmenge der ersten und/oder der zweiten Teilmenge, die im regulären Betrieb, also dem ersten Betriebsmodus für das oder die abzukühlenden oder zu erwärmenden Fluide genutzt werden, also im zweiten Betriebsmodus zum Temperieren des ersten und zweiten Endes des Wärmeaustauschbereichs des Wärmetauschers für das oder die vierten Fluide und das oder die dritten dritten Fluide gewidmet. Die erste, die zweite, die dritte und die vierte Teilmenge können aber auch paarweise disjunkte Mengen sein, d.h. die für das Temperierfluid in dem zweiten Betriebsmodus eingesetzten Wärmetauscherpassagen können separat bereitgestellt werden.According to this embodiment of the present invention, it is now provided that in the second operating mode, in particular temporarily, ie intermittently in the sense explained above, one or more material flows as the or at least one of the fourth fluids are led and heated through a third subset of the number of heat exchanger passages and then as the or at least one of the third fluids is passed through a fourth subset of the heat exchanger passages and cooled, the third and fourth subset individually being smaller than the first and smaller than the second subset. A number of heat exchanger passages is therefore used, which is smaller than that used in the first operating mode for regular operation. In this way, the advantages already explained above can be achieved, in particular also with reference to the attached ones Figures 10 to 12 be explained again. As also explained in detail below, the third and fourth subsets can be subsets of the first and / or second subsets. In this case, a subset of the first and / or the second subset that are used in regular operation, i.e. the first operating mode for the fluid or fluids to be cooled or heated, i.e. in the second operating mode, for tempering the first and second ends of the heat exchange area of the Dedicated heat exchanger for the fourth fluid (s) and the third third fluid (s). The first, the second, the third and the fourth However, partial quantities can also be disjoint quantities in pairs, ie the heat exchanger passages used for the temperature control fluid in the second operating mode can be provided separately.

Insbesondere lassen sich die eingangs erläuterten Nachteile, die durch sehr geringe Fluidströme bzw. Strömungsgeschwindigkeiten und einer sich hieraus ergebenden Fehlverteilung zustande kommen, vermeiden. Durch eine geeignete Auswahl bzw. Bereitstellung entsprechender Wärmetauscherpassagen für den zweiten Betriebsmodus kann sichergestellt werden, dass die Anzahl und die strömungstechnischen Eigenschaften der jeweils genutzten Passagen zumindest weitgehend ähnlich sind.In particular, the disadvantages explained at the outset, which arise as a result of very low fluid flows or flow velocities and a resulting incorrect distribution, can be avoided. A suitable selection or provision of appropriate heat exchanger passages for the second operating mode can ensure that the number and the flow properties of the passages used in each case are at least largely similar.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung lässt sich das Temperaturprofil in einem Wärmetauscher während der Stillstandszeit einer entsprechenden Anlage sehr gut steuern, berechnen und damit die Anzahl an möglichen Lastwechseln (An- und Abschaltvorgänge) bestimmen. Alternativ kann, wenn eine erforderliche Anzahl an Starts und Stopps und die jeweilige Stillstandszeit bekannt sind, berechnet werden, welche Menge an Einsatzgas (Temperierfluid) benötigt wird und wie beispielsweise eine optimale zeitliche oder sensorbasierte Steuerung (siehe unten) erfolgen kann.In the context of the present invention, the temperature profile in a heat exchanger can be controlled and calculated very well during the downtime of a corresponding system, and thus the number of possible load changes (switching on and switching off) can be determined. Alternatively, if a required number of starts and stops and the respective downtime are known, the amount of feed gas (temperature control fluid) required and how, for example, optimal time or sensor-based control (see below) can be carried out.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine zuverlässige Bauweise. Sämtliche beteiligten Armaturen können automatisiert und, falls erforderlich, zentral und unter sicherheitstechnischer Überwachung gesteuert werden. Das in der soeben erläuterten Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagene System ist einfach, auch für Bedienpersonal leicht nachvollziehbar und damit besonders betriebssicher.The present invention enables a reliable construction. All fittings involved can be automated and, if necessary, controlled centrally and under safety monitoring. The system proposed in the embodiment of the invention which has just been explained is simple and easy to understand even for operating personnel and is therefore particularly reliable.

Weil in dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren der Temperaturverlauf im Betrieb und Stillstand einander sehr ähnlich sind, ergeben sich, vollkommen unabhängig von der Stillstandszeit und weitestgehend unabhängig vom Anfahrszenario reduzierte thermische Spannungen am Wärmetauscher. (Anfahrszenario und Stillstandszeiten sind bei bisher bekannten Lösungen teilweise problematisch bzw. unbekannt, da das Anfahren einer entsprechenden Anlage vom Bedienpersonal abhängt.) Wird gemäß dem Stand der Technik Wärme in ein entsprechendes System eingebracht, beispielsweise durch eine Heizung oder ein warmes Gas, ist ein derartiges System hingegen anfällig beim Wiederanfahren, weil gegebenenfalls kaltes Gas auf einen warmen Wärmetauscher trifft oder umgekehrt. Dieser Nachteil kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung vermieden werden.Because the temperature curve during operation and standstill are very similar to one another in the method proposed according to the invention, there are reduced thermal stresses on the heat exchanger, completely independent of the standstill time and largely independent of the start-up scenario. (Start-up scenario and downtimes are sometimes problematic or unknown with previously known solutions, since the start-up of a corresponding system depends on the operating personnel.) If, according to the prior art, heat is introduced into a corresponding system, for example by heating or a warm gas, one is such a system, however, is susceptible to restarting because it may be cold Gas hits a warm heat exchanger or vice versa. This disadvantage can be avoided within the scope of the present invention.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können die dritte und die vierte Teilmenge disjunkte Teilmengen der ersten Teilmenge sein, oder die dritte und die vierte Teilmenge können disjunkte Teilmengen der zweiten Teilmenge sein. Der zweite Fall ist insbesondere auch unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur 9 erläutert. Hierbei handelt es sich bei den mit Y bezeichneten Passagen um eine zweite Teilmenge der gesamten Wärmetauscherpassagen, durch die im Normalbetrieb, also dem ersten Betriebsmodus Niederdruckstickstoff geführt wird. Weitere Wärmetauscherpassagen werden im ersten Betriebsmodus für andere Fluide genutzt In dem zweiten Betriebsmodus wird eine Teilmenge der zweiten Teilmenge, die dritte Teilmenge, für das oder die vierten Fluide und die vierte Teilmenge für das oder die dritten Fluide genutzt. In dieser Ausgestaltung kann ein Wärmetauscher entsprechend temperiert werden, ohne dass zusätzliche Passagen bereitgestellt werden müssen.In the context of the method according to the invention, the third and fourth subsets can be disjoint subsets of the first subset, or the third and fourth subsets can be disjoint subsets of the second subset. The second case is particularly also with reference to the attached one Figure 9 explained. The passages denoted by Y are a second subset of the total heat exchanger passages through which low-pressure nitrogen is led in normal operation, that is to say the first operating mode. Further heat exchanger passages are used for other fluids in the first operating mode. In the second operating mode, a subset of the second subset, the third subset, is used for the fourth fluid or fluids and the fourth subset for the third fluid or fluids. In this embodiment, a heat exchanger can be tempered accordingly without additional passages having to be provided.

Dies ist auch der Fall, wenn in einer grundsätzlich ebenfalls möglichen Ausgestaltung die dritte Teilmenge eine Teilmenge der ersten Teilmenge und die vierte Teilmenge eine Teilmenge der zweiten Teilmenge ist, oder wenn die dritte Teilmenge eine Teilmenge der zweiten Teilmenge und die vierte Teilmenge eine Teilmenge der ersten Teilmenge ist. In diesem Fall wird ein Teil der im Normalbetrieb für die Erwärmung des dort zu erwärmenden ersten Fluids im zweiten Betriebsmodus für ein viertes Fluid und ein Teil der im Normalbetrieb für die Abkühlung des dort zu abzukühlenden zweiten Fluids für ein drittes Fluid genutzt.This is also the case if the third subset is a subset of the first subset and the fourth subset is a subset of the second subset, or if the third subset is a subset of the second subset and the fourth subset is a subset of the first Is subset. In this case, part of the fluid used in normal operation for heating the first fluid to be heated there is used in the second operating mode for a fourth fluid and part of the fluid used in normal operation for cooling the second fluid to be cooled there for a third fluid.

Insbesondere wenn eine entsprechende Nutzung nicht möglich oder sinnvoll ist, beispielsweise wenn eine Ausstattung mit entsprechenden Headern nicht erfolgen kann, kann ein entsprechendes Verfahren in einer nochmals alternativen Ausgestaltung auch derart durchgeführt werden, dass die erste Teilmenge, die zweite Teilmenge, die dritte Teilmenge und die vierte Teilmenge paarweise disjunkte Teilmengen der Anzahl der Wärmetauscherpassagen sind. Die für die Verwendung mit drittem und viertem Fluid bestimmten Passagen werden also zusätzlich bereitgestellt. Auf diese Weise kann auch eine besonders gute Anpassung an die erforderlichen strömungstechnischen Eigenschaften erzielt werden.In particular, if a corresponding use is not possible or sensible, for example if it is not possible to equip it with appropriate headers, a corresponding method can be carried out in another alternative embodiment such that the first subset, the second subset, the third subset and the fourth subset are pairs of disjoint subsets of the number of heat exchanger passages. The passages intended for use with third and fourth fluids are therefore additionally provided. In this way, a particularly good adaptation to the required fluidic properties can also be achieved.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, die bereits zuvor angesprochen wurde, können das oder die vierten Fluide in dem zweiten Betriebsmodus nach der Erwärmung in der dritten Teilmenge der Anzahl der Wärmetauscherpassagen und vor der Verwendung als das oder zumindest eines der vierten Fluide, also vor einer Abkühlung in der vierten Teilmenge der Anzahl der Wärmetauscherpassagen einer weiteren Erwärmung unterworfen werden. Hierdurch kann eine weitere gezielte Anpassung der Temperaturen an die jeweiligen spezifischen Erfordernisse erfolgen. Insbesondere kann die weitere Erwärmung unter Verwendung eines luftbeheizten Wärmetauschers durchgeführt werden, der sich in dem vorliegenden Einsatzszenario besonders einfach und kostengünstig erstellen und betreiben lässt.According to a particularly preferred embodiment of the present invention, which has already been mentioned above, the fourth fluid or fluids in the second operating mode can after heating in the third subset of the number of heat exchanger passages and before use as the or at least one of the fourth fluids, that is be subjected to further heating before cooling in the fourth subset of the number of heat exchanger passages. This allows a further targeted adaptation of the temperatures to the respective specific requirements. In particular, the further heating can be carried out using an air-heated heat exchanger, which can be produced and operated particularly simply and inexpensively in the present application scenario.

Wenngleich die vorliegende Erfindung überwiegend unter Bezugnahme auf Luftzerlegungsanlagen beschrieben wird, kann es sich bei dem oder einem der in dem ersten Betriebsmodus abzukühlenden (ersten) Fluide allgemein um ein mittels einer Produktionsanlage wie zuvor erläutert hergestelltes Fluid handeln, wobei die Produktionsanlage in dem ersten Betriebsmodus in Betrieb und in den zweiten Betriebsmodus außer Betrieb ist. Insbesondere ist, wie erwähnt, auch der Einsatz in einer Anlage zum Speichern und Rückgewinnen von Energie in unterschiedlichen Betriebsmodi möglich. Die vorliegende Erfindung erlaubt eine Temperierung oder ggf. eine Aufrechterhaltung eines entsprechenden Temperaturprofils in einem Wärmetauscher bei beliebigen Produktionsanlagen, insbesondere aber bei den erläuterten Luftbearbeitungsanlagen. Wie ebenfalls erwähnt, eignet sich die vorliegende Erfindung in besonderer Weise zur Verwendung mit einer Anlage zur Verflüssigung eines gasförmigen Luftprodukts wie Stickstoff.Although the present invention is described primarily with reference to air separation plants, the one or more of the fluids to be cooled in the first operating mode can generally be a fluid produced by means of a production plant as previously explained, the production plant in the first operating mode in Operation and in the second operating mode is out of order. In particular, as mentioned, use in a system for storing and recovering energy in different operating modes is also possible. The present invention permits temperature control or, if necessary, maintenance of a corresponding temperature profile in a heat exchanger in any production system, but in particular in the air processing systems explained. As also mentioned, the present invention is particularly suitable for use with a plant for liquefying a gaseous air product such as nitrogen.

Wie ebenfalls bereits angesprochen, können das oder die vierten Fluide, das oder die in dem zweiten Betriebsmodus verwendet wird oder werden, in der soeben erläuterten Ausgestaltung insbesondere einem Tank entnommen werden. Dieser Tank kann insbesondere mit einer Druckaufbauverdampfungseinrichtung ausgestattet sein, so dass ein viertes Fluid bei geeigneten Druckbedingungen bereitgestellt werden kann. Ein entsprechender Tank kann insbesondere auch in dem ersten Betriebsmodus von einer entsprechenden Produktionsanlage befüllt werden, so dass sich das oder zumindest eines der ersten oder zweiten Fluide und das oder zumindest eines der vierten Fluide in ihrer Zusammensetzung gleichen können.As already mentioned, the fourth fluid or fluids used in the second operating mode can, in particular, be taken from a tank in the embodiment just explained. This tank can in particular be equipped with a pressure build-up evaporation device so that a fourth fluid can be provided under suitable pressure conditions. A corresponding tank can in particular also be filled in the first operating mode by a corresponding production system, so that the or at least one of the first or second fluids and the or at least one of the fourth fluids can have the same composition.

Insbesondere kann es sich bei dem ersten oder zweiten Fluid oder zumindest einem der ersten oder zweiten Fluide und dem vierten Fluid um Luftgase, insbesondere um stickstoffreiche Fluide handeln. Das oder die ersten oder zweiten Fluide können dabei in dem ersten Betriebsmodus durch das Abkühlen in den Wärmetauscherpassagen verflüssigt und in verflüssigtem Zustand als Produkt bereitgestellt werden. Diese können auch insbesondere im Rahmen eines Verfahrens zum Speichern und Rückgewinnen von Energie verflüssigt werden, das besonders von dem erfindungsgemäßen Verfahren profitiert.In particular, the first or second fluid or at least one of the first or second fluids and the fourth fluid can be air gases, in particular nitrogen-rich fluids. The one or more first or second fluids can be liquefied in the first operating mode by cooling in the heat exchanger passages and can be provided as a product in the liquefied state. These can also be liquefied in particular as part of a method for storing and recovering energy, which particularly benefits from the method according to the invention.

Wie erwähnt ermöglicht die vorliegende Erfindung in der soeben erläuterten Ausgestaltung eine Aufrechterhaltung eines Temperaturprofils in einem Wärmetauscher mit geringen Gasmengen. Insbesondere können die erste Teilmenge und die zweite Teilmenge der Anzahl der Wärmetauscherpassagen von einer größeren Fluidmenge durchströmt werden als die dritte und die vierte Teilmenge der Anzahl von Wärmetauscherpassagen. Die Menge des oder der in dem ersten Betriebsmodus durch die erste und die zweite Teilmenge der Wärmetauscherpassagen geführten abzukühlenden Fluide kann beispielsweise doppelt so hoch oder mehr als doppelt so hoch wie die Menge des in dem zweiten Betriebsmodus durch die dritte und die vierte Teilmenge der Wärmetauscherpassagen geführten Fluide sein. Spezifische Beispiele sind unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert.As mentioned, the present invention in the embodiment just explained enables maintenance of a temperature profile in a heat exchanger with small amounts of gas. In particular, a larger amount of fluid can flow through the first subset and the second subset of the number of heat exchanger passages than the third and fourth subset of the number of heat exchanger passages. For example, the amount of the fluids to be cooled, which are led through the first and the second subset of the heat exchanger passages in the first operating mode, can be twice as high or more than twice as high as the amount of the fluids passed through the third and fourth subset of the heat exchanger passages in the second operating mode Be fluid. Specific examples are explained with reference to the figures.

Wie erwähnt, wird oder werden das oder die vierten und damit auch das oder die dritten Fluide in dem zweiten Betriebsmodus im Rahmen der vorliegenden Erfindung intermittierend durch die dritte und die vierte Teilmenge der Wärmetauscherpassagen geführt werden. Dies ist besonders vorteilhaft, weil sich auf diese Weise die verwendete Fluidmenge weiter einsparen lässt. Da Temperaturausgleichsvorgänge in den hier betrachteten Szenarien vergleichsweise langsam erfolgen, kann es beispielsweise vorteilhaft sein, nach einem bestimmten Zeitmuster die Bereitstellung des zweiten Fluids an- bzw. abzuschalten. Beispielsweise kann in dem zweiten Betriebsmodus jeweils während 30 Minuten eine Durchströmung des ersten und zweiten Anteils der Wärmetauscherpassagen erfolgen, gefolgt von jeweils einer Pause von beispielsweise 2 Stunden. Die Anzahl von möglichen Perioden bzw. deren zeitliche Länge ist eine Funktion der eingesetzten Gasmenge. Je nach Anforderung lässt sich auf Kosten der eingesetzten Gasmenge eine beliebige Flexibilisierung erzielen.As mentioned, the fourth fluid and thus also the third fluid or fluids in the second mode of operation in the context of the present invention will be passed intermittently through the third and fourth subset of the heat exchanger passages. This is particularly advantageous because the amount of fluid used can be further saved in this way. Since temperature compensation processes take place comparatively slowly in the scenarios considered here, it can be advantageous, for example, to switch the supply of the second fluid on or off according to a specific time pattern. For example, in the second operating mode, the first and second portions of the heat exchanger passages can be flowed through for 30 minutes each, followed by a pause of, for example, 2 hours. The number of possible periods or their length in time is a function of the amount of gas used. Depending on the requirements, any flexibility can be achieved at the cost of the amount of gas used.

Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung eines festen Zeitschemas kann ein intermittierender Betrieb auch unter Verwendung von Sensoren durchgeführt werden, die an einer oder mehreren Stellen eines entsprechenden Wärmetauschers angebracht sind. Überschreitet beispielsweise eine Temperatur an einer oder mehreren Stellen einen Sollwert um mehr als einen vordefinierten Schwellwert, kann eine Durchströmung mit dem viertem bzw. dritten Fluid eingeleitet werden.As an alternative or in addition to using a fixed time schedule, an intermittent operation can also be carried out using sensors which are attached to one or more locations of a corresponding heat exchanger. If, for example, a temperature at one or more points exceeds a target value by more than a predefined threshold value, flow through with the fourth or third fluid can be initiated.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der soeben erläuterten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, in dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus ein kaltes Gas, insbesondere ein in einem Speichertank für eine tiefkalte Flüssigkeit aus der tiefkalten Flüssigkeit unvermeidlich verdampfendes Gas, durch den Wärmetauscher zu führen. Auf diese Weise kann die in einem entsprechenden Gas "enthaltene Kälte" zurückgewonnen werden, so dass sich das Verfahren, auch in dem ersten Betriebsmodus, nochmals energetisch vorteilhafter betreiben lässt bzw. sich die Betriebskosten im Mittel über beide Betriebsmodi verringern. Bei einem entsprechenden Speichertank kann es sich insbesondere um einen Speichertank für flüssigen Stickstoff handeln. Die erläuterte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst dabei insbesondere, in dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus ein entsprechendes kaltes Gas durch dieselben Wärmetauscherpassagen zu führen, die in dem zweiten Betriebsmodus für drittes bzw. viertes Fluid eingesetzt werden, also die dritte und die vierte Teilmenge der Wärmetauscherpassagen.According to a particularly preferred embodiment of the embodiment of the present invention which has just been explained, it is provided that a cold gas, in particular a gas which inevitably evaporates from the cryogenic liquid in a storage tank for a cryogenic liquid, is passed through the heat exchanger in the first and the second operating mode. In this way, the "cold" contained in a corresponding gas can be recovered, so that the method, even in the first operating mode, can be operated in a more energetically advantageous manner, or the operating costs can be reduced on average over both operating modes. A corresponding storage tank can in particular be a storage tank for liquid nitrogen. The illustrated embodiment of the present invention includes, in particular, leading a corresponding cold gas in the first and second operating modes through the same heat exchanger passages that are used in the second operating mode for third and fourth fluids, i.e. the third and fourth subsets of the heat exchanger passages ,

Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auch auf eine Anordnung mit einem Wärmetauscher, der einen Wärmeaustauschbereich, der sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende erstreckt, aufweist, wobei die Anordnung Mittel aufweist, die dafür eingerichtet sind, in einem ersten Betriebsmodus dem Wärmeaustauschbereich ein oder mehrere abzukühlende erste Fluide am ersten Ende auf einem ersten Temperaturniveau zuzuführen und vom ersten Ende zum zweiten Ende durch den Wärmeaustauschbereich zu führen und dem Wärmeaustauschbereich ein oder mehrere zu erwärmende zweite Fluide am zweiten Ende auf einem zweiten Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus zuzuführen und vom zweiten Ende zum ersten Ende durch den Wärmeaustauschbereich zu führen. Erfindungsgemäß sind dabei Mittel vorgesehen, die dafür eingerichtet sind, den ersten Betriebsmodus in einem ersten Betriebszeitraum durchzuführen, der durch einen zweiten Betriebsmodus unterbrochen wird, und in einem oder mehreren Teilzeiträumen des zweiten Betriebszeitraums einen zweiten Betriebsmodus durchzuführen, wobei diese Mittel in dem zweiten Betriebsmodus das erste Ende des Wärmeaustauschbereichs durch Beaufschlagen mit einem oder mehreren dritten Fluiden, das oder die dem Wärmeaustauschbereich am ersten Ende zugeführt und in Richtung des zweiten Endes durch zumindest einen Teil des Wärmeaustauschbereichs geführt wird oder werden, auf das erste Temperaturniveau oder ein drittes Temperaturniveau, das sich um nicht mehr als 80 Kelvin von dem ersten Temperaturniveau unterscheidet, temperieren.The present invention also extends to an arrangement having a heat exchanger having a heat exchange area extending between a first end and a second end, the arrangement comprising means adapted to switch the heat exchange area in a first mode of operation supplying a plurality of first fluids to be cooled at the first end at a first temperature level and passing them from the first end to the second end through the heat exchange area and supplying one or more second fluids to be heated at the second end at a second temperature level below the first temperature level and from the second end to the first end through the heat exchange area. According to the invention, means are provided which are set up to carry out the first operating mode in a first operating period, which is carried out by a second operating mode is interrupted, and to carry out a second operating mode in one or more partial periods of the second operating period, these means in the second operating mode supplying the first end of the heat exchange area to the heat exchange area at the first end by applying one or more third fluids and in the direction of the second end through at least a part of the heat exchange area or are tempered to the first temperature level or a third temperature level which does not differ from the first temperature level by more than 80 Kelvin.

Zu Merkmalen und Vorteilen einer entsprechenden Anordnung, die insbesondere dazu eingerichtet ist, ein Verfahren durchzuführen, wie es zuvor erläutert wurde, sei auf die obigen Ausführungen ausdrücklich verwiesen. Insbesondere weist eine derartige Anlage eine Steuereinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, bei Bedarf, beispielsweise nach einem festen Schaltmuster, auf Grundlage eines Sensorsignals oder auf Anforderung, zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus umzuschalten.For features and advantages of a corresponding arrangement, which is set up in particular to carry out a method as explained above, reference is expressly made to the above statements. In particular, such a system has a control device which is designed to switch between the first and the second operating mode when required, for example according to a fixed switching pattern, on the basis of a sensor signal or on request.

Wie erwähnt, erstreckt sich die vorliegende Erfindung auch auf eine Anlage der zuvor erläuterten Art. Diese zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass sie eine Anordnung umfasst, wie sie soeben erläutert wurde. Insbesondere ist die Anlage dabei zur Bereitstellung des oder zumindest eines der zu abzukühlenden Fluide in dem ersten Betriebsmodus eingerichtet, das oder die, wie erwähnt, auch zur Nutzung als das zweite Fluid in dem zweiten Betriebsmodus teilweise in einem Tank zwischengespeichert werden kann bzw. können. Eine entsprechende Anlage kann insbesondere auch als Anlage zum Speichern und Rückgewinnen von Energie unter Verwendung von Flüssigluft, als Luftzerlegungsanlage oder als Anlage zur Verflüssigung eines gasförmigen Luftprodukts ausgebildet sein. Zu Merkmalen und Vorteilen sei auf die obigen Erläuterungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.As mentioned, the present invention also extends to a system of the type explained above. According to the invention, this is distinguished by the fact that it comprises an arrangement as has just been explained. In particular, the system is designed to provide the or at least one of the fluids to be cooled in the first operating mode, which, as mentioned, can also be temporarily stored in a tank for use as the second fluid in the second operating mode. A corresponding system can in particular also be designed as a system for storing and recovering energy using liquid air, as an air separation system or as a system for liquefying a gaseous air product. Regarding features and advantages, reference is made to the above explanations regarding the method according to the invention.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, die eine Ausführungsform der Erfindung und entsprechende Wärmeaustauschdiagramme zeigen.The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings, which show an embodiment of the invention and corresponding heat exchange diagrams.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

  • Figur 1 veranschaulicht Temperaturverläufe in einem Wärmetauscher nach Außerbetriebnahme ohne Einsatz von Maßnahmen gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Figure 1 illustrates temperature profiles in a heat exchanger after decommissioning without the use of measures according to an embodiment of the present invention.
  • Figur 2 veranschaulicht Temperaturverläufe in einem Wärmetauscher nach Außerbetriebnahme bei einer Temperierung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Figure 2 illustrates temperature profiles in a heat exchanger after decommissioning during temperature control according to an embodiment of the present invention.
  • Figur 3 veranschaulicht eine Luftzerlegungsanlage mit einem Wärmetauscher, der unter Verwendung eines Verfahrens gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrieben werden kann. Figure 3 illustrates an air separation plant with a heat exchanger that can be operated using a method according to an embodiment of the present invention.
  • Figur 4 veranschaulicht Temperaturverläufe in einer Luftzerlegungsanlage gemäß Figur 3, die unter Verwendung eines Verfahrens gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrieben wird. Figure 4 illustrates temperature profiles in an air separation plant according to Figure 3 , which is operated using a method according to an embodiment of the present invention.
  • Figur 5 veranschaulicht eine Anordnung aus Wärmetauschern, die in einer Luftzerlegungsanlage gemäß Figur 3 gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann. Figure 5 illustrates an arrangement of heat exchangers used in an air separation plant Figure 3 can be used according to an embodiment of the present invention.
  • Die Figuren 6A bis 6C veranschaulichen unterschiedliche Ansichten eines Wärmetauschers, der in einer Luftzerlegungsanlage gemäß Figur 3 oder einer Anordnung gemäß Figur 5 eingesetzt werden kann.The Figures 6A to 6C illustrate different views of a heat exchanger used in an air separation plant Figure 3 or according to an order Figure 5 can be used.
  • Figur 7 veranschaulicht eine Luftzerlegungsanlage mit einem Wärmetauscher, der unter Verwendung eines Verfahrens gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrieben werden kann. Figure 7 illustrates an air separation plant with a heat exchanger that can be operated using a method according to an embodiment of the present invention.
  • Die Figuren 8A und 8B zeigen eine Anordnung mit einem Wärmetauscher gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einem ersten Betriebsmodus und in einem zweiten Betriebsmodus in schematischer Darstellung.The Figures 8A and 8B show an arrangement with a heat exchanger according to an embodiment of the invention in a first operating mode and in a second operating mode in a schematic representation.
  • Figur 9 zeigt eine Layeranordnung eines gemäß einer Ausführungsform der Erfindung betreibbaren Wärmetauschers in schematischer Darstellung. Figure 9 shows a layer arrangement of a heat exchanger operable according to an embodiment of the invention in a schematic representation.
  • Figur 10 zeigt ein Wärmeaustauschdiagramm, das sich bei einem Betrieb eines Wärmetauschers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ergibt. Figure 10 FIG. 12 shows a heat exchange diagram that results during operation of a heat exchanger according to an embodiment of the invention.
  • Figur 11 zeigt ein Wärmeaustauschdiagramm, das sich bei einem Betrieb eines Wärmetauschers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ergibt. Figure 11 FIG. 12 shows a heat exchange diagram that results during operation of a heat exchanger according to an embodiment of the invention.
  • Figur 12 zeigt ein Wärmeaustauschdiagramm, das sich bei einem Betrieb eines Wärmetauschers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ergibt. Figure 12 FIG. 12 shows a heat exchange diagram that results during operation of a heat exchanger according to an embodiment of the invention.

In den Figuren sind identische oder einander funktional oder bedeutungsmäßig entsprechende Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert.In the figures, elements that are identical or correspond to one another functionally or in terms of meaning are given identical reference numerals and are not explained repeatedly for the sake of clarity.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Figur 1 veranschaulicht Temperaturverläufe in einem Wärmetauscher nach Außerbetriebnahme ohne Einsatz von Maßnahmen gemäß vorteilhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung in Form eines Temperaturdiagramms. Figure 1 illustrates temperature curves in a heat exchanger after decommissioning without the use of measures according to advantageous embodiments of the present invention in the form of a temperature diagram.

In dem in Figur 1 dargestellten Diagramm sind eine mit H bezeichnete Temperatur am warmen Ende eines entsprechenden Wärmetauschers bzw. seines entsprechenden Wärmeaustauschbereichs (zuvor und nachfolgend auch als "erstes Ende" bezeichnet) und eine mit C bezeichnete Temperatur am kalten Ende (zuvor und nachfolgend auch als "zweites Ende" bezeichnet) jeweils in °C auf der Ordinate gegenüber einer Zeit in Stunden auf der Abszisse dargestellt.In the in Figure 1 The diagrams shown are a temperature denoted by H at the warm end of a corresponding heat exchanger or its corresponding heat exchange region (previously and hereinafter also referred to as "first end") and a temperature denoted by C at the cold end (previously and subsequently also as "second end" ) in each case in ° C on the ordinate versus a time in hours on the abscissa.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, beträgt die Temperatur H am ersten (warmen) Ende des Wärmeaustauschbereichs zu Beginn der Außerbetriebnahme, und damit die Temperatur in einem regulären Betrieb des Wärmetauschers, ca. 20 °C und die Temperatur C am zweiten (kalten) Ende ca. -175 °C. Diese Temperaturen gleichen sich über die Zeit zunehmend einander an. Hierfür ist die hohe Wärmeleitfähigkeit der in dem Wärmetauscher verbauten Materialien verantwortlich. Mit anderen Worten fließt hier Wärme vom ersten (warmen) Ende in Richtung des zweiten (kalten) Endes. Zusammen mit dem Wärmeeintrag aus der Umgebung ergibt sich dabei eine mittlere Temperatur von ca. -90 °C. Die deutliche Temperaturerhöhung am zweiten (kalten) Ende des Wärmeaustauschbereichs kommt zum größten Teil duch den internen Temperaturausgleich in dem Wärmetauscher zustande und nur in einem geringeren Anteil durch externen Wärmeeintrag.How out Figure 1 can be seen, the temperature H at the first (warm) end of the heat exchange area at the start of decommissioning, and thus the temperature in regular operation of the heat exchanger, is approx. 20 ° C and the temperature C at the second (cold) end is approx. -175 ° C. These temperatures become increasingly similar over time. The high thermal conductivity of the materials installed in the heat exchanger is responsible for this. In other words, heat flows from the first (warm) end towards the second (cold) end. Together with the heat input from the environment, this results in a medium one Temperature of approx. -90 ° C. The significant temperature increase at the second (cold) end of the heat exchange area is largely due to the internal temperature compensation in the heat exchanger and only to a lesser extent through external heat input.

Wie mehrfach erwähnt, kann es im dargestellten Fall zu starken thermischen Spannungen kommen, wenn das erste (warme) Ende des Wärmetauschers nach einiger Zeit der Regeneration ohne weitere Maßnahmen wieder mit einem warmen Fluid von im dargestellten Beispiel ca. 20 °C beaufschlagt wird.As mentioned several times, strong thermal stresses can arise in the case shown if the first (warm) end of the heat exchanger is subjected to a warm fluid of approximately 20 ° C. in the example shown again after some time of regeneration without further measures.

Figur 2 veranschaulicht Temperaturverläufe in einem Wärmetauscher nach Außerbetriebnahme bei einer Temperierung gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung (bei der Anmelderin intern mit IC2074 bezeichnet) in Form eines Temperaturdiagramms. Figure 2 illustrates temperature profiles in a heat exchanger after decommissioning during temperature control according to an advantageous embodiment of the present invention (internally designated IC2074 by the applicant) in the form of a temperature diagram.

Das in Figur 2 veranschaulichte Temperaturdiagramm umfasst einen längeren Zeitbereich und wurde unter Annahme abweichender Wärmetauschereigenschaften erstellt. Die zugrunde liegenden Prinzipien der Erwärmung sind jedoch dieselben wie zuvor erläutert. Zum Vergleich sind auch die mit H bezeichnete Temperatur am ersten (warmen) Ende des Wärmeaustauschbereichs und die mit C bezeichnete Temperatur am zweiten (kalten) dargestellt, die sich ohne den Einsatz einer Temperierung gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben.This in Figure 2 The illustrated temperature diagram covers a longer time range and was created assuming different heat exchanger properties. However, the underlying principles of warming are the same as previously discussed. For comparison, the temperature denoted by H at the first (warm) end of the heat exchange region and the temperature denoted by C at the second (cold) are also shown, which result without the use of a temperature control according to an advantageous embodiment of the present invention.

Zusätzlich sind eine mit H' bezeichnete Temperatur am ersten (warmen) Ende des Wärmeaustauschbereichs und eine mit C' bezeichnete Temperatur am zweiten (kalten) Ende dargestellt, die sich dann ergeben, wenn das erste (warme) Ende des Wärmeaustauschbereichs durch Beaufschlagen mit einem oder mehreren Fluiden, das oder die dem Wärmeaustauschbereich am dem ersten (warmen) Ende zugeführt und in Richtung des zweiten (kalten) Endes durch den Wärmeaustauschbereich oder einen hier betrachteten Abschnitt geführt wird oder werden, auf ein Temperaturniveau, auf dem das erste (warme) Ende zu Beginn der Außerbetriebnahme bzw. in dem regulären Betriebsmodus vorliegt, oder auf ein nahe bei diesem Temperaturniveau liegendes Temperaturniveau temperiert wird. Ein entsprechendes Fluid wurde zuvor und wird nachfolgend auch als "drittes Fluid" bzw. "warmes Fluid" bezeichnet.In addition, a temperature denoted by H 'at the first (warm) end of the heat exchange area and a temperature denoted by C' at the second (cold) end are shown, which result when the first (warm) end of the heat exchange area is acted upon by an or a plurality of fluids, which is or are fed to the heat exchange area at the first (warm) end and is directed towards the second (cold) end through the heat exchange area or a section considered here, to a temperature level at which the first (warm) end at the beginning of the decommissioning or in the regular operating mode, or is tempered to a temperature level close to this temperature level. A corresponding fluid was previously and is also referred to below as "third fluid" or "warm fluid".

Wie ersichtlich, kann durch diese Maßnahme das erste (warme) Ende in der Nähe des Temperaturniveaus gehalten werden, auf dem das erste (warme) Ende zu Beginn der Außerbetriebnahme bzw. in dem regulären Betriebsmodus vorliegt. Dies ermöglicht es, bei einer anschließenden Wiederinbetriebnahme das erste (warme) Ende wieder mit warmem Fluid zu beaufschlagen, ohne dass es am ersten (warmen) Ende zu übermäßigen thermischen Spannungen kommen kann. Da am zweiten (kalten) Ende zu einem entsprechenden Zeitpunkt aufgrund der zwischenzeitlichen Außerbetriebnahme typischerweise noch kein kaltes Fluid zur Verfügung steht bzw. hier ein entsprechender Temperaturgradient geglättet werden kann, wie unter Bezugnahme auf Figur 3 in Kombination mit Figur 4 erläutert, kann eine Temperierung des zweiten (kalten) Endes auf ein entsprechend tiefes Temperaturniveau unterbleiben. Dieses erwärmt sich daher entsprechend.As can be seen, this measure allows the first (warm) end to be kept close to the temperature level at which the first (warm) end is at the beginning of the decommissioning or in the regular operating mode. This makes it possible to apply warm fluid to the first (warm) end again after a subsequent restart without causing excessive thermal stress at the first (warm) end. Since at the second (cold) end at a corresponding point in time there is typically no cold fluid available due to the intermittent decommissioning or a corresponding temperature gradient can be smoothed here, as with reference to FIG Figure 3 in combination with Figure 4 explained, temperature control of the second (cold) end to a correspondingly low temperature level can be omitted. This heats up accordingly.

Alternativ zu den anhand des Diagramms gemäß Figur 2 veranschaulichten Maßnahmen kann jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie mehrfach erläutert, auch vorgesehen sein, bei einer Außerbetriebnahme des Wärmetauschers das zweite Ende des Wärmeaustauschbereichs durch Beaufschlagen mit einem oder mehreren Fluiden, das oder die dem Wärmeaustauschbereich am zweiten Ende zugeführt und in Richtung des ersten Endes durch zumindest einen Teil des Wärmeaustauschbereichs geführt wird oder werden, auf ein entsprechendes geringes Temperaturniveau temperiert werden. Ein entsprechendes Fluid wurde zuvor und wird nachfolgend auch als "zweites Fluid" oder "warmes Fluid" bezeichnet.As an alternative to the one shown in the diagram Figure 2 Measures illustrated, however, can also be provided within the scope of the present invention, as explained several times, when the heat exchanger is decommissioned, the second end of the heat exchange area by applying one or more fluids, which or the supplied to the heat exchange area at the second end and towards the first Is at least passed through at least part of the heat exchange area, to a correspondingly low temperature level. A corresponding fluid was previously and is also referred to below as "second fluid" or "warm fluid".

Figur 3 veranschaulicht eine Luftzerlegungsanlage mit einem Wärmetauscher, die bzw. der unter Verwendung eines Verfahrens gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung (nämlich der bei der Anmelderin intern mit IC2074 bezeichneten Ausgestaltung) betrieben werden kann. Figure 3 illustrates an air separation plant with a heat exchanger that can be operated using a method according to an advantageous embodiment of the present invention (namely, the designation internally designated IC2074 by the applicant).

Luftzerlegungsanlagen der gezeigten Art sind, wie erwähnt, vielfach an anderer Stelle beschrieben, beispielsweise bei H.-W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, inbesondere Abschnitt 2.2.5, "Cryogenic Rectification ". Für detaillierte Erläuterungen zu Aufbau und Funktionsweise sei daher auf entsprechende Fachliteratur verwiesen. Eine Luftzerlegungsanlage zum Einsatz der vorliegenden Erfindung kann auf unterschiedlichste Weise ausgebildet sein. Der Einsatz der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Ausgestaltung gemäß Figur 3 beschränkt.Air separation plants of the type shown are, as mentioned, often described elsewhere, for example at H.-W. Häring (ed.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, in particular Section 2.2.5, "Cryogenic Rectification For detailed explanations of the structure and mode of operation, reference is therefore made to corresponding specialist literature. An air separation plant for the use of the present invention can be designed in a wide variety of ways Figure 3 limited.

Die in Figur 3 veranschaulichte Luftzerlegungsanlage umfasst eine Hauptwärmetauschereinheit 310, eine Entspannungs-/Verdichtungseinheit 320, eine Rektifikationseinheit 330 und eine optionale Flüssigkeitsspeichereinheit 340, die lediglich der Anschaulichkeit halber getrennt dargestellt sind. Es wird zunächst ein regulärer Betrieb einer entsprechenden Anlage beschrieben, also der zuvor mehrfach erwähnte "erste Betriebsmodus".In the Figure 3 The illustrated air separation plant comprises a main heat exchanger unit 310, a relaxation / compression unit 320, a rectification unit 330 and an optional liquid storage unit 340, which are shown separately for the sake of clarity. Regular operation of a corresponding system is described first, that is to say the "first operating mode" mentioned several times before.

Ist nachfolgend von einer "Hochdrucksäule" die Rede, ist damit die im Rahmen dieser Anmeldung ansonsten als "erste Rektifikationskolonne" bezeichnete Rektifikationskolonne (oder ein Teil einer entsprechenden Doppelkolonne) gemeint. Ist nachfolgend von einer "Hochdrucksäule" die Rede, ist damit die im Rahmen dieser Anmeldung ansonsten als "erste Rektifikationskolonne" bezeichnete Rektifikationskolonne (oder ein Teil einer entsprechenden Doppelkolonne) gemeint. Der "Hauptwärmetauscher" ist der gemäß der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betriebene Wärmetauscher.If the term "high pressure column" is used below, this means the rectification column (or part of a corresponding double column) otherwise referred to as "first rectification column" in the context of this application. If the term "high pressure column" is used below, this means the rectification column (or part of a corresponding double column) otherwise referred to as "first rectification column" in the context of this application. The "main heat exchanger" is the heat exchanger operated according to the embodiment of the present invention.

Der (Haupt-)Wärmetauscher 1 ist hier mit einem Wärmeaustauschbereich 10 veranschaulicht, der sich zwischen einem ersten Ende 11 und einem zweiten Ende 12 erstreckt. Wie nachfolgend im Detail erläutert, werden in dem ersten Betriebsmodus dem Wärmeaustauschbereich 10 mehrere abzukühlende erste Fluide am ersten Ende 11 auf einem ersten Temperaturniveau zugeführt und vom ersten Ende 11 zum zweiten Ende 12 durch den Wärmeaustauschbereich 10 geführt und dem Wärmeaustauschbereich 10 werden in dem ersten Betriebsmodus mehrere zu erwärmende zweite Fluide am zweiten Ende 12 auf einem zweiten Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus zugeführt und vom zweiten Ende 12 zum ersten Ende 11 durch den Wärmeaustauschbereich 10 geführt.The (main) heat exchanger 1 is illustrated here with a heat exchange region 10 which extends between a first end 11 and a second end 12. As explained in detail below, in the first operating mode, a plurality of first fluids to be cooled are supplied to the heat exchange region 10 at the first end 11 at a first temperature level and are guided from the first end 11 to the second end 12 through the heat exchange region 10 and the heat exchange region 10 are in the first operating mode a plurality of second fluids to be heated are supplied at the second end 12 at a second temperature level below the first temperature level and guided from the second end 12 to the first end 11 through the heat exchange region 10.

Der erste Betriebsmodus wird dabei in einem ersten Betriebszeitraum durchgeführt, der durch einen zweiten Betriebszeitraum unterbrochen wird, wobei im zweiten Betriebszeitraum die Zufuhr der ersten Fluide und der zweiten Fluide zu dem Wärmeaustauschbereich 10 unterbunden wird, und wobei in einem oder mehreren Teilzeiträumen des zweiten Betriebszeitraums in einem zweiten Betriebsmodus das erste Ende 11 des Wärmeaustauschbereichs 10 durch Beaufschlagen mit einem dritten Fluid, das dem Wärmeaustauschbereich 10 am ersten Ende 11 zugeführt und in Richtung des zweiten Endes 12 durch den Wärmeaustauschbereich 10 geführt wird, auf das erste oder ein drittes Temperaturniveau, das sich um nicht mehr als 80 Kelvin von dem ersten Temperaturniveau unterscheidet, temperiert. Hierbei wird in dem zweiten Betriebsmodus in der in Figur 3 gezeigten Ausgestaltung kein weiteres Fluid zum Temperieren verwendet.The first operating mode is carried out in a first operating period, which is interrupted by a second operating period, the supply of the first fluids and the second fluids to the heat exchange region 10 being prevented in the second operating period, and wherein in one or more partial periods of the second operating period in In a second operating mode, the first end 11 of the heat exchange region 10 is acted upon by a third fluid which is supplied to the heat exchange region 10 at the first end 11 and in Is guided in the direction of the second end 12 through the heat exchange region 10 to the first or a third temperature level, which differs from the first temperature level by no more than 80 Kelvin. Here, in the second operating mode in the Figure 3 shown configuration no further fluid used for tempering.

Die Hauptwärmetauschereinheit 310 umfasst als zentrale Komponente den (Haupt-) Wärmetauscher 1, der in Form einer oder mehrerer baulicher Einheiten ausgebildet sein kann. Die Entspannungs-/Verdichtungseinheit 320 umfasst im hier dargestellten Beispiel eine erste Boosterturbine 321 und eine zweite Boosterturbine 322. Es können jedoch eine oder mehrere Boosterturbinen durch eine oder mehrere Generatorturbinen ersetzt sein oder Kombinationen entsprechender Einheiten eingesetzt werden. Die Boosterstufe(n) einer oder mehrerer Boosterturbinen oder dergleichen kann bzw. können als konventionelle Boosterstufe(n) oder auch als sogenannte "kalte" Boosterstufe(n), deren Eingangstemperatur niedriger als die Umgebungstemperatur liegt, ausgebildet sein. Die Entspannungs-/Verdichtungseinheit 320 ist jedoch stets mit der Hauptwärmetauschereinheit 310 mit dem (Haupt-)wärmetauscher 1 thermisch gekoppelt, weil aus letzterem Fluid mit der Entspannungs-/Verdichtungseinheit 320 bzw. deren Apparaten ausgetauscht wird.The main heat exchanger unit 310 comprises as a central component the (main) heat exchanger 1, which can be designed in the form of one or more structural units. In the example shown here, the expansion / compression unit 320 comprises a first booster turbine 321 and a second booster turbine 322. However, one or more booster turbines can be replaced by one or more generator turbines or combinations of corresponding units can be used. The booster stage (s) of one or more booster turbines or the like can be designed as a conventional booster stage (s) or also as a so-called "cold" booster stage (s), the inlet temperature of which is lower than the ambient temperature. However, the expansion / compression unit 320 is always thermally coupled to the main heat exchanger unit 310 with the (main) heat exchanger 1, because fluid is exchanged with the expansion / compression unit 320 or its apparatuses from the latter.

Die Rektifikationseinheit 330 weist im dargestellten Beispiel eine aus einer Hochdrucksäule 21 und einer Niederdrucksäule 22 gebildete Doppelsäule sowie einen Unterkühlungsgegenströmer (Unterkühler) 23 auf. Die Hochdrucksäule 21 und die Niederdrucksäule 22 stehen über einen Hauptkondensator 24 in wärmetauschender Verbindung. Ferner sind beispielsweise eine Generatorturbine 25 sowie mehrere, nicht gesondert bezeichnete Ventile und Pumpen vorgesehen.In the example shown, the rectification unit 330 has a double column formed from a high-pressure column 21 and a low-pressure column 22 as well as a supercooling counterflow (subcooler) 23. The high-pressure column 21 and the low-pressure column 22 are in heat-exchanging connection via a main condenser 24. Furthermore, for example, a generator turbine 25 and a plurality of valves and pumps, not specifically identified, are provided.

Die optionale Flüssigkeitsspeichereinheit 340 umfasst beispielsweise einen Flüssigstickstoffspeicher 41, einen Flüssigluftspeicher 42 und einen Flüssigsauerstoffspeicher 43, die jeweils als ein oder mehrere, insbesondere isolierte, Tanks ausgebildet sein können. Ein weiterer, funktionell der Flüssigkeitsspeichereinheit 40 zugeordneter Flüssigluftspeicher kann vorgesehen sein. Wie erwähnt, ist die Flüssigkeitsspeichereinheit 340 rein optional.The optional liquid storage unit 340 comprises, for example, a liquid nitrogen storage 41, a liquid air storage 42 and a liquid oxygen storage 43, which can each be designed as one or more, in particular insulated, tanks. A further liquid air storage functionally assigned to the liquid storage unit 40 can be provided. As mentioned, the liquid storage unit 340 is purely optional.

Einsatzluft (AIR) wird in der in Figur 3 gezeigten Luftzerlegungsanlage in Form eines Einsatzluftstroms 301 über einen vereinfacht dargestellten Hauptluftverdichter 302 angesaugt, in einer Vorkühleinheit 303 gekühlt und in einer Reinigungseinheit 304 gereinigt. Die Luftzerlegungsanlage ist im dargestellten Beispiel zur Durchführung eines Hochluftdruckverfahrens eingerichtet. Daher verdichtet der Hauptluftverdichter 302 die Luft des Einsatzluftstroms 301 hier auf ein entsprechend hohes Druckniveau, das deutlich oberhalb des höchsten in der Rektifikationseinheit 330 verwendeten Trenndrucks liegt. Eine entsprechende Verdichtung kann aber auch unter Verwendung eines Hauptluftverdichters 301 und eines oder mehrerer Nachverdichter erfolgen. Die Erfindung kann auch in Verfahren eingesetzt werden, in denen nur ein Teil eines entsprechenden Einsatzluftstroms 301 auf einen oberhalb des höchsten in der Rektifikationseinheit 330 verwendeten Trenndrucks verdichtet wird.Operating air (AIR) is in the Figure 3 Air separation plant shown in the form of a feed air flow 301 sucked in via a simplified main air compressor 302, cooled in a pre-cooling unit 303 and cleaned in a cleaning unit 304. In the example shown, the air separation plant is set up to carry out a high air pressure process. The main air compressor 302 therefore compresses the air of the feed air stream 301 to a correspondingly high pressure level, which is clearly above the highest separation pressure used in the rectification unit 330. A corresponding compression can also be carried out using a main air compressor 301 and one or more secondary compressors. The invention can also be used in processes in which only part of a corresponding feed air flow 301 is compressed to a pressure above the highest separation pressure used in the rectification unit 330.

Die verdichtete, gekühlte und gereinigte Luft des Einsatzluftstroms 301 (MPAIR) wird der Hauptwärmetauschereinheit 310 und der Entspannungs-/Verdichtungseinheit 320 zugeführt. In der Hauptwärmetauschereinheit 310 und in der Entspannungs- und Verdichtungseinheit 320 werden aus der Luft des Einsatzluftstroms 301 mehrere Druckluftströme auf unterschiedlichen Druck- und/oder Temperaturniveaus erzeugt. In der Figur 3 sind dabei ein Druckluftstrom 305 (FEED) zur direkten Einspeisung in die Rektifikationseinheit 330 bzw. deren Hochdrucksäule 21 sowie weitere Druckluftströme 306 und 307 (JT1-AIR, JT2-AIR) veranschaulicht. Die jeweilige Bereitstellung der Druckluftströme 305, 306 und 307 ist stark schematisiert gezeigt und kann auf unterschiedliche Weise erfolgen.The compressed, cooled and cleaned air of the feed air stream 301 (MPAIR) is fed to the main heat exchanger unit 310 and the expansion / compression unit 320. In the main heat exchanger unit 310 and in the expansion and compression unit 320, a plurality of compressed air flows at different pressure and / or temperature levels are generated from the air of the feed air flow 301. In the Figure 3 A compressed air flow 305 (FEED) for direct feeding into the rectification unit 330 or its high-pressure column 21 and further compressed air flows 306 and 307 (JT1-AIR, JT2-AIR) are illustrated. The respective provision of the compressed air streams 305, 306 and 307 is shown in a highly schematic manner and can be done in different ways.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung müssen dabei nicht notwendigerweise sämtliche dieser Druckluftströme gebildet werden. Es können aber auch weitere Druckluftströme gebildet werden. Beispielsweise kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch ein weiterer Druckluftstrom auf einem Druckniveau von beispielsweise ca. 1,4 bar bereitgestellt werden, welcher anschließend als sogenannte Einblaseluft in die Niederdrucksäule 22 geleitet werden kann.In the context of the present invention, all of these compressed air streams need not necessarily be formed. However, further compressed air flows can also be formed. For example, in the context of the present invention, a further compressed air flow can be provided at a pressure level of, for example, approximately 1.4 bar, which can then be directed into the low-pressure column 22 as so-called injection air.

Der Druckluftstrom 305 (FEED) wird dabei auf einem Druckniveau von beispielsweise ca. 5,6 bar bereitgestellt und in die Hochdrucksäule 21 der Rektifikationseinheit 330 eingespeist. Der Druckluftstrom 306 (JT1-AIR) wird auf einem Druckniveau bereitgestellt, das oberhalb jenes des Druckluftstroms 305 (FEED) liegt. Der Druckluftstrom 307 (JT2-AIR) wird optional bereitgestellt; sein Druckniveau liegt ebenfalls oberhalb jenes des Druckluftstroms 305 (FEED).The compressed air flow 305 (FEED) is provided at a pressure level of approximately 5.6 bar, for example, and is fed into the high-pressure column 21 of the rectification unit 330. Compressed air flow 306 (JT1-AIR) is provided at a pressure level that is above that of compressed air flow 305 (FEED). The Compressed air flow 307 (JT2-AIR) is optionally provided; its pressure level is also above that of compressed air flow 305 (FEED).

Wie erwähnt, wird der Druckluftstrom 305 (FEED) in die Hochdrucksäule 21 der Rektifikationseinheit 330 eingespeist. Der Druckluftstrom 306 (JT1-AIR) wird in die Hochdrucksäule 21 der Rektifikationseinheit 330 entspannt. Hierbei können beispielsweise die gezeigte Generatorturbine 25 und optional ein oder mehrere nicht gesondert bezeichnete Ventile verwendet werden. Der optional bereitgestellte Druckluftstrom 307 (JT2-AIR) wird über ein nicht gesondert bezeichnetes Ventil ebenfalls in die Hochdrucksäule 21 der Rektifikationseinheit 330 entspannt.As mentioned, the compressed air flow 305 (FEED) is fed into the high pressure column 21 of the rectification unit 330. The compressed air stream 306 (JT1-AIR) is expanded into the high pressure column 21 of the rectification unit 330. In this case, for example, the generator turbine 25 shown and optionally one or more valves not specifically designated can be used. The optionally provided compressed air stream 307 (JT2-AIR) is also expanded into the high-pressure column 21 of the rectification unit 330 via a valve that is not specifically designated.

In der Hochdrucksäule 21 der Rektifikationseinheit 330 wird ein sauerstoffangereichertes flüssiges Sumpfprodukt erzeugt, das in Form eines Fluidstroms 331 abgezogen, durch den Unterkühlungsgegenströmer 23 geführt und über ein nicht gesondert bezeichnetes Ventil in die Niederdrucksäule 22 entspannt wird. In der Hochdrucksäule 21 wird ferner ein stickstoffangereichertes gasförmiges Kopfprodukt erzeugt, das in Form eines Fluidstroms 332 abgezogen wird. Ein Teil des Fluidstroms 332 kann als gasförmiges, stickstoffreiches Luftprodukt (PGAN) aus der Luftzerlegungsanlage ausgeführt werden. Der Rest wird im dargestellten Beispiel in dem Hauptkondensator 24 verflüssigt.In the high-pressure column 21 of the rectification unit 330, an oxygen-enriched liquid bottoms product is generated, which is drawn off in the form of a fluid stream 331, passed through the supercooling counterflow 23 and expanded into the low-pressure column 22 via a valve, which is not specifically identified. In the high-pressure column 21, a nitrogen-enriched gaseous overhead product is also generated, which is drawn off in the form of a fluid stream 332. Part of the fluid stream 332 can be carried out as a gaseous, nitrogen-rich air product (PGAN) from the air separation plant. The rest is liquefied in the main condenser 24 in the example shown.

Ein Teil der dabei gebildeten Flüssigkeit kann dabei als flüssiges stickstoffreiches Luftprodukt (PLIN) aus der Luftzerlegungsanlage ausgeführt werden. Ein Teil wird als Rücklauf auf die Hochdrucksäule 21 zurückgeführt. Ein weiterer Teil des kann in Form eines Fluidstroms 333 durch den Unterkühlungsgegenströmer 23 geführt und über ein nicht gesondert bezeichnetes Ventil in die Niederdrucksäule 22 entspannt werden. Ein weiterer Teil kann in Form eines Fluidstroms 334 mittels nicht gesondert bezeichneter Pumpen druckerhöht, ggf. zusammen mit einer druckerhöhten stickstoffreichen Flüssigkeit aus dem Flüssigstickstoffspeicher 41 der Flüssigkeitsspeichereinheit 340 und/oder vom Kopf der Niederdrucksäule 22 vereinigt, und als innenverdichteter, flüssiger stickstoffreicher Fluidstrom (ICLIN), insbesondere in Form zweier Teilströme, im (Haupt-)Wärmetauscher 1 verdampft oder pseudoverdampft sowie anschließend als innenverdichtetes stickstoffreiches Druckprodukt insbesondere auf unterschiedlichen Druckniveaus (ICGAN1, ICGAN2) bereitgestellt werden.A part of the liquid formed can be carried out as a liquid nitrogen-rich air product (PLIN) from the air separation plant. A portion is returned to the high-pressure column 21 as a return. Another part of the can be led in the form of a fluid flow 333 through the supercooling counterflow 23 and can be expanded into the low-pressure column 22 via a valve (not specifically designated). Another part can be increased in the form of a fluid stream 334 by means of pumps not specifically designated, possibly combined with an increased nitrogen-rich liquid from the liquid nitrogen storage 41 of the liquid storage unit 340 and / or from the head of the low-pressure column 22, and as an internally compressed, liquid nitrogen-rich fluid stream (ICLIN ), in particular in the form of two partial streams, evaporated or pseudo-evaporated in the (main) heat exchanger 1 and subsequently provided as an internally compressed nitrogen-rich printed product, in particular at different pressure levels (ICGAN1, ICGAN2).

Sich bei der Entspannung des Druckluftstroms 306 (JT1-AIR) und optional des Druckluftstroms 307 (JT2-AIR) in die Hochdrucksäule 21 verflüssigende Luft kann in Form eines Fluidstroms 335 unmittelbar unterhalb der Einspeisestelle der genannten Ströme abgezogen, durch den Unterkühlungsgegenströmer 23 geführt und über ein nicht gesondert bezeichnetes Ventil in die Niederdrucksäule 22 entspannt werden. Ein Teil kann in dem Flüssigluftspeicher 42 oder 45 der Flüssigkeitsspeichereinheit 40, falls vorhanden, gespeichert werden. Ein Fluidstrom 336 wird aus der Hochdrucksäule 21 abgezogen, durch den Unterkühlungsgegenströmer 23 geführt und über ein nicht gesondert bezeichnetes Ventil in die Niederdrucksäule 22 entspannt.When the compressed air stream 306 (JT1-AIR) and optionally the compressed air stream 307 (JT2-AIR) expand into the high-pressure column 21, air liquefying can be drawn off in the form of a fluid stream 335 directly below the feed point of the streams mentioned, passed through the supercooling counterflow 23 and over a valve, not designated separately, can be expanded into the low-pressure column 22. A portion may be stored in the liquid air reservoir 42 or 45 of the liquid storage unit 40, if any. A fluid stream 336 is drawn off from the high-pressure column 21, passed through the supercooling counterflow 23 and expanded into the low-pressure column 22 via a valve, which is not specifically designated.

In der Niederdrucksäule 32 wird ein flüssiges, sauerstoffreiches Sumpfprodukt gebildet, das in Form eines Fluidstroms 337 abgezogen und, falls vorhanden, ggf. in den Flüssigsauerstoffspeicher 43 eingespeist und/oder mittels einer der nicht gesondert bezeichneten Pumpen druckerhöht und als innenverdichteter, flüssiger stickstoffreicher Fluidstrom (ICLOX) in dem (Haupt-)Wärmetauscher 1 verdampft oder pseudoverdampft sowie als innenverdichtetes sauerstoffreiches Druckprodukt auf zwei Druckniveaus (MP-GOX, HP-GOX) bereitgestellt. Der flüssige stickstoffreiche Fluidstrom (ICLOX) kann je nach Betriebsmodus und falls vorhanden auch unter Verwendung einer dem Flüssigsauerstoffspeicher 43 der Flüssigspeichereinheit 40 entnommenen sauerstoffreichen Flüssigkeit gebildet werden. Dem Flüssigsauerstoffspeicher 43 der Flüssigspeichereinheit 40 kann ferner eine entsprechende sauerstoffreiche Flüssigkeit entnommen und über eine Pumpe in die Niederdrucksäule 22 eingespeist werden.In the low-pressure column 32, a liquid, oxygen-rich bottom product is formed, which is drawn off in the form of a fluid stream 337 and, if present, possibly fed into the liquid oxygen reservoir 43 and / or increased in pressure by means of one of the pumps not specifically designated and as an internally compressed, liquid nitrogen-rich fluid stream ( ICLOX) evaporated or pseudo-evaporated in the (main) heat exchanger 1 and also provided as an internally compressed oxygen-rich printed product at two pressure levels (MP-GOX, HP-GOX). Depending on the operating mode and, if present, the liquid nitrogen-rich fluid stream (ICLOX) can also be formed using an oxygen-rich liquid removed from the liquid oxygen storage 43 of the liquid storage unit 40. A corresponding oxygen-rich liquid can also be taken from the liquid oxygen storage 43 of the liquid storage unit 40 and fed into the low-pressure column 22 via a pump.

Aus einem oberen Bereich der Niederdrucksäule 22 wird eine stickstoffreiche Flüssigkeit in Form eines Fluidstroms 338 entnommen und kann zum Teil in den Flüssigstickstoffspeicher 41, falls vorhanden, überführt werden. Auch hier kann eine Ein- oder Ausspeisung erfolgen. Ein Teil des des Fluidstroms 338 oder der gesamte Fluidstroms 338 kann, wie erwähnt, wie der Fluidstroms 334 behandelt werden. Stickstoffreiche Flüssigkeit kann aus dem Flüssigstickstoffspeicher 41, falls vorhanden, auch in einen oberen Bereich der Niederdrucksäule 32 zurückgespeist werden.A nitrogen-rich liquid in the form of a fluid stream 338 is removed from an upper region of the low-pressure column 22 and can be transferred in part to the liquid nitrogen reservoir 41, if present. Here too, an infeed or outfeed can take place. Part of the fluid stream 338 or all of the fluid stream 338 may, as mentioned, be treated as the fluid stream 334. Nitrogen-rich liquid can also be fed back from the liquid nitrogen storage 41, if present, into an upper region of the low-pressure column 32.

Ein vom Kopf der Niederdrucksäule 32 abgezogener, stickstoffreicher Fluidstrom 339 kann durch den Unterkühlungsgegenströmer 23 geführt, in dem (Haupt-) Wärmetauscher 1 erwärmt und als Stickstoffprodukt (GAN) bereitgestellt werden. Ein weiterer, nicht gesondert bezeichneter Stoffstrom, sogenannter Unreinstickstoff (UN2) wird vergleichbar behandelt und als sogenanntes Restgas (Rest) verwendet.A nitrogen-rich fluid stream 339 drawn off from the top of the low-pressure column 32 can be led through the supercooling counterflow 23, heated in the (main) heat exchanger 1 and provided as a nitrogen product (GAN). On Another, not separately specified material flow, so-called impure nitrogen (UN2) is treated in a comparable way and used as so-called residual gas (rest).

Wird die Anlage gemäß Figur 3 außer Betrieb gesetzt, wärmt sich der (Haupt-) Wärmetauscher 1 an, wie in dem Diagramm gemäß Figur 1 veranschaulicht, sofern keine weiteren Maßnahmen ergriffen werden. Daher sieht eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vor, eine Temperierung des (Haupt-)Wärmetauschers 1 vorzunehmen, wie sie anhand des Diagramms in Figur 2 veranschaulicht ist.
Hierzu wird, wie in Figur 3 mit verstärkt dargestellten Flusspfaden veranschaulicht, in einem Zeitraum, in dem die Anlage ansonsten außer Betrieb ist, also in dem mehrfach erläuterten "zweiten Betriebsmodus" eine gegenüber dem Einsatzluftstrom 301 deutlich geringere Luftmenge verwendet und durch den (Haupt-) Wärmetauscher 1 in der Wärmetauscheinheit 310 und die Entspannungs-/Verdichtungseinheit 320 geführt. Eine geringe Fluidmenge ist dabei ausreichend.
If the system is in accordance with Figure 3 put out of operation, the (main) heat exchanger 1 heats up, as shown in the diagram Figure 1 illustrated unless further action is taken. One embodiment of the present invention therefore provides for temperature control of the (main) heat exchanger 1, as is shown in the diagram in FIG Figure 2 is illustrated.
For this, as in Figure 3 illustrated with increasingly illustrated flow paths, in a period in which the system is otherwise out of operation, that is to say in the "second operating mode" explained several times, a significantly smaller amount of air compared to the feed air flow 301 is used and by the (main) heat exchanger 1 in the heat exchange unit 310 and the relaxation / compression unit 320 performed. A small amount of fluid is sufficient.

So ist in Figur 2 ein Diagramm veranschaulicht, das mit einem Wärmetauscher erhalten wurde, der Teil einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage ist, und durch den im Regelbetrieb 300.000 Normkubikmeter pro Stunde geführt werden. Zur Temperierung bei der Außerbetriebnahme der Anlage kann, um die Ergebnisse der Figur 2 zu liefern, hingegen mit nur 300 Normkubikmetern pro Stunde gearbeitet werden, die den Wärmetauscher durchströmen. Die Gefahr einer Fehlverteilung im (Haupt-)Wärmetauscher 1 ist dabei bei einem warmen Strom signifikant geringer als bei kalten Strömen, bei denen sich Fehlverteilungen selbst verstärken können. Wie in Figur 2 veranschaulicht, kann die Einspeisung eines entsprechenden warmen Stroms dabei nach ca. 50 Stunden beendet werden, das dann bereits eine ausreichende mittlere Temperatur erreicht sein kann.So is in Figure 2 a diagram illustrates that was obtained with a heat exchanger that is part of a corresponding air separation plant and through which 300,000 standard cubic meters per hour are routed during normal operation. For temperature control when decommissioning the system can to the results of Figure 2 to deliver, on the other hand, work with only 300 standard cubic meters per hour that flow through the heat exchanger. The risk of incorrect distribution in the (main) heat exchanger 1 is significantly lower in the case of a warm current than in the case of cold currents, in which incorrect distributions can reinforce themselves. As in Figure 2 illustrates, the feeding of a corresponding warm current can be ended after about 50 hours, which can then already have reached a sufficient average temperature.

Wie veranschaulicht, umfasst der zweite Betriebsmodus, der durch die verstärkten Flusspfade veranschaulicht ist, dass Fluid, wie in dem ersten Betriebsmodus der Stoffstrom 331, über einen Sumpfabzug aus der Hochdrucksäule entnommen, durch den Unterkühlungsgegenströmer 23 geführt und in die Niederdrucksäule 22 eingespeist wird. Auf diese Weise kann eine langsame Erwärmung der genannten Apparate in dem zweiten Betriebsmodus erreicht werden, die sicherstellt, dass bei einem anschließenden Wiederanfahren der Anlage, d.h. vom Übergang von dem zweiten in den ersten Betriebsmodus, auch entsprechende große Temperaturdifferenzen am kalten Ende des (Haupt-)Wärmetauschers vermieden werden. Auch andere Leitungen, die die Hochdrucksäule 21 und die Niederdrucksäule 22 über den Unterkühlungsgegenströmer ggf. verbinden, können entsprechend eingesetzt werden. In sämtlichen Fällen kann über eine Druckhaltung entsprechendes Fluid aus der Niederdrucksäule abgeblasen werden.As illustrated, the second operating mode, which is illustrated by the reinforced flow paths, includes that fluid, such as material flow 331 in the first operating mode, is withdrawn from the high-pressure column via a sump vent, passed through the supercooling counterflow 23 and fed into the low-pressure column 22. In this way, slow heating of the above-mentioned apparatuses in the second operating mode can be achieved, which ensures that when the system is subsequently restarted, ie from the transition from the second to the first operating mode, correspondingly large ones are also achieved Temperature differences at the cold end of the (main) heat exchanger can be avoided. Other lines which may connect the high-pressure column 21 and the low-pressure column 22 via the supercooling countercurrent can also be used accordingly. In all cases, corresponding fluid can be blown out of the low-pressure column via pressure maintenance.

Durch die Wärmekapazitäten der Apparate in der Rektifikationseinheit 330 kann auf diese Weise eine Glättung des Temperaturgradienten am warmen Ende des (Haupt-) Wärmetauschers erzielt werden, wie in Figur 4 veranschaulicht, die ebenfalls eine entsprechende Ausgestaltung der Erfindung (nämlich die bei der Anmelderin intern mit IC2074 bezeichnete Ausgestaltung) betrifft.Due to the heat capacities of the apparatus in the rectification unit 330, the temperature gradient at the warm end of the (main) heat exchanger can be smoothed, as in Figure 4 illustrates, which also relates to a corresponding embodiment of the invention (namely the embodiment internally designated IC2074 by the applicant).

Figur 4 zeigt ein Diagramm, in dem eine Temperatur eines Einsatzstroms wie des Einsatzluftstroms 301 in den (Haupt-) Wärmetauscher 1 einer enstprechenden Luftzerlegungsanlage mit FEED (vgl. Figur 3), und Temperaturen eines Niederdruck-Stickstoffstroms und eines Unreinstickstoffstroms mit GAN bzw. UN2 bezeichnet. Die Temperaturen sind jeweils in °C auf der Ordinate gegenüber einer Zeit in Stunden auf der Abszisse angegeben. Zur Herkunft entsprechender Stoffströme wird auf die Erläuterungen zu Figur 3 verwiesen. Wie aus Figur 4 ersichtlich, kann durch die erläuterten Maßnahmen ein Temperatursprung abgemildert werden. Figure 4 shows a diagram in which a temperature of a feed stream such as the feed air flow 301 into the (main) heat exchanger 1 of a corresponding air separation plant with FEED (cf. Figure 3 ), and temperatures of a low-pressure nitrogen stream and an impure nitrogen stream designated GAN and UN2. The temperatures are given in ° C on the ordinate versus a time in hours on the abscissa. Please refer to the explanations regarding the origin of the relevant material flows Figure 3 directed. How out Figure 4 can be seen, a temperature jump can be mitigated by the measures explained.

Eine andere Möglichkeit, um den Temperatursprung beim Wiederanfahren zu verringern, ist am Hauptwärmetauscher 1 einen der Darstellung in Figur 3 vergleichbaren Kreislauf auszubilden, bei dem jedoch die Einsatzluft nicht turbinenentspannt wird. Stattdessen kann ein entsprechender Kreislauf auch über die Joule-Thomson-entspannten Ströme 306 und 307, ansonsten aber vergleichbar wie in Figur 3, ausgebildet werden. Auf diese Weise können vor allem am kalten (zweiten) Ende Temperaturgradienten verringert werden, sofern der Rest der Anlage nicht wie in Fig.4 ersichtlich warmgefahren wurde.Another possibility to reduce the temperature jump when restarting is one of the illustration in the main heat exchanger 1 Figure 3 to develop a comparable cycle, in which, however, the feed air is not expanded in a turbine. Instead, a corresponding cycle can also be carried out via the Joule-Thomson relaxed streams 306 and 307, but otherwise comparable to that in Figure 3 , be formed. In this way, temperature gradients can be reduced, especially at the cold (second) end, provided the rest of the system is not as in Figure 4 was clearly warmed up.

Durch den Verzicht auf einen kalten Gegenstrom (also auf ein im Rahmen dieser Anmeldung als "vierters Fluid" bezeichnetes Fluid) kann die Maldistributionsgefahr in einem entsprechenden Wärmetauscher in den soeben erläuterten Ausgestaltungen verringert werden. Desweitern kann bei Anordnungen aus parallelen Wärmetauschern, insbesondere Rippen-Platten-Wärmeaustauschern, bzw. sogenannten Mehrmodulern, also Anordnungen, in denen mehrere Wärmetauschermodule mit entsprechenden Wärmetauschern zum Einsatz kommen, die Fehlverteilung mittels Temperaturgebern bzw. Temperatursensoren gemessen und damit die Gasmenge angepasst werden.By dispensing with a cold countercurrent (that is to say a fluid referred to as "fourth fluid" in the context of this application), the risk of mal-distribution in a corresponding heat exchanger can be reduced in the embodiments just explained. In the case of arrangements comprising parallel heat exchangers, in particular fin-plate heat exchangers or so-called multi-modules, That is, arrangements in which a plurality of heat exchanger modules with corresponding heat exchangers are used, the incorrect distribution is measured by means of temperature sensors or temperature sensors and the gas quantity is thus adjusted.

Figur 5 veranschaulicht eine entsprechende Anordnung aus acht Wärmetauschern, die in einer Luftzerlegungsanlage gemäß Figur 3 gemäß einer entsprechenden Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung (nämlich der bei der Anmelderin intern mit IC2074 bezeichnete Ausgestaltung) eingesetzt werden kann. Figure 5 illustrates a corresponding arrangement of eight heat exchangers used in an air separation plant Figure 3 according to a corresponding embodiment of the present invention (namely the embodiment internally designated IC2074 by the applicant) can be used.

In der in Figur 5 veranschaulichten Anordnung sind die acht Wärmetauscher mit 1 bzw. 1' bezeichnet, wobei die mit 1' bezeichneten Wärmetauscher jeweils mit einem oder mit mehreren Temperaturgebern TI ausgestattet sind. Die Wärmetauscher mit 1 bzw. 1' sind über ein stark vereinfacht veranschaulichtes Leitungssystem 501 angebunden. jeweils ein Paar entsprechender Wärmetauscher 1 bzw. 1' liegt einander damit gegenüber. Im Rahmen der in Figur 5 veranschaulichten Ausgestaltung der Erfindung ist dabei jeweils ein Wärmetauscher 1' der an den äußersten Enden der Anordnung bereitgestellten Wärmetauscherpaare mit dem oder den Temperaturgebern TI ausgestattet, um auf diese Weise Extremwerte in einer entsprechenden Anordnung erfassen zu können. Bezüglich der einander jeweils paarweise gegenüberliegenden Wärmetauschern 1, 1' entsprechender Wärmetauscherpaare ist eine vergleichbare Temperaturverteilung zu erwarten, so dass auf eine Ausstattung beider Wärmetauscher 1, 1' entsprechender Wärmetauscherpaare mit Temperaturgebern TI im Rahmen der vorliegenden Erfindung verzichtet werden kann.In the in Figure 5 illustrated arrangement, the eight heat exchangers are labeled 1 and 1 ', respectively, the heat exchangers labeled 1' are each equipped with one or more temperature sensors TI. The heat exchangers with 1 or 1 ′ are connected via a line system 501, which is illustrated in a highly simplified manner. in each case a pair of corresponding heat exchangers 1 or 1 'is located opposite one another. As part of the Figure 5 illustrated embodiment of the invention, a heat exchanger 1 'of the heat exchanger pairs provided at the outermost ends of the arrangement is equipped with the temperature sensor (s) TI in order to be able to detect extreme values in a corresponding arrangement. A comparable temperature distribution is to be expected with respect to the heat exchangers 1, 1 'corresponding to each other in pairs, so that it is not necessary to equip the two heat exchangers 1, 1' corresponding heat exchangers with temperature transmitters TI within the scope of the present invention.

Die Figuren 6A bis 6C veranschaulichen unterschiedliche Ansichten eines Wärmetauschers, der in einer Luftzerlegungsanlage gemäß Figur 3 oder einer Anordnung gemäß Figur 5 (also in der bei der Anmelderin intern mit IC2074 bezeichneten Ausgestaltung) eingesetzt werden kann.The Figures 6A to 6C illustrate different views of a heat exchanger used in an air separation plant Figure 3 or according to an order Figure 5 (ie in the designation internally designated IC2074 by the applicant) can be used.

In Figur 6A ist ein entsprechender, als Rippen-Platten-Wärmeaustauscher ausgebildeter Wärmetauscher, der mit mehreren Temperaturgebern TI ausgestattet ist, wie in Figur 5 mit 1' bezeichnet und in einer Ansicht dargestellt, in der die Wärmetauscherplatten in der Papierebene bzw. parallel dazu liegen. Header des Wärmetauschers 1' sind in Figur 6A jeweils halbkreisförmig veranschaulicht undmit 601 bis 618 veranschaulicht. Sie dienen zur Ein- bzw. Ausspeisung von Fluidströmen, die hier jeweils mit entsprechenden Pfeilen veranschaulicht sind. In den Figuren 6B und 6C ist derselbe Wärmetauscher 1' in einer Ansicht auf die in Figur 1A mit L bzw. R bezeichnete linke bzw. rechte Seite dargestellt.In Figure 6A is a corresponding heat exchanger designed as a fin-plate heat exchanger, which is equipped with several temperature sensors TI, as in Figure 5 designated 1 'and shown in a view in which the heat exchanger plates are in the paper plane or parallel to it. Headers of the heat exchanger 1 'are in Figure 6A each illustrated in a semicircle and illustrated at 601 to 618. They are used to feed or withdraw fluid flows are illustrated here with corresponding arrows. In the Figures 6B and 6C is the same heat exchanger 1 'in a view of the in Figure 1A left and right side shown with L and R respectively.

Wie ersichtlich, weist ein entsprechender Wärmetauscher 1' beispielsweise vier nicht gesondert bezeichnete, hintereinander angeordnete Blöcke auf. Ein Wärmetauscher 1 gemäß Figur 5 unterscheidet sich von dem in Figur 6A bis 6C veranschaulichten Wärmetauscher 1' im Wesentlichen durch das Fehlen der Temperaturgeber Tl. Eine beispielsweise Anordnung der Temperaturgeber TI ergibt sich aus der Zusammenschau der Figuren 1A bis 1C.As can be seen, a corresponding heat exchanger 1 'has, for example, four blocks, which are not specifically identified and are arranged one behind the other. A heat exchanger 1 according to Figure 5 differs from that in Figure 6A to 6C illustrated heat exchanger 1 'essentially by the lack of the temperature sensor Tl. An example of an arrangement of the temperature sensor TI results from the overview of the Figures 1A to 1C ,

Im Rahmen der unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 5 sowie 6A bis 6C veranschaulichten Ausgestaltung der Erfindung (also in der bei der Anmelderin intern mit IC2074 bezeichneten Ausgestaltung) kann durch ein langsames Warmfahren mit einer geringen Gasmenge und ggf. die erläuterte Ausbildung eines Kreislaufs über Joule-Thomson-entspannte Einsatzluft der Lebensdauerverbrauch beim Wiederanfahren nach Temperaturausgleich signifikant reduziert werden. Die Prozedur ist einfach umzusetzen und erfordert nur geringe konstruktive Anpassungen, z.B. die Zuführung von Spülgas, und eventuell die Bereitstellung von Temperaturgebern zur Überwachung. Sie ermöglicht ein schonendes Wiederanfahren nach längeren Stillstandszeiten, nachdem der Temperaturausgleich ohne oben beschriebener Prozedur im Block erfolgen würde, also nach beispielsweise ca. 20 bis 40 Stunden. (Der Temperaturausgleich wird beeinflusst durch den warmen Strom. Die Ausgleichstemperatur wird erhöht durch die Zufuhr von Wärme.) Auch das Wiederanfahren nach relativ kurzer Stillstandszeit kann jedoch abgemildert werden. So ergibt sich beispielsweise bei einer Blöcklänge von 7 Metern nach ca. 6 Stunden Stillstandszeit ohne Anwärmstrom am warmen Ende ohne Einsatz der vorliegenden Erfindung bereits ein Temperaturunterschied beim Wiederanfahren von ca. 40 Kelvin.In the context of with reference to the Figures 2 to 5 6A to 6C illustrated embodiment of the invention (that is, in the embodiment internally designated IC2074 by the applicant), slow warming up with a small amount of gas and possibly the formation of a circuit via Joule-Thomson-relaxed operating air can explain the service life consumption when restarting Temperature compensation can be significantly reduced. The procedure is easy to implement and requires only minor design adjustments, for example the supply of purge gas, and possibly the provision of temperature sensors for monitoring. It enables a gentle restart after longer downtimes, after the temperature equalization would take place in the block without the above-described procedure, that is after about 20 to 40 hours, for example. (The temperature compensation is influenced by the warm current. The compensation temperature is increased by the addition of heat.) Restarting after a relatively short downtime can also be reduced. For example, with a block length of 7 meters after a standstill of approx. 6 hours without heating current at the warm end without using the present invention, there is already a temperature difference of approx. 40 Kelvin when restarting.

Figur 7 veranschaulicht eine Luftzerlegungsanlage mit einem Wärmetauscher, die bzw. der unter Verwendung eines Verfahrens gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung (nämlich der bei der Anmelderin intern mit IC2115 bezeichneten Ausgestaltung) betrieben werden kann. Die Luftzerlegungsanlage ist stark vereinfacht veranschaulicht. Insbesondere wurde in der Darstellung auf eine Vielzahl weiterer Fluidströme und Apparate, wie Verdichter, Pumpen, Ventile sowie Säuleneinbauten und der gleichen verzichtet. Figure 7 illustrates an air separation plant with a heat exchanger that can be operated using a method according to an advantageous embodiment of the present invention (namely, the designation internally designated IC2115 by the applicant). The air separation plant is illustrated in a very simplified manner. In particular, the illustration was based on a Numerous other fluid flows and apparatuses, such as compressors, pumps, valves, as well as column internals and the like, are dispensed with.

Luftzerlegungsanlagen der gezeigten Art sind, wie erwähnt, vielfach an anderer Stelle beschrieben, beispielsweise bei H.-W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, inbesondere Abschnitt 2.2.5, "Cryogenic Rectification ". Für detaillierte Erläuterungen zu Aufbau und Funktionsweise sei daher auf entsprechende Fachliteratur verwiesen. Eine Luftzerlegungsanlage zum Einsatz der vorliegenden Erfindung kann auf unterschiedlichste Weise ausgebildet sein. Der Einsatz der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Ausgestaltung gemäß Figur 7 beschränkt.Air separation plants of the type shown are, as mentioned, often described elsewhere, for example at H.-W. Häring (ed.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, in particular Section 2.2.5, "Cryogenic Rectification For detailed explanations of the structure and mode of operation, reference is therefore made to corresponding specialist literature. An air separation plant for the use of the present invention can be designed in a wide variety of ways Figure 7 limited.

Der (Haupt-)Wärmetauscher 1 ist mit einem Wärmeaustauschbereich 10 veranschaulicht, der sich zwischen einem ersten Ende 11 und einem zweiten Ende 12 erstreckt. Wie nachfolgend im Detail erläutert, werden in einem ersten Betriebsmodus dem Wärmeaustauschbereich 10 mehrere abzukühlende erste Fluide (wobei hier nur ein Fluid veranschaulicht ist) am ersten Ende 11 auf einem ersten Temperaturniveau zugeführt und vom ersten Ende 11 zum zweiten Ende 12 durch den Wärmeaustauschbereich 10 geführt und dem Wärmeaustauschbereich 10 werden in dem ersten Betriebsmodus mehrere zu erwärmende zweite Fluide (auch hier ist nur ein Fluid veranschaulicht) am zweiten Ende 12 auf einem zweiten Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus zugeführt und vom zweiten Ende 12 zum ersten Ende 12 durch den Wärmeaustauschbereich 10 geführt.The (main) heat exchanger 1 is illustrated with a heat exchange area 10 which extends between a first end 11 and a second end 12. As explained in detail below, in a first operating mode, a plurality of first fluids to be cooled (only one fluid is illustrated here) are fed to the heat exchange region 10 at a first temperature level and guided from the first end 11 to the second end 12 through the heat exchange region 10 and the heat exchange area 10 in the first operating mode, a plurality of second fluids to be heated (again only one fluid is illustrated) are supplied at the second end 12 at a second temperature level below the first temperature level and are guided from the second end 12 to the first end 12 through the heat exchange area 10 ,

Der erste Betriebsmodus wird dabei in einem ersten Betriebszeitraum durchgeführt, der durch einen zweiten Betriebszeitraum unterbrochen wird, wobei im zweiten Betriebszeitraum die Zufuhr der ersten Fluide und der zweiten Fluide zu dem Wärmeaustauschbereich 10 unterbunden wird, und wobei in einem oder mehreren Teilzeiträumen des zweiten Betriebszeitraums in einem zweiten Betriebsmodus das erste Ende 11 des Wärmeaustauschbereichs 10 durch Beaufschlagen mit einem dritten Fluide, das oder die dem Wärmeaustauschbereich 10 am ersten Ende 11 zugeführt und in Richtung des zweiten Endes 12 durch den Wärmeaustauschbereich 10 geführt wird, auf das erste oder ein drittes Temperaturniveau, das sich um nicht mehr als 80 Kelvin von dem ersten Temperaturniveau unterscheidet, temperiert.The first operating mode is carried out in a first operating period, which is interrupted by a second operating period, the supply of the first fluids and the second fluids to the heat exchange region 10 being prevented in the second operating period, and wherein in one or more partial periods of the second operating period in a second mode of operation, the first end 11 of the heat exchange region 10 by applying a third fluid, which is supplied to the heat exchange region 10 at the first end 11 and guided in the direction of the second end 12 through the heat exchange region 10, to the first or a third temperature level, which differs from the first temperature level by no more than 80 Kelvin.

Ferner wird hier im zweiten Betriebsmodus das zweite Ende 11 des Wärmeaustauschbereichs 10, wie nachfolgend im Detail erläutert, durch Beaufschlagen mit einem vierten Fluid, das oder die dem Wärmeaustauschbereich 10 am zweiten Ende 12 zugeführt und in Richtung des ersten Endes 11 durch zumindest einen Teil des Wärmeaustauschbereichs 10 geführt wird, auf das zweite Temperaturniveau oder auf ein viertes Temperaturniveau, das sich um nicht mehr als 80 Kelvin von dem zweiten Temperaturniveau unterscheidet, temperiert.Furthermore, in the second operating mode, the second end 11 of the heat exchange region 10, as explained in detail below, is supplied with a fourth fluid which is supplied to the heat exchange region 10 at the second end 12 and in the direction of the first end 11 through at least part of the Heat exchange region 10 is performed, tempered to the second temperature level or to a fourth temperature level that does not differ from the second temperature level by more than 80 Kelvin.

In der in Figur 7 veranschaulichten Luftzerlegungsanlage wird in dem ersten Betriebsmodus dem (Haupt-) Wärmetauscher 1 ein verdichteter und aufgereinigter Einsatzluftstrom 601 über ein Ventil V4 zugeführt. Wie allgemein bekannt, können in einer entsprechende Luftzerlegungsanlage auch mehrere Einsatzluftströme auf unterschiedlichen Druck- und ggf. Temperaturniveaus sowie ggf. in unterschiedlicher Menge zugeführt werden.In the in Figure 7 Air separation plant illustrated in the first operating mode, the (main) heat exchanger 1 is supplied with a compressed and purified feed air stream 601 via a valve V4. As is generally known, a plurality of feed air streams at different pressure and, if appropriate, temperature levels and, if appropriate, in different amounts can also be supplied in a corresponding air separation plant.

Das zuvor erwähnte erste Fluid oder zumindest eines der ersten Fluide umfasst oder umfassen also verdichtete Luft. Diese wird nach einer Abkühlung im Wärmetauscher 1 einer Tieftemperaturrektifikation unter Verwendung einer auf einem ersten Druckniveau betriebenen ersten Rektifikationskolonne 21 ("Hochdrucksäule") und einer auf einem zweiten Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus betriebenen zweiten Rektifikationskolonne 22 ("Niederdrucksäule") unterworfen.The aforementioned first fluid or at least one of the first fluids comprises or comprise compressed air. After cooling in the heat exchanger 1, this is subjected to low-temperature rectification using a first rectification column 21 (“high pressure column”) operated at a first pressure level and a second rectification column 22 (“low pressure column”) operated at a second pressure level below the first pressure level.

Hierbei werden beliebige Luftprodukte gebildet, ggf. im (Haupt-) Wärmetauscher 1 erwärmt, und aus der Anlage ausgeführt. Dies ist hier am Beispiel eines stickstoffreichen Stoffstroms 602 aus der ersten Rektifikationskolonne 21 veranschaulicht, der über ein Ventil V5 zu einem Verbraucher geführt wird. Das Fluid kann auch insbesondere aus der ersten Rektifikationskolonne 21, ggf. über einen in Figur 7 nicht veranschaulichten Unterkühlungsgegenströmer, in die zweite Rektifikationskolonne 22 überführt werden. Die erste Rektifikationskolonne 21 und die zweite Rektifikationskolonne 22 können dabei insbesondere über einen Hauptkondensator 24 in wärmetauschender Verbindung stehen.Any air products are formed, possibly heated in the (main) heat exchanger 1, and carried out from the system. This is illustrated here using the example of a nitrogen-rich stream 602 from the first rectification column 21, which is led to a consumer via a valve V5. The fluid can also, in particular, from the first rectification column 21, possibly via an in Figure 7 Hypothermia counterflow, not illustrated, are transferred to the second rectification column 22. The first rectification column 21 and the second rectification column 22 can be in heat-exchanging connection, in particular via a main condenser 24.

Wird der reguläre Betrieb der in Figur 7 veranschaulichten Luftzerlegungsanlage, also der erste Betriebsmodus, unterbrochen und wird damit die Zufuhr des oder der ersten und des oder der zweiten Fluide zu dem Wärmetauscher und auch ein entsprechender Fluidaustausch mit der ersten Rektifikationskolonne 21 und der zweiten Rektifikationskolonne 22 unterbunden, regnet die jeweils vorhandene Flüssigkeit in der ersten Rektifikationskolonne 21 und der zweite Rektifikationskolonne 22 sowie in ggf. vorhandenen weiteren Rektifikationskolonnen ab und sammelt sich im Sumpf dieser jeweiligen Rektifikationskolonnen.Will the regular operation of the in Figure 7 illustrated air separation plant, that is, the first operating mode, is interrupted and thus the supply of the first or the first and the second fluids to the heat exchanger and also a corresponding one If fluid exchange with the first rectification column 21 and the second rectification column 22 is prevented, the liquid present in each case in the first rectification column 21 and the second rectification column 22 and in any further rectification columns which may be present rains off and collects in the sump of these respective rectification columns.

Nach Abschalten der in Figur 7 dargestellten Luftzerlegungsanlage, d.h. kurz nachdem der erste Betriebsmodus unterbrochen wurde, sind alle in Figur 7 veranschaulichten Ventile V1 bis V8 geschlossen. Durch Isolationsverluste wird Wärme eingetragen und der Druck in der ersten Rektifikationskolonne 21 erhöht sich. Das Ventil V8 wird dazu verwendet, um den Druck zu halten bzw. Überdruck durch Abblasen von Fluid aus der ersten Rektifikationskolonne 21 an die Atmosphäre (ATM) abzublasen.After switching off the in Figure 7 Air separation plant shown, ie shortly after the first operating mode was interrupted, are all in Figure 7 illustrated valves V1 to V8 closed. Insulation losses introduce heat and the pressure in the first rectification column 21 increases. The valve V8 is used to maintain the pressure or to release excess pressure by blowing off fluid from the first rectification column 21 to the atmosphere (ATM).

Nach einer gewissen Zeit (beispielsweise einer festen Zeit oder einem auf Grundlage einer Temperaturmessung am ersten Ende 11 und am zweiten Ende 12 der Wärmeaustauschstrecke 10 des Wärmetauschers 1) wird die Sumpfflüssigkeit benutzt, um periodisch einen Behälter B1 mit sich im Sumpf der ersten Rektifikationskolonne 21 und/oder der zweiten Rektifikationskolonne 22 sammelnder Flüssigkeit über das Ventil V1 und/oder das Ventil zu befüllen. In einem zweiten Schritt wird sodann der Druck in Behälter B1 durch Schließen des Ventils V1 und Öffnen des Ventils V2 mittels Verdampfung der Flüssigkeit in einem Wärmetauscher W1 erhöht. Ferner wird in diesem Zusammenhang das Ventil V8 geschlossen.After a certain time (for example a fixed time or based on a temperature measurement at the first end 11 and at the second end 12 of the heat exchange section 10 of the heat exchanger 1), the bottom liquid is used to periodically hold a container B1 with it in the sump of the first rectification column 21 and / or to fill the second rectification column 22 collecting liquid via the valve V1 and / or the valve. In a second step, the pressure in container B1 is then increased by closing valve V1 and opening valve V2 by means of evaporation of the liquid in a heat exchanger W1. In this context, valve V8 is also closed.

In einem nächsten Schritt wird das Ventil V3 geöffnet, um einem Wärmetauscher W2 einen bestimmten Mengenstrom zuzuführen, der durch diesen Wärmetauscher W2 vollständig verdampft und bei nahezu Umgebungstemperatur dem (Haupt-) Wärmetauscher 1 zugeführt wird. Das Ventil V6 dient nun zur Druckhaltung in der ersten Rektifikationskolonne 21. Auf diese Weise wird erreicht, dass gleich große warme und kalte Gasmengen in den (Haupt-)Wärmetauscher 1 einströmen und der (Haupt-) Wärmetauscher 1 am ersten Ende 11 der Wärmeaustauschstrecke auf nahezu Umgebungstemperatur erwärmt und am zweiten Ende 12 auf eine Temperatur nahe der Siedetemperatur in der ersten Rektifikationskolonne 21 abgekühlt wird.In a next step, the valve V3 is opened in order to supply a certain volume flow to a heat exchanger W2, which is completely evaporated by this heat exchanger W2 and is fed to the (main) heat exchanger 1 at almost ambient temperature. The valve V6 now serves to maintain the pressure in the first rectification column 21. In this way it is achieved that equally large amounts of warm and cold gas flow into the (main) heat exchanger 1 and the (main) heat exchanger 1 at the first end 11 of the heat exchange path almost heated to ambient temperature and cooled at the second end 12 to a temperature close to the boiling point in the first rectification column 21.

Der (Haupt-)Wärmetauscher 1 wird so lange durchströmt, bis der Flüssigkeitsstand im Behälter B1 einen bestimmten Stand unterschritten hat. Die Auslegung des Behälters B1 hat so zu erfolgen, dass die gespeicherte Flüssigkeitsmenge zum Wiederherstellen des Temperaturprofils im (Haupt-)Wärmetauscher 1 ausreicht.The (main) heat exchanger 1 is flowed through until the liquid level in the container B1 has fallen below a certain level. The design of the container B1 must be carried out in such a way that the amount of liquid stored is sufficient to restore the temperature profile in the (main) heat exchanger 1.

Mit anderen Worten wird oder werden in der hier veranschaulichten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung das dritte Fluid oder zumindest eines der dritten Fluide also unter Verwendung einer in der ersten Rektifikationskolonne 21 und/oder unter Verwendung einer in der zweiten Rektifikationskolonne 22 gebildeten sauerstoffangereicherten Fraktion gebildet und/oder das vierte Fluid oder zumindest eines der vierten Fluide wird oder werden unter Verwendung einer in der ersten Rektifikationskolonne 21 gebildeten Fraktion gebildet.In other words, in the embodiment of the present invention illustrated here, the third fluid or at least one of the third fluids is or are formed using an oxygen-enriched fraction formed in the first rectification column 21 and / or using a second rectification column 22 and / or the fourth fluid or at least one of the fourth fluids is or are formed using a fraction formed in the first rectification column 21.

In den Figuren 8A und 8B ist eine Anordnung 100 mit einem Wärmetauscher 1 gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung (intern mit IC2021 bezeichnet) schematisch dargestellt. Die Figuren 8A und 8B zeigen dabei zwei Betriebsmodi, wobei ein hier durchgängig als "erster" Betriebsmodus bezeichneter Betriebsmodus in Figur 8A und ein hier durchgängig als "zweiter" Betriebsmodus bezeichneter Betriebsmodus in Figur 8B dargestellt ist. Die Anordnung 100 ist beispielsweise Teil einer Anlage zur Bereitstellung von Flüssigstickstoff bzw. Verflüssigung von gasförmigem Stickstoff, die beispielsweise eine Luftzerlegungsanlage und weitere, wie die Luftzerlegungsanlage nicht dargestellte Komponenten umfasst. Wie mehrfach zuvor erläutert, eignet sich die vorliegende Erfindung insbesondere für die Verwendung im Zusammenhang mit Anlagen zur Verflüssigung gasförmiger Luftprodukte, da an diese selbst kein weiteres Rektifikationssystem mehr angebunden ist und diese daher bei Bedarf vereinfacht und häufiger außer Betrieb gesetzt werden können.In the Figures 8A and 8B An arrangement 100 with a heat exchanger 1 according to a particularly preferred embodiment of the invention (referred to internally as IC2021) is shown schematically. The Figures 8A and 8B show two operating modes, one operating mode referred to throughout here as the "first" operating mode in Figure 8A and an operating mode referred to here as "second" operating mode throughout Figure 8B is shown. The arrangement 100 is, for example, part of a plant for the provision of liquid nitrogen or liquefaction of gaseous nitrogen, which for example comprises an air separation plant and further components, such as the air separation plant, not shown. As explained several times before, the present invention is particularly suitable for use in connection with plants for the liquefaction of gaseous air products, since no further rectification system is connected to them themselves and, if necessary, they can therefore be simplified and put out of operation more frequently.

Der Wärmetauscher 1 ist mit einem Wärmeaustauschbereich 10 veranschaulicht, der sich zwischen einem ersten Ende 11 und einem zweiten Ende 12 erstreckt. Wie nachfolgend im Detail erläutert, werden in einem ersten Betriebsmodus dem Wärmeaustauschbereich 10 mehrere abzukühlende erste Fluide am ersten Ende 11 auf einem ersten Temperaturniveau zugeführt und vom ersten Ende 11 zum zweiten Ende 12 durch den Wärmeaustauschbereich 10 geführt und dem Wärmeaustauschbereich 10 werden in dem ersten Betriebsmodus mehrere zu erwärmende zweite Fluide am zweiten Ende 12 auf einem zweiten Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus zugeführt und vom zweiten Ende 12 zum ersten Ende 12 durch den Wärmeaustauschbereich 10 geführt.The heat exchanger 1 is illustrated with a heat exchange area 10 which extends between a first end 11 and a second end 12. As explained in detail below, in a first operating mode, a plurality of first fluids to be cooled are supplied to the heat exchange region 10 at the first end 11 at a first temperature level and are guided from the first end 11 to the second end 12 through the heat exchange region 10 and the heat exchange region 10 are in the first operating mode a plurality of second fluids to be heated at the second end 12 at a second temperature level fed below the first temperature level and guided from the second end 12 to the first end 12 through the heat exchange region 10.

Der erste Betriebsmodus wird dabei in einem ersten Betriebszeitraum durchgeführt, der durch einen zweiten Betriebszeitraum unterbrochen wird, wobei im zweiten Betriebszeitraum die Zufuhr der ersten Fluide und der zweiten Fluide zu dem Wärmeaustauschbereich 10 unterbunden wird, und wobei in einem oder mehreren Teilzeiträumen des zweiten Betriebszeitraums in einem zweiten Betriebsmodus das erste Ende 11 des Wärmeaustauschbereichs 10 durch Beaufschlagen mit einem dritten Fluid, das oder die dem Wärmeaustauschbereich 10 am ersten Ende 11 zugeführt und in Richtung des zweiten Endes 12 durch den Wärmeaustauschbereich 10 geführt wird, auf das erste oder ein drittes Temperaturniveau, das sich um nicht mehr als 80 Kelvin von dem ersten Temperaturniveau unterscheidet, temperiert. Ferner wird hier im zweiten Betriebsmodus das zweite Ende 11 des Wärmeaustauschbereichs 10 durch Beaufschlagen mit einem oder mehreren vierten Fluiden, das oder die dem Wärmeaustauschbereich 10 am zweiten Ende 12 zugeführt und in Richtung des ersten Endes 11 durch zumindest einen Teil des Wärmeaustauschbereichs 10 geführt wird oder werden, auf das zweite Temperaturniveau oder auf ein viertes Temperaturniveau, das sich um nicht mehr als 80 Kelvin von dem zweiten Temperaturniveau unterscheidet, temperiert wird.The first operating mode is carried out in a first operating period, which is interrupted by a second operating period, the supply of the first fluids and the second fluids to the heat exchange region 10 being prevented in the second operating period, and wherein in one or more partial periods of the second operating period in a second mode of operation, the first end 11 of the heat exchange region 10 by applying a third fluid, which is supplied to the heat exchange region 10 at the first end 11 and guided in the direction of the second end 12 through the heat exchange region 10, to the first or a third temperature level, which differs from the first temperature level by no more than 80 Kelvin. Furthermore, in the second operating mode, the second end 11 of the heat exchange region 10 is supplied with one or more fourth fluids, which is fed to the heat exchange region 10 at the second end 12 and is guided in the direction of the first end 11 through at least part of the heat exchange region 10 or are tempered to the second temperature level or to a fourth temperature level that does not differ from the second temperature level by more than 80 Kelvin.

Der Wärmeaustauschbereich 10 weist hier eine Anzahl von Wärmetauscherpassagen W-Z auf, wobei im ersten Betriebsmodus (der in Figur 8A dargestellt ist) das oder zumindest eines der ersten Fluide durch eine erste Teilmenge der Anzahl der Wärmetauscherpassagen W-Z und das oder zumindest eines der zweiten Fluide durch eine zweite, zu der ersten Teilmenge disjunkte Teilmenge der Anzahl der Wärmetauscherpassagen W-Z geführt wird oder werden und wobei im zweiten Betriebsmodus (Figur 8B) ein oder mehrere Stoffströme als das oder zumindest eines der vierten Fluide durch eine dritte Teilmenge der Anzahl der Wärmetauscherpassagen W-Z geführt und erwärmt und danach als das oder zumindest eines der dritten Fluide durch eine vierte Teilmenge der Wärmetauscherpassagen W-Z geführt und abgekühlt wird oder werden, wobei die dritte und die vierte Teilmenge einzeln jeweils kleiner als die erste und kleiner als die zweite Teilmenge sind.The heat exchange region 10 here has a number of heat exchanger passages WZ, wherein in the first operating mode (the one in FIG Figure 8A is shown) the or at least one of the first fluids is or will be guided by a first subset of the number of heat exchanger passages WZ and the or at least one of the second fluids will be guided by a second subset of the number of heat exchanger passages WZ which is disjoint from the first subset and wherein in the second Operation mode ( Figure 8B ) one or more material flows as the or at least one of the fourth fluids are passed through a third subset of the number of heat exchanger passages WZ and heated and then as the or at least one of the third fluids through a fourth subset of the heat exchanger passages WZ and is cooled, wherein the third and fourth subsets are individually smaller than the first and smaller than the second subset.

In dem ersten Betriebsmodus, der in Figur 8A veranschaulicht ist, und der einem Normalbetrieb der Anordnung 100 entspricht, d.h. einem Betrieb der Anordnung 100, in der eine zugehörige Anlage, beispielsweise eine Luftzerlegungsanlage, sich im Produktionsbetrieb befindet, wird ein gasförmiger Stickstoffstrom a zusammen mit einem Stickstoffstrom b in einer mehrstufigen Verdichteranordnung 2, der auf einer Zwischenstufe ein weiterer Stickstoffstrom c zugespeist wird, auf ein Verflüssigungsdruckniveau verdichtet. Der entsprechend verdichtete Stickstoff wird auf zwei Teilströme d und e aufgeteilt, von denen der Teilstrom d dem Wärmetauscher 1 bzw. dessen Wärmeaustauschbereich 10 am warmen (ersten) Ende 11 zugeführt wird. Der Teilstrom e wird in zwei Turbinenboostern 3 und 4 weiter verdichtet und anschließend ebenfalls dem Wärmetauscher 1 bzw. dem Wärmeaustauschbereich 10 an dessen warmem (ersten) Ende 11 zugeführt.In the first operating mode, which in Figure 8A is illustrated, and which corresponds to normal operation of the arrangement 100, ie operation of the arrangement 100, in which an associated plant, for example an air separation plant, is in production operation, a gaseous nitrogen stream a together with a nitrogen stream b in a multi-stage compressor arrangement 2, which is fed an additional nitrogen stream c at an intermediate stage, compressed to a condensing pressure level. The correspondingly compressed nitrogen is divided into two partial flows d and e, of which the partial flow d is fed to the heat exchanger 1 or its heat exchange region 10 at the warm (first) end 11. The partial flow e is further compressed in two turbine boosters 3 and 4 and then likewise fed to the heat exchanger 1 or the heat exchange area 10 at its warm (first) end 11.

Dem Wärmetauscher 1 bzw. dessen Wärmeaustauschbereich 10 am kalten (zweiten) Ende entnommener, verflüssigter Stickstoff, bei dem es sich um einen Teil des Teilstroms e handelt, wird über ein Ventil 5 in einen Behälter 6 geflasht. Vom Boden des Behälters 6 abgezogener flüssiger Stickstoff kann in Form eines flüssigen Stickstoffstroms f dem warmen Ende eines Unterkühlers 7 zugeführt werden, welcher unter Verwendung eines Teilstroms g des flüssigen Stickstoffstroms f, dessen Menge über ein Ventil 8 eingestellt wird, gekühlt wird. Der Teilstrom g wird nach Verdampfung in dem Unterkühler 7 in dem Wärmetauscher 1 weiter erwärmt und in Form des bereits erwähnten Stickstoffstroms b zur Verdichtung zurückgeführt. Der verbleibende Rest des flüssigen Stickstoffstroms f, hier in Form eines flüssigen Stickstoffstroms h veranschaulicht, kann beispielsweise als Produkt abgegeben bzw. in einen nicht dargestellten Tank eingespeichert werden.Liquefied nitrogen removed from the heat exchanger 1 or its heat exchange region 10 at the cold (second) end, which is part of the partial flow e, is flashed into a container 6 via a valve 5. Liquid nitrogen drawn off from the bottom of the container 6 can be fed in the form of a liquid nitrogen stream f to the warm end of a subcooler 7, which is cooled using a partial stream g of the liquid nitrogen stream f, the amount of which is adjusted via a valve 8. After evaporation in the subcooler 7, the partial stream g is further heated in the heat exchanger 1 and is returned for compression in the form of the nitrogen stream b already mentioned. The remaining remainder of the liquid nitrogen stream f, illustrated here in the form of a liquid nitrogen stream h, can, for example, be dispensed as a product or stored in a tank (not shown).

Die Turbinenbooster 3 und 4 werden unter Verwendung des Teilstroms d und eines weiteren Teilstroms des Teilstroms e, der hier mit i bezeichnet ist, angetrieben. Die Teilströme d und i werden dabei jeweils auf geeigneten Zwischentemperaturen dem Wärmetauscher 1 entnommen. Der entsprechend entspannte Teilstrom d wird dem Wärmetauscher 1 auf einer Zwischentemperatur zugeführt, in dem Wärmetauscher 1 mit Stickstoff, der gasförmig vom Kopf des Behälters 6 abgezogen und dem Wärmetauscher 1 am kalten Ende zugeführt wird, vereinigt, erwärmt und in Form des bereits erwähnten Stickstoffstroms c zur Verdichtung zurückgeführt. Der Teilstrom i wird nach einer entsprechenden Entspannung in den Behälter 6 eingespeist.The turbine boosters 3 and 4 are driven using the partial flow d and a further partial flow of the partial flow e, which is designated here by i. The partial flows d and i are each taken from the heat exchanger 1 at suitable intermediate temperatures. The correspondingly relaxed partial stream d is fed to the heat exchanger 1 at an intermediate temperature, in the heat exchanger 1 with nitrogen, which is drawn off in gaseous form from the head of the container 6 and is fed to the heat exchanger 1 at the cold end, heated and in the form of the nitrogen stream c already mentioned returned for compression. The partial stream i is fed into the container 6 after a corresponding expansion.

Die Wärmetauscherpassagen des Wärmetauschers 1 sind zur nachfolgenden Referenzierung mit W bis Z bezeichnet.The heat exchanger passages of the heat exchanger 1 are designated W to Z for the following referencing.

In einem zweiten Betriebsmodus, der in Figur 8B veranschaulicht ist, und der einem Betrieb der Anordnung 100 entspricht, der dann erfolgt, wenn eine zugehörige Anlage, beispielsweise eine Luftzerlegungsanlage, sich nicht im Produktionsbetrieb befindet, sind die zuvor erläuterten Komponenten, bis auf den Wärmetauscher 1, typischerweise nicht im Betrieb, wie mehrfach erläutert. Diese werden daher, ebenso wie die entsprechenden Stickstoffströme a bis i, hier nicht dargestellt. Dies gilt auch umgekehrt, d.h. in Figur 8A sind die in dem zweiten Betriebsmodus verwendeten Komponenten und gebildeten Stoffströme nicht dargestellt.In a second operating mode, which in Figure 8B is illustrated, and corresponds to an operation of the arrangement 100, which takes place when an associated plant, for example an air separation plant, is not in production operation, the components explained above, apart from the heat exchanger 1, are typically not in operation, as they are several times explained. Therefore, like the corresponding nitrogen flows a to i, these are not shown here. This also applies in reverse, ie in Figure 8A the components and material flows used in the second operating mode are not shown.

In dem zweiten Betriebsmodus wird einem beispielsweise mit einer Druckaufbauverdampfungseinrichtung 9 versehenen Tank 10 ein gasförmiger, kalter Stickstoffstrom k entnommen und dem kalten (zweiten) Ende des Wärmetauschers 1 bzw. dessen Wärmeaustauschbereichs 10 zugeführt. Hierbei handelt es sich also um ein im Rahmen der vorliegenden Anmeldung durchgängig als "viertes Fluid" bezeichnetes Fluid.In the second operating mode, a gaseous, cold nitrogen stream k is taken from a tank 10 provided, for example, with a pressure build-up evaporation device 9 and fed to the cold (second) end of the heat exchanger 1 or its heat exchange region 10. This is a fluid that is referred to throughout the scope of the present application as the "fourth fluid".

Der am warmen Ende dem Wärmetauscher 1 entnommene Stickstoffstrom k kann insbesondere durch einen luftbeheizten Wärmetauscher 11 geführt und anschließend am warmen Ende erneut in den Wärmetauscher 1 eingespeist werden. Hierbei handelt es sich also um ein im Rahmen der vorliegenden Anmeldung durchgängig als "drittes Fluid" bezeichnetes Fluid.Der Stickstoffstrom d wird anschließend aus der Anordnung 100 ausgeführt, beispielsweise an die Atmosphäre abgeblasen.The nitrogen stream k removed from the heat exchanger 1 at the warm end can in particular be passed through an air-heated heat exchanger 11 and then fed back into the heat exchanger 1 at the warm end. This is a fluid that is referred to throughout the scope of the present application as "third fluid". The nitrogen stream d is then carried out from the arrangement 100, for example blown off to the atmosphere.

Der Stickstoffstrom k wird im zweiten Betriebsmodus in dem hier dargestellten Beispiel durch die Wärmetauscherpassagen Y geführt, von denen ein Teil zur Erwärmung und ein Teil zur anschließenden Abkühlung verwendet wird, wie nachfolgend erläutert.In the second operating mode in the example shown here, the nitrogen stream k is passed through the heat exchanger passages Y, some of which are used for heating and some for the subsequent cooling, as explained below.

Figur 9 zeigt eine Layeranordnung 200 eines gemäß einer Ausführungsform der Erfindung betreibbaren Wärmetauschers, beispielsweise des in Figur 8A und 8B gezeigten Wärmetauschers 1 bzw. dessen Wärmeaustauschbereichs 10, in schematischer Darstellung. Figure 9 shows a layer arrangement 200 of a heat exchanger operable according to an embodiment of the invention, for example that in FIG Figures 8A and 8B shown heat exchanger 1 or its heat exchange area 10, in a schematic representation.

Mit W, X, Y und Z sind dabei Passagen für unterschiedliche Fluide durch den Wärmetauscher veranschaulicht, wobei es sich bei den insgesamt fünf im Fettdruck hervorgehobenen Passagen Y um solche für Niederdruckstickstoff handelt, in welchen beispielsweise die Stoffströme g und k gemäß Figur 8A bzw. 8B in der oben beschriebenen Weise geführt werden können.W, X, Y and Z illustrate passages for different fluids through the heat exchanger, the five passages Y highlighted in bold type being those for low-pressure nitrogen, in which, for example, the material flows g and k correspond Figure 8A and 8B can be performed in the manner described above.

Die fünf mit Y bezeichneten Passagen werden beispielsweise auf zwei Header mit jeweils 2 bzw. 3 Passagen aufgeteilt. Im Normalbetrieb, d.h. dem in Figur 8A veranschaulichten ersten Betriebsmodus, werden alle fünf Passagen parallel mit Stickstoff, beispielsweise des Stickstoffstroms g, durchströmt. Steht die zugehörige Anlage still, d.h. liegt der in Figur 8B veranschaulichte zweite Betriebsmodus vor, werden zwei Passagen mit kaltem und drei Passagen mit warmem Gas beaufschlagt, d.h. beispielsweise der Stoffstrom k gemäß Figur 8B wird in zwei Passagen vom kalten zum warmen Ende und in drei Passagen vom warmen zum kalten Ende des Wärmetauschers 1 geführt.The five passages labeled Y are divided, for example, into two headers, each with 2 or 3 passages. In normal operation, ie in Figure 8A illustrated first operating mode, all five passages are flowed through in parallel with nitrogen, for example the nitrogen stream g. If the associated system is at a standstill, ie the is in Figure 8B illustrated second mode of operation before, two passages with cold and three passages with warm gas, ie for example the material flow k according to Figure 8B is conducted in two passages from the cold to the warm end and in three passages from the warm to the cold end of the heat exchanger 1.

In dem in Figur 8A veranschaulichten ersten Betriebsmodus wird der Stickstoffstrom g beispielsweise in einer Menge von 3.030 Normkubikmetern pro Stunde, auf einem Druckniveau von 1,2 bar und auf einem Temperaturniveau von 94 K dem Wärmetauscher 1 zugeführt. Der Druckverlust im Wärmetauscher 1 beträgt beispielsweise 130 mbar. Es kann beispielsweise auch eine Verteilung des Stickstoffstroms g auf mehrere Header erfolgen. In dem in Figur 8B veranschaulichten zweiten Betriebsmodus wird der Stickstoffstrom beispielsweise in einer Menge von 1.200 Normkubikmetern pro Stunde, auf einem Druckniveau von 1,2 bar und auf einem Temperaturniveau von 80 bis 95 K bereitgestellt. Der Druckverlust betrage unter diesen Bedingungen beispielsweise 80 mbar. Damit kann eine Aufteilung der in den in dem ersten Betriebsmodus genutzten Wärmetauscherpassagen für den zweiten Betriebsmodus in der erläuterten Weise erfolgen, bei der etwa die Hälfte zur Erwärmung und etwa die Hälfte zur Abkühlung des Stickstoffstroms k genutzt wird, weil hierbei vergleichbare Strömungsbedingungen erzielt werden können.In the in Figure 8A Illustrated first operating mode, the nitrogen stream g is fed to the heat exchanger 1, for example in an amount of 3,030 standard cubic meters per hour, at a pressure level of 1.2 bar and at a temperature level of 94 K. The pressure loss in the heat exchanger 1 is, for example, 130 mbar. For example, the nitrogen stream g can also be distributed over several headers. In the in Figure 8B Illustrated second operating mode, the nitrogen flow is provided, for example, in a quantity of 1,200 standard cubic meters per hour, at a pressure level of 1.2 bar and at a temperature level of 80 to 95 K. The pressure loss under these conditions is, for example, 80 mbar. This allows the heat exchanger passages used in the first operating mode to be divided for the second operating mode in the manner explained, in which approximately half is used for heating and approximately half for cooling the nitrogen stream k, because comparable flow conditions can be achieved.

Einen Einfluss auf den Temperaturverlauf im Stillstand, d.h. dem zu Figur 8B erläuterten zweiten Betriebsmodus, hat insbesondere der Isolationsverlust. Dieser sollte nach Möglichkeit verringert werden. Hierzu wird auf die in den Figuren 10 bis 12 gezeigten Wärmeaustauschdiagramme verwiesen, in denen jeweils eine Blocklänge eines entsprechenden Wärmetauschers in Zentimetern auf der Abszisse und eine Metalltemperatur in °C auf der Ordinate aufgetragen ist.An influence on the temperature profile at standstill, that is to say Figure 8B explained second operating mode, in particular has the insulation loss. If possible, this should be reduced. For this purpose, the in the Figures 10 to 12 shown heat exchange diagrams, in each of which a block length of a corresponding heat exchanger in centimeters is plotted on the abscissa and a metal temperature in ° C on the ordinate.

Die in den Wärmeaustauschdiagrammen der Figuren 10 bis 12 dargestellten Graphen 901 und 902 stellen jeweils Temperaturen in einem Wärmetauscher über die Länge des Wärmetauschers dar. Hierbei handelt es sich um den Wärmetauscher, der zu Figur 8A bzw. 8B erläutert wurde. Die Graphen 901 stellen dabei die Temperatur im zweiten Betriebsmodus dar, in dem jeweils drei Passagen von warmem und zwei Passagen von kaltem Gas durchströmt werden. Die Graphen 902 stellen entsprechend die Temperatur im ersten Betriebsmodus dar.The in the heat exchange diagrams of the Figures 10 to 12 Graphs 901 and 902 shown each represent temperatures in a heat exchanger over the length of the heat exchanger. This is the heat exchanger that is to be Figure 8A or 8B was explained. The graphs 901 represent the temperature in the second operating mode, in which three passages of warm and two passages of cold gas flow through. The graphs 902 accordingly represent the temperature in the first operating mode.

Figur 10 bezieht sich dabei auf einen Fall, in dem ein Isolationsverlust von 22,14 kW angenommen wurde. In diesem Fall entsprechen die Eintritts- und Austrittstemperaturen der warmen und kalten Ströme in den bzw. aus dem Wärmetauscher einander weitgehend, so dass das eingangs erläuterte Problem, dass aufgrund unterschiedlicher Massenströme im Stand der Technik auftritt, im Rahmen der dargestellten Ausführungsform der Erfindung gelöst ist. Ein maximaler Temperaturunterschied zwischen den warmen und kalten Strömen beträgt gemäß dem in Figur 10 gezeigten Wärmeaustauschdiagramm ca. 60 K. Figure 10 refers to a case in which an insulation loss of 22.14 kW was assumed. In this case, the inlet and outlet temperatures of the hot and cold flows into and from the heat exchanger largely correspond to one another, so that the problem explained at the outset that occurs due to different mass flows in the prior art is solved within the scope of the illustrated embodiment of the invention , A maximum temperature difference between the warm and cold currents is according to the in Figure 10 heat exchange diagram shown approx. 60 K.

In dem in Figur 11 veranschaulichten Fall wurde ein Isolationsverlust von nur noch 12 kW angenommen. Bei weitgehend identischen Eintritts-und Austrittstemperaturen wie in dem in dem Wärmeaustauschdiagramm der Figur 10 veranschaulichten Fall ergibt sich lediglich noch ein Temperaturunterschied von 35 K.In the in Figure 11 illustrated case, an insulation loss of only 12 kW was assumed. With largely identical inlet and outlet temperatures as in that in the heat exchange diagram of FIG Figure 10 illustrated case, there is only a temperature difference of 35 K.

Das in Figur 12 veranschaulichte Wärmeaustauschdiagramm bezieht sich auf einen Fall, in dem der Stickstoffstrom auf 3500 Normkubikmeter pro Stunde erhöht wurde. Die Isolationsverluste betragen 22,14 kW. Auch hierbei reduzieren sich gegenüber dem in Figur 3 veranschaulichten Fall die Temperaturunterschiede deutlich.This in Figure 12 The heat exchange diagram illustrated relates to a case in which the nitrogen flow has been increased to 3500 standard cubic meters per hour. The insulation losses are 22.14 kW. Here, too, are reduced compared to the in Figure 3 illustrated the temperature differences clearly.

Claims (15)

Verfahren zum Betreiben eines Wärmetauschers (1) mit einem Wärmeaustauschbereich (10), der sich zwischen einem ersten Ende (11) und einem zweiten Ende (12) erstreckt, wobei in einem ersten Betriebsmodus dem Wärmeaustauschbereich (10) ein oder mehrere abzukühlende erste Fluide am ersten Ende (11) auf einem ersten Temperaturniveau zugeführt und vom ersten Ende (11) zum zweiten Ende (12) durch den Wärmeaustauschbereich (10) geführt wird oder werden und dem Wärmeaustauschbereich (10) ein oder mehrere zu erwärmende zweite Fluide am zweiten Ende (12) auf einem zweiten Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus zugeführt und vom zweiten Ende (12) zum ersten Ende (12) durch den Wärmeaustauschbereich (10) geführt wird oder werden, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Betriebsmodus in einem ersten Betriebszeitraum durchgeführt wird, der durch einen zweiten Betriebszeitraum unterbrochen wird, dass im zweiten Betriebszeitraum die Zufuhr des oder der ersten Fluide und des oder der zweiten Fluide zu dem Wärmeaustauschbereich (10) unterbunden wird, und dass in einem oder mehreren Teilzeiträumen des zweiten Betriebszeitraums in einem zweiten Betriebsmodus das erste Ende (11) des Wärmeaustauschbereichs (10) durch Beaufschlagen mit einem oder mehreren dritten Fluiden, das oder die dem Wärmeaustauschbereich (10) am ersten Ende (11) zugeführt und in Richtung des zweiten Endes (12) durch zumindest einen Teil des Wärmeaustauschbereichs (10) geführt wird oder werden, auf das erste Temperaturniveau oder ein drittes Temperaturniveau, das sich um nicht mehr als 80 Kelvin von dem ersten Temperaturniveau unterscheidet, temperiert wird.Method for operating a heat exchanger (1) with a heat exchange area (10) which extends between a first end (11) and a second end (12), wherein in a first operating mode the heat exchange area (10) has one or more first fluids to be cooled first end (11) is fed at a first temperature level and is or are guided from the first end (11) to the second end (12) through the heat exchange region (10) and the heat exchange region (10) has one or more second fluids to be heated at the second end ( 12) is fed at a second temperature level below the first temperature level and is or are led from the second end (12) to the first end (12) through the heat exchange area (10), characterized in that the first operating mode is carried out in a first operating period which is interrupted by a second operating period that in the second operating period the supply of the first fluid or fluids and de s or the second fluid to the heat exchange area (10), and that in one or more partial periods of the second operating period in a second operating mode, the first end (11) of the heat exchange area (10) by applying one or more third fluids, the or which are fed to the heat exchange area (10) at the first end (11) and are guided in the direction of the second end (12) through at least part of the heat exchange area (10), to the first temperature level or a third temperature level, which is no longer than 80 Kelvin from the first temperature level, is tempered. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im ersten Betriebsmodus nur das oder die ersten Fluide vom ersten Ende (11) zum zweiten Ende (12) durch den Wärmeaustauschbereich (10) geführt wird oder werden, bei dem im zweiten Betriebsmodus nur das oder die zweiten Fluide vom ersten Ende (11) zum zweiten Ende (12) durch den Wärmeaustauschbereich (10) geführt wird oder werden, und bei dem eine Gesamtmenge des oder der im ersten Betriebsmodus vom ersten Ende (11) zum zweiten Ende (12) durch den Wärmeaustauschbereich (10) geführten ersten Fluide größer als eine Gesamtmenge des oder der im zweiten Betriebsmodus vom ersten Ende (11) zu dem zweiten Ende (12) durch den Wärmetauscher (1) geführten zweiten Fluide ist.A method according to claim 1, in which in the first operating mode only the first fluid or fluids is or are passed from the first end (11) to the second end (12) through the heat exchange area (10), in the second operating mode only the second fluid or fluids from the first end (11) to the second end (12) through the heat exchange area (10), and in which a total of the or in the first operating mode from the first end (11) to the second end (12) through the heat exchange area ( 10) guided first fluids greater than a total of the one or more in the second Operating mode from the first end (11) to the second end (12) through the heat exchanger (1) second fluids. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem im zweiten Betriebsmodus das zweite Ende (11) des Wärmeaustauschbereichs (10) durch Beaufschlagen mit dem oder den dritten Fluiden temperiert wird.Method according to Claim 1 or 2, in which, in the second operating mode, the second end (11) of the heat exchange region (10) is tempered by applying the third fluid or fluids. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das erste Fluid oder zumindest eines der ersten Fluide und das dritte Fluid oder zumindest eines der dritten Fluide jeweils verdichtete Luft umfasst oder umfassen, die nach dem Führen durch den Wärmeaustauschbereich (10) im ersten Betriebsmodus einer Tieftemperaturrektifikation in einer Rektifikationseinheit (20) unterworfen und nach dem Führen durch den Wärmeaustauschbereich (10) im zweiten Betriebsmodus zum Erwärmen der Rektifikationseinheit (20) verwendet wird.The method of claim 3, wherein the first fluid or at least one of the first fluids and the third fluid or at least one of the third fluids each comprise compressed air which, after passing through the heat exchange region (10) in the first operating mode, undergoes low temperature rectification in a Rectification unit (20) and after passing through the heat exchange area (10) is used in the second operating mode for heating the rectification unit (20). Verfahren nach Anspruch 4, bei dem eine Rektifikationseinheit (20) mit einer ersten Rektifikationskolonne (21), einer zweiten Rektifikationskolonne (22) und einem Unterkühler (23) verwendet wird, wobei in dem zweiten Betriebsmodus die Luft nach dem Führen durch den Wärmeaustauschbereich (10) in die erste Rektifikationskolonne (21) eingespeist, Fluid über einen Sumpfabzug aus der ersten Rektifikationskolonne (21) entnommen, durch den Unterkühler (23) geführt, in die zweite Rektifikationskolonne (22) eingespeist und über einen Kopfabzug aus der zweiten Rektifikationskolonne (22) ausgeleitet wird.Method according to Claim 4, in which a rectification unit (20) with a first rectification column (21), a second rectification column (22) and a subcooler (23) is used, wherein in the second operating mode the air after passing through the heat exchange area (10 ) fed into the first rectification column (21), fluid removed via a bottom draw from the first rectification column (21), passed through the subcooler (23), fed into the second rectification column (22) and via a top draw from the second rectification column (22) is diverted. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem im zweiten Betriebsmodus das zweite Ende (11) des Wärmeaustauschbereichs (10) durch Beaufschlagen mit einem oder mehreren vierten Fluiden, das oder die dem Wärmeaustauschbereich (10) am zweiten Ende (12) zugeführt und in Richtung des ersten Endes (11) durch zumindest einen Teil des Wärmeaustauschbereichs (10) geführt wird oder werden, auf das zweite Temperaturniveau oder auf ein viertes Temperaturniveau, das sich um nicht mehr als 80 Kelvin von dem zweiten Temperaturniveau unterscheidet, temperiert wird.Method according to one of the preceding claims, in which, in the second operating mode, the second end (11) of the heat exchange region (10) is supplied by one or more fourth fluids and which is supplied to the heat exchange region (10) at the second end (12) and towards of the first end (11) is or are passed through at least part of the heat exchange region (10), to the second temperature level or to a fourth temperature level which differs from the second temperature level by no more than 80 Kelvin. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem im ersten Betriebsmodus über den Wärmeaustauschbereich (10) ein erster Temperaturverlauf vom ersten Temperaturniveau am ersten Ende (11) auf das zweite Temperaturniveau am zweiten Ende (12) ausgebildet wird, und bei dem im zweiten Betriebsmodus über den Wärmeaustauschbereich (10) ein zweiter Temperaturverlauf vom ersten Temperaturniveau am ersten Ende (11) auf das zweite Temperaturniveau am zweiten Ende (12) ausgebildet wird, der an keiner Stelle um mehr als 80 Kelvin vom ersten Temperaturverlauf abweicht.Method according to Claim 6, in which, in the first operating mode, a first temperature profile from the first over the heat exchange region (10) Temperature level at the first end (11) is formed to the second temperature level at the second end (12), and in which in the second operating mode via the heat exchange area (10) a second temperature profile from the first temperature level at the first end (11) to the second temperature level at the second End (12) is formed, which at no point deviates by more than 80 Kelvin from the first temperature profile. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das erste Fluid oder zumindest eines der ersten Fluide verdichtete Luft umfasst oder umfassen, die nach der Abkühlung im Wärmetauscher (1) einer Tieftemperaturrektifikation unter Verwendung einer auf einem ersten Druckniveau betriebenen ersten Rektifikationskolonne (21) und einer auf einem zweiten Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus betriebenen zweiten Rektifikationskolonne (22) unterworfen wird, wobei das dritte Fluid oder zumindest eines der dritten Fluide unter Verwendung einer in der ersten Rektifikationskolonne (21) und/oder unter Verwendung einer in der zweiten Rektifikationskolonne (22) gebildeten sauerstoffangereicherten Fraktion gebildet wird oder werden und/oder wobei das vierte Fluid oder zumindest eines der vierten Fluide unter Verwendung einer in der ersten Rektifikationskolonne (21) gebildeten Fraktion gebildet wird oder werden.The method of claim 7, wherein the first fluid or at least one of the first fluids comprises compressed air which, after cooling in the heat exchanger (1), undergoes low temperature rectification using a first rectification column (21) operated at a first pressure level and one on one is subjected to a second pressure level below the first pressure level operated second rectification column (22), wherein the third fluid or at least one of the third fluids using an oxygen-enriched formed in the first rectification column (21) and / or using an in the second rectification column (22) Fraction is or are formed and / or wherein the fourth fluid or at least one of the fourth fluids is or are formed using a fraction formed in the first rectification column (21). Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem das dritte Fluid oder zumindest eines der dritten Fluide dadurch gebildet wird, dass ein Teil der in der ersten Rektifikationskolonne (21) und/oder der zweiten Rektifikationskolonne (22) gebildeten sauerstoffangereicherten Fraktion aus der ersten und/oder der zweiten Rektifikationskolonne (22) intermittierend entnommen, druckerhöht, auf das erste Temperaturniveau oder das dritte Temperaturniveau erwärmt und dem Wärmeaustauschbereich (10) am ersten Ende (11) zugeführt wird und/oder bei dem das vierte Fluid oder zumindest eines der vierten Fluide dadurch gebildet wird, dass ein Teil der in der zweiten Rektifikationskolonne (22) gebildeten stickstoffreichen Fraktion der zweiten Rektifikationskolonne (22) entnommen und auf dem zweiten Temperaturniveau oder dem vierten Temperaturniveau dem Wärmeaustauschbereich (10) am zweiten Ende (12) zugeführt wird.Method according to Claim 6 or 7, in which the third fluid or at least one of the third fluids is formed in that a part of the oxygen-enriched fraction from the first and / / formed in the first rectification column (21) and / or the second rectification column (22) or intermittently removed from the second rectification column (22), increased in pressure, heated to the first temperature level or the third temperature level and fed to the heat exchange region (10) at the first end (11) and / or in which the fourth fluid or at least one of the fourth fluids thereby it is formed that a part of the nitrogen-rich fraction formed in the second rectification column (22) is taken from the second rectification column (22) and fed to the heat exchange region (10) at the second end (12) at the second temperature level or the fourth temperature level. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem der Wärmeaustauschbereich (10) eine Anzahl von Wärmetauscherpassagen (W-Z) umfasst, wobei im ersten Betriebsmodus das oder zumindest eines der ersten Fluide durch eine erste Teilmenge der Anzahl der Wärmetauscherpassagen (W-Z) und das oder zumindest eines der zweiten Fluide durch eine zweite, zu der ersten Teilmenge disjunkte Teilmenge der Anzahl der Wärmetauscherpassagen (W-Z) geführt wird oder werden und wobei im zweiten Betriebsmodus ein oder mehrere Stoffströme als das oder zumindest eines der vierten Fluide durch eine dritte Teilmenge der Anzahl der Wärmetauscherpassagen (W-Z) geführt und erwärmt und danach als das oder zumindest eines der dritten Fluide durch eine vierte Teilmenge der Wärmetauscherpassagen (W-Z) geführt und abgekühlt wird oder werden, wobei die dritte und die vierte Teilmenge einzeln jeweils kleiner als die erste und kleiner als die zweite Teilmenge sind.A method according to claim 6 or 7, wherein the heat exchange area (10) comprises a number of heat exchanger passages (WZ), the first Operating mode the or at least one of the first fluids is or will be guided through a first subset of the number of heat exchanger passages (WZ) and the or at least one of the second fluids through a second subset of the number of heat exchanger passages (WZ) which is disjoint from the first subset and where in the second operating mode, one or more material flows as the or at least one of the fourth fluids are led and heated through a third subset of the number of heat exchanger passages (WZ) and thereafter as the or at least one of the third fluids through a fourth subset of the heat exchanger passages (WZ) and is or are cooled, the third and fourth subset individually being smaller than the first and smaller than the second subset. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die dritte und die vierte Teilmenge disjunkte Teilmengen der ersten Teilmenge sind, oder bei der die dritte und die vierte Teilmenge disjunkte Teilmengen der zweiten Teilmenge sind, oder bei dem die dritte Teilmenge eine Teilmenge der ersten Teilmenge und die vierte Teilmenge eine Teilmenge der zweiten Teilmenge ist, oder bei dem die dritte Teilmenge eine Teilmenge der zweiten Teilmenge und die vierte Teilmenge eine Teilmenge der ersten Teilmenge ist.The method of claim 10, wherein the third and fourth subsets are disjoint subsets of the first subset, or wherein the third and fourth subsets are disjoint subsets of the second subset, or wherein the third subset is a subset of the first subset and the fourth Subset is a subset of the second subset, or in which the third subset is a subset of the second subset and the fourth subset is a subset of the first subset. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, bei dem das oder die vierten Fluide in dem zweiten Betriebsmodus nach der Erwärmung und vor der Verwendung als das oder zumindest eines der vierten Fluide einer weiteren Erwärmung, insbesondere unter Verwendung eines luftbeheizten Wärmetauschers, unterworfen wird.Method according to one of claims 10 or 11, wherein the or the fourth fluid in the second operating mode after the heating and before use as the or at least one of the fourth fluids is subjected to further heating, in particular using an air-heated heat exchanger. Anordnung (100) mit einem Wärmetauscher (1), der einem Wärmeaustauschbereich (10), der sich zwischen einem ersten Ende (11) und einem zweiten Ende (12) erstreckt, aufweist, wobei die Anordnung Mittel aufweist, die dafür eingerichtet sind, in einem ersten Betriebsmodus dem Wärmeaustauschbereich (10) ein oder mehrere abzukühlende erste Fluide am ersten Ende (11) auf einem ersten Temperaturniveau zuzuführen und vom ersten Ende (11) zum zweiten Ende (12) durch den Wärmeaustauschbereich (10) zu führen und dem Wärmeaustauschbereich (10) ein oder mehrere zu erwärmende zweite Fluide am zweiten Ende (12) auf einem zweiten Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus zuzuführen und vom zweiten Ende (12) zum ersten Ende (12) durch den Wärmeaustauschbereich (10) zu führen, gekennzeichnet durch Mittel, die dafür eingerichtet sind, den ersten Betriebsmodus in einem ersten Betriebszeitraum durchzuführen, der durch einen zweiten Betriebsmodus unterbrochen wird, und in einem oder mehreren Teilzeiträumen des zweiten Betriebszeitraums einen zweiten Betriebsmodus durchzuführen, in dem sie das erste Ende (11) des Wärmeaustauschbereichs (10) durch Beaufschlagen mit einem oder mehreren dritten Fluiden, das oder die dem Wärmeaustauschbereich (10) am ersten Ende zugeführt und in Richtung des zweiten Endes (12) durch zumindest einen Teil des Wärmeaustauschbereichs (10) geführt wird oder werden, auf das erste Temperaturniveau oder ein drittes Temperaturniveau, das sich um nicht mehr als 80 Kelvin von dem ersten Temperaturniveau unterscheidet, temperieren.Arrangement (100) with a heat exchanger (1), which has a heat exchange region (10), which extends between a first end (11) and a second end (12), the arrangement having means which are arranged for this purpose in in a first operating mode, supplying one or more first fluids to be cooled to the heat exchange region (10) at the first end (11) at a first temperature level and to guide them from the first end (11) to the second end (12) through the heat exchange region (10) and to the heat exchange region ( 10) one or more second fluids to be heated at the second end (12) at a second temperature level supply below the first temperature level and from the second end (12) to the first end (12) through the heat exchange area (10), characterized by means which are adapted to carry out the first operating mode in a first operating period, that by a second operating mode is interrupted, and in one or more partial periods of the second operating period, to carry out a second operating mode in which the first end (11) of the heat exchange region (10) is acted upon by one or more third fluids, or the heat exchange region (10) on the first End fed and in the direction of the second end (12) through at least a portion of the heat exchange region (10) or are tempered to the first temperature level or a third temperature level which differs by no more than 80 Kelvin from the first temperature level. Anlage, gekennzeichnet durch eine Anordnung (100) nach Anspruch 13, wobei die Anlage ferner zur Bereitstellung des oder zumindest eines der zu abzukühlenden Fluide in dem ersten Betriebsmodus eingerichtet ist.System, characterized by an arrangement (100) according to claim 13, wherein the system is further configured to provide the or at least one of the fluids to be cooled in the first operating mode. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Anlage zum Speichern und Rückgewinnen von Energie unter Verwendung von Flüssigluft oder als Luftzerlegungsanlage ausgebildet ist oder eine Einrichtung zur Verflüssigung eines gasförmigen Luftprodukts umfasst.Plant according to claim 14, characterized in that it is designed as a plant for storing and recovering energy using liquid air or as an air separation plant or comprises a device for liquefying a gaseous air product.
EP18020280.6A 2018-06-25 2018-06-25 Method for operating a heat exchanger, assembly with a heat exchanger and air processing installation with such an assembly Withdrawn EP3587971A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18020280.6A EP3587971A1 (en) 2018-06-25 2018-06-25 Method for operating a heat exchanger, assembly with a heat exchanger and air processing installation with such an assembly

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18020280.6A EP3587971A1 (en) 2018-06-25 2018-06-25 Method for operating a heat exchanger, assembly with a heat exchanger and air processing installation with such an assembly

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3587971A1 true EP3587971A1 (en) 2020-01-01

Family

ID=62791481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP18020280.6A Withdrawn EP3587971A1 (en) 2018-06-25 2018-06-25 Method for operating a heat exchanger, assembly with a heat exchanger and air processing installation with such an assembly

Country Status (1)

Country Link
EP (1) EP3587971A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4246070A1 (en) * 2022-08-31 2023-09-20 Linde GmbH Gas liquefaction method and gas liquefaction plant

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3032203A1 (en) 2014-12-09 2016-06-15 Linde Aktiengesellschaft Method and combination system for storing and recovering energy
JP2016183793A (en) * 2015-03-25 2016-10-20 新日鐵住金株式会社 Deep cold air separation system
DE102015015686A1 (en) * 2015-12-03 2017-06-22 Linde Aktiengesellschaft Process for heating cryogenic gas separators

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3032203A1 (en) 2014-12-09 2016-06-15 Linde Aktiengesellschaft Method and combination system for storing and recovering energy
JP2016183793A (en) * 2015-03-25 2016-10-20 新日鐵住金株式会社 Deep cold air separation system
DE102015015686A1 (en) * 2015-12-03 2017-06-22 Linde Aktiengesellschaft Process for heating cryogenic gas separators

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Industrial Gases Processing", 2006, WILEY-VCH
"The Standards of the Brazed Aluminium Plate-Fin Heat Exchanger Manufacturers' Association", 2000

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4246070A1 (en) * 2022-08-31 2023-09-20 Linde GmbH Gas liquefaction method and gas liquefaction plant

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2980514A1 (en) Method for the low-temperature decomposition of air and air separation plant
EP4018143A1 (en) Method for operating a heat exchanger, arrangement with a heat exchanger, and system with a corresponding arrangement
EP3019803B1 (en) Method and device for oxygen production by low-temperature separation of air at variable energy consumption
EP2520886A1 (en) Method and device for creating gaseous oxygen pressurised product by the cryogenic decomposition of air
EP3193114B1 (en) Method for obtaining an air product in an air separation assembly and air separation assembly
WO2020083528A1 (en) Method and unit for low-temperature air separation
WO2016015850A1 (en) Production of an air product in an air separation plant with cold storage unit
EP2979051B1 (en) Method and device for producing gaseous compressed oxygen having variable power consumption
EP3196573A1 (en) Method for obtaining an air product and air decomposition system
WO2015003808A2 (en) Method for producing at least one air product, air separation system, method and device for producing electrical energy
EP3587971A1 (en) Method for operating a heat exchanger, assembly with a heat exchanger and air processing installation with such an assembly
DE3709588A1 (en) DEVICE FOR THE DISASSEMBLY OF GASES BY MEANS OF COAXIAL INTERLECTED RECTIFICATION COLONES
WO2020011396A1 (en) Method for operating a heat exchanger, arrangement comprising a heat exchanger, and air processing system comprising a corresponding arrangement
WO2019201475A1 (en) Method for operating a heat exchanger, assembly comprising a heat exchanger, and air preparing system comprising a corresponding assembly
EP4065910A1 (en) Process and plant for low-temperature fractionation of air
EP3948124B1 (en) Method for operating a heat exchanger, assembly with heat exchanger and system with corresponding assembly
WO2021078405A1 (en) Method and system for low-temperature air separation
EP2770286B1 (en) Method and apparatus for the production of high pressure oxygen and high pressure nitrogen
EP2824407A1 (en) Method for generating at least one air product, air separation plant, method and device for generating electrical energy
EP4081747A1 (en) Process and plant for provision of an oxygen product
EP3176526A1 (en) Method and assembly for transferring fluid
DE102018009780A1 (en) Process and plant for the low-temperature separation of air
EP2784420A1 (en) Method for air separation and air separation plant
DE102010021798A1 (en) Process and device for separating a mixture by distillation
DE102011113671A1 (en) Method for cryogenic separation of air in distillation column system for nitrogen-oxygen separation, involves using portion of overhead gas of high pressure column as heating fluid in low pressure column bottom reboiler

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: LINDE GMBH

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20200702