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Title:
COMPUTER-IMPLEMENTED METHOD FOR SIZING A PROCESS PLANT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/185198
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a computer-implemented method for performing a chemical engineering process, in particular in an air separation plant or a natural gas plant, wherein a multiplicity of process simulations are performed simultaneously, in the course of each of which the process in the process plant is in each case simulated for a particular application case, wherein each application case is characterized by values of process plant variables and/or values of process parameters, wherein, in the multiplicity of process simulations, values for the process plant variables and/or for the process parameters are determined such that at least one predefined condition is met, wherein free values for process plant variables and/or process parameters are determined, and wherein dependent values for process plant variables and/or process parameters are determined from the free values for process plant variables and/or process parameters.

Inventors:
WINDMEIER, Christoph (Marienburgweg 10, Geretsried, 82538, DE)
LAUTENSCHLAGER, Tobias (Birkenstr. 37, Gröbenzell, 82194, DE)
WUNDERLICH, Bernd (Kastanienweg 5, Starnberg, 82319, DE)
Application Number:
EP2019/025070
Publication Date:
October 03, 2019
Filing Date:
March 18, 2019
Export Citation:
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Assignee:
LINDE AKTIENGESELLSCHAFT (Klosterhofstr. 1, München, 80331, DE)
International Classes:
G05B17/02; G06F17/50
Foreign References:
EP17020477A2017-10-18
DE102017010787A
Other References:
GADE PANDU RANGAIAH: "Multi-Objective Optimization in Chemical Engineering : Developments and Applications", 20 March 2013 (2013-03-20), pages 1 - 102, XP055508181, Retrieved from the Internet [retrieved on 20180919]
L A PAINTON ET AL: "Synthesizing optimal design configurations for a Brayton cycle power plant", COMPUTERS & CHEMICAL ENGINEERING - MAY 1994, 27 September 1993 (1993-09-27), pages 369 - 381, XP055508337, Retrieved from the Internet [retrieved on 20180920]
KRAUME, MATTHIAS: "Transportvorgänge in der Verfahrenstechnik: Grundlagen und apparative Umsetzungen", 2012, SPRINGER VIEWEG
Attorney, Agent or Firm:
IMHOF, Dietmar (Linde AG, Technology & Innovation Corporate Intellectual PropertyDr.-Carl-von-Linde-Str. 6-14, Pullach, 82049, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Computerimplementiertes Verfahren zum Dimensionieren einer Prozessanlage zum Durchführen eines chemischen, verfahrenstechnischen Prozesses, insbesondere einer Luftzerlegungsanlage oder einer Erdgasanlage,

wobei eine Vielzahl von Prozesssimulationen simultan durchgeführt wird, im Zuge derer jeweils der Prozess in der Prozessanlage jeweils für einen bestimmten Anwendungsfall simuliert wird,

wobei jeder Anwendungsfall durch Werte von Prozessanlagengrößen und/oder Werte von Prozessparametern charakterisiert ist,

wobei in der Vielzahl von Prozesssimulationen Werte für die

Prozessanlagengrößen und/oder für die Prozessparameter derart bestimmt werden, dass wenigstens eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, wobei freie Werte für Prozessanlagengrößen und/oder Prozessparameter bestimmt werden und wobei abhängige Werte für Prozessanlagengrößen und/oder

Prozessparameter aus den freien Werten für Prozessanlagengrößen und/oder Prozessparameter bestimmt werden.

2. Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 1 , wobei ein abhängiger Wert einer Prozessanlagengröße bzw. eines Prozessparameters in einer der Vielzahl von Prozesssimulationen von einem freien Wert einer Prozessanlagengröße bzw. eines Prozessparameters in einer anderen der Vielzahl von Prozesssimulationen abhängt.

3. Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vielzahl von Prozesssimulationen simultan durchgeführt wird, indem der Vielzahl von Prozesssimulationen zugrunde liegende Gleichungen als gemeinsames

Gleichungssystem gelöst werden.

4. Computerimplementiertes Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die freien Werte für Prozessanlagengrößen und/oder Prozessparameter durch ein gradientenbasiertes Optimierungsverfahren, welches auf der

Auswertung einer analytischen oder numerisch erzeugten Jakobi-Matrix beruht, bestimmt werden.

5. Computerimplementiertes Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Vielzahl von Prozesssimulationen jeweils ein Gewichtungsfaktor zugeordnet wird.

6. Computerimplementiertes Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei für die Vielzahl von Simulationen jeweils Gewichtungen für verschiedene Werte von Prozessparametern berücksichtigt werden.

7. Computerimplementiertes Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Prozessparameter für die Simulationen eine oder mehrere der folgenden Größen verwendet werden:

- eine Produktmenge,

- eine Produktqualität,

- eine Eduktmenge,

- eine Eduktqualität,

- eine Umgebungsbedingung,

- ein Energiepreis,

- eine Vergütungsbedingung,

- eine Verfügbarkeit von Komponenten der Prozessanlage,

- bauliche oder transportbedingte Randbedingungen an verfahrenstechnische

Komponenten der Prozessanlage.

8. Computerimplementiertes Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine vorgegebene Bedingung von wenigstens einer Kostengröße abhängt

9. Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 8, wobei die wenigstens eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, wenn die wenigstens eine Kostengröße eine Schwelle nicht über- oder unterschreit und/oder möglichst groß oder möglichst klein ist.

10. Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei eine oder mehrere der folgenden Größen als die wenigstens eine Kostengröße verwendet werden:

- ein Bedarf an Betriebsmitteln, - ein Bedarf an Energie,

- ein Produktbedarf,

- eine Eduktverfügbarkeit,

- Betriebskosten,

- Investitionskosten,

- Einhaltung von Baubarkeitsbeschränkungen,

- Produktausbeuten,

- Einsatzstoffmengen,

- eine Prozessanlagenbelastung,

- eine Prozessanlagenlebensdauer.

11. Computerimplementiertes Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Prozessanlagengrößen eine oder mehrere einen Wärmeübertrager (5) der Prozessanlage charakterisierende Größen verwendet werden, insbesondere eine gesamte Wärmeübertragerfläche und/oder eine Aufteilung von

Wärmeübertragerflächen zwischen Seitenabzügen.

12. Computerimplementiertes Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Prozessanlagengrößen eine oder mehrere eine Fluidströmung durch die Prozessanlage beeinflussende Größe verwendet wird, insbesondere ein

Strömungsquerschnitt und/oder ein Durchmesser eines Elements der

Prozessanlage.

13. Computerimplementiertes Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Prozessanlagengrößen eine oder mehrere Dimensionen der

Prozessanlage verwendet werden, insbesondere ein Kolonnendurchmesser und/oder eine Kolonnenhöhe.

14. Computerimplementiertes Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Prozessanlagengrößen eine oder mehrere einen Wirkungsgrad des Prozesses beeinflussende Größe verwendet wird, insbesondere ein Designpunkt der Prozessanlage und deren Komponenten.

15. Computerimplementiertes Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Randbedingungen für Komponenten der Prozessanlage vorgegeben sind.

16. Computer, der dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen. 17. Computerprogramm, das einen Computer dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 durchzuführen, wenn es auf dem Computer ausgeführt wird.

18. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten

Computerprogramm nach Anspruch 17.

Description:
Beschreibung

Computerimplementiertes Verfahren zum Dimensionieren einer Prozessanlaqe

Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zum Dimensionieren einer Prozessanlage zum Durchführen eines chemischen, verfahrenstechnischen Prozesses, insbesondere einer Luftzerlegungsanlage oder einer Erdgasanlage.

Hintergrund der Erfindung

Im Zuge einer Planungs- bzw. Auslegungsphase wird eine Prozessanlage zunächst dimensioniert, bevor die Prozessanlage gemäß der entsprechenden gewählten Dimensionierung an einem entsprechenden Standort konstruiert bzw. errichtet und letztendlich in Betrieb genommen wird, um einen chemischen, verfahrenstechnischen Prozess durchzuführen.

Im Zuge eines Dimensionierens können insbesondere Größen der Prozessanlage, beispielsweise die Dimensionen bzw. Kapazitäten einzelner Elemente und

Komponenten der Prozessanlage oder der spezifische Typ verschiedener

Komponenten, gewählt werden, ebenso wie Prozessparameter, gemäß welchen der verfahrenstechnische Prozess letztendlich durchgeführt werden soll.

Im Rahmen von herkömmlichen Verfahren zum Planen, Konstruieren bzw.

Dimensionieren von Prozessanlagen werden zumeist zunächst zu dimensionierende Parameter einer Prozessanlage an einem Auslegungsfall, üblicherweise Volllast, rechnerisch bestimmt. Anschließend erfolgt die Nachrechnung bzw. Überprüfung von weiteren Lastfällen in Abhängigkeit von diesem Auslegungsfall. Ist es nicht möglich alle relevanten Betriebsfälle mit dem Design des Auslegungsfalls zu betreiben, erfolgt zumeist eine Anpassung der dimensionierenden Parameter, so dass sich eine

Betreibbarkeit der Anlage in allen berücksichtigen Fällen ergibt. Dies geschieht zumeist iterativ und manuell. Hierbei sind oftmals langwierige Iterationen notwendig, falls das gewählte Design nicht für alle spezifizierten Betriebsfälle betreibbar ist. Ein optimales Design, insbesondere für eine Vielzahl von zu berücksichtigenden Betriebsfällen, ist mit einer derartigen iterativen Methode oft nicht auffindbar, da das gewähltes Design vom optimalen Design für mehrere Betriebsfälle abweichen kann. Offenbarung der Erfindung

Ausgehend von diesem Stand der Technik wird ein computerimplementiertes

Verfahren zum Dimensionieren einer Prozessanlage zum Durchführen eines chemischen, verfahrenstechnischen Prozesses mit den Merkmalen des

Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausführungsformen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Die Prozessanlage kann insbesondere eine Luftzerlegungsanlage oder allgemein eine Fluidzerlegungsanlage oder eine Erdgasanlage sein. Der verfahrenstechnische Prozess ist demgemäß insbesondere eine Luftzerlegung bzw. eine

Erdgasverflüssigung.

Unter Dimensionieren der Prozessanlage sei in diesem Zusammenhang insbesondere zu verstehen, dass konkrete Werte für Prozessanlagengrößen und/oder für

Prozessparameter bestimmt werden, gemäß welchen die Prozessanlage konstruiert und gebaut werden soll und gemäß welchen der verfahrenstechnische, chemische Prozess in dieser Prozessanlage durchgeführt werden soll.

Im Rahmen der Erfindung wird für eine Prozessanlage eine Vielzahl von

Prozesssimulationen simultan (nachfolgend auch parallel oder gleichzeitig genannt) durchgeführt, im Zuge derer jeweils der Prozess in der Prozessanlage für einen bestimmten Anwendungsfall in einer Recheneinheit bzw. einem Computer simuliert wird. Ein Anwendungsfall ist durch Werte von Prozessanlagengrößen und/oder Werte von Prozessparametern charakterisiert.

Unter Prozessanlagengrößen oder auch Auslegungsgrößen seien in diesem

Zusammenhang insbesondere Größen zu verstehen, welche die Prozessanlage und weiter insbesondere einzelne Komponenten der Prozessanlage beschreiben bzw. charakterisieren. Beispielsweise können diese Prozessanlagengrößen Dimensionen von verschiedenen Komponenten der Prozessanlage sein, z.B. Durchmesser, Länge, Höhe, Breite usw. Beispielsweise können diese Prozessanlagengrößen auch den konkreten Typ einzelner Komponenten bzw. Einheiten beschreiben, z.B. welche konkrete Pumpe verwendet wird oder welche konkrete Leistung diese Pumpe besitzt oder mit welchem konkreten Druck diese Pumpe ein Fluid beaufschlagt.

Veränderungen der Werte dieser Prozessanlagengrößen wirken sich insbesondere direkt auf den in der Prozessanlage durchgeführten verfahrenstechnischen Prozess aus. Verschiedene Werte für die Prozessanlagengrößen charakterisieren insbesondere verschiedene Prozesstopologien bzw. Prozessanlagentopologien, und charakterisieren insbesondere konkrete Ausgestaltung der Prozessanlage. Unter dem Begriff

Prozesstopologie sei in diesem Kontext nicht nur die Art und Weise der Verschaltung unterschiedlicher verfahrenstechnischer Apparate zu verstehen, sondern der Begriff Prozesstopologie wird in diesem Zusammenhang zweckmäßigerweise ebenfalls für eine identische Verschaltung bei Variation von Ausführungsformen eines

verfahrenstechnischen Apparats verwendet.

Unter Prozessparameter seien in diesem Zusammenhang insbesondere Größen zu verstehen, welche direkt den verfahrenstechnischen Prozess beschreiben.

Insbesondere charakterisieren diese Prozessparameter Betriebsfälle, gemäß welchen die Prozessanlage gefahren werden kann bzw. gemäß welchen der Prozess in der Prozessanlage durchgeführt wird. Verschiedene Werte der Prozessparameter charakterisieren insbesondere verschiedene Prozessvarianten, gemäß welchen der verfahrenstechnische Prozess durchgeführt werden kann. Beispielsweise können diese Prozessparameter Edukt- und/oder Produktspezifikationen des verfahrenstechnischen Prozesses betreffen.

Eine Prozesssimulation für einen Anwendungsfall umfasst in einer üblichen

Darstellungsform eine Vielzahl von Gleichungen, welche die Abläufe in der

Prozessanlage beschreiben. Die Aufstellung eines solchen Gleichungssystems für einen Anwendungsfall und eine Anlage ist im Stand der Technik bekannt. Die

Neuerung besteht nun darin, solche Gleichungen für mehrere unterschiedliche

Betriebsfälle, aber dieselbe Anlage gleichzeitig zu lösen, vorzugsweise indem diese in einem gemeinsamen Gleichungssystem abgebildet und dieses dann gelöst wird.

Dadurch werden die Probleme im Stand der Technik überwunden. Insbesondere kann ein für alle berücksichtigten Betriebsfälle optimales Design aufgefunden werden.

Dieses ergibt sich, indem anhand des Gesamtgleichungssystems optimale Werte für die Prozessanlagengrößen und/oder für die Prozessparameter derart bestimmt werden, dass wenigstens eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, z.B. eine Zielfunktion minimal wird. Insbesondere wird somit ein Gesamtgleichungssystem gelöst, in welchem wenigstens zwei unterschiedliche Prozesssimulationen, insbesondere z.B. unterschiedliche Lastsituationen bzw. Auslastungen, enthalten sind.

Dadurch, dass das Gesamtgleichungssystem eine Prozessanlage betrifft, ergeben sich neben freien Werten von Prozessanlagengrößen bzw. Prozessparameter, die zur Erfüllung der wenigstens einen vorgegebenen Bedingung unabhängig voneinander optimiert werden können, auch abhängige Werte von Prozessanlagengrößen bzw. Prozessparameter, welche jeweils von einem freien Wert abhängen. Insbesondere hängt dabei ein abhängiger Wert einer Prozessanlagengröße bzw. eines

Prozessparameters in einer Prozesssimulation von einem freien Wert einer

(vorzugsweise derselben) Prozessanlagengröße bzw. eines (vorzugsweise desselben) Prozessparameters in einer anderen Prozesssimulation ab.

Für die optimale Wahl der freien Werte wird vorzugsweise ein gradientenbasiertes Optimierungsverfahren verwendet, welches auf der Auswertung einer analytischen oder numerisch erzeugten Jakobi-Matrix beruht. Das sich ergebende

Gesamtgleichungssystem zur Dimensionierung einer Prozessanlage im

großtechnischen Anlagenbau liegt hierbei in der Größenordnung von hunderten bis zehntausenden Gleichungen.

Die abhängigen Werte ergeben sich aus den freien Werten gemäß vorhandener Zusammenhänge. Abhängige Werte betreffen insbesondere konstruktive Parameter, insbesondere die Prozessanlagengrößen. Der konstruktive Parameter ist zwar an und für sich variabel und der Optimierung einmal als freier Wert zugänglich, er muss dann aber in allen Prozesssimulationen gleich sein, weil sich die Anlagenkonstruktionen für unterschiedliche Betriebsfälle nicht ändert. Der Wert für den Parameter ist daher in den anderen Prozesssimulationen von dem ersten Wert abhängig, in diesem Fall identisch.

Auch solche Parameter werden nun übergreifend für alle betrachteten

Prozesssimulationen optimiert. Durch die simultane Durchführung mehrerer

Prozesssimulationen kann insbesondere auch der Einfluss solcher Parameter auf das Ergebnis unmittelbar erkannt werden. Weiter vorzugsweise wird der Vielzahl von Prozesssimulationen jeweils ein

Gewichtungsfaktor zugeordnet, der das Gewicht (z.B. die Auftretenshäufigkeit bzw. Auftretenswahrscheinlichkeit) einer bestimmten Prozesssimulation bzw. des

zugehörigen Anwendungsfalls am Gesamtbetrieb kennzeichnet. Dadurch können insbesondere häufig auftretende Betriebsfälle höher gewichtet werden als selten auftretende Betriebsfälle.

Durch die Gewichtungen der Prozessparameter bzw. der Werte der Prozessparameter selbst kann insbesondere vorgegeben werden, wie relevant einzelne

Prozessparameter bzw. einzelne Werte verschiedener Prozessparameter sind.

Beispielsweise kann vorgegeben werden, dass eine hohe Produktqualität eine größere Gewichtung besitzt als eine hohe Produktmenge.

Im Zuge der verschiedenen simultanen Prozesssimulationen werden die

Prozessanlage bzw. die einzelnen Komponenten der Prozessanlage sowie die in diesen Komponenten stattfindenden chemischen Teilprozesse des

verfahrenstechnischen Prozesses insbesondere modelliert bzw. theoretisch

beschrieben. Insbesondere werden die einzelnen Komponenten der Prozessanlage bzw. die darin stattfindenden physikalischen und chemischen Teilprozesse mittels chemischer, physikalischer, mathematischer Gleichungen beschrieben.

Als Grundlage zur Beschreibung verfahrenstechnischer Apparate dienen

beispielsweise Bilanzgleichungen für Masse, Spezies, Energie und Impuls, der 2.

Hauptsatz der Thermodynamik, Transportgleichungen für Spezies, Energie und Impuls, stoffliche und chemische Gleichgewichtsbeziehungen bzw. Reaktionsgleichungen sowie empirische und semiempirische Korrelationsbeziehungen zwischen o.g.

Aspekten oder logische Verknüpfungen von verschiedenen Prozessparametern.

Für eine detaillierte Beschreibung zur Abbildung verfahrenstechnischer Prozesse über mathematische Gleichungen wird an dieser Stelle beispielsweise verwiesen auf "Kraume, Mathias: Transportvorgänge in der Verfahrenstechnik: Grundlagen und apparative Umsetzungen. Springer Vieweg, Berlin [u.aJ 2., bearb. Auflage, 2012. ISBN: 978-3-642-25148-1". Zum Durchführen der simultanen Prozesssimulationen werden insbesondere

Flussdiagramme ("flow sheet") verwendet. Mittels eines derartigen Flussdiagramms können die einzelnen Komponenten der Prozessanlage sowie ihre insbesondere fluid- und verfahrenstechnischen Verbindungen untereinander abgebildet werden.

Entsprechende die Teilprozesse bzw. Komponenten charakterisierende chemische, physikalische, mathematische Gleichungen werden zweckmäßigerweise als Grundlage für derartige Flussdiagramme verwendet.

Eine konkrete Prozesssimulation bzw. ein konkretes Flussdiagramm mit konkreten Werten der einzelnen Prozessanlagengrößen stellt somit ein theoretisches Abbild bzw. Modell einer konkreten Prozessanlage dar. Mittels einer derartigen konkreten

Prozesssimulation bzw. eines derartigen konkreten Flussdiagramms kann somit simuliert werden, wie der verfahrenstechnische Prozess auf unterschiedliche Weisen, also bei verschiedenen Werten der Prozessparameter in dieser konkreten

Prozessanlage theoretisch abläuft.

Im Zuge der simultanen Prozesssimulationen kann somit insbesondere modelliert werden, dass in derselben Prozessanlage, also in einer Prozessanlage mit denselben konstanten Werten für die Prozessanlagengrößen und somit mit derselben

Prozesstopologie, der Prozess auf unterschiedliche Prozessvarianten durchgeführt wird, also mit unterschiedlichen Werten einzelner Prozessparametern. Somit kann insbesondere erkannt werden, wie sich in derselben Prozessanlage Veränderungen von einzelnen Prozessparametern auswirken.

Ferner wird im Zuge der simultanen Prozesssimulationen zweckmäßigerweise eine Vielzahl verschiedener Prozesstopologien, also eine Vielzahl verschiedener Werte für die Prozessanlagengrößen, jeweils auf unterschiedliche Betriebsbedingungen hin untersucht. Somit kann insbesondere erkannt werden, wie sich Veränderungen von einzelnen Prozessparametern bei verschiedenen Prozesstopologien auf das

Gesamtverfahren auswirken.

Durch die Gewichtungen der Prozessparameter bzw. der Werte der Prozessparameter kann insbesondere bewertet werden, wie relevant die Auswirkungen auf den Prozess bei einer Veränderung der Werte der Prozessparameter sind. Zweckmäßigerweise sind Korrelationen der Veränderungen von Prozessanlagengrößen und Prozessparametern parallel bzw. simultan in den einzelnen Prozesssimulationen implementiert.

Insbesondere sind Korrelationen bzw. Abhängigkeiten einzelner Betriebsfälle bzw. einzelner Prozessvarianten untereinander implementiert.

Aus dieser Vielzahl von voneinander abhängigen bzw. miteinander korrelierenden Prozesssimulationen wird im Rahmen des Verfahrens ein optimaler Satz an Werten für die Prozessanlagengrößen und/oder die Prozessparameter bestimmt und ausgewählt. Die Bestimmung dieser optimalen Werte wird insbesondere derart durchgeführt, dass wenigstens eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist. Diese Bedingungen können insbesondere von verschiedenen Faktoren abhängen, welche insbesondere eine Wirtschaftlichkeit und Effektivität der Prozessanlage beschreiben. Beispielsweise kann diese Bedingung als eine Zielfunktion implementiert werden, wobei sämtliche

Prozesssimulationen parallel und insbesondere simultan über diese Zielfunktion optimiert werden.

Insbesondere werden somit im Rahmen des Verfahrens ein optimaler Satz von Werten für die Prozessanlagengrößen und ein optimaler Satz von Werten für die

Prozessparameter in Abhängigkeit voneinander simultan bestimmt.

Zweckmäßigerweise werden somit eine optimale Topologie für die Prozessanlage sowie eine für diese Topologie optimale Prozessvariante bestimmt. Insbesondere werden die optimalen Werte für die Prozessanlagengröße und die Prozessparameter derart bestimmt, dass eine optimierte Prozessanlage konstruiert werden kann und dass der Prozess in dieser Prozessanlage möglichst effektiv und möglichst wirtschaftlich bzw. nach den gewählten Kriterien durchgeführt werden kann.

Das Verfahren wird insbesondere durchgeführt, bevor die Prozessanlage konstruiert bzw. gebaut wird, beispielsweise im Zuge einer Planungsphase der Prozessanlage. Insbesondere kann zu Beginn der Planungsphase lediglich vorgegeben sein, welcher verfahrenstechnische, chemische Prozess von der Prozessanlage durchzuführen sein soll, beispielsweise eine Luftzerlegung oder Erzeugung von flüssigem Erdgas, und an welchem Standort die Prozessanlage entstehen soll, also unter welchen

Umgebungsbedingungen der Prozess in der Prozessanlage durchgeführt werden soll. Im Zuge der Planungsphase kann zunächst eine grundsätzliche Anlagentopologie basierend z.B. auf Erfahrungswerten zugrunde gelegt werde, welche dann, insbesondere im Zuge des vorliegenden Verfahrens, so konkretisiert wird, dass diese an ihrem entsprechenden Standort möglichst effektiv und möglichst wirtschaftlich nach den im konkreten Fall gewählten Kriterien betrieben werden kann.

Im Gegensatz zu den einleitend beschriebenen herkömmlichen Verfahren wird im Rahmen der Erfindung eine Vielzahl von verschiedenen Prozesssimulationen simultan durchgeführt, welche insbesondere voneinander abhängen und miteinander korrelieren. Auswirkungen von Wertveränderungen in einer Prozesssimulation werden zweckmäßigerweise parallel und simultan in den übrigen Prozesssimulationen berücksichtigt. Somit sind keine manuellen, langwierigen Iterationen notwendig. Die Erfindung erlaubt die Ermittlung von zu dimensionierenden Größen und die

Optimierung einer komplexen Prozessanlage unter simultaner Berücksichtigung einer Vielzahl von Betriebsfällen. Derartige komplexe Prozessanlagen weisen insbesondere hochgradige thermische und/oder stoffliche Rückkopplungen auf sowie ein stark reales Stoffverhalten mit Phasenübergängen, also kein Idealgasverhalten, und insbesondere Abweichungen in den Spezifikationen von Edukten und/oder Produkten und/oder Umgebungsbedingungen für verschiedene Betriebsfälle.

Die bestimmten optimalen Werte für die Prozessanlagengrößen sind

zweckmäßigerweise optimal auf die gewählten Betriebsfälle und deren Gewichtung ausgelegt. Ferner werden die optimalen Werte für die Prozessanlagengrößen und Prozessparameter zweckmäßigerweise so gewählt, dass die Prozessanlage ein breites Wirkungsgradspektrum über mehrere Betriebsfälle erhält. Bei einer wirtschaftlichen Anlagenlebensdauer von 20 bis 35 Jahren wird in der Praxis mit hoher

Wahrscheinlichkeit ein breites Spektrum an Lastfällen gefahren.

Als Prozessparameter werden vorteilhafterweise eine oder mehrere der folgenden Größen verwendet: eine Produktmenge, eine Produktqualität, eine Eduktmenge, eine Eduktqualität, eine Umgebungsbedingung, ein Energiepreis, eine

Vergütungsbedingung, insbesondere für Bereitstellungen von

Energiesystemdienstleistungen, eine Verfügbarkeit von Komponenten der

Prozessanlage, bauliche oder transportbedingte Randbedingungen an die

verfahrenstechnischen Komponenten. Durch Verändern der Werte derartiger

Prozessparameter, insbesondere von Produktmenge und -qualität sowie Eduktmenge und -qualität, kann insbesondere eine Vielzahl verschiedener Produkt- und

Eduktbedingungen berücksichtigt werden. Vorzugsweise hängt die wenigstens eine vorgegebene Bedingung von wenigstens einer Kostengröße ab. Als Kostengröße sind insbesondere Größen zu verstehen, auf die hin der Betrieb der Anlage optimiert werden soll, insbesondere um eine möglichst hohe Effektivität und Wirtschaftlichkeit der Prozessanlage zu ermöglichen.

Die wenigstens eine vorgegebene Bedingung ist vorteilhafterweise erfüllt, wenn die wenigstens eine Kostengröße eine Schwelle nicht über- oder unterschreit und/oder möglichst groß oder möglichst klein ist. Somit kann ein effektiver und wirtschaftlicher Betrieb der Prozessanlage erreicht werden. Insbesondere sollen auch mehrere solcher Randbedingungen gleichzeitig eingehalten werden, so dass eine

Mehrgrößenoptimierung vorliegt.

Bevorzugt werden eine oder mehrere der folgenden Größen als die wenigstens eine Kostengröße verwendet: ein Bedarf an Betriebsmitteln, ein Bedarf an Energie, ein Produktbedarf, eine Eduktverfügbarkeit, Betriebskosten, Investitionskosten, Einhaltung von Baubarkeitsbeschränkungen, Produktausbeuten, Einsatzstoffmengen, eine Prozessanlagenbelastung, eine Prozessanlagenlebensdauer. Eine Minimierung bzw. Maximierung bzw. das nicht Über- oder Unterschreiten einer Schwelle derartiger Kostengrößen wirkt sich somit insbesondere auf die Wirtschaftlichkeit und Effektivität der Prozessanlage aus.

Vorteilhafterweise werden als Prozessanlagengrößen eine oder mehrere eine

Fluidströmung durch die Prozessanlage beeinflussende Größen verwendet, insbesondere ein Strömungsquerschnitt und/oder ein Durchmesser eines Elements der Prozessanlage, z.B. von Rohrleitungen und/oder Apparaten. Druckverluste in

Rohrleitungen und Apparaten sind in erster Näherung insbesondere von der

Strömungsgeschwindigkeit abhängig. Als optimale Werte für derartige

Prozessanlagengrößen werden Strömungsquerschnitte insbesondere entweder frei oder aus Katalogen von definierten Durchmessern bestimmt.

Zur Verdeutlichung der Unterscheidung zwischen freien und abhängigen Werten wird nachfolgend die Bestimmung eines optimalen Rohrleitungsdurchmessers

herangezogen. Generell folgt ein Rohrleitungsdruckverlust Dr der physikalischen Gesetzmäßigkeit: Dr = z/2 ·r·n 2

mit der Fluiddichte p, der Strömungsgeschwindigkeit-v und dem

Rohreibungswiderstand z, der z.B. für den laminaren Fall als

z = 64-h/( p -v-D)

definiert ist. Hierbei ist h die dynamische Viskosität und D der Durchmesser der Rohrleitung.

Bei der parallelen Simulation von n Anwendungsfällen ergeben sich folgende n Gleichungen zur Bestimmung des jeweiligen Rohrleitungsdruckverlusts Dr h

Dr h = 32-ri n /D n -V n

Um simultan ein und dieselbe Anlage zu berechnen, müssen alle Durchmesser D n denselben Wert haben, der nachfolgend als Di bezeichnet wird und ein freier Wert für die Dimensionierung der Prozessanlage ist. In Abhängigkeit von der Wahl dieses freien Wertes ergeben sich für die anderen simultan berechneten Simulationen wiederum feste Berechnungsvorschriften für den Druckverlust der Form Dr h = f(r| n i n ). Gemäß der eingeführten Terminologie entsprechen die Werte D 2 ...D n abhängigen Werten.

Alternativ oder zusätzlich werden als Prozessanlagengrößen eine oder mehrere einen Wärmeübertrager der Prozessanlage charakterisierende Größen verwendet, insbesondere eine gesamte Wärmeübertragerfläche und/oder eine Aufteilung von Wärmeübertragerflächen zwischen Seitenabzügen. Ein Wärmeübergangskoeffizient ist in erster Näherung insbesondere von der Strömungsgeschwindigkeit und damit dem Durchsatz, sowie der Zusammensetzung der Ströme in dem Wärmeübertrager abhängig. Die relative, geometrische Lage von Seitenabzügen ist insbesondere konstant. Auch für diese Prozessanlagengrößen können ein freier und n-1 abhängige Werte definiert werden.

Alterativ oder zusätzlich werden als Prozessanlagengrößen vorzugsweise eine oder mehrere Dimensionen der Prozessanlage verwendet, insbesondere ein

Kolonnendurchmesser und/oder eine Kolonnenhöhe. Auch für diese

Prozessanlagengrößen können ein freier und n-1 abhängige Werte definiert werden. Wirksamkeiten von Stoffübergängen sind insbesondere von der Gas- und

Flüssigkeitsbelastung und -Zusammensetzung abhängig, Druckverluste insbesondere von der Strömungsgeschwindigkeit und der theoretischen Bodenzahl. Alternativ oder zusätzlich werden als Prozessanlagengrößen eine oder mehrere einen Wirkungsgrad des Prozesses beeinflussenden Größen verwendet, insbesondere ein Designpunkt der Prozessanlage und deren Komponenten, vorzugsweise ein

Massenstrom, ein Saugdruck, ein Enddruck, eine Eintrittstemperatur usw. Der Wirkungsgrad ist insbesondere vom Massenstrom, dem Saug- sowie Enddruck und von der Eintrittstemperatur abgängig. Insbesondere werden zu diesem Zweck Interpolationen mittels dimensionsloser Maschinenkennfelder durchgeführt.

Vorteilhafterweise sind Randbedingungen für Komponenten der Prozessanlage vorgegeben. Diese Randbedingungen werden zweckmäßigerweise im Zuge der simultanen Prozesssimulationen und der Bestimmung der optimalen Werte berücksichtigt. Insbesondere kann durch diese Randbedingungen der Betrieb verschiedener Komponenten der Prozessanlage in technisch realisierbaren Bereichen vorgegeben werden. Vorzugsweise werden eine oder mehrere der folgenden Größen als derartige Randbedingungen vorgegeben: thermische Spannungen in

Wärmeübertragern, hydraulische Begrenzungen unterschiedlicher

verfahrenstechnischer Apparate, z.B. Flutpunkte von Kolonneneinbauten, Pump- und Belastungsgrenzen sowie spezifische Drehzahlen von Maschinen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Prozessanlage eine

Fluidzerlegungsanlage, besonders bevorzugt eine Luftzerlegungsanlage. Der chemische, verfahrenstechnische Prozess ist somit vorteilhafterweise eine

Fluidzerlegung und besonders bevorzugt eine Luftzerlegung. Eine

Luftzerlegungsanlage weist als Komponenten insbesondere

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 (beispielsweise flüssiger Sauerstoff, LOX, gasförmiger Sauerstoff, GOX, flüssiger Stickstoff, LIN und/oder gasförmiger Stickstoff, GAN), also den

Destillationssäulen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, können Destillationssäulen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere der Edelgase Krypton, Xenon und/oder Argon, vorgesehen sein. Destillationssäulen werden auch als

Destillationskolonnen bezeichnet. Im Rahmen des Verfahrens können zweckmäßigerweise einzelne oder insbesondere alle derartigen Komponenten der Luftzerlegungsanlage sowie die darin stattfindenden Teilprozesse dimensioniert werden. Beispielsweise kann im Rahmen der Erfindung eine Dimensionierung einer Destillationskolonne einer Fluidzerlegungsanlage durchgeführt werden. Als

Prozessanlagengröße kann dabei unter anderem beispielsweise eine

Einsatzfluidstromdurchflussrate, welche insbesondere mittels Ansteuerung einer Verdichtereinheit veränderbar ist, berücksichtigt werden. Eine Modellierung einer Destillationskolonne kann insbesondere gemäß dem in der Anmeldung EP17020477.0 oder DE102017010787.4 beschriebenen Verfahren erfolgen.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Prozessanlage eine Erdgasanlage und der chemische, verfahrenstechnische Prozess ist eine

Erdgasverflüssigung oder Erdgaszerlegung.

Im Rahmen des Verfahrens können beispielsweise besonders variierende

Spezifikationen von Produkten, insbesondere Mengen und Zusammensetzungen, und Edukten, insbesondere Mengen, Zusammensetzungen und Eintrittsbedingungen, berücksichtigt werden.

Insbesondere können im Rahmen des Verfahrens ein Design und/oder eine

Optimierung kombinierter Erdgasanlagen durchgeführt werden. In derartigen kombinierten Erdgasanlagen sind mindestens zwei Prozessschritte gekoppelt. Ein derartiger Prozessschritt kann beispielsweise die Abtrennung von Schwersiedern sein, insbesondere von C 2+ oder C 3+ , zur Erzeugung von LPG (Liquefied Petroleum Gas).

Ein weiterer derartiger Prozessschritt kann die Abtrennung von Stickstoff und/oder Helium sein, beispielsweise mittels einer sog. 'Nitrogen Rejection Unit' (NRU), was den Stickstoffgehalt im Erdgas auf unter ein Prozent reduzieren kann. Ein weiterer Prozessschritt kann die Verflüssigung eines Erdgasstroms zur Erzeugung von flüssigem Erdgas (LNG, Liquefied Natural Gas) sein.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.

Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der

Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt schematisch eine Prozesssimulation einer Prozessanlage, wie sie im Zuge einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen

Verfahrens erstellt werden kann.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens soll eine Prozessanlage, beispielsweise eine Luftzerlegungsanlage, dimensioniert werden.

Dabei wird in einer Recheneinheit bzw. einem Computer simultan eine Vielzahl von Prozesssimulationen durchgeführt, im Zuge derer jeweils der Prozess der

Luftzerlegung in der Luftzerlegungsanlage jeweils für einen Anwendungsfall, welcher durch Werte von Prozessanlagengrößen und Werte von Prozessparametern charakterisiert ist, simuliert wird.

Im Zuge jeder dieser Prozesssimulationen wird jeweils ein Prozessflussdiagramm ("flow sheet") verwendet, welches die Luftzerlegungsanlage modelliert. Die

Luftzerlegungsanlage bzw. deren einzelne Komponenten sowie die in den einzelnen Komponenten stattfindenden Teilprozesse der Luftzerlegung werden dabei durch chemische, physikalische, mathematische Zusammenhänge in Form von Gleichungen theoretisch beschrieben. Die grundsätzliche zugrunde zu legende Topologie kann beispielsweise aus Erfahrungswerten gewonnen werten.

Ein Beispiel einer derartigen Prozesssimulation, wie sie im Zuge einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erstellt werden kann, ist in Figur 1 schematisch dargestellt.

Die in dem Flussdiagramm simulierte Luftzerlegungsanlage verfügt unter anderem über einen Hauptluftverdichter 1 , eine Vorkühleinrichtung 2, ein Reinigungssystem 3, eine Nachverdichteranordnung 4, einen Hauptwärmetauscher 5, eine

Entspannungsturbine 6, eine Drosseleinrichtung 7, eine Pumpe 8 und ein

Destillationssäulensystem 10. Das Destillationssäulensystem 10 umfasst im

dargestellten Beispiel eine klassische Doppelsäulenanordnung aus einer

Hochdrucksäule 1 1 und einer Niederdrucksäule 12 sowie eine Rohargonsäule 13 und eine Reinargonsäule 14.

In der simulierten Luftzerlegungsanlage wird im Zuge einer simulierten Luftzerlegung ein Einsatzluftstrom mittels des Hauptluftverdichters 1 über ein nicht bezeichnetes Filter angesaugt und verdichtet. Der verdichtete Einsatzluftstrom wird der mit

Kühlwasser betriebenen Vorkühleinrichtung 2 zugeführt. Der vorgekühlte

Einsatzluftstrom wird in dem Reinigungssystem 3 aufgereinigt. In dem

Reinigungssystem 3, das typischerweise ein Paar von im Wechselbetrieb eingesetzten Adsorberbehältern umfasst, wird der vorgekühlte Einsatzluftstrom weitgehend von Wasser und Kohlendioxid befreit.

Stromab des Reinigungssystems 3 wird der Einsatzluftstrom in zwei Teilströme aufgeteilt. Einer der Teilströme wird auf dem Druckniveau des Einsatzluftstroms in dem Hauptwärmetauscher 5 vollständig abgekühlt. Der andere Teilstrom wird in der Nachverdichteranordnung 4 nachverdichtet und ebenfalls in dem Hauptwärmetauscher 5 abgekühlt, jedoch nur auf ein Zwischentemperaturniveau. Dieser sogenannte Turbinenstrom wird nach der Abkühlung auf das Zwischentemperaturniveau mittels der Entspannungsturbine 6 auf das Druckniveau des vollständig abgekühlten Teilstroms entspannt, mit diesem vereinigt, und in die Hochdrucksäule 1 1 eingespeist. In der Hochdrucksäule 11 werden eine sauerstoffangereicherte flüssige Sumpffraktion sowie eine stickstoffangereicherte gasförmige Kopffraktion gebildet. Die

sauerstoffangereicherte flüssige Sumpffraktion wird aus der Hochdrucksäule 11 abgezogen, teilweise als Heizmedium in einem Sumpfverdampfer der Reinargonsäule 14 verwendet und jeweils in definierten Anteilen in einen Kopfkondensator der Reinargonsäule 14, einen Kopfkondensator der Rohargonsäule 13 sowie die

Niederdrucksäule 12 eingespeist. In den Verdampfungsräumen der

Kopfkondensatoren der Rohargonsäule 13 und der Reinargonsäule 14 verdampfendes Fluid wird ebenfalls in die Niederdrucksäule 12 überführt.

Vom Kopf der Hochdrucksäule 11 wird das gasförmige stickstoffreiche Kopfprodukt abgezogen, in einem Hauptkondensator, der eine wärmetauschende Verbindung zwischen der Hochdrucksäule 1 1 und der Niederdrucksäule 12 herstellt, verflüssigt, und in Anteilen als Rücklauf auf die Hochdrucksäule 11 aufgegeben und in die Niederdrucksäule 12 entspannt.

In der Niederdrucksäule 12 werden eine sauerstoffreiche flüssige Sumpffraktion sowie eine stickstoffreiche gasförmige Kopffraktion gebildet. Erstere wird teilweise in der Pumpe 8 flüssig auf Druck gebracht, in dem Hauptwärmetauscher 5 erwärmt, und als Produkt bereitgestellt. Aus einer Flüssigkeitsrückhalteeinrichtung am Kopf der Niederdrucksäule 12 wird ein flüssiger stickstoffreicher Strom abgezogen und als Flüssigstickstoffprodukt aus der Luftzerlegungsanlage ausgeführt werden. Ein vom Kopf der Niederdrucksäule 12 abgezogener gasförmiger stickstoffreicher Strom wird durch den Hauptwärmetauscher 5 geführt und als Stickstoffprodukt auf dem Druck der Niederdrucksäule 12 bereitgestellt. Aus der Niederdrucksäule 12 wird ferner ein Strom aus einem oberen Bereich abgezogen und nach Erwärmung in dem

Hauptwärmetauscher 5 als sogenannter Unreinstickstoff in der Vorkühleinrichtung 2 bzw. nach einer Aufheizung mittels eines elektrischen Heizers in dem

Reinigungssystem 3 verwendet.

Insgesamt wird der Kolonne bzw. der Niederdrucksäule 12 im Zuge des simulierten Luftzerlegung Luft (AIR) zugeführt und zumindest Sauerstoff und Stickstoff jeweils gasförmig (GOX, GAN) und/oder flüssig (LOX, LIN) entnommen. Weiterhin wird üblicherweise Unreinstickstoff (UN2) abgezogen und gewünschtenfalls Edelgase wie Argon usw. Wie oben erläutert, wird im Rahmen des Verfahrens eine Vielzahl derartiger

Prozesssimulationen simultan durchgeführt, jeweils für verschiedene Anwendungsfälle.

Zum Bereitstellen der Vielzahl von Prozesssimulationen werden insbesondere die Werte verschiedener Prozessparameter verändert, so dass unterschiedliche

Prozessvarianten simuliert werden. Beispielsweise werden als derartige

Prozessparameter eine Eduktmenge und Eduktqualität verändert. Für eine

Veränderung der Eduktmenge kann beispielsweise ein Volumen- oder Massenstrom bzw. eine Durchflussrate der mittels des Hauptluftverdichters 1 angesaugten

Einsatzluft verändert werden. Als Eduktqualität kann beispielsweise die Temperatur der Luft verändert werden oder es können Verunreinigungen in der Luft verändert werden.

Ferner werden als Prozessparameter beispielsweise Produktmengen und

Produktqualitäten verändert, beispielsweise Mengen und Zusammensetzungen des aus der Niederdrucksäule 12 abgezogenen flüssigen Stickstoffs und des flüssigen Sauerstoffs.

Die Produktmengen und Produktqualitäten werden für die einzelnen Simulationen insbesondere mit einer spezifischen Gewichtung versehen. Je höher die anteiligen Werte für diese Gewichtung, desto wichtiger ist die Vorgabe dieses

Prozessparameters.

Weiterhin werden für die Vielzahl der Simulationen als Wert für die

Prozessanlagengröße beispielsweise die gesamte Wärmeübertragerfläche sowie deren Aufteilung zwischen Seitenabzügen des Hauptwärmetauschers 5 verändert. Der Wärmeübergangskoeffizient des Hauptwärmetauschers 5 ist in erster Näherung beispielsweise von der Strömungsgeschwindigkeit und der Zusammensetzung der Ströme abhängig. Die relative, geometrische Lage von Seitenabzügen sowie die verwendete Baugröße des Wärmeübertrages sind in allen Simulationen gleich

(abhängige Werte).

Als weitere Prozessanlagengröße werden Strömungsquerschnitte verändert, beispielsweise Strömungsquerschnitte der Teilströme stromab des Reinigungssystems 3. Druckverluste in Rohrleitungen und Apparaten sind in erster Näherung von der Strömungsgeschwindigkeit abhängig.

Weiterhin werden als Prozessanlagengröße Höhe und Durchmesser der Kolonne bzw. der Niederdrucksäule 12 verändert. Die Wirksamkeit des Stoffübergangs ist dabei von der Gas- und Flüssigkeitsbelastung abhängig, der Druckverlust von der

Strömungsgeschwindigkeit, dem Typ des Bodens und der theoretischen Bodenzahl.

Der Wirkungsgrad der Luftzerlegungsanlage ist insbesondere von den optimalen Betriebspunkten, den Massenströmen, den Saug- und Enddrücken und von den Eintritts- bzw. Zwischenkühltemperaturen in den eingesetzten Verdichtern abgängig. Diese Prozessanlagengrößen bzw. der Designpunkt der Verdichter, in der Regel der optimale Betriebspunkt, werden ebenfalls im Zuge der Simulationen verändert.

Weiterhin können für die Simulationen Randbedingungen vorgegeben werden, beispielsweise thermische Spannungen in dem Hauptwärmetauscher 5, hydraulische Begrenzungen z.B. der Flutpunkte von Kolonneneinbauten, sowie Pump- und

Belastungsgrenzen der Hauptluftverdichter 1 , der Nachverdichter 4, der

Drosseleinrichtung 7 und der Pumpe 8.

Durch die Veränderung der entsprechenden Prozessanlagengrößen werden somit jeweils verschiedene Ausgestaltungen bzw. Prozesstopologien der

Luftzerlegungsanlage simuliert. Durch die Veränderung der entsprechenden

Prozessparameter werden jeweils verschiedene Prozessvarianten bzw. Betriebsfälle simuliert. Insbesondere wird im Zuge der Vielzahl von Simulationen für jede der verschiedenen Prozesstopologien der Luftzerlegungsanlage jede Prozessvariante simuliert.

Insbesondere werden die Abhängigkeiten der verschiedenen Betriebsfälle

untereinander in den Simulationen simultan implementiert. Somit sind beispielsweise Korrelationen der Veränderungen der Werte der Prozessanlagengrößen sowie der Prozessparameter parallel bzw. simultan in den einzelnen Prozesssimulationen implementiert. Insbesondere sind somit Korrelationen bzw. Abhängigkeiten einzelner Betriebsfälle bzw. einzelner Prozessvarianten untereinander implementiert. Insbesondere kann die Vielzahl von Prozesssimulationen simultan durchgeführt werden, indem der Vielzahl von Prozesssimulationen zugrunde liegende Gleichungen als gemeinsames Gleichungssystem gelöst werden. Dabei werden optimale Werte für die Prozessanlagengrößen und für die Prozessparameter derart bestimmt, dass vorgegebene Bedingungen erfüllt sind. Die einzelnen durchgeführten

Prozesssimulationen werden zu diesem Zweck simultan über eine gemeinsame Zielfunktion optimiert. Diese Zielfunktion setzt sich beispielsweise aus den Kriterien Betriebsmittelbedarf, Betriebskosten und Investitionskosten zusammen. Indem die einzelnen durchgeführten Prozesssimulationen simultan über diese gemeinsame Zielfunktion optimiert werden, werden optimale Werte für die

Prozessanlagengrößen und die Prozessparameter bestimmt, so dass als vorgegebene Bedingungen erfüllt sind, dass der Betriebsmittelbedarf, die Betriebskosten und die Investitionskosten jeweils möglichst klein sind.

Gemäß den auf diese Weise bestimmten optimalen Werten für die entsprechenden Prozessanlagengrößen und die entsprechenden Prozessparameter wird eine

Dimensionierung gefunden, gemäß welcher die Luftzerlegungsanlage gebaut und betrieben werden kann.

Somit wird eine Auswahl einer geeigneten Topologie durch simultane Optimierung einer Vielzahl möglicher Prozessvarianten unter exakt den gleichen Randbedingungen durchgeführt. Ferner wird eine Minimierung des Bedarfs an Betriebsmitteln,

Betriebskoten bzw. Investitionskosten unter Berücksichtigung einer Vielzahl möglicher Betriebsfälle ein und derselben Prozesstopologie durchgeführt.