Pumpenmodul für eine Luftzerlegungsanlage, Luftzerlegungsanlage und Verfahren zum Aufbau

Die Erfindung betrifft ein Pumpenmodul für eine Luftzerlegungsanlage, eine Luftzerlegungsanlage und ein Verfahren zum Aufbau einer Luftzerlegungsanlage.

Stand der Technik

Die Herstellung von Luftprodukten in flüssigem oder gasförmigem Zustand durch Tieftemperaturzerlegung von Luft 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.

Luftzerlegungsanlagen weisen Rektifikationskolonnensysteme bzw. Destillationssäulensysteme auf, die herkömmlicherweise beispielsweise als Zweisäulensysteme, insbesondere als klassische Linde-Doppelsäulensysteme, aber auch als Drei- oder Mehrsäulensysteme ausgebildet sein können. Häufig werden dabei die Begriffe "Rektifikation" und "Destillation" sowie "Säule" und "Kolonne" bzw. hieraus zusammengesetzte Begriffe synonym verwendet. Neben den Rektifikationssäulen zur Gewinnung von Stickstoff und/oder Sauerstoff in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand, also den Rektifikationssäulen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, können Rektifikationssäulen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere der Edelgase Krypton, Xenon und/oder Argon, vorgesehen sein.

Die Luftzerlegung umfasst als wesentliche Schritte die Verdichtung, Vorkühlung, Aufreinigung, Abkühlung und Rektifikation. Die Verdichtung erfolgt beispielsweise in mehrstufigen Turbokompressoren mit Zwischen- und Nachkühlung auf einen Druck von ca. 5 bar oder mehr. Vor der Verdichtung können Staubpartikel in sogenannten Intensivfiltern entfernt werden. Zur anschließenden Vorkühlung können mit Wasser betriebene Direktkontaktkühler eingesetzt werden, in denen zudem eine teilweise Auswaschung wasserlöslicher Verunreinigungen erfolgen kann. Das verwendete Wasser kann beispielsweise in Rieselverdunstungskühlern gegen Stickstoffrestgas aus der Rektifikation (auch als "Kühl Stickstoff" bezeichnet) rückgekühlt werden. Die Aufreinigung bzw. Reinigung der vorgekühlten Luft erfolgt i.d.R. in Adsorbern bzw. Molekularsiebadsorbern. In diesen werden Feuchtigkeit, Kohlendioxid und Kohlenwasserstoffe entfernt. Es sind i.d.R. zwei (oder mehr) Adsorber vorgesehen, die jeweils abwechselnd in einer Adsorptionsphase bzw. einer Regenerationsphase betrieben werden, so dass ein kontinuierlicher Betrieb der Luftzerlegungsanlage sichergestellt ist.

Zur Verflüssigung wird die derart aufgereinigte Luft in einem oder mehreren Hauptwärmetauschern auf ca. -175 °C abgekühlt. Die Abkühlung erfolgt durch internen Wärmeaustausch im Gegenstrom zu in der Anlage erzeugten kalten Gasströmen. Auch hier wird i.d.R. zumindest Stickstoff restgas aus der Rektifikation verwendet; hier kann auch ein Gas Verwendung finden, das deutlich reicher an Sauerstoff O2 als Luft ist, bis hin zu reinem O2. Bei einer anschließenden Expansion kühlt sich die Luft durch den Joule-Thomson-Effekt weiter ab und verflüssigt sich. Die eigentliche Zerlegung (Rektifikation) der Luft erfolgt in Trennsäulen (Rektifikationskolonnen, insbesondere zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung; Rohargonkolonnen, zum Beispiel Rohargonkolonne) eines Trennsäulensystems, wobei zunächst eine sauerstoffreiche Sumpffraktion und eine stickstoffreiche Kopffraktion erzeugt werden.

Die Montage von Luftzerlegungsanlagen erfolgt dabei i.d.R. aus vorgefertigten Bauteilen. Diese vorgefertigten Bauteile weisen insbesondere bei industriellen Luftzerlegungsanlagen, die beispielsweise über 20.000 Nm ³ /h Luft (Normkubikmeter pro Stunde, d.h. Luft bei Standardbedingungen, 273,15 K, 101,325 kPa) verarbeiten, eine erhebliche Größe auf, die zu einem hohen Aufwand beim Transport und Aufstellen der Bauteile führt. Daher besteht der Bedarf nach Verbesserungen, die einen zuverlässigere und einfachere Aufbau von Luftzerlegungsanlagen ermöglichen.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Pumpenmodul für eine Luftzerlegungsanlage, eine Luftzerlegungsanlage und ein Verfahren zum Aufbau einer Luftzerlegungsanlage mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche; abhängige Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen. Vor der Erläuterung der Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden zunächst einige nachfolgend verwendete Begriffe definiert.

Der Begriff "Modul" ist als Baugruppe miteinander verbundener Elemente zu verstehen, die in dem Modul fest angeordnet sind. Die Elemente sind z.B. durch eine Trägerkonstruktion bzw. Stützstruktur, etwa einen Trägerrahmen, ein Traggehäuse oder ähnliches, miteinander verbunden. Ein Modul stellt also eine Baueinheit dar, in der die Elemente fixiert angeordnet sind. Insbesondere kann das Modul bzw. dessen Elemente als Ganzes bewegt werden, z.B. von einem Herstellungsortzu einer Baustelle transportiert werden.

Der Ausdruck "fluidisch verbunden" ist im Sinne von mittels einer Fluidleitung verbunden zu verstehen. Es kann also ein Fluid zwischen fluidisch verbundenen Elementen ausgetauscht werden. Soweit nicht anders angemerkt oder aus dem Zusammenhang klar, wird in der Beschreibung auch vereinfacht der Begriff „verbunden“ für fluidisch verbunden verwendet. Ebenso sind die Ausdrücke „fluidische Verbindung“ und „Verbindung“ so zu verstehen, dass eine Verbindung zum Fluidaustausch besteht (soweit nicht anders angemerkt oder aus dem Zusammenhang klar ist, dass eine andere Verbindung, z.B. eine mechanische oder eine Datenverbindung, gemeint ist). Der Begriff „Fluidanschluss“ soll den Fall einer offenen Rohrleitung oder einer Öffnung an einem Bauteil (z.B. der Pumpe) einschließen, das bzw. die durch Schweißen mit einer anderen Rohrleitung und/oder Öffnung verbunden werden kann, um diese aneinander anzuschließen, d.h. eine Fluidverbindung herzustellen. Die Öffnung bzw. die Öffnung der Rohrleitung können also als Fluidanschluss aufgefasst werden.

Die relativen räumlichen Begriffe "oben", "unten", "über", "unter", "oberhalb", "unterhalb", "neben", "nebeneinander", "vertikal", "horizontal" etc. beziehen sich hier auf die räumliche Ausrichtung der Destillationssäulen einer Luftzerlegungsanlage im Normalbetrieb. Unter einer Anordnung zweier Destillationssäulen oder anderer Komponenten "übereinander" wird hier verstanden, dass das sich obere Ende des unteren der beiden Apparateteile sich auf niedrigerer oder gleicher geodätischer Höhe befindet wie das untere Ende der oberen der beiden Apparateteile und sich die Projektionen der beiden Apparateteile in einer horizontalen Ebene überschneiden. Entsprechendes gilt, wenn hier davon die Rede ist, dass ein Element „unter“ einem anderen angeordnet sind. Insbesondere können die beiden Apparateteile genau übereinander angeordnet sein, das heißt die Achsen der beiden Säulen verlaufen auf derselben vertikalen Geraden.

Unter den Begriffen „Rektifikationskolonne“ und „Rohargonkolonne“ sollen hier auch jeweils Kolonnenteile (bspw. die nachfolgend erläuterten Fuß- und Kopfabschnitte) zwei- oder mehrteilig ausgebildeter Rektifikationskolonnen bzw. zwei- oder mehrteilig ausgebildeter Rohargonkolonnen verstanden werden, falls eine Luftzerlegungsanlage in entsprechender Weise ausgebildet ist. Beispielsweise kann eine Luftzerlegungsanlage, die zur Gewinnung eines Argon enthaltenden Produkts eingerichtet ist, eine Hochdruckkolonne, eine zwei- oder mehrteilig ausgebildete Niederdruckkolonne und/oder eine zwei- oder mehrteilig ausgebildete Rohargonkolonne aufweisen. Die zwei- oder mehrteilig ausgebildete Niederdruckkolonne und die zwei- oder mehrteilig ausgebildete Rohargonkolonne weisen jeweils zumindest einen Fußabschnitt und einen räumlich getrennt hiervon angeordneten Kopfabschnitt auf. Insbesondere sind die zwei- oder mehrteilig ausgebildete Niederdruckkolonne und die zwei- oder mehrteilig ausgebildete Rohargonkolonne jeweils zweiteilig ausgebildet. Bei der Erfindung wird eine einteilig ausgebildete Rohargonkolonne eingesetzt. (Der Begriff "einteilig" bezieht sich hier auf die fertig aufgebaute Anlage, nicht unbedingt auf den Transport. In der fertig aufgebauten Anlage sind alle Stoffaustauschelemente der einteiligen Rohargonkolonne in einem einzigen zusammenhängenden Argonmodul angeordnet. Gegensatz dazu ist eine klassische "geteilte Rohargonkolonne", bei der die Stoffaustauschelemente der Rohargonkolonne in zwei oder mehr nebeneinander angeordneten Behältern untergebracht sind.

Bei einer einteiligen Rohargonkolonne kann es dennoch sinnvoll sein, zwei (oder ggf. mehr) Teilbehälter zu verwenden, die - mit oder ohne Coldbox, also als Teilsäule oder Teilargonmodul, getrennt auf die Baustelle transportiert werden. Auf diese Weise können Transportbeschränkungen eingehalten werden. Insgesamt kann eine einteilige Rohargonkolonne bezüglich Transport und Aufbau die folgenden Ausgestaltungen erfahren:

1. Sie kann als durchgehender Behälter ausgestaltet sein, der in einem Stück auf die Baustelle transportiert wird. 2. Sie besteht aus zwei (oder auch mehr) Behältern, die dafür eingerichtet sind, getrennt zu transportiert und dann übereinander montiert zu werden. Hier gibt es zwei Untervarianten:

2a Beide Behälter sind beim Transport geschlossen. Bei der Montage werden sie durch Leitungen so verbunden, dass sie wie ein einziger, ungeteilter Destillationsbereich wirken.

2b Die beiden Behälter sind an jeweils einem Ende offen; die offenen Enden werden auf der Baustelle so verbunden, dass die beiden Teilbehälter wie ein einziger Behälter, also auch als ein einziger, ungeteilter Destillationsbereich wirken.

Mit "Fußabschnitt" und "Kopfabschnitt" werden hierbei jeweils die Abschnitte der zwei- oder mehrteilig ausgebildeten Kolonnen bezeichnet, die in ihrer Funktion, insbesondere hinsichtlich der dort anfallenden Fraktionen bzw. Ströme, den untersten bzw. obersten Abschnitten herkömmlicher, einteilig ausgebildeter Kolonnen entsprechen. Ein Fußabschnitt weist beispielsweise einen Sumpfbehälter auf, ein Kopfabschnitt weist beispielsweise einen Kopfkondensator auf. Der Kopfabschnitt ist damit der Teil der Kolonnen, der mit einem entsprechenden Kondensator verbunden ist, und in dem ein Rücklauf auf die entsprechenden Kolonnen aufgegeben wird. In einer einteilig ausgebildeten Niederdruckkolonne bekannter Luftzerlegungsanlagen wird im Sumpf eine sauerstoffreiche Flüssigfraktion gewonnen, die als Sauerstoffprodukt abgezogen werden kann. Dies erfolgt damit auch in einem Sumpf eines Fußabschnitts einer zwei- oder mehrteilig ausgebildeten Niederdruckkolonne. Am Kopf einer einteilig ausgebildeten Niederdruckkolonne bekannter Luftzerlegungsanlagen kann entsprechend ein gasförmiges Stickstoffprodukt abgezogen werden, gleiches gilt für den oberen Teil eines Kopfabschnitts einer zwei- oder mehrteilig ausgebildeten Niederdruckkolonne. Am Kopf einer einteilig ausgebildeten Rohargonkolonne wird ein Rohargonstrom abgezogen und als Endprodukt gewonnen oder in eine Reinargonsäule überführt, aus dem Sumpf einer einteilig ausgebildeten Rohargonkolonne wird das anfallende Sumpfprodukt in die Niederdruckkolonne mittels einer geeigneten Pumpe zurückgespeist.

Weist eine "mehrteilig" ausgebildete Niederdruckkolonne mehr als zwei Teile auf, sind zusätzlich Zwischenabschnitte zwischen Fuß- und Kopfabschnitt vorgesehen. Die einzelnen Abschnitte (Fuß-, Kopf- und gegebenenfalls Zwischenabschnitte) sind mittels Leitungen und gegebenenfalls Pumpen miteinander verbunden, um auf diese Weise einen Betrieb, wie er auch mit einer jeweils einteiligen Säule erfolgt, darzustellen.

Ein Destillationskolonnensystem einer Luftzerlegungsanlage ist in einer oder mehreren Coldboxen angeordnet. Unter einer "Coldbox" wird hier eine isolierende Umhüllung verstanden, die einen wärmeisolierten Innenraum bis auf Durchführungen für Leitungen und dergleichen vollständig mit Außenwänden umfasst. In dem Innenraum sind zu isolierende Anlagenteile angeordnet, beispielsweise ein oder mehrere Destillationskolonnen und/oder Wärmetauscher. Die isolierende Wirkung kann durch entsprechende Ausgestaltung der Außenwände und/oder durch die Befüllung des Zwischenraums zwischen Anlagenteilen und Außenwänden mit einem Isoliermaterial bewirkt werden. Bei der letzteren Variante wird vorzugsweise ein pulverförmiges Material wie zum Beispiel Perlit verwendet. Sowohl das Destillationskolonnensystem einer Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft als auch der Hauptwärmetauscher und weitere kalte Anlagenteile sind in üblichen Luftzerlegungsanlagen von einer oder mehreren Coldboxen umschlossen. Die Außenmaße der Coldbox werden bei vorgefertigten Anlagen üblicherweise durch die bei dem jeweiligen Projekt zugelassenen Transportmaße bestimmt.

Ein erfindungsgemäßes Pumpenmodul für eine Luftzerlegungsanlage, die eine Rektifikationskolonne und eine Rohargonkolonne umfasst, die in einem Argonmodul Rohargon integriert ist, umfasst eine Pumpe, die dazu eingerichtet ist, ein Fluid von einem ersten Fluidanschluss, der mit einem unteren Ende der Rohargonkolonne fluidisch verbindbar ist, zu einem zweiten Fluidanschluss, der mit der Rektifikationskolonne fluidisch verbindbar ist, zu pumpen, wobei das Pumpenmodul dazu eingerichtet ist, unter dem Argonmodul angeordnet zu werden und das Argonmodul zumindest teilweise zu tragen. (Das Pumpenmodul kann auch mehr als eine Pumpe umfassen, zum Beispiel mehrere seriell oder parallel verbundene Pumpen, insbesondere zwei oder mehrere redundante Pumpen.)

Wenn das Pumpenmodul unter dem Argonmodul platziert wird, kann in der Luftzerlegungsanlage auf eine gesonderte Tragkonstruktion für das Argonmodul bzw. die Rohargonkolonne verzichtet werden, die ansonsten notwendig wäre, um einen Höhenunterschied zwischen der Pumpe und dem unteren Ende der Rohargonkolonne zu gewährleisten. Dies vereinfacht den Aufbau der Luftzerlegungsanlage und/oder, wegen der geringeren Transportlänge, den Transport des Argonmoduls, falls dieses bereits mit einer Tragkonstruktion vorgefertigt zur Baustelle geliefert wird. Alternativ kann bei unveränderter Transportlänge die Rohargonkolonne länger gestaltet werden und zusätzliche (theoretische) Böden vorgesehen sein. Auch wird keine zusätzliche Stellfläche bzw. kein zusätzliches Fundament für die Pumpe neben dem Argonmodul und der Rektifikationskolonne benötigt.

Das Pumpenmodul ist mit dem Argonmodul verbindbar. Dies schließt einerseits ein, dass Fluidleitungen und/oder Anschlüsse fluidisch verbunden werden, und andererseits, dass Verbindungselemente vorgesehen sind, die es ermöglichen, eine mechanische Verbindung herzustellen, also das Argonmodul und das Pumpenmodul aneinanderzu befestigen.

Bevorzugt umfasst das Pumpenmodul eine Stützstruktur, an der die Pumpe montiert bzw. befestigt ist und die dazu eingerichtet ist, das Argonmodul zumindest teilweise zu tragen (d.h. das vom Pumpenmodul aufgenommene Gewicht zu tragen). Die Stützstruktur kann insbesondere als Stahl-Stützstruktur gebildet sein. Also Stahl-Träger und -Rahmen und Ähnliches umfassen.

Bevorzugt ist das Pumpenmodul bzw. gegebenenfalls die Stützstruktur dazu eingerichtet, ein Gewicht im Bereich von 30.000 kg bis 300.000 kg, bevorzugt im Bereich von 60.000 kg bis 200.000 kg, zu tragen.

Das Pumpenmodul kann beispielsweise einen im Wesentlichen rechteckigen Grundriss bzw. Querschnitt (von oben betrachtet) mit einer Länge im Bereich von 2 m bis 5,5 m und einer Breite im Bereich von 2 m bis 5,5 m aufweisen. Die Höhe des Pumpenmoduls kann im Bereich von 1 m bis 5 m, insbesondere von 1,5 m bis 3,5 m, liegen. Das Argonmodul kann beispielsweise ebenfalls einen im Wesentlichen rechteckigen Grundriss bzw. Querschnitt (von oben betrachtet) mit einer Länge im Bereich von 2 m bis 5,5 m und einer Breite im Bereich von 2 m bis 5,5 m aufweisen.

Die Höhe des Argonmoduls kann im Bereich von 20 m bis 75 m liegen. Vorzugsweise weisen das Pumpenmodul und das Argonmodul im Wesentlichen den gleichen Grundriss auf, insbesondere also im Wesentlichen die gleiche Länge und Breite für einen rechteckigen Grundriss. Hierbei wird weiter vorzugsweise der Grundriss des Pumpenmoduls an den Grundriss des Argonmoduls angepasst. Ein Beispiel für typische Abmessungen könnte etwa wie folgt sein: Grundriss des Argonmoduls von 5,2 m x 4,2 m bei einer Höhe von ca. 44 m; Grundriss des Pumpenmoduls der gleiche wie beim Argonmodul, wobei die Höhe des Pumpenmoduls im Bereich von 1,5 m bis 3,5 m liegt.

Vorzugsweise sind im Pumpenmodul mit der Pumpe verbundene Fluidleitungen und/oder Fluidanschlüsse vorgesehen, die mit dem unteren Ende der Rohargonkolonne und/oder der Rektifikationskolonne oder mit diesen verbundenen Fluidleitungen verbindbar sind. Auf diese Weise kann die Anzahl zusätzlich beim Aufbau auf der Baustelle zu montierender Elemente reduziert werden, d.h. es kann der Vorfertigungsgrad erhöht werden. Beispielsweise können Ein- und/oder Austritts- Armaturen der Pumpe mit Pumpenmodul angeordnet sein.

Bevorzugt umfasst das Pumpenmodul Wände, die die Pumpe umgeben; wobei die Wände thermisch isolierend sind und/oder zumindest teilweise ein thermisch isolierendes Material zwischen die Wände und die Pumpe gefüllt ist.

Eine erfindungsgemäße Luftzerlegungsanlage umfasst eine Rektifikationskolonne, eine einteilig ausgebildete Rohargonkolonne, die in einem Argonmodul integriert ist, und ein erfindungsgemäßes Pumpenmodul, wobei der erste Fluidanschluss mit einem unteren Ende der Rohargonkolonne fluidisch verbunden ist und der zweite Fluidanschluss mit der Rektifikationskolonne fluidisch verbunden ist, wobei die Pumpe dazu eingerichtet ist (d.h. wenn diese in Betrieb bzw. eingeschaltet ist), Fluid einer Sumpffraktion aus der Rohargonkolonne in die Rektifikationskolonne zu pumpen; dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenmodul und das Argonmodul übereinander angeordnet sind, so dass das Pumpenmodul unter dem Argonmodul angeordnet ist, wobei das Pumpenmodul das Argonmodul zumindest teilweise trägt.

Bevorzugt weist das Pumpenmodul eine Grundfläche (bzw. einen horizontalen Querschnitt) auf, die, in vertikaler Richtung gesehen, innerhalb einer Grundfläche des Argonmoduls eingeschlossen ist. D.h. in einer Draufsicht von oben ragt das Pumpenmodul nicht über Argonmodul hinaus; bzw. eine vertikale Projektion des Pumpenmoduls liegt innerhalb einer vertikalen Projektion des Argonmoduls. Dies ist zweckmäßig, da so keine Stellfläche auf der Fläche der Luftzerlegungsanlage zusätzlich zum Argonmodul benötigt wird. Bevorzugt umfasst die Luftzerlegungsanlage wenigstens ein Stützmodul, das unter dem Argonmodul neben dem Pumpenmodul angeordnet ist, so dass das wenigstens eine Stützmodul das Argonmodul teilweise trägt, wobei das wenigstens eine Stützmodul das Gewicht des Argonmoduls trägt (bzw. aufnimmt), das nicht von dem Pumpenmodul getragen wird. Dies ermöglicht es insbesondere, das Pumpenmodul kleiner zu gestalten, was unter anderem zu einem vereinfachten Transport führt.

Weiter bevorzugt weist das Stützmodul eine Grundfläche (bzw. einen horizontalen Querschnitt) auf, die, in vertikaler Richtung gesehen, innerhalb einer Grundfläche des Argonmoduls eingeschlossen ist. Besonders bevorzugt gilt dies sowohl für das Pumpenmodul als auch für das Stützmodul.

Bevorzugt umfasst das Argonmodul Wände, die die Rohargonkolonne umgeben; wobei die Wände thermisch isolierend sind und/oder zumindest teilweise ein thermisch isolierendes Material zwischen die Wände und die Rohargonkolonne gefüllt ist. Es wird also eine Argon-Coldbox gebildet.

Bevorzugt ist die Rektifikationskolonne in einem Rektifikationsmodul integriert; wobei das Rektifikationsmodul insbesondere Wände umfasst, die die Rektifikationskolonne umgeben; wobei die Wände thermisch isolierend sind und/oder zumindest teilweise ein thermisch isolierendes Material zwischen die Wände und die Rektifikationskolonne gefüllt ist.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Aufbau einer Luftzerlegungsanlage, umfasst: ein Herstellen eines Argonmoduls, in dem eine Rohargonkolonne integriert ist; ein Herstellen eines Pumpenmoduls, das eine Pumpe umfasst, die dazu eingerichtet ist, ein Fluid von einem ersten Fluidanschluss, der mit einem unteren Ende der Rohargonkolonne fluidisch verbindbar ist, zu einem zweiten Fluidanschluss, der mit der Rektifikationskolonne fluidisch verbindbar ist, zu pumpen, wobei das Pumpenmodul dazu eingerichtet ist, unter dem Argonmodul angeordnet zu werden und das Argonmodul zumindest teilweise zu tragen; ein Transportieren des Argonmoduls und des Pumpenmoduls in einem nicht zusammengesetzten Zustand zu einer Baustelle der Luftzerlegungsanlage; und ein Aufstellen des Pumpenmoduls und des Argonmoduls auf der Baustelle, so dass das Pumpenmodul und das Argonmodul übereinander angeordnet werden, wobei das Pumpenmodul unter dem Argonmodul angeordnet wird, so dass das Pumpenmodul das Argonmodul zumindest teilweise trägt.

Das Aufstellen schließt insbesondere ein Herstellen von Fluidverbindungen und/oder ein mechanisches Verbinden bzw. aneinander Befestigen von Pumpenmodul und Argonmodul ein. Das Pumpenmodul wird auf einer dafür vorgesehenen Stellfläche, etwa einer Betonfläche oder einem Betonfundament, der Luftzerlegungsanlage aufgestellt und dort insbesondere befestigt.

Der Transport des Argonmoduls erfolgt vorzugsweise im liegenden Zustand. Dabei entspricht eine Transportlänge der Höhe (im aufgestellten Zustand) des Argonmoduls.

Vorzugsweise wird zunächst das Pumpenmodul aufgestellt, dann das Argonmodul angehoben und auf das Pumpenmodul gesetzt, und anschließend werden das Pumpenmodul und das Argonmodul miteinander verbunden (mechanisch und/oder fluidisch).

Alternativ wird vorzugsweise zunächst das Pumpenmodul und das Argonmodul zu einem zusammengesetzten Modul miteinander verbunden werden, und anschließend das zusammengesetzte Modul aufgestellt wird. D.h. das Zusammensetzen erfolgt im liegenden Zustand.

Der Vollständigkeit halber werden weitere Grundlagen der vorliegenden Erfindung näher erläutert und nachfolgend weitere Begriffe definiert. Die in einer Luftzerlegungsanlage eingesetzten Vorrichtungen sind in der zitierten Fachliteratur, beispielsweise bei Häring (s.o.) in Abschnitt 2.2.5.6, „Apparatus“, beschrieben. Sofern die nachfolgenden Definitionen nicht hiervon abweichen, wird daher zum Sprachgebrauch, der im Rahmen der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, ausdrücklich auf die zitierte Fachliteratur verwiesen. Die Begriffe „Rektifikation“ und „Destillation“ sowie „Säule“ und „Kolonne“ bzw. hieraus zusammengesetzte Begriffe werden synonym verwendet.

Flüssigkeiten und Gase können im hier verwendeten Sprachgebrauch reich oder arm an einer oder an mehreren Komponenten sein, wobei „reich“ für einen Gehalt von wenigstens 50%, 75%, 90%, 95%, 99%, 99,5%, 99,9% oder 99,99% und „arm“ für einen Gehalt von höchstens 50%, 25%, 10%, 5%, 1%, 0,1% oder 0,01% auf Mol-, Gewichts- oder Volumenbasis stehen kann. Der Begriff „überwiegend“ kann der Definition von „reich“ entsprechen. Flüssigkeiten und Gase können ferner angereichert oder abgereichert an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei sich diese Begriffe auf einen Gehalt in einer Ausgangsflüssigkeit oder einem Ausgangsgas beziehen, aus der oder dem die Flüssigkeit oder das Gas gewonnen wurde. Die Flüssigkeit oder das Gas ist „angereichert“, wenn diese oder dieses zumindest den 1,1- fachen, 1,5-fachen, 2-fachen, 5-fachen, 10-fachen 100-fachen oder 1.000-fachen Gehalt, und „abgereichert“, wenn diese oder dieses höchstens den 0,9-fachen, 0,5- fachen, 0,1-fachen, 0,01-fachen oder 0,001-fachen Gehalt einer entsprechenden Komponente, bezogen auf die Ausgangsflüssigkeit oder das Ausgangsgas enthält. Ist hier beispielsweise von „Sauerstoff“, „Stickstoff“ oder „Argon“ die Rede, sei hierunter auch eine Flüssigkeit oder ein Gas verstanden, die bzw. das reich an Sauerstoff oder Stickstoff ist, jedoch nicht notwendigerweise ausschließlich hieraus bestehen muss.

Die vorliegende Anmeldung verwendet zur Charakterisierung von Drücken und Temperaturen die Begriffe „Druckniveau“ und „Temperaturniveau“, wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass entsprechende Drücke und Temperaturen in einer entsprechenden Anlage nicht in Form exakter Druck- bzw. Temperaturwerte verwendet werden müssen, um das erfinderische Konzept zu verwirklichen. Jedoch bewegen sich derartige Drücke und Temperaturen typischerweise in bestimmten Bereichen, die beispielsweise ± 1%, 5%, 10% oder 20% um einen Mittelwert liegen. Entsprechende Druckniveaus und Temperaturniveaus können dabei in disjunkten Bereichen liegen oder in Bereichen, die einander überlappen. Insbesondere schließen beispielsweise Druckniveaus unvermeidliche oder zu erwartende Druckverluste ein. Entsprechendes gilt für Temperaturniveaus. Bei dem hier in bar angegebenen Druckniveaus handelt es sich um Absolutdrücke.

Die Hochdruckkolonne und die Niederdruckkolonne einer Luftzerlegungsanlage stehen über einen sogenannten Hauptkondensator in wärmetauschender Verbindung. Der Hauptkondensator kann insbesondere in einem unteren (Sumpf-) Bereich der Niederdruckkolonne (bzw. hiervon deren erstem Abschnitt) angeordnet sein. In diesem Fall handelt es sich um einen sogenannten innenliegenden Hauptkondensator und der Verdampfungsraum des Hauptkondensators ist zugleich der Innenraum der Niederdruckkolonne (bzw. von deren erstem Abschnitt). Der Hauptkondensator kann jedoch grundsätzlich, also sogenannter außenliegender Hauptkondensator, außerhalb des Innenraums der Hochdruckkolonne angeordnet sein.

Ein „Hauptwärmetauscher“ einer Luftzerlegungsanlage dient zur Abkühlung von Einsatzluft in indirektem Wärmeaustausch mit Rückströmen aus dem Destillationskolonnensystem. Er kann aus einem einzelnen oder mehreren parallel und/oder seriell verbundenen Wärmetauscherabschnitten gebildet sein, beispielsweise aus einem oder mehreren Plattenwärmetauscherblöcken. Separate Wärmetauscher, die speziell der Verdampfung oder Pseudoverdampfung eines einzigen flüssigen oder überkritischen Fluids dienen, ohne Anwärmung und/oder Verdampfung eines weiteren Fluids, gehören nicht zum Hauptwärmetauscher.

Bei einem „Unterkühler“ oder „Unterkühlungsgegenströmer“ (die beiden Begriffe werden nachfolgend vollständig austauschbar miteinander verwendet) handelt es sich im hier verwendeten Sprachgebrauch um einen Wärmetauscher, durch den gasförmige und flüssige Stoffströme in einer Luftzerlegungsanlage einem Wärmeaustausch miteinander unterworfen werden, welche dem Rektifikationskolonnensystem entnommen und nach dem Wärmetausch teilweise oder vollständig in das Rektifikationskolonnensystem zurückgeführt werden.

Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 veranschaulicht eine beispielhafte Luftzerlegungsanlage, in der die vorliegende Erfindung verwendet werden kann.

Figur 2A veranschaulicht die Anordnung einer Rektifikationskolonne, einer Rohargonkolonne und eines Pumpenmoduls gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung.

Figur 2B veranschaulicht das Pumpenmodul in einer gegenüber der Figur 2A vergrößerten Ansicht. Figur 3 veranschaulicht das Verfahren zum Aufbau einer Luftzerlegungsanlage gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.

Figur 4 zeigt eine einteilige Rohargonsäule, die durch zwei Teilbehälter gebildet ist. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

In den Figuren sind einander baulich oder funktional entsprechende Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholterläutert. Wenn nachfolgend auf Verfahrensschritte Bezug genommen wird, betreffen die entsprechenden Erläuterungen in gleicher Weise Anlagenkomponenten, mit denen diese Verfahrensschritte durchgeführt werden, und umgekehrt.

In Figur 1 ist beispielhaft eine Luftzerlegungsanlage 100 an sich bekannter Art dargestellt, in der bzw. für die die vorliegende Erfindung verwendet werden kann. Die vorliegende Technologie eignet sich auch für andere verfahrenstechnische Anlagen und ist nicht auf Luftzerlegungsanlagen beschränkt; hier wird aber nur die Anwendung auf Luftzerlegungsanlagen beansprucht.

Luftzerlegungsanlagen der gezeigten Art sind vielfach an anderer Stelle beschrieben, beispielsweise bei H.-W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, insbesondere 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.

Die in Figur 1 gezeigte 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 Rektifikationskolonnensystem 16. Das Rektifikationskolonnensystem 16 umfasst eine Rektifikationskolonne 10 zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung in Form einer Doppelkolonnenanordnung aus einer Hochdruckkolonne 11 und einer Niederdruckkolonne 12 sowie eine Rohargonkolonne 13 und eine Reinargonkolonne 14. Durch eine Pumpe 16 wird Flüssigkeit aus der Rohargonkolonne 13 in die Rektifikationskolonne 10, genauer in die Niederdruckkolonne 12, zurückgepumpt.

Wie die Erfindung nicht auf die Verwendung mit Luftzerlegungsanlagen wie der Luftzerlegungsanlage 100 beschränkt ist, kann sie auch mit anders als gezeigt ausgebildeten Luftzerlegungsanlagen verwendet werden, die eine andere Anzahl an Kolonnen in identischer oder abweichender Verschaltung miteinander aufweisen können, wobei die Rektifikationskolonne 10, d.h. die Doppelkolonnenanordnung aus der Hochdruckkolonne 11 und der Niederdruckkolonne 12, sowie die Rohargonkolonne 13 in jedem Fall vorhanden sind.

In der gezeigten Luftzerlegungsanlage 100 wird 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 Hochdruckkolonne 11 eingespeist.

In der Hochdruckkolonne 11 werden eine sauerstoffangereicherte flüssige Sumpffraktion sowie eine stickstoffangereicherte gasförmige Kopffraktion gebildet. Die sauerstoffangereicherte flüssige Sumpffraktion wird aus der Hochdruckkolonne 11 abgezogen, teilweise als Heizmedium in einem Sumpfverdampfer der Reinargonkolonne 14 verwendet und jeweils in Anteilen in einen Kopfkondensator der Reinargonkolonne 14, einen Kopfkondensator der Rohargonkolonne 13 sowie die Niederdruckkolonne 12 eingespeist. In den Verdampfungsräumen der Kopfkondensatoren der Rohargonkolonne 13 und der Reinargonkolonne 14 verdampfendes Fluid wird ebenfalls in die Niederdruckkolonne 12 überführt.

Vom Kopf der Hochdruckkolonne 11 wird das gasförmige stickstoffreiche Kopfprodukt abgezogen, in einem Hauptkondensator 9, der eine wärmetauschende Verbindung zwischen der Hochdruckkolonne 11 und der Niederdruckkolonne 12 herstellt, verflüssigt, und in Anteilen als Rücklauf auf die Hochdruckkolonne 11 aufgegeben und in die Niederdruckkolonne 12 entspannt.

In der Niederdruckkolonne 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 Niederdruckkolonne 12 wird ein flüssiger stickstoffreicher Strom abgezogen und als Flüssigstickstoffprodukt aus der Luftzerlegungsanlage 100 ausgeführt werden. Ein vom Kopf der Niederdruckkolonne 12 abgezogener gasförmiger stickstoffreicher Strom wird durch den Hauptwärmetauscher 5 geführt und als Stickstoffprodukt auf dem Druck der Niederdruckkolonne 12 bereitgestellt. Aus der Niederdruckkolonne 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.

Zur Argongewinnung können in einer Luftzerlegungsanlage mehrere Argonkolonnen eingesetzt werden, z.B. zeigt Figur 1 eine Luftzerlegungsanlage mit einer Rohargonkolonne 13 und einer Reinargonkolonne 14. Ein Beispiel ist bei Häring (s.o.) in Figur 2.3A veranschaulicht und ab Seite 26 im Abschnitt „Rectification in the Low- pressure, Crude and Pure Argon Column“ sowie ab Seite 29 im Abschnitt „Cryogenic Production of Pure Argon“ beschrieben. Wie dort erläutert, reichert sich Argon in entsprechenden Anlagen in einer bestimmten Höhe in der Niederdruckkolonne 12 an. An dieser oder an einer anderen günstigen Stelle, ggf. auch unterhalb des Argonmaximums, kann aus der Niederdruckkolonne an Argon angereichertes Gas mit einer Argonkonzentration von typischerweise 5 bis 15 Molprozent abgezogen und in die Rohargonkolonne 13 überführt werden. Ein entsprechendes Gas enthält typischerweise ca. 0,05 bis 100 ppm Stickstoff und ansonsten im Wesentlichen Sauerstoff. Es sei ausdrücklich betont, dass die angegebenen Werte für das aus der Niederdruckkolonne abgezogene Gas lediglich typische Beispielwerte darstellen.

Die Rohargonkolonne 13 dient im Wesentlichen dazu, den Sauerstoff aus dem aus der Niederdrucksäule abgezogenen Gas abzutrennen. Der in der Rohargonkolonne 13 abgetrennte Sauerstoff bzw. ein entsprechendes sauerstoffreiches Fluid kann flüssig in die Niederdruckkolonne 12 zurückgeführt werden, dies erfolgt mittels einer dafür vorgesehenen Pumpe 15. Der Sauerstoff bzw. das sauerstoffreiche Fluid wird dabei typischerweise mehrere theoretische oder praktische Böden unterhalb der Einspeisestelle für die aus der Hochdruckkolonne abgezogene, an Sauerstoff angereicherte und an Stickstoff abgereicherte und ggf. zumindest teilweise verdampfte Flüssigkeit in die Niederdruckkolonne eingespeist. Eine bei der Trennung in der Rohargonkolonne 13 verbleibende gasförmige Fraktion, die im Wesentlichen Argon und Stickstoff enthält, wird in der Reinargonkolonne 14 unter Erhalt von Reinargon weiter aufgetrennt. Die Roh- und die Reinargonkolonne weisen Kopfkondensatoren auf, die insbesondere mit einem Teil der aus der Hochdrucksäule abgezogenen, an Sauerstoff angereicherten und an Stickstoff abgereicherten Flüssigkeit gekühlt werden können, welche bei dieser Kühlung teilweise verdampft. Auch andere Fluide können zur Kühlung eingesetzt werden.

Grundsätzlich kann in entsprechenden Anlagen auch auf eine Reinargonkolonne verzichtet werden, insbesondere dann, wenn durch geeignete bauliche bzw. trenntechnische Maßnahmen sichergestellt werden kann, dass der Stickstoffgehalt am Argonübergang unter einem vorgegebenen Wert liegt (z.B. 1 ppm). Dies ist jedoch keine zwingende Voraussetzung. Argon gleicher Qualität wie aus einer herkömmlichen Reinargonkolonne wird in diesem Fall aus der Rohargonkolonne bzw. einer vergleichbaren Säule typischerweise etwas weiter unterhalb als das herkömmlicherweise in die Reinargonkolonne überführte Fluid abgezogen, wobei die Böden im Abschnitt zwischen dem Rohargonkondensator, also dem Kopfkondensator der Rohargonkolonne, und einem entsprechenden Abzug insbesondere als Sperrböden für Stickstoff dienen. Die vorliegende Erfindung kann mit einer derartigen Anordnung ohne Reinargonkolonne zum Einsatz kommen. Die Rohargonkolonne bzw. eine vergleichbare Säule kann in einer derartigen Anordnung bereits zur Gewinnung von Reinargon dienen. Das "Rohargonprodukt“, das einer solchen Rohargonkolonne entnommen wird, stellt also bereits ein Endprodukt höherer Reinheit dar. Bei der Erfindung wird entweder eine herkömmliche Rohargonkolonne (die mit oder ohne Reinargonkolonne eingesetzt wird) verwendet oder eine entsprechende zur Reinargongewinnung modifizierte Rohargonkolonne. Rohargon- und Reinargonkolonnen können in der gleichen Coldbox oder in getrennten Coldboxen angeordnet sein.

Die Rektifikationskolonne 10, d. h. die Doppelkolonnenanordnung (aus der Hochdruckkolonne 11 und der Niederdruckkolonne 12) und die Rohargonkolonne sind jeweils in einer sogenannten Coldbox (in Figur 1 der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt) angeordnet. Jede Coldbox stellt ein Modul dar, in dem die Rektifikationskolonne bzw. die Rohargonkolonne innerhalb eines von thermisch isolierenden Wänden umgebenen Raums montiert sind, wobei Armaturen und Fluidleitungen ebenfalls im Modul (Coldbox) montiert sein können. Auf diese Weise kann ein hoher Vorfertigungsgrad erreicht werden, wobei die vorgefertigten Coldboxen als Ganzes liegend zur Baustelle der Luftzerlegungsanlage transportiert werden und dort aufgestellt werden. Für den Fall, dass eine vorgefertigte Coldbox ansonsten zu hoch wäre (zu große Transportlänge), kann sie auch in Teilen transportiert werden. In der Coldbox bzw. in den thermisch isolierenden Wänden sind insbesondere Zugangsöffnungen bzw. -türen und Durchführungen für Fluidleitungen bzw. -anschlüsse vorgesehen. Aufgrund der Form der Rektifikationskolonne und der Rohargonkolonne weisen die Coldboxen eine Höhe (bezogen auf den aufgestellten Zustand, d. h. den Zustand in dem die Kolonnen betrieben werden) auf, die um ein Vielfaches größer ist als zur Höhe orthogonale Querabmessungen. Hier kann eine Höhe von über 40 m bis zu 85 m erreicht werden. Beim liegenden Transport weisen die Coldboxen also eine entsprechend große Transportlänge (im Wesentlichen gleich der Höhe im aufgestellten Zustand) auf. Falls der Transport über Straßen führt, kann man in vielen Fällen Coldboxen einer Höhe bis etwa 47 m ungeteilt transportieren, ansonsten müssen sie geteilt hergestellt und dann auf der Baustelle verbunden werden. Für den Fall, dass die Transportroute dies zulässt, können auch erheblich größere Bauhöhen (bis zu 85 m) ungeteilt transportiert werden.

Die Rektifikationskolonne kann in mehrere Kolonnen geteilt sein. Z. B. schlägt die EP 2 965029 B1 die Zweiteilung der Niederdruckkolonne in einen Fußteil und einen Kopfteil vor, um die Bauhöhe einer entsprechenden Luftzerlegungsanlage und deren Vorfertigbarkeit zu verbessern. Dabei bleibt der Fußteil der Niederdruckkolonne wie in einer klassischen Doppelkolonnenanordnung mit der Hochdruckkolonne verbunden, der Kopfteil der Niederdruckkolonne wird aber in einen separaten Behälter und ggf. in eine separate Coldbox ausgelagert.

Demgemäß kann eine Luftzerlegungsanlage im Allgemeinen eine oder mehrere Rektifikationskolonnen umfassen. Um Flüssigkeit bzw. Fluid von der Rohargonkolonne in die eine oder die mehreren Rektifikationskolonnen zur Stickstoff-Sauerstoff- Trennung zu pumpen, können dann entsprechend eine oder mehrere Pumpen vorgesehen sein.

Figur 2A veranschaulicht die Anordnung einer Rektifikationskolonne zur Stickstoff- Sauerstoff-Trennung 215, einer einteiligen Rohargonkolonne 213 und eines Pumpenmoduls 220 gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung. In Figur 2B ist das Pumpenmodul 220 in vergrößerter Ansicht veranschaulicht.

Für die Rektifikationskolonne 215 und die Rohargonkolonne 213 gelten die im Zusammenhang mit Figur 1 gemachten Ausführungen. Die Rektifikationskolonne zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung ist also als Doppelkolonne mit einer Hochdruckkolonne 211 und einer Niederdruckkolonne 212 gestaltet, wobei ein Kondensator 209 vorgesehen ist. Die Rohargonkolonne 213 der Figur 2A kann beispielsweise die Rohargonkolonne 13 der Figur 1 sein.

Die Rektifikationskolonne 215 und die Rohargonkolonne 213 sind jeweils in einer Coldbox angeordnet, wobei ein Rektifikationsmodul 218 und ein Argonmodul 219 gebildet sind. Sowohl das Rektifikationsmodul 218 als auch das Argonmodul 219 können eine Stützstruktur (z.B. aus Stahl) aufweisen, an der die Rektifikationskolonne 215 bzw. die Rohargonkolonne 213 und thermisch isolierende Wände, die die jeweilige Kolonne umgeben (um die Coldbox zu bilden), montiert sind. Das Rektifikationsmodul 218 und das Argonmodul 219 stellen also im vorgefertigten Zustand, solange sie auf der Baustelle noch nicht aufgestellt und befestigt sind, jeweils als Ganzes transportable Einheiten dar.

Das Argonmodul 219 wird zumindest teilweise durch ein Pumpenmodul 220 getragen bzw. gestützt, d.h. das Pumpenmodul 220 nimmt das Gewicht des Argonmoduls 219 zumindest teilweise auf. Das Pumpenmodul 220 ist dazu unter dem Argonmodul 219 angeordnet, so dass sich in vertikaler Richtung gesehen Pumpenmodul und Argonmodul überlappen. Im Pumpenmodul 220 ist eine Stützstruktur (z.B. aus Stahl; nicht dargestellt) vorgesehen, die dazu ausgelegt ist, das Argonmodul 219 zumindest teilweise zu tragen, also insbesondere dessen Gewicht zumindest teilweise aufzunehmen. Am Pumpenmodul 220 bzw. an der Stützstruktur können Verbindungselemente (etwa Laschen für Schweiß- oder Schraubverbindungen) vorgesehen sein, die es ermöglichen, das Argonmodul 219 mit dem Pumpenmodul 220 mechanisch zu verbinden bzw. das Argonmodul 219 am Pumpenmodul 220 zu befestigen.

In dem Pumpenmodul 220 ist eine Pumpe 216 angeordnet, die dazu eingerichtet ist, Fluid (insbesondere Flüssigkeit) aus einer Sumpffraktion der Rohargonkolonne 213 in die Rektifikationskolonne 215, insbesondere in die Niederdruckkolonne 212, zu pumpen. Dazu können Fluidleitungen 221, 222, 223 vorgesehen sein, die einerseits mit der Pumpe 216 und andererseits mit dem unteren Ende der Rohargonkolonne 213 bzw. der Rektifikationskolonne 215 verbunden sind. Die Pumpe 216 ist im Pumpenmodul 220 befestigt, insbesondere an der Stützstruktur befestigt. Die Pumpe 216 entspricht der Pumpe 16 der Figur 1.

Die Fluidleitungen können jeweils mehrere einzelne Fluidleitungen umfassen, die mittels Fluidanschlüssen miteinander verbunden sind. Vorzugsweise sind im Pumpenmodul 220 mit der Pumpe 216 verbundene Fluidleitungen 221, 222 vorgesehen, d.h. im Pumpenmodul bzw. an der Stützstruktur, befestigt, die die Pumpe mit Fluidanschlüssen verbinden, an die weiterführende Fluidleitungen (etwa die Fluidleitung 223 zur Rektifikationskolonne 215) und/oder Kolonnen (etwa die Rohargonkolonne 213) direkt angeschlossen werden können. Dies führt zu einem höheren Vorfertigungsgrad, da entsprechende Fluidleitungen/Kolonnen beim Aufbau auf der Baustelle lediglich noch mit den im Pumpenmodul 220 umfassten Fluidleitungen 221, 222 verbunden werden müssen, also weniger Fluidleitungen zusätzlich montiert werden müssen. Die Fluidleitung 223 zur Rektifikationskolonne 215 kann beispielsweise zunächst innerhalb der Coldbox des Argonmoduls 219 nach oben verlaufen. In Figur 2B sind beispielhaft Fluidanschlüsse 221A, 222A symbolisch illustriert, die zur Verbindung mit der Rohargonkolonne 213 oder einer mit dieser verbundenen Fluidleitung und zur Verbindung mit der Fluidleitung 223, die zur Rektifikationskolonne 215 führt, dienen. Die Fluidanschlüsse liegen hieran der Oberseite des Pumpenmoduls, es ist aber auch denkbar einen oder mehrere der Fluidanschlüsse an einer Seitenfläche vorzusehen, insbesondere denjenigen, der zur Verbindung mit der Rektifikationskolonne vorgesehen ist. Im Pumpenmodul können auch Armaturen vorgesehen sein, insbesondere Ein- und Austritt-Armaturen der Pumpe 216.

Das Pumpenmodul 220 kann Wände umfassen, die die Pumpe 216 umgeben, wobei in den Wänden Durchgänge für Fluidleitungen und/oder Fluidanschlüsse und/oder sonstige Zugangsöffnungen bzw. Zugangstüren vorgesehen sind. Die Wände sind bevorzugt thermisch isolierende Wände, so dass eine Coldbox gebildet wird. Alternativ oder zusätzlich kann ein thermisch isolierendes Material zwischen der Pumpe und den Wänden eingefüllt sein. Ein Motor der Pumpe 216 ist im Pumpenmodule 220 vorzugsweise so angeordnet, dass er mit einer Wand abschließt, wobei an der entsprechenden Stelle eine Zugangsöffnung bzw. Zugangstür vorgesehen ist, so dass der Motor zugänglich ist. Selbiges gilt für eine Pumpensteuerung und/oder eine Motorsteuerung. Vorzugsweise ist der Motor so angeordnet, dass er der Umgebungsluft ausgesetzt ist, um die Kühlung des Motors sicher zu stellen, z.B. außen an der Coldbox, außerhalb des thermisch isolierten Bereichs. Die Coldbox (bzw. deren thermisch isolierende Wände) kann die Stützstruktur des Pumpenmoduls mit umschließen. Ebenso ist es möglich, dass die Stützstruktur außerhalb der Coldbox angeordnet ist.

Das Pumpenmodul 220 kann so dazu eingerichtet sein, dass es in der Lage ist, das gesamte Gewicht des Argonmoduls 219 zu tragen. Alternativ kann, wie in der Figur gezeigt, wenigstens ein zusätzliches Stützmodul 230 vorgesehen sein, dass neben dem Pumpenmodul 220 unter (in vertikaler Richtung überlappend) dem Argonmodul 219 angeordnet ist und einen Teil des Gewichts des Argonmoduls 219 aufnimmt bzw. trägt, d.h. entsprechend ausgelegt ist. Wenn ein Stützmodul 230 vorgesehen ist, sind in diesem vorzugsweise Anlagenkomponenten, etwa Armaturen, Fluidleitungen,

Ventile, Steuerungsanlagen, Steuergeräte oder auch eine weitere Pumpe, angeordnet bzw. montiert. Insbesondere kann es sich bei dem Stützmodul 230 um eine weiteres erfindungsgemäßes Pumpenmodul handeln, das aus Redundanzgründen vorgesehen ist, um eine Unterbrechung des Betriebs der Luftzerlegungsanlage im Falle eines Defekts oder einer Wartung an einer Pumpe zu verhindern. Durch den erfindungsmäßen Aufbau mit einem Pumpenmodul 220, das das Argonmodul 219 trägt, kann auf eine eigene Tragestruktur für die Rohargonkolonne 213 (etwa ähnlich der Tragestruktur 225 für die Rektifikationskolonne 215) verzichtet werden. Hierbei ist anzumerken, dass sich die Pumpe 216 auf einer niedrigeren Höhe befinden muss als das untere Ende bzw. die Sumpffraktion der Rohargonkolonne 213, um ihre Funktion erfüllen zu können, d.h. eine gewisse Einlaufhöhe ist notwendig. Typischerweise ist eine Höhendifferenz notwendig um sicherzustellen, dass sich in der kryogenen Flüssigkeit keine Gasblasen bilden. Diese Höhendifferenz nutzt man nun für das Pumpenmodul.

Falls, wie oben erläutert, mehrere Rektifikationskolonnen und/oder mehrere Argonkolonnen und entsprechend mehrere Argonmodule vorgesehen sind und mehrere Pumpen vorgesehen sind, können mehrere Pumpenmodule entsprechend der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein. Jedes Pumpenmodul kann dann dazu dienen, ein Argonmodul zu tragen.

Figur 3 veranschaulicht das Verfahren zum Aufbau einer Luftzerlegungsanlage gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.

In Schritt 310 wird ein Argonmodul, in dem eine Rohargonkolonne integriert ist hergestellt. Ebenso wird in Schritt 320 ein Pumpenmodul entsprechend der Erfindung hergestellt. Diese Schritte erfolgen in einer oder mehreren Fertigungsanlagen, in denen das Argonmodul und das Pumpenmodul vorgefertigt werden.

In Schritt 330 wird das Argonmodul zu einer Baustelle der Luftzerlegungsanlage transportiert. Dieser Transport erfolgt im liegenden Zustand des Argonmoduls. Unabhängig davon wird in Schritt 340 das Pumpenmodul ebenfalls zur Baustelle transportiert. Rechteck 350 bzw. Zustand bezeichnet den Zustand in dem sich Argonmodul und Pumpenmodul nach dem Transport an der Baustelle befinden. Dort erfolgt ein Aufstellen von Pumpenmodul und Argonmodul, so dass das Pumpenmodul und das Argonmodul übereinander angeordnet werden, wobei das Pumpenmodul unter dem Argonmodul angeordnet wird, so dass das Pumpenmodul das Argonmodul zumindest teilweise trägt. Das Aufstellen kann auf einem entsprechen vorbereiteten Fundament erfolgen. „Aufstellen“ schließt ein, dass die Module so gedreht bzw. orientiert werden, dass ihre Orientierung nach dem Aufstellen dem Betriebszustand entspricht. Insbesondere wird das Argonmodul vom liegenden Transport-Zustand in den vertikalen Zustand gebracht. Beim Aufstellen werden ebenso mechanische und fluidische Verbindungen zwischen den Modulen hergestellt. Insbesondere wird das untere Ende der Rohargonkolonne fluidisch mit der Pumpe im Pumpenmodul verbunden.

Gemäß einer ersten möglichen Vorgehensweise wird in Schritt 360 zunächst das Pumpenmodul aufgestellt und anschließend in Schritt 370 das Argonmodul angehoben und auf das Pumpenmodul gesetzt. Das Pumpenmodul und das Argonmodul werden abschließend miteinander verbunden (fluidisch und mechanisch).

Alternativ, gemäß einer zweite möglichen Vorgehensweise, werden in Schritt 380 zunächst das Pumpenmodul und das Argonmodul zu einem zusammengesetzten Modul miteinander verbunden und in Schritt 390 anschließend das zusammengesetzte Modul aufgestellt.

Falls ein zusätzliches Stützmodul vorgesehen ist, wird dieses analog entweder (erste Vorgehensweise) zunächst neben dem Pumpenmodell aufgestellt, bevor das Argonmodul angehoben und darauf gesetzt wird, oder (zweite Vorgehensweise) zunächst mit dem Argonmodul und dem Pumpenmodul zu dem zusammengesetzten Modul verbunden, das dann aufgestellt wird.

Die weiteren Bestandteile der Luftzerlegungsanlage (vgl. Figur 1) werden ebenso aufgestellt und miteinander verbunden, auch wenn dies in Figur 3 im Einzelnen nicht veranschaulicht ist. Insbesondere wird die Rektifikationskolonne bzw. das Rektifikationsmodul aufgestellt und mit dem Pumpenmodul bzw. der Pumpe fluidisch verbunden.

In Figur 4 ist eine einteilige Rohargonkolonne dargestellt, die durch zwei Teilbehälter 13a, 13b gebildet ist, zusammen mit der angeschlossenen Reinargonkolonne 14. Sie können zum Beispiel die Kolonnen 13 und 14 in Figur 1 ersetzen.

Die beiden Teilbehälter sind durch die Flüssigkeitsleitung 13c und die Gasleitung 13d so verbunden, dass sie wie ein einziger, ungeteilter Destillationsbereich wirken. Sie wurden bei der Herstellung der Anlage separat transportiert und dann auf der Baustelle übereinander angeordnet und mit den Leitungen 13c und 13d verbunden. Sie befinden sich in einer gemeinsamen isolierenden Coldbox und stellen eine "einteilige Rohargonsäule" gemäß der hier verwendeten Definition dar.