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Verfahren und Einrichtung zur fraktionierten Kondensation von Gasen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur fraktionierten Kondensation von unter Druck und erhöhter Temperatur in einem chemischen Prozess, insbesondere bei der Raffination von organischen Flüssigkeiten, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffen, anfallenden Gasen, wobei der Druck der Gase reduziert wird und die Gase gekühlt werden. Bei den bekannten Verfahren dieser Art wurden bisher die zu kondensierenden Gase in einem Druckreduzierventil entspannt und in einem Kühler gekühlt. Es wurden somit Kosten aufgewendet, um Energie zu vernichten.
Wenn auch gegebenenfalls der Kühler als Wärmeaustauscher ausgebildet und damit ein Teil der Wärme nutzbar gemacht wurde, so musste doch die Vernichtung der Druckenergie im Druckreduzierventil in Kauf genommen werden, wobei das strömende Gas Korrosionen im Druckventil und eine lästige Lärmentwicklung zur Folge hatte.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, diese Nachteile zu vermeiden und das erfindungsgemässe Verfahren besteht im wesentlichen darin, dass die Gase in einer oder mehreren Gasturbinen in mehreren Entspannungsstufen entspannt werden und das in den einzelnen Stufen anfallende Kondensat gesondert abgeführt wird. Eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist im wesentlichen gekennzeichnet durch eine mehrstufige Gasturbine, deren Eintrittsseite an eine Destillierkolonne, zweckmässig unter Zwischenschaltung eines Druckregelventils, angeschlossen ist und an deren Stufen Flüssigkeitsabscheider angeschlossen sind.
Gemäss der Erfindung wird somit die fraktionierte Kondensation von unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur anfallenden Gasen unter Erzeugung mechanischer Energie vorgenommen, wobei auch Kühlwasser eingespart und, bezogen auf übliche Destillationseinrichtungen, die in Wärmeaustauschern erforderlichen Wärmeaustauschflächen unter Verringerung von Wärmeverlusten verkleinert werden können.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, in Erdölfördersonden anfallendes gashaltiges Rohöl unter adiabatischer Abkühlung in einer Expansionsmaschine zu entspannen, um einerseits mechanische Energie zu erzeugen und anderseits das Rohöl so weit zu entgasen, dass es ohne Störung des Pumpbetriebes durch Rohrleitungen gefördert werden kann. Bei diesem bekannten Vorschlag soll aus dem Rohöl vor allem nicht kondensierbares Gas, hauptsächlich Methan, abgetrennt werden, wobei naturgemäss eine fraktionierte Kondensation der übrigen Bestandteile des Rohöls nicht in Frage kommt.
Es existieren weiters zahlreiche Vorschläge zur Gewinnung von mechanischer Energie aus heissen und unter Druck stehenden Abgasen durch Entspannung derselben über Turbinen, jedoch ist es in einem solchen Falle nicht erforderlich und meist auch nicht möglich, eine fraktionierte Kondensation von Bestandteilen der Abgase anzustreben.
Um bei einer solchen fraktionierten Kondensation von Gasen zu vermeiden, dass sich Kondensat in der Turbine bildet, kann das Verfahren so durchgeführt werden, dass die Gase in den verschiedenen Entspannungsstufen bis auf eine Temperatur oberhalb der Kondensationstemperatur der betreffenden Fraktion abgekühlt und hierauf ausserhalb der Turbine auf die Kondensationstemperatur abgekühlt werden, wobei das anfallende Kondensat abgeführt und der gasförmige Anteil der nächsten Entspannungsstufe zugeführt wird. Hiebei kann das aus der jeweils nächstfolgenden Entspannungsstufe austretende Kondensat zur Kühlung der aus der vorhergehenden Stufe der Gasturbine austretenden Gase
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ausgenutzt werden.
In den Zeichnungen ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen schematisch erläutert.
Fig. l zeigt das Schema einer Raffinerieanlage, bei welcher die Entspannung und Kondensation der gasförmigen Kohlenwasserstoffe in einer Gasturbine erfolgt. Fig. 2, 3 und 4 zeigen die fraktionierte Kondensation unter Verwendung einer Gasturbine.
In Fig.1 stellt --1-- eine Destillierkolonne dar, von welcher die Gase über eine Leitung-2- und ein Regelventil-3-einer Gasturbine-4-zugeführt werden. In der Gasturbine-4erfolgt eine Entspannung und damit eine Kühlung der Gase und am Austrittsende wird ein Gemisch aus Gasen und Kondensat über eine Leitung-5-einem Gas-Flüssigkeitsabscheider-6-zugeführt. Aus diesem Gas-Flüssigkeitsabscheider wird das Kondensat über eine Leitung --7-- und eine Abstosspumpe --8-- weggefördert, während über eine Leitung --9-- und ein Regelventil-10der gasförmige Anteil abgeführt wird.--11--stellt ein druckempfindliches Organ dar, welches in Abhängigkeit von dem im Gas-Flüssigkeitsabscheider --6-- auftretenden Druck das Regelventil --10-- steuert.
- stellt einen Wärmeaustauscher dar, welcher in die Leitung-5-eingeschaltet sein kann und in welchem das aus der Turbine --4-- austretende Gas-Kondensatgemisch noch weiter abgekühlt werden kann.-13-ist eine die Turbine umgehende Kurzschlussleitung, welche durch ein Regelventil --14-- gesteuert ist. Beim Anfahren der Anlage wird das Regelventil --3-- geschlossen und das Ventil-14-geöffnet. Erst wenn die Anlage in Betrieb ist, werden dann die Gase über die Turbine --4-- geleitet.
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eines Generators-15-verwertet werden.
In der Turbine --4-- erfolgt die Abkühlung und damit die Kondensation. Es ist nun möglich, auch fraktioniert zu kondensieren, indem das Kondensat hinter verschiedenen Stufen der Turbine abgenommen wird. Fig. 2 zeigt beispielsweise eine Turbine-4-, bei welcher an drei verschiedenen Stellen-5a, 5b und 5c-das sich hinter den einzelnen Turbinenstufen bildende Kondensat abgenommen wird.-2-ist wieder die Zuführungsleitung zur Turbine.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher drei Turbinen --4a,4b und 4c-- hintereinandrgeschaltet werden, wobei wieder hinter jeder Turbine bei--5a, 5b und 5c--das Kondensat abgeleitet wird, während zwischen den einzelnen Stufen das Gas über die Leitungen--2b und 2c--zur jeweils nächsten Turbine weitergeleitet wird.
Wenn keine Kondensationsturbinen zur Verfügung stehen und daher eine Kondensation in den Turbinen vermieden werden muss, so ist die Anordnung gemäss Fig. 4 zu wählen. Auch gemäss dieser Ausführungsform sind drei Turbinen--4a, 4b und 4c--auf einer Welle angeordnet und hintereinandergeschaltet. Die Gase, welche über die Leitung Turbine-4a-zugeführt wurden und in der Turbine bis knapp vor der Kondensationstemperatur abgekühlt wurden, gelangen in den Kühler --16a--, in welchem sie durch das im Kühler --16b-- anfallende Kondensat so weit gekühlt werden, dass sie kondensieren.
Die im Kühler-16a-nicht kondensierten Gase strömen über die Leitung --2a-- zur Turbine --4b--, werden dort ebenfalls bis knapp vor die Kondensationstemperatur gekühlt und werden schliesslich im Kühler--16b--durch das nach der
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verlassenden Gase gelangen über die Leitung-2b-in die Turbine --4c-- und können in einem Kühler --16c-- kondensiert werden, welchem als Kühlmedium über die Leitung --17-- Wasser zugeführt wird. Die in den Kühlern --16b bzw. 16c-anfallenden Kondensate strömen nach
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--16aTurbinen --4b bzw. 4c--zu halten.
Diese Ventile--17a bzw. 17b--liegen zweckmässig hinter Flüssigkeitsabscheidern, an deren Oberseite die von den entsprechenden Kühlern bzw. die zu den entsprechenden Turbinen führenden Leitungen abzweigen.
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