CN102132013B - 用于回收工作流体的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于回收工作流体的方法，特别是从在从工作流体回收热量期间产生的泄漏气流中回收工作流体的方法，所述泄漏气流含有所述工作流体的低沸点的液态和/或气态组分，本发明还公开了一种用于实施所述方法的设备。根据本发明，可实现工作流体的需要较少投资成本的、经济的回收，其中使作为制冷剂的液化气气化，并且泄漏气流以与制冷剂逆流的方式首先流经温度较高的预冷凝器，然后流经温度较低的主冷凝器，以便从泄漏气流冷凝出工作流体。
Description
技术领域
本发明涉及一种回收工作流体的方法，特别是从在从工作流体回收热量期间产生的泄漏气流中回收工作流体的方法，并且涉及一种用于实施这种方法的设备。
背景技术
在许多化学过程中，由于原材料的放热反应会释放大量热量。使用低沸点的热量载体来回收这些热量。然而在热量大时，需要使用较大循环量的吸热工作流体。这导致由于膨胀涡轮机区域中受结构限制的不密封性而形成了由蒸气状工作流体和密封气体组成的泄漏气流。
为了降低工作流体的损失，根据DE 10 2005 061 328 A1提出了一种用于回收处理气流中的热量的方法，其中热量间接地传递给在闭合回路中流动的吸热工作流体。通过冷凝处理气流，压力升高的液态工作流体气化，之后在膨胀涡轮机中膨胀，然后被冷凝和压力重新升高。为了回收由于膨胀涡轮机区域中的不密封性而产生的、由工作流体和密封气体组成的工作流体的主要损失，泄漏气流被分成包含工作流体的相和包含密封气体的相，所述包含工作流体的相返回到回路中。为了回收泄漏气流中的低沸点成分，采用以机械方式驱动的制冷设备或压缩设备。这些设备需要相当大的投资，从而只有在适合的工作时期内由于回收低沸点组分而实现的节约补偿了附加的投资成本时才是经济的。
发明内容
因此，本发明的目的是实现工作流体的需要较少投资成本的、更经济的回收。
在上述方法中，所述目的基本上通过从在从工作流体回收热量期间形成的泄漏气流中回收工作流体来实现，所述泄漏气流含有工作流体的低沸点液态和/或气态组分，具体方式是：气化作为制冷剂/冷却剂的液化气，并且所述泄漏气流以与制冷剂逆流的方式首先流经温度较高的预冷凝器，然后流经温度较低的主冷凝器，以便从所述泄漏气流冷凝出工作流体。
因此根据本发明，为了防止低沸点组分的排放或者回收气流中的低沸点组分，通过液化气的气化来提供所需的冷量。由于新方法不采用压缩机或者其它旋转的设备部件，所以投资成本较低。例如，用于本发明的低温制冷设备的投资成本比用于旋转设备的投资成本少多达三分之二，另外，这种设备不需要维护花费。在本发明的方法的实施方式中，制冷剂以与泄漏气流逆流的方式首先流经温度较低的主冷凝器，然后流经温度较高的预冷凝器。在此过程中，工作流体通过冷凝转变成液态。
制冷剂还可以间断的方法交替地通过至少两个并联的冷凝器中的一个，以使工作流体冷凝和凝结，而不是通过单一主冷凝器。
为了避免工作流体在主冷凝器中凝结，可使制冷剂在进入主冷凝器之前达到相应的给定温度。
为了确保使包含在泄漏气流中的水的至少一部分在预冷凝器中冷凝，从而使尽可能少量的水进入温度较低的主冷凝器中，可使制冷剂在进入预冷凝器之前达到给定温度。这样，能够防止主冷凝器的凝结。
通过使部分制冷剂流被引导绕过预冷凝器，泄漏气流离开预冷凝器时的温度可被调节至给定值。
在冷凝器由于水的凝结而阻塞的情况下，优选至少一部分泄漏气流被引导绕过主冷凝器。从而将带来相应的效率下降。
为了防止用于实施本发明的方法的设备凝结，可在本方法开始前干燥泄漏气体。
有利地，预冷凝器和/或主冷凝器中的工作流体冷凝物可进入工作流体所源自的工作过程中再循环。根据本发明，借助分离器从工作流体分离出水。
经释放的制冷剂可进入该制冷剂所源自的制冷剂网或制冷剂容器中再循环，以便实现特别经济的工作。
特别采用液态氮作为制冷剂，因为液态氮本就存在于多种处理设备中。还可以使用例如二氧化碳、空气、氦、LPG、H2或O2作为制冷剂。
根据本发明的方法尤其适合于主要包括正戊烷、丙烷、异丙烷、丁烷、异丁烷、异戊烷和/或卤代烃的工作流体的回收。正戊烷例如是在Eastman对苯二甲酸设备(EPTA设备)中的优选工作介质，其中大量的放热热量通过Rankine循环工艺回收。在此，作为工作介质的正戊烷在膨胀器轴密封装置中作为泄漏气体部分地流失。
在本发明的方法中，用于冷量的液态氮在气化后可被提供给氮消耗器。
氮在进入主冷凝器之前优选地被加热至约-120℃，以便防止正戊烷凝结(凝结点-130℃)。
此外，氮在进入预冷凝器之前还可被加热至0℃以上，以便防止水在预冷凝器中凝结。
泄漏气体离开预冷凝器时的温度优选被调节至约5℃。
液态氮优选在8bar(g)的压力下使用，以便可从EPTA设备的现有设备网获取所述液态氮。
用于实施前述方法的本发明的设备包括至少一个冷凝器，所述冷凝器设计成借助制冷剂冷凝工作流体。
在本发明的设备的一种改进方案中，所述设备包括至少两个冷凝器，所述冷凝器关于制冷剂流和泄漏气流串联或并联。
两个串联的冷凝器中的一个优选地设计成作为泄漏气流的预冷凝器，而另一冷凝器设计成作为温度较低的主冷凝器，从而获得作为冷凝物的工作流体。
可在制冷剂网或制冷剂容器与主冷凝器之间设置用于制冷剂流的加热装置，以便防止水在主冷凝器中凝结。
此外，可在主冷凝器和预冷凝器之间设置(另外的)用于制冷剂流的加热装置，以便防止包含在泄漏气流中的水凝结。
特别是，冷凝器可配设有用于制冷剂流的至少一优选地可调节部分的旁路。这样，泄漏气流离开预冷凝器时的温度可被调节到期望值。
主冷凝器还可具有配设的用于泄漏气流的旁路，如果主冷凝器被凝结，则所述旁路开始工作。
预冷凝器和/或主冷凝器优选配设有用于从工作流体冷凝物分离出水的分离器。这样，被回收的工作流体可被再次供应给所述工作流体所源自的工作过程。
此外，冷凝器可配设有差压指示器，以检测主冷凝器由于水的凝结所形成的阻塞。
本发明的设备在被结合在总设备中时工作特别经济，在总设备中，化学过程伴随有放热反应，并且放热热量例如通过Rankine循环工艺回收，例如以EPTA技术。
此外，将所述设备结合在总设备中时特别经济，其中，液态氮网或液态氮容器可用于各种氮消耗器，例如用在EPTA设备中。
本发明的其它目的、特征、优点和可能的应用可从下面对实施例和附图的描述得出。本发明的主题由所描述和/或示出的全部特征本身或其任何组合形成，而不取决于它们在权利要求中的概括或对它们的引用。
附图说明
唯一示图示意性地示出用于实施本发明的方法的设备。
具体实施方式
下面参照从EPTA设备(对苯二甲酸设备)的泄漏气流回收正戊烷的示例详细阐述本发明的方法和设备，其中，大量的放热热量通过Rankine循环工艺回收。在EPTA设备的Rankine循环工艺中，利用正戊烷作为工作流体，该工作流体在膨胀器轴密封装置的区域中部分地流失。采用所示出的本发明的制冷设备来回收正戊烷，其中，用于冷却的液态氮在气化后可被再次提供给EPTA内部的氮消耗器。
源自储存容器1(处于8bar(g)和-170℃)的氮在预热器2中气化并被预热至约-120℃，以防止正戊烷在-130℃时凝结。被预热的氮气以与泄漏气体逆流的方式首先流经主冷凝器3，然后流经预冷凝器4。如果需要，在氮进入预冷凝器4前，氮在加热装置5中被加热至0℃以上，以防止泄漏气流中的水凝结。在离开预冷凝器4后，形成的气态氮可用在设备的氮网6中或复合设备中。主冷凝器3中的非常低的冷凝温度(-120℃)产生极好的高于99.99％的分离效果。因此，假设正戊烷的泄漏气流为242kg/h，则获得的正戊烷的泄漏气体损失小于0.024kg/h。
预冷凝器4冷凝大约三分之一的正戊烷，此外还用于冷凝可包含在泄漏气流中的水。约25％的水在预冷凝器2中被冷凝。这样，应至少部分地防止水在温度明显更低的主冷凝器3中凝结和阻塞。泄漏气体在预冷凝器4的出口处的温度应处于约5℃，这可以通过绕过预冷凝器4的用于氮的旁路7来确保。在预冷凝器4和主冷凝器3中收集的冷凝物通过分离器8输出，在该分离器8中，从液态正戊烷分离出水。
如果尽管存在预冷凝器4但仍由于水的凝结而阻塞主冷凝器3，则可以通过配设的差压指示器9来检测。在这种情况下，泄漏气流绕过主冷凝器3，主冷凝器中的凝结的水通过加热到高于凝结点的温度而被去除。在此期间，仅预冷凝器4以相应较低的正戊烷分离效率工作。
氮侧的压力被调节至8bar(g)，以便为使用在7bar(g)下工作的设备的氮网6中的氮作准备。通过优化，液态氮的消耗可与工艺的工作介质的需要相适应。
当所产生的氮可就地应用在EPTA设备(用于膨胀密封、滤饼的干燥、输送系统等)中或者应用在设备的其它部件中时，所示出的制冷设备的工作成本较低。
避免水在工作期间在系统中凝结的另一方式可通过在循环开始前干燥整个正戊烷容器来实现。
在附图中示出的设备基于下述假定，即正戊烷应以液态从泄漏气流分离出。然而还可以使正戊烷在冷凝器中凝结并且以间断的方式利用两个或多个冷凝器(转换冷凝器)来驱动所述系统。这能够利用气化的液态氮的热量并导致较低的氮消耗。
然而，借助预冷凝器或分离器从回收的正戊烷中分离出水仍然必要。
附图标记列表
1 制冷剂容器
2 预热器
3 主冷凝器
4 预冷凝器
5 加热装置
6 制冷剂网
7 旁路
8 分离器
9 差压指示器
NC 常闭阀
TIC 温度控制装置
Claims (22)
1.一种用于从在从工作流体回收热量期间产生的泄漏气流中回收工作流体的方法，所述泄漏气流含有所述工作流体的低沸点的液态和/或气态组分，其中使作为制冷剂的液化气气化，其中所述泄漏气流以与制冷剂逆流的方式首先流经温度较高的预冷凝器，然后流经温度较低的主冷凝器，以便从所述泄漏气流冷凝出所述工作流体，其中所述制冷剂是氮、二氧化碳、空气、氦、H2或O2，所述工作流体为正戊烷、丙烷、丁烷、异丁烷、异戊烷和/或卤代烃，其中，制冷剂流的一部分被引导绕过所述预冷凝器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制冷剂以间断的方法交替地通过至少两个并联的、用于冷凝工作流体的冷凝器中的一个。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使所述制冷剂在进入所述主冷凝器之前达到给定温度，以防止工作流体在所述主冷凝器中凝结。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使所述制冷剂在进入所述预冷凝器之前达到给定温度，以确保包含在所述泄漏气流中的至少一部分水冷凝。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述泄漏气流的一部分被引导绕过所述主冷凝器。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述泄漏气体在进入所述冷凝器之前被干燥。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，来自所述预冷凝器和/或所述主冷凝器的工作流体冷凝物进入所述工作流体所源自的工作过程中再循环。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，从待被再循环的所述工作流体分离出水。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，经释放的所述制冷剂进入所述制冷剂所源自的制冷剂网或制冷剂容器中再循环。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在氮作为制冷剂且正戊烷作为工作流体的情况下，所述氮在进入所述主冷凝器之前被预热至约-120℃。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述氮在进入所述预冷凝器之前被加热至约0℃。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述泄漏气体离开所述预冷凝器时的温度被调节至约5℃。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述氮在8bar(g)的压力下使用。
14.一种用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法的设备，所述设备具有至少两个冷凝器(3，4)，所述冷凝器关于所述制冷剂流和所述泄漏气流串联连接，其中，在主冷凝器(3)和预冷凝器(4)之间设置有用于所述制冷剂流的第一加热装置(5)，并且绕过预冷凝器(4)设置有旁路(7)，所述旁路用于所述制冷剂流的至少一部分。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，在制冷剂容器(1)和主冷凝器(3)之间设置有用于所述制冷剂流的第二加热装置(2)。
16.根据权利要求14或15所述的设备，其特征在于，绕过主冷凝器(3)设置有用于所述泄漏气流的旁路。
17.根据权利要求14或15所述的设备，其特征在于，所述预冷凝器(4)和/或所述主冷凝器(3)配设有用于从工作流体冷凝物分离出水的分离器(8)。
18.根据权利要求14或15所述的设备，其特征在于，所述主冷凝器(3)配设有用于检测所述主冷凝器(3)由于水的凝结而阻塞的差压指示器(9)。
19.根据权利要求14或15所述的设备，其特征在于，所述设备结合在总设备中，在所述总设备中，化学过程伴随有放热反应，并且回收放热热量。
20.根据权利要求14或15所述的设备，其特征在于，所述没备结合在总设备中，在所述总设备中，液态氮网或液态氮容器适用于各种氮消耗器。
21.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述制冷剂流的所述至少一部分是可调节的。
22.根据权利要求19所述的设备，其特征在于，通过Rankine循环工艺回收放热热量。
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