CS240780B1

CS240780B1 - A method of heat exchange between absorption and desorption and apparatus for carrying out the method

Info

Publication number: CS240780B1
Application number: CS8310002A
Authority: CS
Inventors: Ludek Vins
Original assignee: Ludek Vins
Priority date: 1983-12-27
Filing date: 1983-12-27
Publication date: 1986-02-13
Also published as: CS1000283A1

Abstract

fiešení se týká způsobu výměny tepla mezi absopci a desorpci při hrubé absorpci organickým absorbentem, například velkého množství CO2 metanolem za nízkých teplot, kdy pro regeneraci absorbentu postačí expanze a popřípadě jen mírný ohřev. Izoentalpicky expandovaný absorbent se ohřívá na teplotu nižší, než je teplota absorpce, přičemž prostředkem výměny tepla je chladivo, které po odpařeni pri absorpci kondenzuje při desorpci, přičemž zkondenzované chladivo se vrací do absorpce samospádem nebo čerpadlem. Zařízeni sestává z chladicích hadů na patrech absorpční kolony a z desorbsru navzájem propojených potrubím pro absorbent nabitý i regenerovaný a pro chladivo plynné i kapalné.The solution concerns a method of heat exchange between absorption and desorption during rough absorption by an organic absorbent, for example a large amount of CO2 with methanol at low temperatures, when expansion and possibly only moderate heating are sufficient for regeneration of the absorbent. The isoenthalpically expanded absorbent is heated to a temperature lower than the absorption temperature, while the heat exchange medium is a refrigerant, which after evaporation during absorption condenses during desorption, while the condensed refrigerant returns to absorption by gravity or by a pump. The device consists of cooling coils on the floors of the absorption column and a desorber interconnected by pipes for the charged and regenerated absorbent and for the gaseous and liquid refrigerant.

Description

Vynález se týká způsobu a zařízeni na výměnu tepla mezi absorpci a desorpcí při hrubé absorpci organickým absorbentem například velkého množství COg metanolem za nízkých teplot, kdy pro regeneraci absorbentu postačí expanze a připadně jen mírný ohřev.The invention relates to a method and apparatus for the exchange of heat between absorption and desorption during coarse absorption by an organic absorbent, for example a large amount of COg by methanol at low temperatures, where expansion and possibly moderate heating are sufficient to regenerate the absorbent.

Při absorpci nežádoucích složek plynu, například oxidu uhličitého, organickým absorbentem, například metanolem, je třeba při absorpci odvádět značné množství tepla a naopak při desorpcí je třeba teplo přivést. Vzhledem k tomu, že absorpce organickými absorbenty probíhá při nízkých teplotách, je účelné pro omezeni spotřeby chladu pro absorpci dosáhnout co nej lepší výměny tepla mezi absorpci a desorpcí.When absorbing unwanted gas components, such as carbon dioxide, with an organic absorbent, such as methanol, a considerable amount of heat must be dissipated during absorption and conversely desorption requires heat input. Since absorption by organic absorbents takes place at low temperatures, it is expedient to reduce as much heat exchange between absorption and desorption as possible to reduce the cold consumption for absorption.

U známých zařízeni se postupuje tak, že se absorbent regeneruje postupným škrcením až do vakua. Desorpcí plynů při škrceni se absorbent ochladí. Takto regenerovaný absorbent se dopravuje zpět do absorpce, v niž se využívá ohřevu expanzi podchlazeného absorbentu k částečnému odvodu absorpčního tepla. Toto provedeni výměny tepla mezi absorpcí a desorpci má tu nevýhodu, že k regeneraci absorbentu použité vakuum je energeticky náročné.In the known devices, the absorbent is regenerated by gradually throttling until vacuum. By absorbing the throttling gases, the absorbent is cooled. The recovered absorbent is conveyed back to the absorbent, utilizing heating to expand the subcooled absorbent to partially dissipate the absorbent heat. This embodiment of heat exchange between absorption and desorption has the disadvantage that the vacuum used to regenerate the absorbent is energy intensive.

Podle jiného známého zařízeni se postupuje tak, že se absorbent regeneruje postupným škrcením a desorpci dusíkem při nízkém přetlaku. Podchlazený absorbent v tomto případě odvádí též část absorpčního tepla. Účinnost přenosu tepla mezi absorpci a desorpci však zhoršuje dusik použitý na konečnou desorpci absorbentu.According to another known device, the absorbent is regenerated by successively throttling and desorption by nitrogen at low pressure. The supercooled absorbent in this case also dissipates some of the heat of absorption. However, the heat transfer efficiency between absorption and desorption is impaired by the nitrogen used for the final desorption of the absorbent.

Je též znám způsob desorpce absorbentu, kde se expandovaný absorbent ohřívá v protiproudu s uvolňovanými plyny nejprve regenerovaným absorbentem a dále kondenzaci části chla- 2 240 780 divá z chladicího okruhu absorpce. Toto provedeni je výhodné například pro případ hlubšího odstranění C0₂ /na 2 %/ metanolem. V případě, že není nutno odstraňovat nežádoucí složku na tak nizký obsah, je pro realizaci výměny tepla zapotřebí přiliš složité zařizení se značnou spotřebou energie na přečerpáváni tepla mezi teplotou absorpce a konečnou teplotou desorpce.An absorbent desorption method is also known, wherein the expanded absorbent is heated in countercurrent with the released gases first regenerated by the absorbent and further condensation of a portion of the refrigerant 2 240 780 from the absorption cooling circuit. This embodiment is advantageous for example in case of deeper removal of C0 _2/2% / methanol. If it is not necessary to remove the undesirable component to such a low content, an excessively complex device with considerable energy consumption for transferring heat between the absorption temperature and the final desorption temperature is required to effect heat exchange.

Nevýhody známých způsobů výměny tepla mezi absorpci a desorpci odstraňuje řešení podle vynálezu. Podstata způsobu výměny tepla mezi absorpcí a desorpci spočívá v tom, že izoentalpicky expandovaný absorbent se ohřívá na teplotu nižší než je teplota absorpce, přičemž prostředkem výměny tepla je chladivo, které po odpařeni při absorpci kondenzuje při desorpci, přičemž zkondenzované chladivo se vrací do absorpce s výhodou samospádem.The disadvantages of the known methods of heat exchange between absorption and desorption are avoided by the solution according to the invention. The principle of the heat exchange process between absorption and desorption is that the iso -entally expanded absorbent is heated to a temperature lower than the absorption temperature, wherein the heat exchange medium is a refrigerant which condenses upon desorption upon evaporation, the condensed refrigerant returning to absorption advantage by gravity.

Zařízeni k prováděni uvedeného způsobu sestává z chladicích hadů na patrech absorpční kolony spojených sběrnici pro kapalné chladivo a sběrnici pro páry chladivá, dále z desbrberu ve spodní části vybaveného vařákem s hrdlem pro vstup par chladivá a s hrdlem pro výstup kondenzátu chladivá, přičemž sběrnice pro páry chladivá je spojena odbočkous hrdlem pro vstup par chladivá a sběrnice pro kapalné chladivo je spojena s hrdlem pro výstup kondenzátu chladivá, přičemž desorber je umístěn nad chladicími hady nebo propojka hrdla pro výstup kondenzátu chladivá a sběrnice pro kapalné chladivo je vybavena cirkulačním čerpadlem.The apparatus for carrying out said method consists of cooling coils on the floors of the absorption column connected by a liquid refrigerant bus and a refrigerant vapor bus, a desbrber at the bottom equipped with a refrigerant vapor inlet and a refrigerant condensate outlet, and a refrigerant vapor bus. the desorber is located above the cooling coils, or the junction for the refrigerant condensate outlet and the liquid refrigerant bus is equipped with a circulation pump.

Výhoda způsobu na výměnu tepla mezi absorpcí a desorpci podle vynálezu je v tom, že značnou část absorpčního tepla lze odvádět teplem desorpce bez jakékoliv nebo jen s nepatrnou spotřebou energie. Přitom zařízení na výměnu tepla je velmi jednoduché.An advantage of the heat exchange process between absorption and desorption according to the invention is that a considerable part of the heat of absorption can be dissipated by heat of desorption without any or only a small amount of energy consumption. The heat exchange device is very simple.

Na výkrese je znázorněn přiklad provedeni zařízeni podle vynálezu.An example of an embodiment of the device according to the invention is shown in the drawing.

Absorpční kolona 2 s patry £ nad nimiž jsou umístěny chladicí hady 2 ^a patry £ bez chladicích hadů. Na obrázku je dále desorpčni kolona 5, která je nahoře opatřena odlučovačem 6 a dole vařákem 7. Spodek absorpční kolony 1 je spojen s odlučo- 3Absorption column 2 with trays 6 above which cooling coils 2 ^and trays 6 without cooling coils are located. In the figure there is also a desorption column 5, which is provided at the top with a separator 6 and at the bottom with a reboiler 7. The bottom of the absorption column 1 is connected to the separator 3.

240 780 vačem 6 potrubím £ s vestavěným škrticím ventilem. Odlučovač 6 je spojen se střední části desorpčni kolony £ potrubím £ se zabudovaným škrticím ventilem. Odlučovač 6 je opatřen hrdlem 10 pro odvod uvolněných plynů. Na spodek desorpčni kolony je napojeno potrubi 11_z které je spojeno s čerpadlem 12. Mezi čerpadlem 12 a vrchem absorpční kolony je zabudováno potrubi 13. Desorpčni kolona £ je nahoře opatřena hrdlem 14 pro odvod uvolněných plynů. Výstupy chladicích hadů £ jsou napojeny na sběrnici 15 par chladivá. Sběrnice 15 je spojena odbočkou 16 s hrdlem 17 pro vstup chladivá do vařáku £. Vstupy chladicích hadů £ jsou spojeny sběrnici 18 pro kapalné chladivo. Sběrnice 18 je spojena s hrdlem 19 pro výstup kondenzátu chladivá.240 780 with cam 6 with integrated throttle valve. The separator 6 is connected to the central part of the desorption column 6 via a line 6 with a built-in throttle valve. The separator 6 is provided with a throat 10 for evacuating the released gases. A line 11 is connected to the bottom of the desorption column _from which it is connected to the pump 12. A line 13 is built between the pump 12 and the top of the absorption column. The outlets of the coolant coils are connected to a refrigerant vapor bus 15. The bus 15 is connected by a branch 16 to a neck 17 for entering the refrigerant into the reboiler. The coolant inlets 8 are connected by a liquid refrigerant bus 18. The bus 18 is connected to the condensate outlet 19 for the refrigerant.

Způsob výměny tepla mezi absorpci a desorpci je popsán na absorpci oxidu uhličitého metanolem. Z plynu procházejícího absorpčni kolonou £ se na patrech 2 a £ absorbuji nežádouci složky. Absorpčni teplo se odvádi pomoci chladicích hadů £_zv nichž vře čpavek při teplotě -45°C. Absorpce probihá za tlaku 2_Z2 MPa a při teplotě -40°C. Metanol nasycený oxidem uhličitým se odvádi potrubim 8 ze spodku absorpčni kolony £ do odlučovače 6. Přitom se škrti na tlak 0_z3 MPa. Škrcenim se uvolni část pohlcených plynů a metanol se ochladí na teplotu asi -64°C. Uvolněné plyny se odvádi hrdlem 10. Metanol se vede potrubim £ do desorpčni kolony £ a přitom se škrti na tlak 0_z16 MPa. V desorpčni koloně se metanol ohřívá ve vařáku £ na teplotu -50°C. Přitom se uvolni dalši pohlcené plyny/ které se odvádí hrdlem £4. Regenerovaný metanol se odvádi z desorpčni kolony £ potrubim 11 čerpadlem 12 a potrubim 13 zpět na vrch absorpčni kolony £. Páry čpavku z chladicích hadů £ se shromažďuji ve sběrnici 15 par chladivá. Část par čpavku se ze sběrnice 15 odvádi odbočkou 16 do hrdla 17 vařáku £. V mezi trubkovém prostoru vařáku £ čpavek kondenzuje/ shromažďuje se dole a odvádí se jako kondenzát hrdlem 19 do sběrnice 18 pro kapalné chladivo a odtud se přivádí do chladicích hadů £.A method of heat exchange between absorption and desorption is described for the absorption of carbon dioxide by methanol. Undesirable components are absorbed from trays 2 and 6 from the gas passing through the absorption column. The heat of absorption is removed by means of cooling coils _from which ammonia boils at a temperature of -45 ° C. Absorption takes place at a pressure of 2 MPa and _Z 2 at -40 ° C. Methanol saturated with carbon dioxide is removed through line 8 from the bottom of the absorption column £ separator 6. In this case the cuts at a pressure _of 0 to 3 MPa. Partial gases are released by throttling and methanol is cooled to about -64 ° C. The released gas is discharged orifice 10. Methanol is fed via line into the desorption column £ £ and yet cuts at a pressure _of 0 16 bar. In a desorption column, the methanol is heated in a reboiler 6 to -50 ° C. In this process, further gases are evacuated and are discharged through the neck 54. The recovered methanol is discharged from the desorption column 6 via line 11 through pump 12 and via line 13 back to the top of the absorption column 6. Ammonia vapors from the cooling coils 5 accumulate in the refrigerant vapor bus 15. Some of the ammonia vapors are discharged from the bus 15 via a branch 16 into the neck 17 of the digester 6. Ammonia condenses / collects at the bottom between the tubular space of the reboiler £ and is discharged as condensate through the throat 19 into the liquid refrigerant bus 18 and from there fed to the coolant coils.

Absorpcí čpavku při -40°C a desorpci při -50°C lze za použiti tohoto vynálezu dosáhnout sníženi obsahu oxidu uhličitého z 38 % na 15 %. Absorpčni teplo tohoto velkého množ- 4 240 780 štvi C0₂ odvedeného metanolem je kryto desorpčním teplem. Čpavkové chlazeni ovšem musí navic krýt spotřebu chladu nedokonalou výměnou tepla ochlazovaného plynu a ohřívaných plynu a ztrátu chladu do okolí.By absorbing ammonia at -40 ° C and desorption at -50 ° C, the present invention can reduce the carbon dioxide content from 38% to 15%. The heat of absorption of this large Quanti- 4,240,780 Community C0 ₂ diverted methanol desorption is covered heat. In addition, ammonia cooling has to cover the cold consumption by imperfectly exchanging the heat of the cooled gas and the heated gas and the loss of cold to the surroundings.

Claims

SUBJECT OF VULLA

A method of heat exchange between absorption and desorption, characterized in that the isoentically expanded absorbent is heated to a temperature lower than the absorption temperature, wherein the heat exchange medium is a refrigerant which condenses upon desorption upon evaporation and condensed refrigerant returns by gravity absorption.

Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that it consists of cooling coils (3) on the trays (2) of the absorption column (1) connected by a liquid refrigerant bus (18) and a refrigerant vapor bus (15). from a desorber (5) at the bottom equipped with a boiler (7) with a neck (17) for the refrigerant vapor inlet and a neck (19) for the refrigerant condensate outlet, the refrigerant vapor bus (15) being connected to the branch (16) (for refrigerant vapor inlet and bus) for liquid refrigerant is connected to a refrigerant condensate outlet (19), wherein the desorber (5) is located above the cooling coils (3) or the refrigerant condenser outlet conduit (19) jumper (19) (18) for liquid refrigerant is equipped with a circulation pump.