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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kondensierungseinrichtung
und ein Verfahren zum Entfernen von einer ersten Substanz aus einer
Gasmischung, welche die erste Substanz und zumindest eine zusätzliche
Substanz enthält.
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Die
Kondensierungseinrichtung kann bei Prozessen verwendet werden, bei
welchen eine Gasmischung, welche im Wesentlichen zwei Komponenten
enthält, zu kühlen ist und eine von den Komponenten
teilweise oder vollständig zu kondensieren ist. Ein typisches
Anwendungsgebiet wäre in dem Bereich, wo Dampf (das heißt
Wasser) aus einer Mischung von Kohlendioxid (CO2)
und Dampf (H2O) zu trennen ist. Ein eng
verwandtes Beispiel ist das Abgas aus einem Oxyfuel-Energieprozess,
welches CO2, H2O
und einen geringen Prozentanteil von Ar, N2 und
O2 enthält.
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Die
WO 02/100507 A1 offenbart
ein Verfahren zum Behandeln eines Gases, welches durch einen giftigen
Dampf kontaminiert ist, wobei das kontaminierte Gas radial in eine
Wirbelkammer passiert wird, in welcher das kontaminierte Gas den
kalten Tröpfchen von der gleichen Substanz wie der giftige
Dampf ausgesetzt wird, und das kontaminierte Gas danach durch einen
Auslass in einer im Wesentlichen aufwärtsgerichteten Richtung
passiert wird. Dieser Entwurf gestaltet es unbrauchbar, dass zwei
oder mehrere Kondensierungssektionen innerhalb der gleichen Kondensierungskammer
sind. Ferner wird die flüssige giftige Substanz in einem Kühler
herabgekühlt, bevor sie in die Wirbelkammer passiert wird,
so dass die Temperatur nahe der Erstarrungstemperatur ist.
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Die
FR 2586204 A offenbart
eine Einrichtung zur Dekontamination von Abgasen, welche aus der
Verbrennung oder Einäscherung von Produkten herrühren.
Die Einrichtung enthält ein Behandlungsgehäuse, durch
welches die Abgase durchlaufen. In der Figur ist eine Ausführungsform
angezeigt, welche eine Mehrzahl von Berieselungsstangen enthält,
welche eine Reinigungsflüssigkeit zum mechanischen Einfangen
von Staub zuführen. Die Reinigungsflüssigkeit
und das Kondensat werden stromabwärts des Behandlungsgehäuses
eingesammelt.
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Die
giftige Substanz in der Flüssigkeit wird zerstäubt,
indem zwei Düsenstrahlen zueinander ausgerichtet werden,
welches es schwierig gestaltet, eine gleichförmige Verteilung
von Tröpfchen über den gesamten Querschnittsbereich
von dem Tank zu erlangen.
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In
dieser Veröffentlichung gibt es keinerlei Hinweis darüber,
dass das kontaminierte Gas bei oder gerade oberhalb der Taupunkttemperatur
in die Wirbelkammer passiert wird, welches ein wichtiges Merkmal
der vorliegenden Erfindung ist. Im Gegensatz dazu ist das offenbarte
Verfahren ein Verfahren zum Behandeln eines Gases, welches mit einem
giftigen Gas von einer Warmumformungs-Umgebung kontaminiert ist,
wobei das kontaminierte Gas durch die Wirbelkammer passiert wird.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue und wirksame
Einrichtung und ein Verfahren dazu zum Entfernen von einer ersten
Substanz aus einer Gasmischung, welche zwei oder mehrere Substanzen
in Gasphase enthält, bereitzustellen, wobei die Gasmischung
jene erste Substanz enthält.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Kondensierungseinrichtung, wie in Anspruch
1 angegeben, ein Verfahren zum Trennen von einer ersten Substanz
aus einer Gasmischung, wie in Anspruch 11 angegeben, und eine Verwendung
von der Kondensierungseinrichtung und dem Verfahren zum Trennen
von einer ersten Substanz aus einer Gasmischung, wie jeweils in
Ansprüchen 16 und 17 angegeben, gelöst. Weitere
Ausführungsformen der Kondensierungseinrichtung sind in
den abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 angegeben,
und weitere Ausführungsformen des Verfahrens zum Trennen
von einer ersten Substanz aus einer Gasmischung sind in Ansprüchen
12 bis 15 angegeben.
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Der
Ausdruck „oberhalb angeordnet”, wie in dieser
Anmeldung verwendet, ist so zu verstehen, dass der Einlass und der
Auslass bei unterschiedlichen vertikalen Pegeln positioniert sind,
das heißt, dass es eine vertikale Distanz zwischen dem
Einlass und dem Auslass gibt. Jedoch braucht der Einlass oder der
Auslass nicht notwendigerweise direkt neben dem anderen angeordnet
zu sein.
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Somit
ist eine Kondensierungseinrichtung zum Entfernen von einer ersten
Substanz aus einer Gasmischung bereitgestellt, welche aus der ersten
Substanz in Gasphase und zumindest einer zusätzlichen Substanz
in Gasphase zusammengesetzt ist. Die Kondensierungseinrichtung enthält
eine Kondensierungskammer mit einem Einlass für die Gasmischung
und einem Auslass, wobei der Einlass oberhalb des Auslasses angeordnet
ist, so dass ein Kondensierungsraum zwischen dem Einlass und dem
Auslass erzeugt ist. Ferner enthält der Kondensierungsraum
eine oder mehrere Kondensierungssektionen, wobei jede Kondensierungssektion
enthält:
ein Verteilungselement für die Verteilung
von der ersten Substanz in der Form von einem Sprühnebel
in die Gasmischung, und
eine Kühleinrichtung, welche
unterhalb des Verteilungselementes angeordnet ist, in welcher ein
Kühlmedium zirkuliert wird.
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Der
Kondensierungsraum kann ebenfalls mit einem Sammelelement bereitgestellt
sein, welches oberhalb des Auslasses angeordnet ist, um zumindest
einen Abschnitt von der ersten Substanz in Flüssigform
einzusammeln. Ferner kann der Kondensierungsraum mit einem Rezirkulationselement
bereitgestellt sein, welches zumindest einen Abschnitt von der eingesammelten
ersten Substanz in Flüssigform zu dem Verteilungselement
rezirkuliert, so dass eine abnehmende Kondensierungstemperatur,
resultierend aus einem abnehmenden Teildruck von der Kondensierungskomponente,
dazu verwendet wird, um die Kondensierung in dem vorherigen Kondensierungsschritt
oder den Schritten zu erhöhen.
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Das
Verteilungselement ist vorzugsweise derart angeordnet, so dass der
Sprühnebel eine Bewegung von der Gasmischung um die Kühleinrichtung
erzeugt. Ferner verbessert die Einführung der feinen Tröpfchen von
dem Sprühnebel in die Gasmischung die Kühlung
von der Gasmischung und somit die Kondensierung von der ersten Substanz
in der Gasmischung. Dies ist aufgrund des großen Oberflächenbereiches
und der geringeren Temperatur von den Tröpfchen begründet.
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Die
Kondensierungskammer wird normalerweise in einer vertikalen oder
einer horizontalen Position angeordnet. Der Einlass kann oberhalb
des Auslasses angeordnet werden, so dass die Gasmischung und der Sprühnebel
von der ersten Substanz in Flüssigform in die gleiche Richtung
fließen. Eine weitere Option liegt in der Anordnung des
Auslasses oberhalb des Einlasses, so dass die Gasmischung und der
Sprühnebel in entgegen gesetzte Richtungen fließen.
Es ist ebenfalls möglich, den Einlass und den Auslass derart
anzuordnen, so dass die Gasmischung in einer im Wesentlichen horizontalen
Richtung fließt, während der Sprühnebel
in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung fließt.
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Es
ist ebenfalls möglich, die Kondensierungskammer in einer
geneigten Position anzuordnen. In diesem Fall wird der Sprühnebel
in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung fließen.
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Es
ist oben angegeben, dass die Fließrichtung des Sprühnebels
von der ersten Substanz in Flüssigform im Wesentlichen
vertikal ist. Die Verteilungselemente sind oberhalb des Sammelelements
angeordnet, welches bedeutet, dass der Sprühnebel sich
letztendlich um eine bestimmte vertikale Distanz nach unten bewegt.
Wenn die Tröpfchen die Verteilungselemente verlassen, wird
jedoch der Großteil von den Tröpfchen in eine
Richtung fließen, welche von einer absoluten vertikalen
Richtung unterschiedlich ist, und näher einer horizontalen
Richtung als einer vertikalen Richtung sein kann. Die Tröpfchen
werden jedoch ebenfalls eine nach unten gerichtete Geschwindigkeitskomponente
haben, welche die dominierende Komponente sein wird, und zwar kurz
nachdem die Tröpfchen das Verteilungselement verlassen haben.
Aus Gründen der Vereinfachung wird daher gesagt, dass der
Sprühnebel (gemeint sind die Tröpfchen von dem
Sprühnebel) in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung
fließt.
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Vorzugsweise
enthält das Verteilungselement zumindest eine Düse
und eine Zufuhrleitung für die Zufuhr von der ersten Substanz
in Flüssigform an die zumindest eine Düse. Normalerweise
wird eine Anzahl von Düsen verwendet, welche eine Düsenfläche
ausbilden, so dass mehr oder weniger der gesamte Querschnitt von
der Kondensierungssektion durch den Sprühnebel aus den
Düsen bedeckt sein wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform von der Erfindung enthält
die Kondensierungseinrichtung ein Element zum Rezirkulieren von
zumindest einem Abschnitt von der eingesammelten ersten Substanz
in Flüssigform zurück zu dem Verteilungselement.
Somit wird die abnehmende Kondensierungstemperatur, resultierend
aus einem abnehmenden Teildruck von der Kondensierungskomponente,
dazu verwendet, um die Kondensierung in dem vorherigen Kondensierungsschritt
oder den Schritten zu erhöhen.
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In
einer Ausführungsform enthält das Sammelelement
eine Sammelplatte, welche im Wesentlichen den gesamten Querschnitt
von der Kondensierungskammer bedeckt, und eine Entnahmeleitung.
Die Sammelplatte enthält ferner ein Durchflusselement,
so dass die Gasmischung durch die Sammelplatte passieren kann, während
eine Flüssigkeit durch die Sammelplatte eingesammelt wird,
das heißt, dass die Gasmischung mit irgendeiner verbleibenden
ersten Substanz in Gasphase durch die Sammelplatte an die folgende
Kondensierungssektion oder an den Auslass von der Kondensierungskammer
passiert werden kann, während die flüssige erste
Substanz oberhalb von der Sammelplatte verbleibt und danach durch
die Entnahmeleitung von der Sammelplatte entnommen wird. Das Durchflusselement
kann ein Röhrenansatz sein, welcher ein Loch in der Sammelplatte
umgibt und sich von dem Bodenbereich von der Sammelplatte aus nach
oben erstreckt. Die Höhe von dem Röhrenansatz
sollte derart erstellt sein, so dass die eingesammelte flüssige
erste Substanz nicht zur nächsten Sektion oder zu dem Bodenbereich
von der Kondensierungskammer überfließt. Die Oberseite
von dem Röhrenansatz sollte mit einer Abdeckung bereitgestellt
sein, welche derart angeordnet ist, so dass der Sprühnebel
und die kondensierte flüssige erste Substanz nicht in den
Röhrenansatz fallen, während ein Durchlauf von
der Gasmischung unterhalb von der Abdeckung und durch den Röhrenansatz
zu der nächsten Kondensierungssektion ermöglicht
wird. Die flüssige erste Substanz, welche durch die Sammelplatte
eingesammelt ist, wird eine Mischung aus der flüssigen
ersten Substanz, welche durch das Verteilungselement in die Gasmischung
gesprüht ist, und einer flüssigen ersten Substanz,
welche aus der Gasmischung kondensiert ist, sein.
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Alternativ
kann das Sammelelement zumindest einen Behälter und eine
Entnahmeleitung für die Entnahme von der flüssigen
ersten Substanz aus dem zumindest einen Behälter enthalten.
Vorzugsweise sind mehrere solche Behälter bereitgestellt,
welche einen wesentlichen Bereich des Querschnittsbereiches von
der Kondensierungskammer bedecken. Es wäre ebenfalls möglich,
die Behälter auf zwei vertikal unterschiedlichen Pegeln
bereitzustellen, wobei die Behälter auf einen Pegel in
Relation zu den Behältern auf dem weiteren Pegel horizontal
versetzt sind, so dass im Wesentlichen der gesamte Querschnittsbereich
durch die Behälter bedeckt ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform von der Erfindung ist
jede Kondensierungssektion mit einem Sammelelement bereitgestellt,
welches unterhalb von der Kühleinrichtung von der Kondensierungssektion
angeordnet ist.
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Wenn
der Einlass und der Auslass derart angeordnet sind, so dass die
Gasmischung in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung fließt,
kann das Sammelelement ganz einfach durch den Bodenbereich von der
Kondensierungskammer ausgebildet werden, welche dann mit zumindest
einem Auslass bereitgestellt ist, mit welchem die Entnahmeleitung
verbunden ist. Der Bodenbereich kann zum Auslass hin leicht schräg
angeordnet sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform von der Erfindung ist
die Entnahmeleitung an einem Kondensattank verbunden und ist die
Zufuhrleitung mit einer Pumpe verbunden, welche wiederum mit dem
Kondensattank verbunden ist, so dass die flüssige erste
Substanz, welche durch das Sammelelement eingesammelt ist, zu dem
Verteilungselement zurück zirkuliert werden kann und in
die Gasmischung gesprüht werden kann. Wenn die Kondensierungseinrichtung
mit zwei oder mehreren Entnahmeleitungen bereitgestellt ist, das
heißt, dass Entnahmeleitungen von mehreren Sammelelementen
bereitgestellt sind, sind die Entnahmeleitungen vorzugsweise derart
verbunden, dass lediglich eine Entnahmeleitung das Kondensat an
den Kondensattank zuführt. Das Kondensat, welches dem Kondensattank
zugeführt wird, wird normalerweise eine Mischung aus einer
kondensierten ersten Substanz und der flüssigen ersten
Substanz, welche in den Kondensierungsraum gesprüht wurde,
enthalten.
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Der
Kondensierungstank sollte ebenfalls mit einem Auslass bereitgestellt
sein, so dass der Überschuss von der eingesammelten ersten
Substanz in Flüssigform entnommen werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform enthält die
Kühleinrichtung zumindest ein Kühlelement und eine
Kühlfluid-Zirkulationsleitung, so dass ein Kühlfluid
durch das zumindest eine Kühlelement zirkuliert werden
kann. Die Zirkulationsleitung verbindet das zumindest eine Kühlelement
mit einer Zufuhr von einem Kühlfluid, welche ein erstes
Speichermittel für Kühlfluid enthalten kann. Wenn
der Kondensierungsraum zwei oder mehrere Kondensierungssektionen
enthält, ist jede Kondensierungssektion mit einem oder
mehreren Kühlelementen bereitgestellt, wobei die Zirkulationsleitung
vorzugsweise die Kühlelemente in jeder Kondensierungssektion
verbindet und ebenfalls die Kühlelemente in unterschiedlichen
Kondensierungssektionen verbinden kann, so dass das Kühlfluid
durch alle Kühlelemente zirkulieren kann. Zwischen unterschiedlichen
Kondensierungssektionen ist die Zirkulationsleitung vorzugsweise
außerhalb der Kondensierungskammer angeordnet, jedoch kann
sie offensichtlich innerhalb der Kondensierungskammer angeordnet
werden, wenn dies gewünscht ist, beispielsweise, wenn dies
aufgrund von Raumbeschränkungen erforderlich ist. Nach
einem Zirkulieren durch das letzte Kühlelement kann das
Kühlfluid zu einem zweiten Speichermittel für
Kühlfluid passiert werden oder kann es alternativ zu dem
ersten Speichermittel für Kühlfluid zurück
passiert werden.
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Von
dem zweiten Speichermittel aus kann das Kühlfluid herabgekühlt
werden und danach direkt zu dem Kondensierungsraum oder zu dem ersten
Speichermittel für das Kühlfluid zurückgeführt
werden.
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Eine
Alternative kann in der Verwendung eines Fluides als ein Kühlfluid
sein, welches erwärmt werden muss. Das Kühlfluid
kann dann von einem separaten Prozess zugeführt werden
und über die Kühl-Zirkulationsleitung der Kühleinrichtung
zugeführt werden und dann weitergeleitet werden, um für
seinen beabsichtigten Zweck verwendet zu werden, nachdem es durch
die Kondensierungseinrichtung erwärmt wurde.
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Es
wurde vorhergehend eine einzelne Zirkulationsleitung für
das Kühlfluid beschrieben, wobei die Zirkulationsleitung
alle Kühlelemente in dem Kondensierungsraum verbindet.
Wenn der Kondensierungsraum mit zwei oder mehreren Kondensierungssektionen
bereitgestellt ist, besteht eine Alternative in der Bereitstellung von
mehreren separaten Zirkulationsleitungen für das Kühlfluid,
wobei jede Zirkulationsleitung die Kühlflüssigkeit
an die Kühleinrichtung in lediglich einer oder einigen
von den Kondensierungssektionen bereitstellt, welche in dem Kondensierungsraum
bereitgestellt sind. Dies kann beispielsweise notwendig sein, um
den notwendigen Kühleffekt in allen Kondensierungssektionen
bereitzustellen, wenn eine relativ hohe Anzahl von Kondensierungssektionen
in dem Kondensierungsraum bereitgestellt ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform von der Erfindung enthält
das zumindest eine Kühlelement eine Röhre oder
ein Röhren-Bündel.
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In
einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung enthält
die Kondensierungseinrichtung einen Wärmetauscher, welcher
hinter dem Auslass von der Kondensierungskammer angeordnet ist,
so dass eine Wärmeenergie, welche in der verbleibenden
Gasmischung enthalten ist, wiedererlangt werden kann. Wenn der Ausstoß aus
dem Auslass von der Kondensierungskammer eine Mischung aus der verbleibenden Gasmischung
und dem Kondensat, das heißt die erste Substanz in Flüssigform,
enthält, dann enthält die Kondensierungseinrichtung
vorzugsweise einen zusammengefassten Separator und Wärmetauscher,
welche hinter dem Auslass von der Kondensierungskammer angeordnet
sind, so dass eine Wärmeenergie, welche in dem Kondensat
und der verbleibenden Gasmischung enthalten ist, wiedererlangt werden
kann, und die verbleibende Gasmischung und das Kondensat getrennt
werden können.
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Wie
anhand von der obigen Beschreibung zu verstehen, kann das Rezirkulationselement
derart in Betracht kommen, dass es zumindest jene Pumpe enthält,
an welcher die Entnahmeleitung und die Zufuhrleitung verbunden sind,
so dass die eingesammelte flüssige erste Substanz an das
Verteilungselement zurück rezirkuliert werden kann. Vorzugsweise
enthält das Rezirkulationselement ebenfalls einen Kondensattank
zum Lagern der eingesammelten flüssigen ersten Substanz,
bevor sie an das Verteilungselement zurück rezirkuliert wird,
und eine Leitung, welche den Kondensattank und die Pumpe verbindet.
Im breiteren Sinne, kann das Rezirkulationselement ebenfalls die
Entnahmeleitung oder Leitungen von dem Sammelelement und die Zufuhrleitung
oder Leitungen, welche die flüssige erste Substanz an das
Verteilungselement zuführen, enthalten. Wenn mehr flüssige
erste Substanz als notwendig zur Rezirkulation an das Verteilungselement
eingesammelt werden kann, sollte ebenfalls ein Element, wie beispielsweise
ein oder mehrere Ventile, bereitgestellt werden, um zumindest einen
Abschnitt von der eingesammelten ersten Substanz zu entleeren. Ein
solches Ventil oder solche Ventile können in dem Kondensattank
oder in den Entnahme- und/oder Zufuhrleitungen bereitgestellt werden.
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Es
ist ebenfalls ein Verfahren zum Trennen von einer ersten Substanz
aus einer Gasmischung durch Kondensierung bereitgestellt, wobei
die Gasmischung die erste Substanz in Gasphase und zumindest eine
zusätzliche Substanz in Gasphase enthält. Der
Trennungsprozess findet in einer Kondensierungskammer statt, welche
einen Einlass für die Gasmischung und einen Auslass enthält,
so dass ein Kondensierungsraum zwischen dem Einlass und dem Auslass
erzeugt ist, und wobei der Kondensierungsraum zumindest eine Kondensierungssektion
enthält. Das Verfahren enthält die Schritte:
Einführung
der Gasmischung über den Einlass in die Kondensierungskammer
bei Taupunkttemperatur oder leicht oberhalb der Taupunkttemperatur
von der ersten Substanz für die vorgegebene Zusammensetzung
und den Druck von der Gasmischung;
Bereitstellen von der ersten
Substanz in Flüssigphase, und Besprühen derer
in der Gasmischung über ein Verteilungselement, welches
in der zumindest einen Kondensierungssektion angeordnet ist;
Zirkulieren
von einer Kühlflüssigkeit über eine Kühleinrichtung,
welche in der zumindest einen Kondensierungssektion unterhalb von
dem Verteilungselement bereitgestellt ist, so dass der Flüssigkeits-Sprühnebel
und die Gasmischung die Kühleinrichtung passieren;
Einsammeln
von zumindest einem Abschnitt von der flüssigen ersten
Substanz in einem Sammelelement, welches in der Kondensierungskammer
oberhalb des Auslasses bereitgestellt ist, und
Rezirkulieren
von zumindest einem Abschnitt von der eingesammelten flüssigen
ersten Substanz an das Verteilungselement, so dass eine abnehmende
Kondensierungstemperatur, resultierend aus einem abnehmenden Teildruck
von der Kondensierungskomponente, dazu verwendet wird, um die Kondensierung
in dem vorherigen Kondensierungsschritt oder den Schritten zu erhöhen.
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In
einer Ausführungsform enthält das Verfahren ebenfalls
den Schritt einer Entnahme der flüssigen ersten Substanz
aus dem Sammelelement über eine Entnahmeleitung, und einer
Lagerung der flüssigen ersten Substanz in einem Kondensattank.
In einer weiteren Ausführungsform enthält das
Verfahren den Schritt eines Zuführens der flüssigen
ersten Substanz, welche in dem Kondensattank gelagert ist, an das
Verteilungselement.
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Wenn
der Kondensierungsraum mit einer Mehrzahl von Kondensierungssektionen
bereitgestellt ist, enthält das Verfahren ebenfalls den
Schritt eines Einsammelns von einem Abschnitt von der flüssigen
ersten Substanz am Ende von jeder Kondensierungssektion im Sammelelement,
welches unterhalb der Kühleinrichtung angeordnet ist, welche
in den Sektionen bereitgestellt ist.
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Ferner
enthält das Verfahren ebenfalls eine Ausführungsform,
wobei das Verfahren ebenfalls den Schritt von einer Wiedererlangung
von einer Wärmeenergie, welche in der verbleibenden Gasmischung
enthalten ist, welche über den Auslass in einen Wärmetauscher
oder in einem zusammengefassten Separator und Wärmetauscher
passiert wird, wenn das Kondensat vorliegt.
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Es
ist ebenfalls eine Verwendung von der Kondensierungseinrichtung
gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 für
die Trennung von Wasser aus einer Gasmischung, welche im Wesentlichen
Kohlendioxid und Wasserdampf enthält, bereitgestellt.
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Ferner
ist eine Verwendung des Verfahrens gemäß einem
der Ansprüche 11 bis 15 für die Trennung von Wasser
aus einer Gasmischung, welche im Wesentlichen Kohlendioxid und Wasserdampf
enthält, bereitgestellt.
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Wenn
die vorliegende Erfindung zum Trennen von einer Gasmischung, welche
CO2 und H2O enthält, verwendet
wird, kann der Anteil von CO2 in der Gasmischung
von etwa 10 Mol-% bis etwa 90 Mol-% CO2 variieren,
wobei am Ende der Anteil von H2O so gering
wie möglich sein sollte, da die Endprodukte trockenes CO2-Gas und „Totwasser”,
das heißt Wasser mit einem sehr geringen Gehalt von CO2, sein sollten.
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Neben
dem Anfangsverhältnis von CO2 und
H2O sind der Arbeitsdruck und die Anfangstemperatur
von der Gasmischung wichtig. Der Druck ist besonders wichtig, da
die Kondensierungstemperatur für die Wasserphase durch
den Teildruck von der Wasserphase entschieden wird, welcher, bei
einem vorgegebenen Mischverhältnis, direkt von dem Gesamtdruck
abhängt. Der tatsächliche Druck bei einem vorgegebenen
Prozess kann größtenteils variieren und für
den Entwurf von der Einrichtung ausschlaggebend sein. Bei einer
Thermalenergieanlage mit CO2-Festhaltung
kann dieser Druck im Bereich von Atmosphärendruck bis hin
zu 100 Bar liegen.
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Wenn
das eingesammelte Kondensat an das Verteilungselement zurückgegeben
wird und in die fließende Gasmischung gesprüht
wird, hat das rezirkulierte Kondensat eine niedrigere Temperatur
als der Fluss der Gasmischung und eine größere
Oberfläche aufgrund der höheren Anzahl von winzigen
Tröpfchen in dem Sprühnebel. Dies erhöht
die Kühlung von der Gasmischung und die Kondensierung des
Wasserdampfes. Der Sprühnebel erzeugt ebenfalls eine Bewegung
in dem Fluss der Gasmischung und glättet dadurch Konzentrationsgradienten
in der Gasmischung aus.
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Die
Erläuterung hinsichtlich der niedrigeren Temperatur von
dem rezirkulierten Kondensat ist, dass die Kondensierungstemperatur
entlang der Erwärmungsoberfläche aufgrund des
reduzierten Teildruckes von H
2O abnimmt.
Dieser Effekt wird verbessert, wenn der Teildruck von H
2O
abnimmt, welches ferner zum Vorteil des Systems beiträgt.
Das folgende Schaubild zeigt an, wie die Taupunkttemperatur (Kondensierungstemperatur) bei
einer abnehmenden Konzentration von H
2O
bei einem vorgegebenen Gesamtdruck abnimmt. Taupunkttemperatur
als Funktion des Verhältnisses zwischen CO2/H2O
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Wie
anhand des Schaubildes zu erkennen, kann, wenn die Taupunkttemperatur
im Vergleich zu der Temperatur von dem Kühlmedium niedrig
ist, das Kondensierungspotenzial erhöht werden, indem der
Gesamtdruck erhöht wird, das heißt durch eine
weitere Komprimierung von der Gasmischung.
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Was
den Wärmetransport betrifft, kann ein charakteristisches
Potenzial bestimmt werden, welches das Produkt von der Temperaturdifferenz
zwischen der Oberfläche von dem Kühlelement und
der fließenden Gasmischung und dem Bereich von der Oberfläche
ist.
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Bei
einem herkömmlichen Kühler wird das Antriebspotenzial
für den Kühlprozess dann lauten:
ΔP1 = (tg – tr)·Ar, wobei
tg die Gastemperatur ist, tr die
Temperatur von der Oberfläche von dem Kühlelement
ist und Ar der Bereich von dem Kühlelement
ist.
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In
dem hier beschriebenen Prozess wird ein weiteres Antriebspotenzial
wie folgt hinzugefügt:
ΔP2 =
(tg – tdr)·Adr, wobei tg die
Gastemperatur ist, tdr die Temperatur von
den Tröpfchen in dem Sprühnebel ist und Adr der gesamte Oberflächenbereich
von den Tröpfchen in dem Sprühnebel ist.
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Das
gesamte Antriebspotenzial für den Kühlprozess
lautet dann: ΔP = ΔP1 + ΔP2 =
(tg – tr)·Ar + (tg – tdr)·Adr
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Wenn
die Ausdrücke auf der rechten Seite von der Gleichung in
Betracht gezogen werden, wird die Größe von der
rechten Klammer etwas größer sein als die Größe
von der zweiten Klammer. Die Größe von dem zusätzlichen
Antriebspotenzial (aufgrund des Sprühnebels) wird zu einem
großen Ausmaß von der zusätzlichen Oberfläche
abhängen, welche durch die Zerstäubung von dem
rezirkulierten Kondensat aufgebaut werden kann. Durch geeignete
Elemente gibt es Grund zur Annahme, dass Adr viel
größer erstellt werden kann als Ar.
Das zusätzliche Potenzial aufgrund des Sprühnebels
kann daher zumindest so groß oder größer
als das ursprüngliche Wärmeaustauschpotenzial
erstellt werden. In der Praxis bedeutet dies eine wesentliche Reduktion
in der Wärmeaustauschoberfläche (m2),
und dadurch eine Reduktion in der Größe von der
Einrichtung als auch in den Herstellungskosten von der Einrichtung.
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Als
ein Beispiel von dem Effekt, dass die Rezirkulation von dem Kondensat
hinsichtlich der Größe von der Kondensierungseinrichtung
abhängen kann, ist im Folgenden ein Beispiel angegeben.
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Zunächst
wird eine Kondensierungssektion ohne Rezirkulation des Kondensats
angenommen. Es wird Folgendes vorausgesetzt:
| | Einlassgas | Auslassgas | Kondensat |
| Druck | 60
Bar | 60
Bar | 60
Bar |
| CO2-Konzentration | 60
Mol-% | 70,6
Mol-% | 0% |
| Temperatur | 204,5°C | 180,5°C | 174,5°C
(einschließlich eines gewissen Wärmeverlustes) |
| Menge
(Mol) | 1
Mol (0,6 Mol CO2 + 0,4 Mol H2O) | 0,85
Mol (0,6 Mol CO2 + 0,25 Mol H2O) | 0,15
Mol (0,15 Mol H2O) |
| | Das
Gas ist mit Wasserdampf gesättigt | Das
Gas ist mit Wasserdampf gesättigt | |
Berechnung
der Energie, welche ohne Rezirkulation überführt
wird:
| Wärmekapazität
von CO2: | 37
J/Mol·K |
| Wärmekapazität
von Wasserdampf: | 34
J/Mol·K |
| Wärmekapazität
von Wasser: | 75
J/Mol·K |
| Kondensationswärme
von Wasser: | 44000
J/Mol |
| Kondensationswärme
für das kondensierte Wasser: | 44000
J/Mol·0,15 Mol = 6600 J |
| Energie
zum Herabkühlen: | (0,6·37
+ 0,4·34)·(204,5 – 180,5) = 860 J |
| Gesamter
Energietransfer: | 7460
J |
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Berechnung der zusätzlichen Wärme,
welche durch eine Rezirkulation von kondensiertem Wasser hinzugefügt wird:
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Hier
wird vorausgesetzt, dass das kondensierte Wasser in die Gasmischung
am Anfang der Kondensierungssektion gesprüht wird, und
dass das kondensierte Wasser durch die Kondensierung von Wasserdampf
auf 204,5°C erwärmt wird. Somit wird das Wasser
in diesem Beispiel lediglich ein Mal rezirkuliert.
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Energie
für die Kondensation, entnommen aus dem rezirkulierten
Wasser: 0,15 Mol·30 K·75 J/Mol·K
= 337,5 J
- Zusätzliche kondensierte Menge: 337,5
J/44000 J/Mol = 0,008 Mol
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Die
einmalige Rezirkulation des kondensierten Wassers wird bei dieser
Kondensierungssektion eine Erhöhung von etwa 5% des Energietransfers
und folglich der Menge des kondensierten Wassers erzielen. Entsprechende
Berechnungen, bei welchen der Prozentanteil von CO2 im
Bereich von 80% bis 95% liegt, erzielen eine Erhöhung des
Energietransfers und des kondensierten Wassers bei etwa 10% (basierend
auf Hysys' Kondensationstemperaturen).
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Wenn
das Wasser mehr als ein Mal rezirkuliert wird, wird der Effekt größer
werden. In der Praxis wird es wahrscheinlich eine Abnahme von 20%
in der Größe von der Kondensierungseinrichtung
als Konsequenz, resultierend aus der Rezirkulation von kondensiertem
Wasser, geben.
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen von der Erfindung
mit Bezug auf die Figuren beschrieben, bei welchen:
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1 eine
schematische Ansicht von der Kondensierungseinrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform von der Erfindung ist;
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2 eine
schematische Ansicht von einer einzelnen Kondensierungssektion von
der Kondensierungseinrichtung gemäß einer zweiten
Ausführungsform von der Erfindung ist; und
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3 eine
schematische Ansicht von der Kondensierungseinrichtung gemäß einer
dritten Ausführungsform von der Erfindung ist.
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In 1 ist
eine Ausführungsform von der Kondensierungseinrichtung 10 schematisch
angezeigt. Die Kondensierungseinrichtung enthält eine Kondensierungskammer 12,
welche mit einem Einlass 17 und einem Auslass 18 bereitgestellt
ist. Eine Fluidleitung 21 ist mit dem Einlass 17 und
einem Prozess-Equipment 20 verbunden. Ein Prozess-Fluid
wird aus dem Prozess-Equipment 20 extrahiert und der Kondensierungskammer 12 über
die Fluidleitung 21 zugeführt. Das Prozess-Fluid,
welches der Kondensierungskammer 12 zugeführt ist,
ist im Wesentlichen aus einer Gasmischung erstellt, welche zumindest
zwei unterschiedliche Substanzen in Gasphase enthält, wobei
eine von den Substanzen aus der Gasmischung durch Kondensation in
der Kondensierungskammer 12 entnommen wird. Die Gasmischung
wird der Kondensierungskammer in einem Zustand zugeführt,
bei welchem die Substanz, welche in der Kondensierungskammer zu
kondensieren ist, auf oder etwas oberhalb ihrer Taupunkttemperatur
ist.
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In
den bestimmten Ausführungsformen von der im Folgenden beschriebenen
Erfindung ist die Gasmischung im Wesentlichen aus Kohlendioxid und
Wasserdampf erstellt.
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Die
Gasmischung, welche Wasserdampf enthält, wird der Kondensierungskammer 15 zugeführt,
welche eine Temperatur bei der Taupunkttemperatur oder leicht oberhalb
der Taupunkttemperatur von dem Wasser für die bestimmte
Zusammensetzung und den Druck von der Gasmischung hat. Der Wasserdampf
wird in der Kondensierungskammer 12 kondensiert, wobei
eine Gasmischung aus im Wesentlichen Kohlendioxid zurückgelassen
wird.
-
Zwischen
dem Einlass 17 und dem Auslass 18 von der Kondensierungskammer
ist ein Kondensierungsraum 14 ausgebildet. Der Kondensierungsraum 14 ist
vorzugsweise in zwei oder mehrere Kondensierungssektionen 15 unterteilt,
kann jedoch ebenfalls eine einzelne Kondensierungssektion 15 enthalten.
Eine einzelne Kondensierungssektion 15 ist eindeutig in 2 zwischen
den zwei unterbrochenen Linien 46 angezeigt.
-
Wie
in 1 gezeigt, ist die Kondensierungseinrichtung 10 ferner
mit einem Verteilungselement 23 bereitgestellt. Das Verteilungselement 23 verteilt
einen Sprühnebel aus flüssigem Wasser in die Gasmischung, welche
durch den Kondensierungsraum 14 in die Kondensierungskammer 12 fließt.
Das Verteilungselement kann zumindest eine Düse 24 enthalten,
jedoch werden vorzugsweise mehrere Düsen 24 verwendet,
wodurch ein Sprühdüsen-Stapel erstellt wird, so
dass im Wesentlichen der gesamte horizontale Querschnitt von dem Kondensierungsraum 14 durch
einen Sprühnebel bedeckt wird. Ferner ist eine Zufuhrleitung 25 bereitgestellt, welche
flüssiges Wasser an die Düse oder an die Düsen 24 zuführt.
Jede von den Kondensierungssektionen ist vorzugsweise mit einer
Düse oder einer Anzahl von Düsen 24 bereitgestellt.
-
Zwischen
den Düsen 24 ist eine Kühleinrichtung 37 bereitgestellt.
Die Kühleinrichtung enthält zumindest ein Kühlelement 38 und
eine Zirkulationsleitung 39 für ein Kühlfluid.
Die Zirkulationsleitung 39 erstreckt sich von einem ersten
Speichermittel 40 für Kühlfluid zu dem
zumindest einen Kühlelement 38. Von dem zumindest
einen Kühlelement 38 kann sich die Zirkulationsleitung 39 zu
einem zweiten Speichermittel 41 für Kühlfluid
erstrecken. Alternativ kann sich die Zirkulationsleitung 39 zu
einem weiteren Kühlelement 38 erstrecken, welches
in der Kondensierungssektion 15 oder in einer weiteren
Kondensierungssektion 15 angeordnet ist. Jedes von den
Speichermitteln 40, 41 für ein Kühlfluid
kann einen Behälter, einen Tank oder ein jegliches weiteres
geeignetes Element zum Speichern des Kühlfluides enthalten.
-
Eine
weitere Option liegt offensichtlich in der Verwendung von einem
einzelnen Speichermittel für das Kühlfluid anstelle
des ersten und zweiten Speichermittels 40, 41.
-
Das
Kühlfluid kann eine jegliche geeignete Flüssigkeit
oder ein Gas sein, welches dazu in der Lage ist, die erforderliche
Wärmeenergiemenge zu entnehmen. Es besteht eine Option
in der Verwendung eines Kühlfluides, wobei das Kühlfluid
eine Flüssigkeit ist, welche einem Wärmeprozess
unterläuft, wodurch Energie eingespart wird, welche andererseits
verloren geht. Das Kühlfluid kann ebenfalls eine Flüssigkeit
am Siedepunkt sein, beispielsweise Amin in Flüssigphase
am Siedepunkt. Wenn das Amin durch die Kühlelemente 38 passiert
wird, beginnt das Amin zu sieden und wird das siedende Amin dem
Speichermittel 41 für das gebrauchte Kühlfluid
zugeführt. Es ist offensichtlich ebenfalls möglich,
ein Gas, wie beispielsweise Luft, als das Kühlfluid zu
verwenden.
-
Das
Kühlfluid kann ein Fluid sein, welches in einer geschlossenen
Zirkulationsleitung 39 zirkuliert. Das zweite Speichermittel 41 für
das Kühlfluid und das erste Speichermittel 40 für
das Kühlfluid können in diesem Fall durch eine
Fluidleitung und einen Wärmetauscher miteinander verbunden
sein, so dass das Kühlfluid heruntergekühlt werden
kann, bevor es dem ersten Speichermittel 40 zurückgegeben
wird. Alternativ kann das Kühlfluid ebenfalls geradewegs
der Kondensierungskammer 12 zurückgegeben werden,
nachdem es durch einen Wärmetauscher (in den Figuren nicht
gezeigt) herabgekühlt wurde.
-
Wie
in 1 angezeigt, kann die Zirkulationsleitung 39 an
der Außenseite von der Kondensierungskammer 12 zwischen
zwei Kondensierungssektionen 15 angeordnet sein. Es ist
offensichtlich ebenfalls möglich, die Zirkulationsleitung 39 innerhalb
der Kondensierungskammer 12 zwischen den Kondensierungssektionen 15 anzuordnen.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform von der Erfindung enthält
das Kühlelement 38 eine Röhre oder ein
Röhren-Bündel.
-
Unterhalb
des Kühlelements 38 ist ein Sammelelement 26 bereitgestellt,
welches eine Sammelplatte 27, wie in 1 gezeigt,
oder einen oder vorzugsweise mehrere Behälter 28,
wie in 2 gezeigt, enthält. Die in 1 gezeigte
Sammelplatte 27 enthält eine Platte, welche den
gesamten horizontalen Querschnitt von der Kondensierungskammer 12 bedeckt,
so dass das gesamte Wasser in Flüssigform durch die Sammelplatte 27 eingesammelt
wird. Um ein Passieren von der verbleibenden Gasmischung durch die
Sammelplatte 27 zu ermöglichen, ist die Sammelplatte
mit einem Durchgangsloch und einem Röhren-Ansatz 31,
welcher das Loch umgibt und verhindert, dass eingesammeltes Flüssigwasser
durch das Loch fließt, bereitgestellt. Oberhalb des Röhren-Ansatzes 31 ist
eine Abdeckung 32 bereitgestellt, welche derart angeordnet
ist, so dass ein Spalt zwischen der oberen Kante von dem Röhren-Ansatz 31 und
der Abdeckung 32 vorliegt. Tröpfchen von dem Sprühnebel
und/oder kondensierter Wasserdampf werden durch die Abdeckung gestoppt
und können nicht durch das Loch passieren, während
ein Passieren von der verbleibenden Gasmischung unterhalb von der
Abdeckung 32 und durch das Loch zu der nächsten
Kondensierungssektion 15 oder zu dem Auslass 18 von
der Kondensierungskammer 12 ermöglicht wird.
-
Flüssigwasser,
welches durch die Sammelplatte 27 eingesammelt wurde, kann
durch eine Entnahmeleitung 29 entnommen werden, welche
mit einem Kondensattank 33 verbunden ist. Der Kondensattank 33 wirkt
ebenfalls vorzugsweise als ein Zufuhrtank für die Pumpe 35,
welche das Kondensat zu dem Verteilungselement 23 durch
die Fluidleitung 25, welche mit der Pumpe 35 verbunden
ist, rezirkuliert. Jede Kondensierungssektion 15 ist vorzugsweise
mit einer Sammelplatte 27 bereitgestellt, und Entnahmeleitungen 27 verbinden
die Sammelplatten 27 mit dem Kondensattank 33.
-
Die
Kondensierungseinrichtung enthält ferner eine Fluidleitung 43,
welche mit dem Auslass 18 von der Kondensierungskammer 12 verbunden
ist. Eine verbleibende Gasmischung wird durch die Fluidleitung 43 passiert
und an einen Wärmetauscher 44 oder optional an
einen zusammengefassten Separator und Wärmetauscher zugeführt,
wenn ein Passieren von etwas Flüssigwasser durch das Sammelelement 26 erlaubt
wird. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn das Sammelelement 26 jene
Behälter 28 enthält, wie in 2 gezeigt, welche
nicht den gesamten Querschnitt von der Kondensierungskammer 12 bedecken.
In dem Wärmetauscher 44 kann Wärme aus
der Gasmischung wiedererlangt werden, welche andererseits ungenutzt
verblieben wäre.
-
2 zeigt
eine einzelne Kondensierungssektion 15 des Kondensierungsraumes
von der Kondensierungskammer. Wie bereits oben erwähnt,
kann der Kondensierungsraum eine einzelne Kondensierungssektion 15 oder
vorzugsweise eine Anzahl von Kondensierungssektionen enthalten.
-
Der
Düsenstapel, welcher eine Mehrzahl von Düsen 24 enthält,
ist angezeigt. Die Düsen 24 sind mit einer Leitung 25 verbunden, über
welche die flüssige erste Substanz an die Düsen 24 zugeführt
wird. Daraus folgend wird ein Sprühnebel von der ersten
Substanz in die Gasmischung injiziert, wie durch Pfeile 47 in 2 angezeigt.
Unterhalb der Düsen 24 ist eine Kühleinrichtung 37 angeordnet.
In der gezeigten Ausführungsform enthält die Kühleinrichtung
ein Kühlelement 38 in der Form von einem Röhrenbündel,
durch welches eine Kühlflüssigkeit zirkuliert
wird.
-
Unterhalb
der Kühleinrichtung 37 ist das Sammelelement 26 angeordnet.
In der in 2 gezeigten Ausführungsform
enthält das Sammelelement zumindest einen Behälter 28,
vorzugsweise eine Anzahl von Behältern 28, und
eine Entnahmeleitung 29, mit welcher alle Behälter 28 verbunden
sind, so dass das eingesammelte Kondensat entnommen werden kann.
Die Entnahmeleitung 29 ist mit einem Kondensattank 33 verbunden,
welcher ebenfalls als ein Zufuhrtank für die Pumpe 35 wirkt,
welche das Kondensat über die Leitung 25 zu den
Düsen 24 zurück rezirkuliert.
-
3 zeigt
eine Ausführungsform von der Erfindung, bei welcher die
Kondensierungskammer derart angeordnet ist, so dass der Fluss von
der Gasmischung durch die Kondensierungssektionen im Wesentlichen horizontal
ist. In der in 3 gezeigten Ausführungsform
ist die Kondensierungskammer 12 mit vier Kondensierungssektionen 15 bereitgestellt,
jedoch kann die Anzahl von Kondensierungssektionen höher
oder niedriger sein. Die Gasmischung wird über einen Einlass 17 von
dem Prozess-Equipment 20 und in die Kondensierungskammer 12 zugeführt.
Die Gasmischung verlässt die Kondensierungskammer 12 über
einen Auslass 18.
-
Jede
der vier Kondensierungssektionen 12 enthält ein
Verteilungselement 23, welches einen Sprühnebel
von der ersten Substanz in den Fluss von der Gasmischung injiziert.
Das Verteilungselement 23 ist in dem oberen Teil von der
Kondensierungssektion angeordnet, welches bedeutet, dass die Flussrichtung
von der Gasmischung und die Flussrichtung von dem Sprühnebel
von dem Verteilungselement 23 im Wesentlichen senkrecht
sind.
-
Unterhalb
des Verteilungselements 23 ist eine Kühleinrichtung 38 angeordnet.
Das Verteilungselement 23 ist über eine Kühl-Zirkulationsleitung 39 mit
einem ersten Speichermittel 40 für ein Kühlfluid
und einem zweiten Speichermittel 41 für ein Kühlfluid
verbunden. Das erste und zweite Speichermittel 40, 41 für
ein Kühlfluid können für jede Kondensierungssektion
bereitgestellt sein oder es kann ein einzelnes Speichermittel für die
Kühlflüssigkeit verwendet werden.
-
Wie
zuvor erwähnt, kann das Kühlfluid ein Fluid sein,
welches in einem Trennungsprozess verwendet wird und erwärmt
werden muss. Das Kühlfluid kann dann direkt über
die Kühlfluid-Zirkulationsleitung 39 den Kühlelementen 38 zugeführt
werden und an das Prozess-Equipment (in den Figuren nicht gezeigt)
zurückgegeben werden. In dieser Ausführungsform
können die Speichermittel 40, 41 für
die Kühlflüssigkeit, wenn notwendig, bereitgestellt
werden.
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Das
Sammelelement von der in 3 gezeigten Ausführungsform
ist lediglich durch den Bodenbereich von der Kondensierungskammer 12 ausgebildet.
In der Figur ist jede Kondensierungssektion 15 mit einem
Auslass bereitgestellt, an welchem eine Entnahmeleitung 29 verbunden
ist. Die Entnahmeleitungen 29 sind mit jeweiligen Kondensattanks 33 verbunden,
welche ebenfalls als Zufuhrtanks für die Pumpen dienen. Die
Pumpen werden das Kondensat (erste Substanz in Flüssigform) über
die Zufuhrleitungen 25 an das Verteilungselement zurückpumpen.
In 3 ist angezeigt, dass das Kondensat von einer
Kondensierungssektion 15 dem Verteilungselement 23 in
der benachbarten Kondensierungssektion zugeführt wird.
Das Kondensat von einer von den End-Kondensierungssektionen wird
dem Verteilungselement 23 in der gegenüberliegenden End-Kondensierungssektion
zugeführt. Wie in 3 gezeigt,
kann das Kondensat, welches von einer End-Kondensierungssektion
zu der gegenüberliegenden End-Kondensierungssektion gepumpt
wird, durch einen Wärmetauscher 50 passieren.
-
Bestimmte
Aspekte von der vorliegenden Beschreibung sind im Folgenden angegeben:
- 1. Kondensierungseinrichtung zum Entfernen
von einer ersten Substanz aus einer Gasmischung, welche aus der
ersten Substanz in Gasphase und zumindest einer zusätzlichen
Substanz in Gasphase zusammengesetzt ist, wobei die Kondensierungseinrichtung
eine Kondensierungskammer mit einem Einlass für die Gasmischung
und einem Auslass enthält, so dass ein Kondensierungsraum
zwischen dem Einlass und dem Auslass erzeugt ist, wobei der Kondensierungsraum
eine oder mehrere Kondensierungssektionen enthält,
dadurch
gekennzeichnet, dass jede Kondensierungssektion enthält:
ein
Verteilungselement für die Verteilung von der ersten Substanz
in der Form von einem Sprühnebel in die Gasmischung, und
eine
Kühleinrichtung, welche unterhalb des Verteilungselementes
angeordnet ist, in welcher ein Kühlmedium zirkuliert wird,
und
wobei der Kondensierungsraum mit einem Sammelelement, welches zumindest
einen Abschnitt von der ersten Substanz in Flüssigform
einsammelt, und mit einem Rezirkulationselement, welches zumindest einen
Abschnitt von der eingesammelten ersten Substanz in Flüssigform
zu dem Verteilungselement rezirkuliert, bereitgestellt ist, so dass
eine abnehmende Kondensierungstemperatur, resultierend aus einem
abnehmenden Teildruck von der Kondensierungskomponente, dazu verwendet
wird, um die Kondensierung in dem vorherigen Kondensierungsschritt
oder den Schritten zu erhöhen.
- 2. Kondensierungseinrichtung nach Aspekt 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das Verteilungselement zumindest eine Düse und eine
Zufuhrleitung für die Zufuhr von der ersten Substanz in
Flüssigform an die zumindest eine Düse enthält.
- 3. Kondensierungseinrichtung nach Aspekt 1 oder Aspekt 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das Sammelelement eine Sammelplatte, welche
im Wesentlichen den gesamten Querschnitt von der Kondensierungskammer
bedeckt, und eine Entnahmeleitung enthält, wobei die Sammelplatte
ein Durchflusselement enthält, so dass die Gasmischung
durch die Sammelplatte passieren kann, während eine Flüssigkeit
durch die Sammelplatte eingesammelt wird.
- 4. Kondensierungseinrichtung nach einem der Aspekte 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das Sammelelement zumindest einen Behälter
und eine Entnahmeleitung für die Entnahme von einer flüssigen
ersten Substanz aus dem zumindest einen Behälter enthält.
- 5. Kondensierungseinrichtung nach einem der Aspekte 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass jede Kondensierungssektion mit einem
Sammelelement bereitgestellt ist, welches unterhalb der Kühleinrichtung
von der Kondensierungssektion angeordnet ist.
- 6. Kondensierungseinrichtung nach einem der Aspekte 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmeleitung mit einem Kondensattank
verbunden ist, und die Zufuhrleitung mit einer Pumpe verbunden ist, welche
wiederum mit dem Kondensattank verbunden ist, so dass die flüssige
erste Substanz, welche durch das Sammelelement eingesammelt ist,
zurück an das Verteilungselement zirkuliert und in die
Gasmischung gesprüht werden kann.
- 7. Kondensierungseinrichtung nach einem der Aspekte 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung zumindest
ein Kühlelement und eine Kühlfluid-Zirkulationsleitung
enthält, so dass ein Kühlfluid durch das zumindest
eine Kühlelement zirkuliert werden kann.
- 8. Kondensierungseinrichtung nach Aspekt 7, dadurch gekennzeichnet,
dass das Kühlelement eine Röhre oder ein Röhren-Bündel
enthält.
- 9. Kondensierungseinrichtung nach einem der Aspekte 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensierungseinrichtung einen
Wärmetauscher enthält, welcher hinter dem Auslass
von der Kondensierungskammer angeordnet ist, so dass eine Wärmeenergie,
welche in dem Kondensat und der verbleibenden Gasmischung enthalten
ist, wiedererlangt werden kann.
- 10. Kondensierungseinrichtung nach einem der Aspekte 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensierungseinrichtung einen
zusammengefassten Separator und Wärmetauscher enthält,
welche hinter dem Auslass von der Kondensierungskammer angeordnet
sind, so dass eine Wärmeenergie, welche in dem Kondensat
und der verbleibenden Gasmischung enthalten ist, wiedererlangt werden
kann, und die verbleibende Gasmischung und das Kondensat getrennt
werden können.
- 11. Verfahren zum Trennen von einer ersten Substanz aus einer
Gasmischung durch Kondensierung, wobei die Gasmischung die erste
Substanz in Gasphase und zumindest eine zusätzliche Substanz
in Gasphase enthält, wobei der Trennungsprozess in einer
Kondensierungskammer stattfindet, welche einen Einlass für die
Gasmischung und einen Auslass enthält, so dass ein Kondensierungsraum
zwischen dem Einlass und dem Auslass erzeugt ist, und wobei der
Kondensierungsraum zumindest eine Kondensierungssektion enthält,
dadurch
gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte enthält:
Einführung
der Gasmischung über den Einlass in die Kondensierungskammer
bei Taupunkttemperatur oder leicht oberhalb der Taupunkttemperatur
von der ersten Substanz;
Bereitstellen von der ersten Substanz
in Flüssigphase, und Besprühen derer in die Gasmischung über
ein Verteilungselement, welches in der zumindest einen Kondensierungssektion
angeordnet ist;
Zirkulieren von einer Kühlflüssigkeit über
eine Kühleinrichtung, welche in der zumindest einen Kondensierungssektion
unterhalb von dem Verteilungselement bereitgestellt ist, so dass
der Flüssigkeits-Sprühnebel und die Gasmischung
die Kühleinrichtung passieren;
Einsammeln von zumindest
einem Abschnitt von der flüssigen ersten Substanz in einem
Sammelelement, welches in der Kondensierungskammer bereitgestellt
ist, und
Rezirkulieren von zumindest einem Abschnitt von der
eingesammelten flüssigen ersten Substanz an das Verteilungselement,
so dass eine abnehmende Kondensierungstemperatur, resultierend aus
einem abnehmenden Teildruck von der Kondensierungskomponente, dazu
verwendet wird, um die Kondensierung in dem vorherigen Kondensierungsschritt
oder den Schritten zu erhöhen.
- 12. Verfahren nach Aspekt 11, dadurch gekennzeichnet, dass das
Verfahren ebenfalls den Schritt einer Entnahme der flüssigen
ersten Substanz aus dem Sammelelement über eine Entnahmeleitung,
und eines Speicherns der flüssigen ersten Substanz in einem
Kondensattank enthält.
- 13. Verfahren nach Aspekt 12, dadurch gekennzeichnet, dass das
Verfahren ebenfalls den Schritt einer Zufuhr der flüssigen
ersten Substanz, welche in dem Kondensattank gespeichert ist, an
das Verteilungselement enthält.
- 14. Verfahren nach einem der Aspekte 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren ebenfalls den Schritt eines Einsammelns eines
Abschnittes von der flüssigen ersten Substanz am Ende von
jeder Kondensierungssektion im Sammelelement enthält, welches
unterhalb der Kühleinrichtung angeordnet ist, welche in
den Sektionen bereitgestellt ist.
- 15. Verfahren nach einem der Aspekte 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren ebenfalls den Schritt einer Wiedererlangung von
einer Wärmeenergie, welche in der verbleibenden Gasmischung enthalten
ist, welche durch den Auslass passiert wird, in einem Wärmetauscher
oder in einem zusammengefassten Separator und Wärmetauscher,
wenn ein Kondensat vorliegt, enthält.
- 16. Verwendung von der Kondensierungseinrichtung nach einem
der Aspekte 1 bis 10 zur Trennung von Wasser aus einer Gasmischung,
welche im Wesentlichen aus Kohlendioxid und Wasserdampf zusammengesetzt
ist.
- 17. Verwendung des Verfahrens nach einem der Aspekte 11 bis
15 zur Trennung von Wasser aus einer Gasmischung, welche im Wesentlichen
aus Kohlendioxid und Wasserdampf zusammengesetzt ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 02/100507
A1 [0003]
- - FR 2586204 A [0004]
