DE2547034C2

DE2547034C2 - Vorrichtung zur indirekten Kühlung von heißem Koksofengas

Info

Publication number: DE2547034C2
Application number: DE2547034A
Authority: DE
Inventors: Kurt 4350 Recklinghausen Tippmer
Original assignee: Carl Still GmbH and Co KG
Current assignee: Carl Still GmbH and Co KG
Priority date: 1975-10-21
Filing date: 1975-10-21
Publication date: 1984-11-15
Also published as: FR2328932B1; FR2328932A1; DE2547034A1; JPS5250975A; GB1532079A; US4045970A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur indirekten Kühlung von heißern Koksofengas mit drei Kühlstufen, wobei die erste eine Absorptionskältemaschine beheizt, die zweite eine Kühlwasserstufe beinhaltet und die dritte die gewonnene Verdampfungskälte der ersten Stufe ausnützt (DE-AS 10 15 455).

Solche Vorrichtungen sind wichtig für Industrieländer mit verhältnismäßig hohen Jahresdurchschnittstemperaturen, in denen das ganze Jahr hindurch Kühlwasser aus Flüssen und Seen sowie anderen Vorkommen z. B. nur mit Temperaturen zwischen 20 und 30⁰C und auch höher zur Verfugung stehen.

In diesen Ländern werden heiße Koksofengase in eingangs beschriebenen Vorrichtungen gekühlt, jedoch sind diese verhältnismäßig kostenaufwendig, weil für den Betrieb der Kompressoren einer Verdichter-Kältemaschine oder die Verdampfungsstufe einer Absorber-Desorber-Kältemaschine viel Energie in Form von elektrischem Strom bzw. Dampf aufgewendet werden muß. Die hohen Kosten für die Kühlung gehen in die Kosten des ausgeübten Gesamtprozesses ein und beeinflussen seine Wirtschaftlichkeit ungünstig.

Ein besonderes Problem ergibt sich bei der Kühlung von Koksofengasen dadurch, daß es Inhaltsstoffe hat, die beim Abkühlen unter Bildung von Polymerisaten zur Kondensation neigen, wobei diese Kondensationsprodukte Apparate und Rohrleitungen verschmutzen, indem sie Wände und Rohrleitungen belegen und so den Wärmeübergang vermindern. Außerdem werden durch die Verkrustungen die Querschnitte eingeengt, so daß der Apparat seine ursprüngliche Leistung nicht aufrechterhalten kann und gereinigt werden muß. Dies ist nur mit langwieriger und kostspieliger Handarbeit möglich. Es ist bekannt, daß solche Verkrustungen an indirekten Kühlaggregaten bzw. in indirekten Kühlaggregaten vermieden werden können, wenn man dem zu kühlenden Gas ein Spülwasser zusetzt, das teerhaltig ist. Damit kann man solche Kühler weitgehend schmutzfrei halten. Jedoch kann eine solche Spülung das Ansetzen von Polymerisaten und anderen Niederschlägen nur dann vermeiden, wenn die Abkühlung nicht unter 18"C erfolgt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, für Länder mit hohen lahresdurch-

Schnittstemperaturen eine Kühlvorrichtung für heiße Koksofengase zu finden und vorzuschlagen, die bei der eingangs definierten Vorrichtung die Verschmutzung der Kühleinrichtungen nicht eintreten läßt und die die Abkühlung der heißen Koksofengase soweit zuläßt daß auch bei tieferen Temperaturen keine Niederschläge hi den Apparaten gebildet werden. Dabei versteht sich, daß eine solche Vorrichtung mit möglichst wenig Energie auskommen soll, weshalb das zur Verfügung stehende, verhältnismäßig warme Kühlwasser mit ausgenutzt werden soll.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst daß in der Vorrichtung der eingangs definierten Art in der ersten Stufe das Koksofengas mit tecrhaltigem Spülwasser versetzt ist und die Absorptionskältemaschine über einen Kühlflüssigkeitskreislauf beheizt und daß das Gemisch aus Koksofengas und Kühlwasser in der dritten Stufe ebenfalls von einem Kühlflüssigkeitskreislauf beaufschlagt wird, der zu einer Abkühlung des Gemisches nicht unter 18° C föhn.

Dabei kann für die neue Vorrichtung Kühlwasser von 20 bis 30° C und wäßriges Ammoniak mit 60 bis 70% Ammoniak als Kältemittel angewendet werden.

Es kann auch zweckmäßig sein, die zweite Kühlstufe, die Kühlwasserstufc, in mehrere Stufen, ζ Β. zwei Stufen, zu unterteilen. Als Kühlmittel können in der ersten und dritten Stufe den an die Kältemaschine gebundenen Kühlstufen, Lösungen, die Salze, z. B. Kalziumchlorid, oder Verbindungen, die mehrwertige Alkohole, z. B.

Gykolc, enthalten, zwischen den Wärmeaustauschern und der Kältemaschine umlaufen. Die Kältemaschine wird zweckmäßig mit wäßrigem Ammoniak als Kältemittel betrieben. Energie wird bei dem Verfahren gemäß der Erfin dung nur zum Antrieb von Umlaufpumpen und sonst zu keinem anderen Zwecke benötigt; an anderen Stellen dieses Kühlverfahrens findet kein Energieeinsatz statt. Dieser Energiebetrag ist vergleichsweise niedrig; er beträgt beispielsweise 60 bis 70 kW, wohingegen für den gleichen Kühleffekten bei vergleiehbaren Verfahren unter Umständen bis zu 170 kW aufgewendet werden müssen.

Die Erfindung wird durch ein Beispiel, zu dem eine Schemaskizze gehört, näher erläutert

Es sollen stündlich 16,250 Nm³ wassergesättigtes Koksofengas von 81⁰C auf 20°C gekühlt werden und es steht Kühlwasser von 28°C zur Verfügung. Mit diesem Kühlwasser allein ist eine Gaskühlung unter 3O⁰C nicht erreichbar. Durch Leitung 1 tritt das Gas in den Gasvorkühler 2 ein, durch Leitung 3 treten 20 m³ teerhaltiges Spülwasser von 80⁰C (sog. NH₃-Wasser, Kohlewasser) ein und werden durch eine nicht gezeichnete Verteilereinrichtung so in den Vorkühler verteilt, daß das gesamte Gas in dem Querschnitt des Vorkühlers berieselt wird.

Das teerhaltige Ammoniakwasser verhindert die Entstehung von Naphthalinansätzen im Gasvorkühler und an seinen Einbauten.

Die erste Stufe der Kühlung, die Warmwasserstufe, besteht aus dem mit 340 m³ Weichwasser beschickten Kreislauf der Kältemaschine, der aus den Kühlaggregaten 4 sowie den Zu- und Ableitungen 5—8, der Umlaufpumpe 32 und den Wärmetauschern 9 und 10 in dem Niederdruckabsorbersystem 11 und dem Hochdruckabsorber 12 der Kältemaschine besteht. Das Weichwasser fließt den Kühlaggregaten 4 mit 70⁰C zu und tritt mit 75"C wieder aus. Das Gas wird in der ersten Stufe auf etwa 77,5"C gekühlt. In der /weiten Stufe, der Kühlwas-

serstufe, wird das Gas in den Kühlwasseraggregaten 13 mit den Zu- und Ableitungen 14 und 15 mit dem 28" C wannen Kühlwasser auf etwa 35° C gekühlt, wobei es auf etwa 40° C angewärmt wird. In der drit .en Stufe, der Kaltwasserstufe der Kältemaschine, wird es durch das Kühlaggregat 16 in dem Kreislauf mit den Zu- und Ableitungen 17 und 18, der Umlaufpumpe 33 sowie dem Verdampfer 19 auf 20°C weiter gekühlt. Das gekühlte Gas tritt durch Leitung 20 aus dem Vorkühler 2 aus und durch Leitrng 21 werden mit 20 m³ Spülwasser 12,1 m³ Gaskondensat, insgesamt also 32,1 m³ Wasser abgezogen. Vervollständigt wird die Anlage durch Kühlaggregate 22 und 23 in dem Hochdruck- und Niederdrucksystem 12 und 11 mit den Zuleitungen 24 und 25 und nicht gezeichneten Ableitungen. Das hierfür verwendete Kühlwasser hat vorher den Ammoniakkondensator 27 passiert, der durch die Leitungen 26 und 28 sowie das Ventil 29 mit dem Verdampfer 19 verbunden ist, der verdampftes Ammoniak durch Leitung 3ύ in das Niederdruckabsorbersystem 11 liefert. Der Desorberteil 9 des Niederdruckabsorbersystems 11 ist durch die Leitung 31 dem Hochdruckabsorbersystem 12 verbunden, schließlich besteht auch noch die Rücklaufleitung 34 zwischen dem Hochdruckabsorbersystem 12 und dem Niederdruckabsorbersystctn 11.

Wesentliche Energien werden lediglich für den Antrieb der Umlaufpumpen 32 und 33 benötigt.

Bilanz.:

Eingangswärme des Gases
Eingangswärme des
Spülwassers
Summe der Wärme

Im Hochdruckabsorber 12 steigt die N H3-Konzentration von 63 auf 80 Gew.-% und im Hochdruck-Desorber wird die Lösung bei 16 bar umgekehrt mit dem gleichen Gefälle regeneriert Die Siedetemperatur ist bei 16 bar ebenfalls 62° C. Das NH₃ wird bei 16 bar kondensiert und mit 40° C zum Verdampfer 19 gefördert Gegebenenfalls kann das flüssige NHj (70° C) im Gegenstrom mit dem dampfförmigen NH₃(IO⁰C) unterkühlt werden.

Die Beheizung der beiden Absorbersysteme U und 12 erfolgt mit Warmwasser von 75° C, welches dabei auf 70° C abkühlt.

Das Kühlwasser von 28° C wird erst durch den N ^-Kondensator 27 geschickt und Einschließend durch die beiden Absorber 12 und 11, welche bei einer Ab-Sorptionstemperatur von 35 bis 45° C arbeiten.

Diese Absorberkälteanlage ist von bekanntem Bauprinzip und sie kann ohne Schwierigketten bei Kühlwassertemperaturen von 30° C betrieben werden.

20

25

8 400 000 kcal

1 600 000 kcal 10 000 000 kcal

Diese Wärmemenge wird in einem dreistufigen Sy- J5 stern, bestehend aus einer Warmwasser-, Kühlwasser- und Kaltwasserstufe, abgeführt, wovon die erste und die dritte Stufe über eine Kältemaschine geführte Kreisläufe sind.

Die Kühlung des Gases mit dem Kühlwasser von 28°C erfolgt bis auf 35°C, dabei beträgt die Restwärme im Gas und Wasser noch 1 780 000 kcal/h. Die weitere Abkühlung des Gases auf 25°C erfolgt mittels Kaltwasser von 18°C aus der Absorberkältemaschine. Die Restwärme im Gas und Wasser bis 25"C beträgt 1 090 000 kcal/h, d. h. es müssen 690 000 kcal/h mit dem Kaltwasser abgeführt werden. Die Kaltwassermcngc beträgt bei einer Anwärmung von 7⁰C 99 t/h. Das Kaltwasser wird in dem N Hj-Verdampfer 19 erzeugt. Das flüssige NH₃ verdampft bei +10⁰C und 6.2 bar. Die NH₃-Menge beträgt 2660 kg/h.

Zur Erzeugung von 690 000 kcal/h Kälte von + 10° C sind ca. 1 700 000 kcal/h Wärme notwendig, welrhe in Form von Warmwasser mit 75⁰C in den oberen Teil des Gasvorkühlers 2 erhalten werden, wobei sich das Gas auf 77,5°C abkühlt Die Wärmemenge für die Kühlwasserstufe 9 des Vorkühlers 4 in 2 wird somit von 822 000 kcal/h auf 6 522 000 kcal/h reduziert. Diese Kühlwassermenge beträgt 543 m³/h bei einer Anwärmung um 12° C.

Das verdampfte NH₃ des Verdampfers 19 der Kaltwasserstufe wird in dem Niederdruck-Absorber 11 bei 6,2 bar und 35/45°C absorbiert. Die NHi-Konzentration im Absorber steigt dabei von 50 auf 57 Gew.-%. Im Desorberteil wird die Lösung bei 10 bar regeneriert und μ das NHj-^O-Gemisch vom Hochdruck-Absorber absorbiert. Die Siedetemperatur im Niedcrdruckdesorber ist 62⁰C bei 10 bar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur indirekten Kühlung von heißem Koksofengas mit drei Kühlstufen, wobei die erste eine Absorptionskältemaschine beheizt, die zweite eine Kühlwasserstufe beinhaltet und die dritte die gewonnene Verdampfungskälte der ersten Stufe ausnutzt, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stufe das Koksofengas mit teerhaltigem Spülwasser versetzt ist und die Absorptionskältemaschine über einen Kühlflüssigkeitskreislauf beheizt und daß das Gemisch aus Koksofengas und Spülwasser in der dritten Stufe ebenfalls von einem Kühlflüssigkeitskreislauf beaufschlagt wird, der zu einer Abkühlung des Gemisches nicht unter 18°C führt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stufe, die Kühlwasserstufe, in mehrere Unterstufen unterteilt ist.