DE2629573A1

DE2629573A1 - Anlage zur kondensation eines gases

Info

Publication number: DE2629573A1
Application number: DE19762629573
Authority: DE
Inventors: Albert Ludvig
Original assignee: Stal Refrigeration AB
Current assignee: Stal Refrigeration AB
Priority date: 1975-07-10
Filing date: 1976-07-01
Publication date: 1977-02-03
Also published as: ES449744A1; FR2317610B1; SE7507906L; FR2317610A1; JPS529681A; IT1061194B

Description

Anlage zur Kondensation eines Gases

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Kondensation eines Gases gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Pur die Verdichtung eines Gases können Kompressoren zweier verschiedener Arten verwendet werden,. Die eine Art ist ein ölfreier Kompressor, also ein Kompressortyp, bei dem das Gas mit dem Öl im Kompressor nicht in Kontakt kommte Die andere Art ist ein Öleinspritz-Kompressor, also ein Kompressortyp, bei dem das Gas in Kontakt mit.Öl gebracht wird, welches der Arbeitskammer des Kompressors zum Zwecke der Schmierung, Kühlung und Dichtung zugeführt wird.

Ein ölfreier Kompressor hat den Vorteil, daß er keinen Ölabscheider benötigt, da kein Öl dem verdichteten Gas beigemischt ist. Der Nachteil eines solchen Kompressors besteht jedoch darin, daß seine Anschaffungs- und Betriebskosten relativ hoch sind. Ein Öleinspritz-Kompressor, z.B. ein Schraubenkompressor, ist im Vergleich zu einem ölfreien Kompressor bedeutend einfacher im Aufbau und billiger. Er ■ benötigt jedoch einen besonderen Ölabscheider, um das im verdichteten

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Gas enthaltene Öl abzuscheiden,,

Y/enn ein Öleinspritz-Kompressor in einem Kühlkreis-lauf verwendet wird, wird der Ölabscheider gewöhnlich an die Austrittsleitung des Kompressors angeschlossen, und in dem Ölabscheider wird der Hauptteil des Öls abgeschieden und danach zum Kompressor zurückgeführt. Die verbleibende Ölmenge, welche der Ölabscheider nicht abzuscheiden vermag und welche mit dem Kühlmittel den Kühlkreis durchströmt, verursacht gewöhnlich keine Probleme.

Bei gewissen anderen Anwendungen eines Öleinspritz-Kompressors zur Verdichtung eines Gases muß das Gas gründlicher vom Öl gereinigt werden, als dies durch einen einfachen Ölabscheider möglich ist. Ein Beispiel für eine solche Anwendung ist eine Anlage zur Rekondensierung von Petroleumgas, z.B„ Propan, welches sich in einem lagertank befindet und aus dem Tank infolge unerwünschter Wärmezufuhr in den Tank aus diesem herausverdampft. Das herausverdampfende Gas kann rekondensiert werden, indem es in einem Kompressor verdichtet wird, danach kondensiert wird und schließlich zurück in den Tank expandiert wird_e Da das Petroleumgas nicht durch Öl verunreinigt werden darf und das Öl aus wirtschaftlichen Gründen nicht an das Petroleumgas verloren gehen darf, sind sehr hohe Anforderungen an das Maß der Ölabscheidung zu stellen, wenn ein Öleinspritz-Kompressor verwendet wird.

Eine Anlage der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art, mit der eine verbesserte Ölabscheidung aus einem verdichteten Gas

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erreicht werden soll, ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 308 481 "bekannt. Bei der bekannten Anlage wird das verdichtete Gas nach seinem Durchtritt durch einen ersten Ölabscheider einem zweiten Ölabscheider zugeführt, in welchem das Gas in Kontakt gebracht wird mit Kondensat des Gases, welches von einem Kondensator der Anlage geliefert wird« Dieses Kondensat wäscht weiteres Öl aus dem Gas heraus_o Das sich im zweiten Ölabscheider sammelnde ölverschmutzte Kondensat wird direkt eingespeist in die Austrittsleitung des Kompressors, seine Eintrittsleitung oder direkt in den Kompressor,, Ein Uachteil der bekannten Anlage besteht darin, daß dem Kondensatfluß durch den zweiten Ölabscheider nicht eine solche Größe gegeben werden kann, wie sie für ein optimales Reinigen des verdichteten Gases wünschenswert isto Bei einer Vergrößerung des genannten Kondensatflusses über einen bestimmten Wert hinaus wird die Temperatur in der Austrittsleitung des Kompressors und in dem ersten Ölabscheider so stark absinken, daß das verdichtete Gas, wenn es in dem Öl löslich ist (Petroleumgas ist löslich in Ölen, die im diesem Zusammenhang verwendet werden), in dem Öl in einem solchen Umfange gelöst wird, daß das Öl, welches von dem ersten Ölabscheider zu dem Kompressor zurückgeführt wird, einen sehr hohen Gehalt an kondensiertem Gas hat. Dies kann die Schmiereigenschaften des Öles in einem solchen Maße verschlechtern, daß. das Öl als Schmiermittel für den Kompressor unbrauchbar wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der der Kondensat-

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strom durch den zweiten Ölabscheider auf einen für die Reinigung des Öls optimalen Wert erhöht werden kann, ohne daß die Temperatur in dem ersten Ölabscheider gleichzeitig so stark erniedrigt wird, daß der Kondensatgehalt in dem abfließenden Öl auf einen Wert erhöht wird, welcher die Schmierfähigkeit des Öles beeinträchtigt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anlage nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale aufweist«. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannte

Gemäß der Erfindung kann durch geeignete Aufheizung des expandierten ölverschmutzten Kondensates der temperaturmindernde Einfluß des genannten ölverschmutzten Kondensates auf das Öl in dem ersten Ölabscheider völlig beseitigt werden» Dadurch, daß gemäß Anspruch 2 Kondensat aus der ersten Rohrleitung als Heizmittel für das expandierte ölverschmutzte'Kondensat dient, ist eine Heizquelle außerhalb der Anlage überflüssige Gleichzeitig wird Kondensat in einem anderen Teil der Anlage in einer Weise gekühlt, welche eine Rückgewinnung von Energie in der Anlage bedeutete

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden«, Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Anlage mit zwei Öleinspritz-Kompressoren, einem Ölgrobabscheiderj, einem Ölfeinabscheider in Form eines Absorptionsrohres und einem Kondensator _g

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Pig. 2 eine Anordnung an dem Kondensator zur Sicherstellung der Punktion des Absorptionsrohres, wenn die Anlage

gestartet wird,
Pig. 3 wie ein Kompressor mit einem Zwischendruckeinlaß in

eine Anlage gemäß der Erfindung eingefügt werden kann, Pig, 4 eine Anlage gemäß Pigo 1, die mit einer Anordnung zur Kondensierung von flüchtigen Komponenten in dem verdichteten Gas ergänzt ist.

Mit 1 ist eine Rohrleitung bezeichnet, welche beispielsweise mit dem Laderaum eines Schiffes in Verbindung steht, in welchem sich Propan befindet« Durch diese Rohrleitung 1 wird Propan, welches infolge in den Laderaum eindringender Wärme verdampft, in gasförmigem Zustand in den Schraubenkompressor 2 gesaugte In der Rohrleitung 1 herrscht Atmosphärendruck, und die Temperatur beträgt etwa -42⁰C. Das im Kompressor 2 verdichtete Gas strömt über die Rohrleitung 3 zu einem weiteren Schraubenkompressor 4» welcher das Gas auf Kondensationsdruck verdichtete Das Gas verläßt den Kompressor 4 durch eine Rohrleitung 5, welche zu einem Ölausscheider 6 führt, in welchem eine grobe Ölausscheidung aus dem Gas stattfindet. Der Druck in der Leitung 5 beträgt etwa 1,4 MPa

und die Temperatur beträgt· etwa 72⁰C. Das Gas verläßt den Ölabscheider 6 durch eine Rohrleitung 7 und wird dann einem Absorptionsrohr 8 zugeführt, wo eine Peinabscheidung von Öl aus dem Gas stattfindet. Das Gas strömt dann durch eine Rohrleitung 9 zu einem Kondensator 10, der durch Seewasser gekühlt wird und in welchem

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das Gas kondensiert wird«, Das Kondensat verläßt den Kondensator 10 durch eine Leitung 11 mit einer Temperatur von 4O⁰C. Danach wird das Kondensat in einem Wärmeaustauscher 12 auf -2⁰C abgekühlt und wird dann durch eine Rohrleitung 13 zu einem Expansionsventil 14 geführt, wo eine Expansion und ein Temperaturfall auf -42⁰C stattfinden,, Von dem Ventil 1.4 wird das Propan zurückgeführt in den für flüssiges Propan bestimmten Laderaum des Schiffes.

Die Schraubenkompressoren sind von der Art, bei der Öl zum Zwecke der Kühlung, Dichtung und Schmierung in den Kompressor eingespritzt wird« Das Einspritzen des Öls in den Kompressor 2 erfolgt durch die Leitungen 15» Dieses Öl wandert dann mit dem G-as durch die Rohrleitung 3 zum Kompressor 4· Der Kompressor 4 wird darüberhinaus mit weiterem Öl über die Leitung 16 versorgt, Vom Kompressor 4 wird das Öl zusammen mit dem G-as zum Ölabscheider 6 geführt, v/o der Hauptteil des Öls aus dem Gas ausgeschieden wird und mittels einer Pumpe 18 nach Kühlung in einem Wärmeaustauscher 17 zu den Kompressoren zurückgepumpt wird. In der Leitung 19 zwischen dem Ölabscheider 6 und dem Wärmeaustauscher 17 beträgt die Temperatur 72⁰C. In dem Wärmeaustauscher 17 wird die Temperatur des Öls auf 48⁰C vermindert. Der Ölfluß durch die Ölpumpe 18 hängt ab von der Größe und dem Aufbau des Kompressors und beträgt etwa 0,5 - 1 $ des Gasvolumens, welches vom Kompressor angesaugt wird.

Trotz des Ölabscheiders 6 ist in dem Gas in der Rohrleitung 7

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noch Öl enthalten. Der Ölgehalt kann bis 20 ppm Öl im Gas "betragen. Das in das Absorptionsrohr 8 eintretende Gas passiert eine erste Füllkörperschicht 20, in welcher das Gas auf einen Fluß.aus Kondensat trifft, welches über eine leitung 22 in das Absoptionsrohr eintritt und einen Teil des im Gas enthaltenden Öls absorbiert. Danach passiert das Gas eine zweite Füllkörperschicht 23, in welcher das Gas auf einen Fluß reinen Kondensats trifft, welches von dem Kondensator 10 kommt und über eine Rohrleitung 24 in das Absorptionsrohr 8 geleitet wird«, Dieses Kondensat wird vom oberen Ende des Absorptionsrohres 8 in. das Absorptionsrohr hineingesprühte In der zweiten Füllkörperschicht absorbiert das saubere Kondensat im wesentlichen das gesamte verbliebene Öl, so daß praktisch ölfreies Gas zum Kondensator 10 weitergeleitet wirdo Am Boden des Absorptionsrohres 8 wird ölversehmutztes Kondensat gesammelt, welches durch eine Rohrleitung 25 abgeführt wirdo Die Temperatur des Kondensates in der Rohrleitung 25 beträgt 40⁰Co Bin Teil dieses Kondensates wird über die Rohrleitung 26 dem Wärmeaustauscher 17 zugeführt, in welchem das Kondensat das Öl von der Leitung 19 kühlt. Das Kondensat, welches teilweise durch das Öl verdampft wird, strömt dann weiter durch die Rohrleitung 22 in das Absorptionsrohr 8. Auf diese Weise findet zunächst eine Reinigung des Gases in der Schicht 20 in dem Absorptionsrohr statt mittels ölverschmutzten Kondensates aus der Rohrleitung 22. Die Zirkulation des Kondensates durch die Leitung 26, den Wärmeaustauscher 17 und die Leitung 22 erfolgt durch Selbstzirkulation. Das heiße Öl aus der Rohrleitung 19 gibt im Wärmeaustauscher 1*7 seine Wärme an das Kondensat ab und setzt dadurch das Kondensat

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durch Wärmesaughebung in Bewegung zum Absorptionsrohr 8.

Ein anderer Teil des ölverschmutzten Kondensates strömt weiter über die Rohrleitung 25 zu einem steuerbaren Expansionsventil 27» über welches das Kondensat unter Herabsetzung seiner Temperatur auf den Druck entspannt wird, welches in der Rohrleitung 3 herrschtj in welche das im Ausführungsbeispiel vorhandene Propan in gasförmigem Zustand durch das Rohr 28 eingeführt wird. Das ölverschmutzte Propan, welches mittels des Expansionsventils 27 entspannt wird, passiert den Wärmeaustauscher 12 und wird hierbei durch das über die Leitung 11 zugeführte saubere Kondensat aufgeheizt. Die Temperatur in der Rohrleitung zwischen dem- Expansionsventil 27 und dem Wärmeaustauscher· 12 beträgt im vorliegenden Beispiel etwa -7⁰O, und die Temperatur in der Rohrleitung 28 beträgtetwa -2⁰C.

In der Rohrleitung 24 zur Überführung reinen Kondensates zu dem Absorptionsrohr 8 liegt ein Yentil 29 _s welches den Zufluß von Kondensat durch das Rohr 24 in Abhängigkeit des Niveaus des Kondensates im unteren Teil des Absorptionsrohres steuerte

Der Kondensator 10 ist räumlich über dem Absorptionsrohr 8 angeordnet, so daß das Kondensat vom Kondensator in das Absorptionsrohr durch Eigendruck getrieben wird.

Der Fluß des Propans kann angenähert in folgender Weise auf das

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System verteilt werden,, Geht man davon aus, daß der Fluß durch die Rohrleitung 1 m kg/h beträgt, so beträgt der Fluß 0,4 m kg/h in der Leitung 28, 1,4m kg/h in der Leitung 5, 1,4 m kg/h in der Leitung 7, 2,5 m kg/h in der Leitung 9, 1,5 m kg/h in der Leitung 24» 0,8 m kg/h in der Leitung 26 und 1,0 m kg/h in der Leitung 11.

Pig. 2 zeigt eine Anordnung zur Sicherung einer schnellen Betriebsaufnahme des Absorptionsrohres 8 im Anschluß an den Start der Kompressoren. Am Boden des Kondensators 10 ist eine Vertiefung 30 angeordnet, in welcher sich das zuerst gebildete Kondensat sammelt und über die Rohrleitung 24 zum Absorptionsrohr geleitet wird, um dort dem in Richtung zum Kondensator strömenden Gas entgegenzutreten

Anstelle der in Figo 1 gezeigten beiden in Reihe geschalteten Kompressoren 2 und 4 ist es - wie Fig. 3 zeigt - auch möglich, beispielsweise einen einzigen Kompressor derart zu verwenden, wie er beispielsweise aus der US-Patentschrift 3 568 466 bekannt ist. Dieser Kompressor hat eine Eintrittsöffnung für Gas mit einem Zwischendruck, wobei die Rohrleitung 28 an diese Eintrittsöffnung angeschlossen ist.

In dem Falle, daß das Gas relativ große Mengen von flüchtigen Komponenten enthält, beispielsweise Komponenten, welche verhältnismäßig schwierig kondensierbar sind, kann es wirtschaftlich

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gerechtfertigt sein, diese Komponenten soweit wie möglich, in einem zusätzlichen Kondensator bei niedrigerer Temperatur zu kondensieren, als die im Kondensator 10 herrschende Temperature Um diese Kondensation zu erreichen, werden die flüchtigen Komponenten, wie beispielsweise Äthan, welches mit dem Propan gemischt ist, gemäß Fig. 4 "von dem Kondensator 10 über eine leitung 32 einem Kondensator 12 A zugeführt. Dort werden diese flüchtigen Komponenten zumindest zum Teil kondensiert mittels eines expandierten ölverschmutzten Kondensates, welches dem Kondensator 12 A von der Leitung 25 über die Leitung 25 A und einem steuerbaren Expansionsventil 27 zugeführt wird. In dem Kondensator 12 A wird das expandierte ölverschmutzte Kondensat durch die Kondensation der flüchtigen Komponenten aufgeheizte Nach Aufheizung in dem Kondensator 12 A wird das expandierte ölverschmutzte Kondensat über die Leitung 28 A sum Kompressor 4 zurückgeführt. Das Kondensat von dem Kondensator 12 A kann beispielsweise zu dem Laderaum des Schiffes über eine Iteitung 33 zurückgeführt werden, welche mit der Leitung 13 verbunden isto

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Claims

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Patent- und Rechtsanwalt
Cr.-lng. Jncchini Boeckcr .. .20 201

6 FRANKFURT/M. 1 -M- -

Rathenaupl.2-8-Tel.(0611)282355 L· Ό/.ΌΟ

Patentansprüche;

Anlage zur Kondensierung eines Gases mit mindestens einem Kompressor für die Verdichtung des Gases, mit einem ersten Ölabscheider zum Abscheiden von Öl aus dem verdichteten Gas, mit einem zweiten Ölabscheider zur weiteren Abscheidung von Öl aus dem vom ersten Ölabscheider kommenden Gas, welcher zweite Ölabscheider eine Kammer enthält, in welcher das Gas in Kontakt mit bereits kondensiertem Gas kommt, welches das im Gas enthaltene Öl absorbiert, mit einem Kondensator zum Kondensieren des vom zweiten Ölabscheider kommenden Gases, mit einer ersten Rohrleitung zur Ableitung des Kondensats von dem Kondensator, mit einer zweiten Rohrleitung zur Überführung von Kondensat aus dem Kondensator zu dem zweiten Ölabscheider und mit einer dritten Rohrleitung zur Abführung von ölverschmutztem Kondensat von dem zweiten Ölabscheider, dadurch gekennzeichnet, daß ein Expansionsventil(27, 27 A)in der dritten Rohrleitung(25, 25 A)zur Ausdehnung des ölverschmutzten Kondensates auf einen Druck vorhanden ist, welcher kleiner als der Druck im zweiten Ölabscheider(8)ist, daß eine Einrichtung(12, 12 A) für die Aufheizung des expandierten ölverschmutzten Kondensates vorhanden ist und daß eine vierte Rohrleitung(28, 28 A)vorhanden ist für die Überführung des aufgeheizten expandierten ölverschmutzten Kondensates zu dem Kompressor bei dem genannten niedrigeren Druck.

2β Anlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein-

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richtung zur Aufheizung des expandierten ölverschmutzten Kondensates einen Wärmeaustauscher (12) enthält, in welchem durch die erste Rohrleitung (11) abgeführtes Kondensat als Heizmittel für das expandierte ölverschmutzte Kondensat dient.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufheizung des expandierten ölverschmutzten Kondensates einen zweiten Kondensator (12 A) enthält, in welchem flüchtige Komponenten des G-ases, welche den ersten Kondensator (10) unkondensiert verlassen, als Heizmittel für das expandierte ölverschmutzte Kondensat dienen, wobei die flüchtigen Komponenten des Gases zumindestens teilweise kondensieren.

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