DE2951557C2 - Verfahren zum Betreiben eines thermischen Stofftrennprozesses mit integrierter Wärmerückführung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Betreiben eines thermischen Stofftrennprozesses mit integrierter Wärmerückführung und Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
a) daß die Brüden teilweise in den Absorber und teilweise in den Wärmetauschprozeß des Austreibers geführt werden,
b) daß die entstehende Absorptionswärme zur Erzeugung von Prozeßwarme herangezogen wird,
die einer oder mehreren Stufen des Stofftrennprozesses als Heizenergie zugeführt wird,
c) daß der Absorber bei einem höheren Druck als der Austreiber betrieben wird,
d) daß die den Absorber verlassende Lösung in Wärmetausch mit der den Austreiber verlassenden Lösung gebracht wird, und
e) daß die im Austreiber ausgedampfte Komponente bei Umgebungstemperatur verflüssigt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat der ersten Stufe des
Stofftrennprozesses in den Wärmetauschprozeß des Absorbers geführt und zur Erzeugung von Prozeßdampf verwendet wird, der zusammen mit dem aus
einem Dampfkessel kommenden Frischdampf der ersten Stufe des Stofftrennprozesses zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Regeneration des Mehrstoffgemisches benötigte Wärme in Form von Brüdendampf bereitgestellt wird, der die gleiche oder eine
andere Temperatur besitzt als der in den Absorber geleitete Brüdendampf.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Regeneration des
Mehrstoffgemisches die Kondensationswärme der Brüden aus einer der Verdampferstufen verwendet
wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionswärme
zur Verdampfung eines geeigneten Arbeitsmediums genutzt wird, das dann weiteren Absorbern zum
Zweck einer weiteren Temperaturerhöhung der Abwärme zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des mit Brüden
angereicherten Gemisches in einem Austreiber durch Wärmezufuhr hoher Temperatur und der restliche Teil in einem Austreiber durch Wärmezufuhr
niedrigerer Temperatur regeneriert wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, bestehend aus einer
mehrstufigen Stofftrennanlage, deren Brüdenleitung in einen Absorber geführt ist, der über eine Kreislaufleitung mit einem Austreiber verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brüdenleitung (5) eine Abzweigung aufweist, wobei eine Teilleitung (7)
in den Absorber (8) und die andere Teilleitung (6) in den Austreiber (10) geführt ist und daß die Kreislaufle-tungen (11, 12) in Strömungsrichtung des Mehrstoffgemisches gesehen, hinter dem Austreiber (IG)
eine Pumpe (20) und hinter dem Absorber (8) eine Drossel (21) aufweisen, und daß zwischen dem Absorber (8) und dem Austreiber (10) ein Wärmetauscher (9) geschaltet ist, durch den die vom Austreiber
(10) und vom Absorber (8) ausgehenden Leitungen (11,12) zum Zwecke der Aufheizung des den Austreiber verlassenden Gemisches geführt sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Austreiber (10) ausgehende
Brüdenleitung (13) mit einem Kondensator (14) verbunden ist
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsleitung (16) des Kondensators (14) mit der Ausgangsleitung (15) des Wärmetauschers im Austreiber (10) verbunden ist
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines thermischen Stofftrennprozesses, der mit einem
Prozetdampf betrieben und aus dem Abwärme in Form
von Brüden einem Absorber zugeführt wird, in dem sich
ein Mehrstoffgemisch befindet, das die Brüden unter Wärmeentwicklung vollständig absorbiert, wobei das
Mehrstoffgemisch nach erfolgter Absorption kontinuierlich oder diskontinuierlich in einem Austreiber durch
Ausdampfung der absorbierten Komponente regeneriert und anschließend dem Absorber wieder zugeführt
wird und wobei sowohl innerhalb des Absorbers als auch innerhalb des Austreibers ein gesonderter Wärmeaustauschprozeß durchgeführt wird.
Derartige Verfahren bzw. Anlagen werden in Eindampfprozessen in der thermischen Verfahrenstechnik
zum Eindicken von Lösungen bzw. zur thermischen Stofftrennung verwendet.
Sie dienen der Verminderung des Primärenergieein
satzes bei thermischen Stofftrennprozessen durch Wär
merückgewinn unter Ausnutzung insbesondere des latenten Wärmeinhalts der Brüden.
Die Brüden der letzten Stufe mehrstufiger Anlagen werden in Jet-Kondensatoren verflüssigt und das Kon
densat an die Umgebung abgeführt; je nach Temperatur
der einzudampfenden Lösung kann ggf. der Brüdendampf durch Wärmeabgabe an die vorzuwärmende Lösung teilweise kondensieren. Da von den Brüden an die
Lösung jedoch nur so lange Wärme übertragen werden
kann, bis die Lösung annähernd die Brüdentemperatur
erreicht und der latente Wärmeinhalt der Brüden immer größer ist als die bei diesem Vorgang übertragbare
Wärmemenge, muß der größte Teil der Brüdenwärme ungenutzt an die Umgebung abgeführt werden. Wenn
die Temperaturdifferenz zwischen den Brüden der letzten Stufe und dem Heizdampf für die erste Stufe nicht
zu groß ist und wenn Art und Zustand der Brüden dies erlauben, können Brüdenkompressoren zur Prozeßdampfrückgewinnung eingesetzt werden, für deren Be-
trieb unter Umständen mehr Exergie notwendig ist als durch deren Einsatz eingespart werden kann.
Bei einer Vorrichtung zur Brüden- und Abdampfverwertung durch Einleiten des Dampfes in ein Absorp-
tionsmittel ist es bekannt (DE-PS 5 97 200), die gesamten
Brüden einem Absorber zuzuführen. Der dem Absorber zugeordnete Austreiber wird mit hochwertiger
Primärenergie betrieben, so daß dem Austreiber ein Prozeßdampf entnommen werden kann.
Bei einem weiteren Verfahren zur Verwertung von Abdampf beim Eindampfen, Verdunsten, Trocknen und
Anwärmen ist es bekannt (AT-PS 53 848), das Honigmannsche Prinzip der feuerlosen Dampferzeugung 7u
verwenden. Auch hier muß dem Austreiber eine hochwertige Energie zugeführt werden, damit diesem ein
ι' Prozeßdampf entnehmbar ist
Aus Europa Chemie, Nr. 24 (1979), S. 437 ist das Prinzip
des Wärmetransformators bekannt
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Stofftrennprozeß unter Ausnutzung der Brüdenwärme
[ insbesondere unter vollkommener Ausnutzung der latenten Brüdenwärme Heißdampf zu erzeugen, der der
ersten oder einer der vorderen Trennprozeßstufen als
Prozeßdampf wieder zugeführt werden kanu, ohne daß hierfür erhebliche Mengen an hochwertiger Energie
(Exergie) erforderlich sind, wodurch der Primärenergieeinsatz für die Bereitstellung des Prozeßdampfes erheblich
verringert wird.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, bzw. durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch
5 gelöst Hierbei wird ein Teil des Brüdendampfes der letzten Verdampferstufe einem Absorber zugeführt,
in dem sich ein Mehrstoffgemisch befindet, das den Brüdendampf absorbieren kann. Bei geeigneter
Wahl der Komponenten des Stoffgemisches wird durch die Absorption der Brüden Wärme bei hohen Temperaturen
frei, die zur Erzeugung von Prozeßdampf genutzt wird. Die Entnahme der Absorptionswärme kann durch
Wärmetauscher in bekannter Weise erfolgen. Nachdem das Mehrstoffgemisch den Sättigungszustand erreicht
hat, wird es auf einen niedrigeren Druck gedrosselt und einem Austreiber zugeführt, in welchem durch Zufuhr
von Wärme die im Absorber aufgenommene Brüdenmenge nun bei niedriger Temperatur wieder aus dem
Stoffgemisch ausgedampft wird. Die zur Ausdampfung benötigte Wärme wird dem Teil der Brüden aus der
letzten Stufe des Stofftrennprozesses entnommen, der nicht bereits dem Absorber zugeführt wurde. Der den
Austreiber verlassende Dampf wird bei Umgebungstemperatur kondensiert und mit dem Kondensat der
Brüdenmenge, die zur Beheizung des Austreibers herangezogen wurde, gemischt und kann als Kerselspeisewasser
oder Brauchwasser weiter verwendet werden.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin,
1. daß die rückgewonnene Wärme auf einem so hohen Temperaturniveau vorliegt, daß sie hr. Prozeß
selbst wieder eingesetzt werden kann, ohne daß hierzu nennenswerte Mengen höherwertiger Energie
benötigt werden,
2. daß dadurch der Primärenergieaufwand für den Eindampfprozeß bezogen auf die Menge verdampften
Lösungsmittels gegenüber Verdampfern mit gleicher Stufenzahl erheblich verringert werden
kann.
3. daß gegenüber Stofftrennprozessen mit angekoppeltem Wärmetransformator der apparative Aufwand
für das V/ärmerückführsystem bei gleichzeitiger Verminderung der Exergieverluste erheblich
kleiner und b^i sonst gleichen Temperaturbedineungen
eine größere Temperaturerhöhung möglich ist
4. daß der Kühlmedienbedarf und die thermische Umweltbelastung gegenüber herkömmlicher Stofftrennprozeß-Anlagen
gleicher Leistung vermindert werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Die Anlage zur Durchführung dis Stofftrennprozesses
besteht im wesentlichen aus den Verdampfern 1 bis 4 (die Anzahl der Verdampfer kann beliebig
gewählt werden), dem Absorber 8, dem Wärmetauscher 9, dem Austreiber 10, dem Kondensator 14 und verschiedenen
Rohrleitungen, Pumpen und Drosselorganen.
Der Brüden der Stufe 4, z. B. Wasserdampf, verläßt diese Stufe über die Leitung 5 mit einer Temperatur von
beispielsweise 70° C Ein Teil der Brüden wird über die Leitung 7 einem Absorber zugeführt, in dem sich ein
ungesättigtes Gemisch aus beispielsweise LiBr und H2O
bei einem Druck pt < 031 bar^ befindet. Durch die Absorption
des Brüdendampfes durch das LiBr/H20/-Gemisch wird Wärme bei einer Temperatur von ca. 1130C
frei, die über Wärmetauscher abgeführt und zur Erzeugung von Prozeßdampf verwendet werden kann. Dieser
Prozeßdampf wird über die Leitung 18 zusammen mit dem aus einem Dampfkessel kommenden Frischdampf
der Stufe 1 zugeführt. Am Ausgang des Absorbers wird das gesättigte Gemisch über die Leitung 12 abgezogen
und hinter dem Wärmetauscher 9 in der Drossel 21 auf Pz >
0,023 bar^ gedrosselt, bevor es in den Austreiber
10 gelangt Dem Austreiber 10 wird über die Leitung 6 ebenfalls Brüdendampf zugeführt, der dort in einem
Wärmetauschersystem kondensiert und dabei Wärme an das stark konzentrierte Zweistoffgemisch abgibt, wodurch
so lange Wasser ausgedampft wird, bis sich wieder die ursprüngliche Zusammensetzung einstellt Während
das nun schwächer konzentrierte Gemisch, das ca. 5% weniger H2O enthält als das stärker konzentrierte,
über die Pumpe 20 auf den höheren Absorberdruck komprimiert und nach Wärmeaustausch mit der stärker
konzentrierten Lösung im Wärmetauscher 9 über die Leitung 11 dem Absorber wieder zugeführt wird, gelangt
der ausgetriebene Wasserdampf über die Leitung 13 in einen Kondensator 14, wo er durch Wärmeentzug
bei Umgebungstemperatur (Kühlwassertemperatur s 170C) verflüssigt wird. Das Kondensat wird über
die Leitung 16 abgezogen und mit dem Kondensat aus Leitung 15 gemischt Unter der Annahme, daß die Abdampf
tempera tür 70° C die benötigte Frischdampftemperatur HO0C beträgt und die Kondensation des Austreiberdampfs
bei 20° C erfolgt, kann man mit der beschriebenen Anlage aus 1 kg Abdampf ca. 0,52 kg
Frischdampf erzeugen, wobei vorausgesetzt ist, daß das Kondensat der ersten Stufe des Stofftrennprozesses in
Leitung 19 eine Temperatur von 1050C besitzt. Die Temperatur des Kondensats in Leitung 17 beträgt ca.
47° C.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Verfahren zum Betreiben eines thermischen Stofftrennprozesses, der mit einem Prozeßdampf
betrieben und aus dem Abwärme in Form von Brüden einem Absorber zugeführt wird, in dem sich ein
Mehrstoffgemisch befindet, das die Brüden unter Wärmeentwicklung vollständig absorbiert, wobei
das Mehrstoffgemisch nach erfolgter Absorption kontinuierlich oder diskontinuierlich in einem Austreiber durch Ausdampfung der absorbierten Komponente regeneriert und. anschließend dem Absorber wieder zugeführt wird und wobei sowohl innerhalb des Absorbers als auch innerhalb des Austreibers ein gesonderter Wärmeaustauschprozeß durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
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