DE3408364A1

DE3408364A1 - Verfahren und vorrichtung zur rektifikation und/oder strippung

Info

Publication number: DE3408364A1
Application number: DE19843408364
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. Dr. 8000 München Becker
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1984-03-07
Filing date: 1984-03-07
Publication date: 1985-11-07
Also published as: ZA851718B

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Rektifikation
und/oder Strippung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rektifikation und/oder Strippung in einer Kolonne, deren unterer Teil beheizt und deren oberer Teil gekühlt wird, wobei Heizung und Kühlung durch eine Wärmepumpe miteinander verkoppelt sind.
Durch Einblasen eines Fremdgases oder -dampfes in eine Kolonne wird bekanntermaßen der Partialdruck innerhalb der Kolonne gesenkt und gleichzeitig die Temperatur in der Kolonne erniedrigt. Dieser Effekt wird sowohl zur schonenden Stofftrennung - Rektifikation - als auch zur Regenerierung durch Strippen eines Waschmittels bei vielen chemischen und physikalischen Wäschen eingesetzt.
Mit besonderem Vorteil kann hierbei Wasserdampf angewendet werden. Dieser wird bei der Destillation oder dem Strippen entweder direkt in den Sumpf der Kolonne eingeblasen oder er kann, falls die Zuspeisung der Kolonne bereits Wasser enthält, durch externe Beheizung des Kolonnensumpfes erzeugt werden. Gelegentlich werden auch beide Möglichkeiten kombiniert. In bekannter Weise lassen sich dabei Sumpfheizung und Kopfkühlung der Kolonne über eine Wärmepumpe miteinander verkoppeln.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß der Energieeinsatz verringert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wärmepumpe durch arbeitsleistende Entspannung eines Gases oder Dampfes angetrieben wird und daß das Gas oder der Dampf nach der Entspannung als Strippgas in der Kolonne verwendet wird.
Bei den Destillationsverfahren setzt sich der Wärmebedarf im Sumpf der Kolonne prinzipiell aus drei Komponenten zusammen, nämlich Anwärmung der Flüssigkeit auf Sumpftemperatur, Energiezufuhr zur Stofftrennung und Erzeugung des Strippdampfes. Demgegenüber wird gemäß der Erfindung im Prinzip eine Wärmepumpe zwischen Kolonnenkopf und Sumpf eingesetzt, der Antrieb der Wärmepumpe durch arbeitsleistende Entspannung bewirkt und das Gas oder der Dampf nach der Entspannung als Strippgas in der Kolonne verwendet. Mit diesen Maßnahmen wird eine erhebliche Reduzierung des Energieeinsatzes erzielt.
Als besonders zweckmäßig hat es sich dabei erwiesen, zum Antrieb der Wärmepumpe durch arbeitsleistende Entspannung Wasserdampf zu verwenden. Dieser eignet sich häufig als Strippgas in der Kolonne.
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Wärmepumpe als geschlossenes System mit eigenem Arbeitsmedium betrieben wird.
Als Arbeitsmedium kommt dabei beispielsweise das Kältemittel R11 in Betracht. Alternativ besteht aber auch die Möglichkeit, die Wärmepumpe als offenes System zu betreiben und als Arbeitsmedium das den Kolonnenkopf verlassende Gas zu verwenden. Mit dieser Verfahrensführung wird somit die sogenannte Brüdenkompression ausgeführt.
Gemäß einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist überdies vorgesehen, daß der Wärmepumpe zusätzlich Wärme aus dem Sumpfprodukt zugeführt und dieses hierdurch gekühlt wird. Diese Maßnahme kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn das Sumpfprodukt vor der Abgabe weiter abgekühlt werden soll.
Eine weitere Senkung des Energiebedarfes kann erreicht werden durch einen stufenweisen Einsatz der Wärmepumpe.
Hierbei kann die Kühlung und/oder Heizung der Kolonne in mehreren Stufen ausgeführt werden, d.h. die Wärmepumpe gibt auf mehreren Temperaturniveaus Wärme ab oder nimmt sie auf.
Die Erfindung betrifft überdies eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Kolonne, Sumpfheizung und Kopfkühlung, die über eine Wärmepumpe miteinander gekoppelt sind. Diese Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe mit einer Entspannungseinrichtung, vorzugsweise einer Expansionsturbine, verbunden ist, die über eine Auspuffleitung an den unteren Teil der Kolonne angeschlossen ist. Insbesondere kann dabei die Wärmepumpe als geschlossenes System oder alternativ als offenes System ausgebildet sein, wobei im letzteren Fall die Wärmepumpe über eine Leitung mit dem Kopf der Kolonne verbunden ist. Zusätzlich kann die Wärmepumpe mit der Produktleitung für das Sumpfprodukt verbunden sein.
Die erfindungsgemäße Verfahrensweise sowie die Vorrichtung können mit Vorteil bei der Regenerierung von Waschmitteln physikalischer oder chemischer Gaswäschen eingesetzt werden.
Im folgenden sei die Erfindung anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels einer Wasserdampfdestillation näher erläutert, wobei eine Wärmepumpe mit Hilfskreislauf angewendet wird.
Uber eine Leitung 1 wird einer Destillationskolonne 2 ein Einsatz zugeführt. Dieser Einsatz ist entweder ein mit absorbierten Verunreinigungen beladenes Lösungsmittel oder ein zu trennendes Stoffgemisch. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Destillationskolonne im unteren Teil über eine Leitung 3 ein Teil des notwendigen Strippdampf zugeführt, der im Gegenstrom aus dem Einsatz zu entfernende Stoffe abtrennt. Beispielsweise werden als Einsatz 900 t/h Tetraäthylenglykoldimethyläther aus einer Rauchgasentschwefelungsanlage, das mit 502 beladen ist, mit einer Temperatur von 950C zugeführt. Mittels des Strippdampfes (15 t/h, ca. 0,6 bar) wird aus dem Waschmittel das 502 abgestrippt. Das auf diese Weise von SO, befreite Waschmittel verläßt über Leitung 4 die Kolonne 2 mit einer Temperatur von 1000C und einem Druck von 0,6 bar.
Aus dem unteren Teil der Destillationskolonne wird ein Teilstrom der Flüssigkeit über Leitung 5 abgezogen, in einem Wärmetauscher 6 angewärmt, teilweise verdampft und über Leitung 7 wieder zurück zur Kolonne gegeben. Der dabei erzeugte Dampf trägt zur Verbesserung der Stripp-bzw. Rektifizierwirkung bei. Uber Leitung 8 wird der mit SOL beladene Strippdampf abgezogen, in einem Wärmetauscher 9 gegen das Kreislaufmedium der Wärmepumpe, auf ca. 650C und gegen Kühlwasser in einem Kühler 10 auf ca. 300C abgekühlt und einem Abscheider 11 zugeführt. Der kondensierte Strippdampf wird unten von dem Abscheider 11 über Rücklaufleitung 12 abgezogen und zum Teil auf den Kopf der Destillationskolonne aufgegeben, um dort als Rücklauf zu dienen. Der andere Teil wird über Leitung 13 als Überschußwasser abgegeben. Vom oberen Teil des Abscheiders 11 wird über Leitung 14 das Kopfprodukt, d.h. das abgetrennte SO2 in einer Menge von ca. 22,3 kmol/h abgezogen. Das 502 enthält dabei Wasserdampf entsprechend der Temperatur im Abscheider 11.
Die Sumpfheizung der Destillationskolonne wird im Wärmetauscher 6 durch Kreislaufmedium betrieben. Das Kreislaufmedium (45 kg/sec) wird dabei kondensiert und#einem Sammler 16 mit einer Temperatur von 1100C zugeführt. Das Kondensat wird über Leitung 17 mit Entspannungsventil 18 durch den Wärmetauscher 9 geführt, dabei verdampft und dampfförmig über Leitung 19 einem Verdichter 20 zugeführt. Der auf 10,5 bar verdichtete Dampf wird über Leitung 15 wieder dem Wärmetauscher 6 zugeführt und erneut kondensiert. Der Verdichter 20 wird erfindungsgemäß von einer Dampfturbine 21 angetrieben, die ihrerseits mit Mitteldruckdampf (10 t/h, 30 bar, 300 K) aus Leitung 22 betrieben wird. Die Ausgangsseite der Turbine 21 ist mit dem Sumpf der Destillationskolonne über die Auspuffleitung 3 verbunden, so daß der Turbinenauspuff mit einer Temperatur von 860C und einem Druck von 0,6 bar als Strippdampf in der Kolonne verwendet werden kann.
Bei konventionellen Verfahren, die mit Dampf heizen, werden im Vergleich zum erfindungsgemäßen Verfahren ca. 20 t/h Dampf zum Beheizen des Kolonnensumpfes benötigt, während beim erfindungsgemäßen Verfahren lediglich 10 t/h Dampf erforderlich sind.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist gestrichelt überdies die Möglichkeit dargestellt, einen Teil des kondensierten Kreislaufmediums über Leitung 23 abzuzweigen, in einem Ventil 24 zu entspannen und nach Verdampfung im Wärmetauscher 25 über Leitung 26 in den Eintritt des Ver- dichters zu führen. Der Wärmetausch erfolgt dabei gegenüber Leitung 26 zugeführtes Sumpfprodukt. Diese Möglichkeit bietet den Vorteil, daß der Wärmeinhalt des Sumpfproduktes über die Wärmepumpe ebenfalls zur Beheizung der Kolonne ausgenutzt werden kann.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Rektifikation und/oder Strippung in einer Kolonne, deren unterer Teil beheizt und deren oberer Teil gekühlt wird, wobei Heizung und Kühlung durch eine Wärmepumpe miteinander verkoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe durch arbeitsleistende Entspannung eines Gases oder Dampfes angetrieben wird und daß das Gas oder der Dampf nach der Entspannung als Strippgas in der Kolonne verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb der Wärmepumpe durch arbeitsleistende Entspannung Wasserdampf verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe als geschlossenes System mit eigenem Arbeitsmedium betrieben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe als offenes System betrieben wird und daß als Arbeitsmedium das den Kolonnenkopf verlassende Gas verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmepumpe zusätzlich Wärme aus dem Sumpfprodukt zugeführt und dieses hierdurch gekühlt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung und/oder Heizung der Kolonne in mehreren Stufen ausgeführt wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer Kolonne mit Sumpfheizung und Kopfkühlun ##über eine Wärmepumpe miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe mit einer Entspannungseinrichtung, vorzugsweise einer Expansionsturbine, verbunden ist und daß die Entspannungseinrichtung über eine Auspuffleitung an den unteren Teil der Kolonne angeschlossen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe als geschlossenes System ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe als offenes System ausgebildet und über eine Leitung mit dem Kopf der Kolonne verbunden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe zusätzlich mit der Produktleitung für das Produkt verbunden ist.