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Verfahren und Anlage zur Energiegewinnung beim Entspannen von unter
Druck stehenden Flüssigkeiten, die bei der Entspannung Gase oder Dämpfe abgeben
Es ist in der Technik eine häufig vorkommende Aufgabe, unter Druck stehende Flüssigkeiten,
die bei der Entspannung Gase oder Dämpfe abgeben, auf niedrigere Drucke zu entspannen,
wofür einige Beispiele angegeben seien.
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So erfolgt beispieIsweise die Trennungverschiedener Gase vielfach
in der Weise, daß das Gasgemisch unter Druck, z. B. bei 20 oder mehr Atm., durch
eine Flüssigkeit geleitet wird, die dabei ein oder mehrere Gase aufnimmt, während
ein an den unlöslichen Gasen reicheres Restgas abgeführt werden kann. Die mit dem
löslichen Gas gesättigte Flüssigkeit wird dann entspannt, wobei sie das gelöste
Gas ganz oder teilweise wieder abgibt, wonach sie von neuem unter Druck mit dem
zu trennenden Gasgemisch zusammengebracht wird. In dieser Weise wird beispielsweise
die Trennung von Gasgemischen aus Wasserstoff und Kohlensäure unter Benutzung von
Wasser als Lösungsmittel für Kohlensäure durchgeführt. Bei anderenGasgemischen,
z. B. Wasserstoff und Kohlenwasserstoffdämpfen, erfolgt die Auswaschung der löslichen
Bestandteile mit kaltem oder heißem Ö1.
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Auch bei der Druckhydrierung der Kohle, bei manchen Destillationen
unter Druck, wie bei der SpaItung von Mineralölen zwecks Gewinnung leichterer Kohlenwasserstoffe,
liegen unter hohem Druck (Ioo und mehr Atm.) stehende Flüssigkeiten hoher Temperatur
(bis 500°) vor, die bei der Entspannung teilweise in Dampf übergehen, während ein
anderer Teil flüssig bleibt.
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Es ist bekannt, die bei der Entspannung solcher unter Druck stehender
Flüssigkeiten frei werdende Energie nutzb.ar zu machen, z. B. mit Hilfe von Kolbenkraftmaschinen;
die im Aufbau der Kolbendampfmaschine entsprechen.
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Es ist nun häufig zweckmäßig, die Entspannung der unter Druck stehenden
Flüssigkeiten in mehreren Stufen vorzunehmen. So kann die einstufige Entspannung
einer zum Trennen von Gasgemischen unter Druck benutzten Waschflüssigkeit unter
Verzögerung der Entgasung und so starker Abkühlung vor sich gehen, daß die Lösefähigkeit
der Flüssigkeit für das auszutreibende Gas zu groß wird oder die Flüssigkeit sogar
erstarrt, während bei einer mehrstufigen Entspannung sich diese Schwierigkeiten
durch geeignete Bemessung der einzelnen Stufen leicht beseitigen lassen.
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Bei der unter Nutzbarmachung der frei werdenden Energie erfolgenden
stufenweisen Entspannung von Flüssigkeiten, die bei der Entspannung Gas oder Dämpfe
abgeben, treten nun mancherlei Schwierigkeiten auf.
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So ist es nicht leicht, die bei der ersten Stufe der Entspannung
entstehenden flüssigen und dampfförmigen Anteile gemeinsam im gegebenen Verhältnis
einer zweiten Entspannungsstufe zuzuführen und dort weiter zu verarbeiten, weil
der Unterschied der spezifischen Gewichte von Flüssigkeit und Dampf eine gleichmäßige
Zuteilung zur nächsten Stufe fast unmöglich macht.
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Eine weitere Schwierigkeit liegt in dem verschiedenen Verhalten von
Gas und Flüssigkeit bei der Entspannung. Während das Gas sich bei der Energieabgabe
stark ausdehnt, ist die Volumenvergrößerung derFlüssigkeit nur von untergeordneter
Bedeutung.
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Nach der vorliegenden Erfindung werden diese Schwierigkeiten bei
der mehrstufigen Entspannung vermieden, indem das aus einer Entspannungsstufe austretende
Flüssiglieits-Dampf- bzw. Flüssigkeits-Gas- Gemisch in einer besonderen Vorrichtung
getrennt und Flüssigkeit und Dampf bzw. Gas getrennt voneinander in weiteren Stufen
entspannt werden.
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An sich sind Verfahren und Anlagen zur Entspannung von unter druck
stehenden Flüssigkeiten in mehreren Stufen bekannt, bei denen nach der ersten Entspannung
Flüssigkeit und Gas voneinander getrennt und beide für sich allein weiterentspannt
werden. Jedoch handelt es sich bei diesen vorbekannten Verfahren und Anlagen um
das Auswaschen von löslichen Bestandteilen aus Gasen und ihre Reingewinnung. Unerläßliche
Voraussetzung hierbei ist, daß es sich um Gasgemische handelt und daß sich das gelöste
Gemisch durch partielle Entspannung fraktionieren läßt. Entsprechend dieser völlig
anderen Zielsetzung sind auch die einzelnen Phasen der vorbekannten Verfahren völlig
andersartig. Die Kernfrage, um die es bei dem Verfahren und bei der Anlage gemäß
vorliegender Erfindung sich handelt, nämlich die Rückgewinnung der Energie, und
die dementsprechend die Bemessung der einzelnen Entspannungsstufen maßgebend bc
stimmt, liegt dort überhaupt nicht vor. Vielmehr erfolgt die Entspannung mit Hilfe
von Drosselventilen, d. h. unter Verzicht auf die Ausnutzung der Energie.
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An Hand der Zeichnung sei das Verfahren nach der Erfindung, und zwar
an einer zweistufigen Entspannungsanlage, näher erläutert.
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Die zu entspannende Flüssigkeit tritt, in durch das Einlaßventil
E1 geregelter Menge, durch A in den ersten Entspannungszylinder B ein. Bei der Aufwärtsbewegung
des Kolbens gl verdampft ein Teil der Flüssigkeit bzw. wird ein Teil des gelösten
Gases in Freiheit gesetzt. Am Ende des Hubes öffnet sich das Auslaßventil A1, worauf
zunächst die Flüssigkeit, dann das frei gewordene Gas durch die Leitung E in 'den
Behälter C geschoben wird. Schließlich wird, wie üblich, das Auslaßventil Al so
rechtzeitig geschlossen, daß das verbleibende Gas wieder auf den Anfangsdruck komprimiert
wird.
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Vom Behälter wird das frei gewordene Gas über Ventil F gesondert der
Weiterbehandlung zugeführt, während die Flüssigkeit über Leitung G zum Zylinder
D wandert, in dem sich das gleiche Spiel wie im Zy]inder B, jedoch bei entsprechend
herabgesetzt ein Druck wiederholt.
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Gleichgültig ist es hierbei, ob Gas und Flüssigkeit nach erfolgter
Trennung in der gleichen oder in einer verschiedenen Anzahl von Stufen entspannt
werden. Wie groß die Zahl der Stufen ist, in denen das beispielsweise nach dem ersten
Entspannungszylinder anfallende Druckgas entspannt wird, hängt ganz von den jeweils
hierfür vorliegenden technischen Bedingungen ab. Bei sehr hohem Druck werden die
Gasmaschinen oft nicht in der Lage sein, das volle Gefälle in einer einzigen Stufe
zu verarbeiten. rauch kann es praktisch in Frage kommen, dalj das anfallende Druckgas
nicht an Ort und Stelle entspannt wird, sondern vorerst unter Druck belassen wird
zwecks anderweitiger Verwendung. Völlig unabhängig hiervon ist es, in wieviel Stufen
die einen Entspannungszylinder verlassende Flüssigkeit weherentspannt wird. Nach
jeder Entspannungsstufe aller dings wird neues Druckgas mit dem entsprechenden Druck
anfallen.
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Nun tritt praktisch oft der Fall ein, daß die zu entspannende Flüssigkeit
nicht immer von gleicher Beschaffenheit ist. In manchen Fällen ist mehr Gas, in
anderen Fällen wiederum weniger Gas gelöst. Dementsprechend würden sich in den einzelnen
Entspannungszylindern die Füllungsverhältnisse verschieben. Um trotz solcher veränderlichen
Betriebsverhältnisse
stets mit dem günstigsten Füllungsgrad arbeiten
zu können, ist dafür gesorgt, daß die Steuernocken H, die zur Steuerung der Einlaß-
und der Auslaßventile dienen, verstellbar sind. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben,
die Füllung der Zylinder an die jeweiligen Betriebsverhältnisse anzupassen. Zweckmäßig
ist es, die Steuernocken eines jeden Zylinders für sich allein verstellbar zu machen,
so daß sie unabhängig von den übrigen Stufen verstellt werden können, sei es während
des Betriebes, sei es bei Stillstand der Maschinen. Diese Verstellung kann in an
sich bekannter Weise mit Hilfe von Exzentern, Nocken, Wälzhebeln o.dgl. erfolgen.
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PATENTANSPRCHE: I. Verfahren zur Energiegewinnung beim Entspannen
von unter Druckstehenden Flüssigkeiten, die bei der Entspannung Gase oder Dämpfe
abgeben, durch mehrstufige Entspannung in Eraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet,
daß das aus einer Entspannungsstufe austretende Flüssigkeits-Gas- bzw. Flüssigkeits-Dampf-Gemisch
getrennt wird und Flüssigkeit und Gas bzw. Dampf getrennt voneinander in der oder
den nachfolgenden Entspannungsstufen entspannt werden.
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2. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruchs, bestehend
aus einer an sich bekannten mehrstufigen Kolbenkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den einzelnen Stufen Abscheidegefäße zur Trennung der Flüssigkeit vom
Gas bzw. Dampf angeordnet sind.