EP2012902A2 - Verfahren und vorrichtung zur rückgewinnung von energie aus dem wärmeinhalt eines prozess-gasstroms - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur rückgewinnung von energie aus dem wärmeinhalt eines prozess-gasstroms

Info

Publication number
EP2012902A2
EP2012902A2 EP06829774A EP06829774A EP2012902A2 EP 2012902 A2 EP2012902 A2 EP 2012902A2 EP 06829774 A EP06829774 A EP 06829774A EP 06829774 A EP06829774 A EP 06829774A EP 2012902 A2 EP2012902 A2 EP 2012902A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
working fluid
temperature
heat
expansion turbine
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06829774A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rudolf Zeyen
Frank Castillo-Welter
Dirk Burghardt
Christian Bartosch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide Global E&C Solutions Germany GmbH
Original Assignee
Lurgi GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lurgi GmbH filed Critical Lurgi GmbH
Publication of EP2012902A2 publication Critical patent/EP2012902A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C1/00—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
    • F02C1/007—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid combination of cycles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/18—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use using the waste heat of gas-turbine plants outside the plants themselves, e.g. gas-turbine power heat plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/16—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being hot liquid or hot vapour, e.g. waste liquid, waste vapour
    • F22B1/167—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being hot liquid or hot vapour, e.g. waste liquid, waste vapour using an organic fluid

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for the continuous recovery of heat quantities of at least 5 MW, preferably 10 to 30 MW from a process gas stream formed from condensable and optionally inert components at a temperature of 70 to 220 ° C, preferably 130 to 150 ° C by indirect heat transfer to a heat-absorbing working fluid flowing in a closed circuit, by partially or completely condensing the process gas stream, the pressurized, liquid working fluid is evaporated, the resulting condensate is partially or completely fed back to the process or from the process is discharged, the vaporous working fluid is relaxed after reheating in an expansion turbine, then condensed again and increased in pressure.
  • the heat-absorbing fluid consists of a compound or a mixture of compounds whose boiling point is at atmospheric pressure in the range of - 100 to + 90 ° C, wherein individually or in a mixture of propane, isopropane, butane, isobutane, n-pentane, isopentane, ammonia , halogenated hydrocarbon compounds used as refrigerants.
  • This method is particularly suitable for the recovery of relatively large amounts of heat, preferably in the range of 5 to 30 megawatts at relatively low temperatures in the range of 70 to 220 ° C.
  • a disadvantage is that in the recovery of large amounts of heat, the use of a relatively large amount of circulating heat-absorbing working fluid is required.
  • a leakage gas flow which is composed of vaporous working fluid and sealing gas, escapes as a result of construction-related leaks.
  • the leak rate, ie, the magnitude of the loss of working fluid may be several thousandths of the circulating amount, typically ⁇ 1% o, corresponding to a loss of several 100 kg / h. It is therefore the object of the present invention, the method described above and the apparatus for performing the method to be designed so that no or only a minimal loss of working fluid occurs.
  • This object is achieved in that the existing in the expansion turbine due to construction leaks consisting of vaporous working fluid and gas barrier gas leakage is separated into a phase containing the working fluid and a substantially barrier gas-containing phase, the working fluid is recirculated and the sealing gas from the Process is discharged or reused as a barrier gas after sufficient separation of the remaining traces of working fluid.
  • the purge gas mostly nitrogen, is used on the expansion turbine shaft seal to minimize the loss of working fluid to the environment. By this measure, the working fluid can be almost completely, i. up to 99.9%, from which recover in the area of the expansion turbine through leaks leaking gas flow.
  • a particular embodiment of the method according to the invention is that the working fluid is increased from an initial temperature of 20 to 70 ° C in its evaporation to a temperature which is 1 to 50 ° C below the temperature of the heat-emitting process gas stream, then the vapor Working fluid is overheated by at least 3 ° C and then expanded in the expansion turbine to a pressure corresponding to the vapor pressure of the working fluid at the condensation temperature and thus restores the initial temperature. After the expansion turbine downstream condensation, the working fluid is brought back to the initial pressure.
  • the respective working pressures in the working fluid circuit depend on the vapor pressure of the particular working fluid used.
  • the accumulated in the expansion turbine primary loss of working fluid is recovered from the leakage gas flow, for example by condensation at a temperature of -10 to -90 ° C, and recycled.
  • Propane, isopropane, butane, isobutane, n-pentane, isopentane, ammonia and halogenated hydrocarbon compounds have proven particularly suitable as working fluids, which can be used individually or as a mixture in a mixture. Due to the boiling properties of these substances, a correspondingly high yield of heat can be achieved.
  • the selection of the working fluid and specific working conditions is due to the main process, i. adapted to the temperature of the process gas stream so that the heat output is optimized.
  • cryofluid for example, liquid nitrogen (boiling point: - 195.8 ° C) operated refrigeration system, a so-called cryostat, with recovery of Kryofluids or a compression system with subsequent condensation or a membrane unit or an adsorption or Druckrucadsorptionsstrom or a combination of these systems in a substantially containing the working fluid phase and a substantially barrier gas-containing phase separately.
  • a cryofluid for example, liquid nitrogen (boiling point: - 195.8 ° C) operated refrigeration system, a so-called cryostat, with recovery of Kryofluids or a compression system with subsequent condensation or a membrane unit or an adsorption or Druckrucadsorptionsstrom or a combination of these systems in a substantially containing the working fluid phase and a substantially barrier gas-containing phase separately.
  • this can also be used again as a sealing gas, or it is discharged from the process.
  • an evaporator for the liquid working fluid through which the process gas flow, a reheater for the vaporous working fluid downstream of the evaporator, an expansion turbine downstream of the reheater for the expansion of the vaporous Working fluid, a downstream of the expansion turbine condenser for the condensation of the vaporous working fluid, a condenser downstream to the evaporator promoting pump for increasing the pressure of the liquid working fluid and a shunt attached to the circulation system recovery system for the recovery of Working fluid from the leakage gas flow and the feed of the working fluid in the circuit.
  • a heat exchanger for preheating the working fluid is provided between the condensed working fluid rebooster pump and the liquid working fluid reboiler.
  • FIG. 1 The invention is explained in more detail below by an exemplary embodiment and the process flow diagram shown in FIG. 1:
  • process gas stream which is formed in the oxidation of a raw material, such as paraxylene while supplying air in the liquid phase at a temperature of 150 to 180 ° C, and with a temperature of 140 ° C. and a pressure of 5.5 to 6.5 bar (a) via the line (1) through an evaporator (2) through which n-pentane serving as a heat-absorbing working fluid is passed in a closed circuit, fed.
  • the process gas stream is thereby cooled to a temperature of about 85 ° C and at the same time the working fluid to a temperature of 117 ° C and evaporated, with a heat quantity of 120 MW is transmitted.
  • the condensate consisting essentially of water, is discharged via the line (3) from the evaporator (2) and discharged from the process or completely or only partially recycled into the process.
  • Via line (4) the vaporous working fluid is fed to a reheater (5), in which the temperature is increased to 127 ° C.
  • the superheated working fluid is supplied via the line (6) to an expansion turbine (7), in which the working fluid to a pressure of 1, 6 bar (a) is released.
  • the output from the expansion turbine (7) work power is 12 to 13 MW and is used directly to drive a generator (8) or can alternatively serve for direct drive of a large machine in the core process, such as an air compressor.
  • the working fluid exiting via the line (9) from the expansion turbine (7) is cooled and condensed in a condenser (10) to an initial temperature of 40 ° C., whereupon the condensate flows via the line (11) into the feed tank (12), from this via the line (13) through the pump (14) sucked to the initial pressure of 9.5 to 11 bar (a) brought and then via line (15) into the evaporator (2) is passed.
  • the recirculated mass flow of working fluid is 840,000 kg / h, so that the circuit in the region of the expansion turbine (7) can not be made completely dense due to the design.
  • the leakage gas flow consisting of working fluid and sealing gas is fed via the line (16) to a refrigeration system (17) in which the working fluid condenses and via the line (18) into the feed tank (12) for the pump (14 ) and thus returned to the cycle. In this way, the primary losses of working fluid can be recovered to at least 98%.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

Bei einem Verfahren zur Rückgewinnung von Wärmemengen aus einem große Wärmemengen enthaltenden und eine Temperatur von 70 bis 220° C aufweisenden Prozess-Gasstrom (1) erfolgt eine indirekte Wärmeübertragung auf ein in einem geschlossenen Kreislauf fließendes wärmeaufnehmendes Arbeitsfluid. Durch Kondensation des Prozess-Gasstroms wird das im Druck erhöhte, flüssige Arbeitsfluid verdampft, danach in einer Expansionsturbine (7) entspannt, anschließend kondensiert und erneut im Druck erhöht. Um die durch Undichtigkeiten im Bereich der Expansionsturbine (7) auftretenden aus Arbeitsfluid und Sperrgas bestehenden Primärverluste zurückzugewinnen, ist vorgesehen, den Leckgasstrom (16) in eine das Arbeitsfluid enthaltende Phase, die in den Kreislauf rückgeleitet wird, und in eine das Sperrgas enthaltende Phase zu trennen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Rückgewinnung von Wärmemengen aus einem
Prozess-Gasstrom
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Rückgewinnung von Wärmemengen von wenigstens 5 MW, vorzugsweise 10 bis 30 MW aus einem aus kondensierbaren und ggf. inerten Komponenten gebildeten Prozess-Gasstrom bei einer Temperatur von 70 bis 220° C, vorzugsweise 130 bis 150° C durch indirekte Wärmeübertragung auf ein in einem geschlossenen Kreislauf strömendes wärmeaufnehmendes Arbeitsfluid, indem durch teilweise oder vollständige Kondensation des Prozess-Gasstroms das im Druck erhöhte, flüssige Arbeitsfluid verdampft wird, das entstandene Kondensat dem Prozess wieder teilweise oder vollständig zugeführt wird oder aus dem Prozess ausgeleitet wird, das dampfförmige Arbeitsfluid nach einer Zwischenüberhitzung in einer Expansionsturbine entspannt wird, danach wieder kondensiert und im Druck erhöht wird.
Bei einer Vielzahl chemischer Prozesse werden infolge exotherm verlaufender Reaktionen der Ausgangsstoffe erhebliche Wärmemengen frei, wobei in Abhängigkeit von dem jeweiligen Verfahren zum Erreichen optimaler Reaktionsergebnisse, d.h. hoher Ausbeuten bestimmte Verfahrensbedingungen, insbesondere Druck und Temperatur, einzuhalten sind. Angepasst an die eingestellten optimierten Verfahrensbedingungen im Kernprozess muss zur effizienten Rückgewinnung der Wärmemengen ein geeigneter Wärmeträger eingesetzt werden. Geeignet sind hier niedrig siedende Komponenten, deren Arbeitsbereich so an die Bedingungen des Kernprozesses anpassbar ist, dass eine effiziente Rückgewinnung der Wärmemengen möglich wird. Diese Komponenten werden nahezu ohne Verluste in einem geschlossenen Kreislauf geführt. In der US-A-2005/0010066 ist ein Verfahren zur Erzeugung aromatischer Karbonsäure durch exotherme Oxidation aromatischer Einsatzstoffe beschrieben, bei dem in einer Reaktionsstufe die aromatische Einsatzstoff enthaltende Flüssigphase in Gegenwart eines flüssigen Reaktionsgemisches einerseits zu aromatischer Karbonsäure und andererseits zu einem Gasgemisch oxidiert wird. In einer anschließenden Trennungsstufe, beispielsweise einer Destillationskolonne, wird das Gasgemisch bei einer Temperatur von 130 bis 220° C und einem Druck von 3.5 bis 15 bar in einen Abgasstrom und in einen an Lösungsmittel reichen Strom getrennt. Die in dem Abgasstrom enthaltene Wärmeenergie wird in einer Wärmerückgewinnungsstufe, beispielsweise zur Herstellung von Dampf, rückgewonnen, indem der Abgasstrom kondensiert und das Kondensat in die Trennstufe vollständig oder teilweise rückgeführt wird. Bei der Kondensation wird ein Teil der in dem Abgasstrom enthaltenen Wärmeenergie an ein wärmeaufnehmendes Fluid übertragen und daraus ein Teil der Wärmeenergie in einem Kreisprozess wiedergewonnen. Das wärmeaufnehmende Fluid besteht aus einer Verbindung oder einem Gemisch an Verbindungen, deren Siedepunkt bei atmosphärischem Druck im Bereich von - 100 bis + 90° C liegt, wobei einzeln oder im Gemisch Propan, Isopropan, Butan, Isobutan, n-Pentan, Isopentan, Ammoniak, halogenisierte, als Kältemittel verwendete Kohlenwasserstoffverbindungen eingesetzt werden.
Dieses Verfahren eignet sich besonders für die Rückgewinnung relativ großer Wärmemengen, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 30 Megawatt bei relativ niedrigen Temperaturen im Bereich von 70 bis 220° C. Nachteilig ist jedoch, dass bei der Rückgewinnung großer Wärmemengen der Einsatz einer relativ großen Umlaufmenge an wärmeaufnehmendem Arbeitsfluid erforderlich ist. Das führt dazu, dass im Bereich der Expansionsturbine ein Leckgasstrom, der aus dampfförmigem Arbeitsfluid und Sperrgas zusammengesetzt ist, infolge konstruktionsbedingter Undichtigkeiten austritt. Die Leckrate, d.h. die Größe des Verlusts an Arbeitsfluid kann mehrere Promille der Umlaufmenge, in der Regel < 1 %o, entsprechend einem Verlust von mehreren 100 kg/h, betragen. Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs beschriebene Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens so zu gestalten, dass kein oder nur ein minimaler Verlust an Arbeitsfluid eintritt.
Gelöst ist diese Aufgabe dadurch, dass der im Bereich der Expansionsturbine infolge konstruktionsbedingter Undichtigkeiten austretende aus dampfförmigem Arbeitsfluid und Sperrgas bestehende Leckgasstrom in eine das Arbeitsfluid enthaltende Phase und eine im wesentlichen Sperrgas enthaltende Phase getrennt wird, das Arbeitsfluid in den Kreislauf rückgeführt und das Sperrgas aus dem Prozess ausgeleitet wird oder nach hinreichender Abtrennung der restlichen Spuren an Arbeitsfluid erneut als Sperrgas eingesetzt wird. Das Sperrgas, meistens wird Stickstoff verwendet, wird an der Wellendichtung der Expansionsturbine benutzt, um den Verlust des Arbeitsfluids an die Umgebung zu minimieren. Durch diese Maßnahme lässt sich das Arbeitsfluid nahezu vollständig, d.h. bis zu 99.9 %, aus dem im Bereich der Expansionsturbine durch Undichtigkeiten abfließenden Leckgasstrom zurückgewinnen.
Eine besondere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das Arbeitsfluid von einer Anfangstemperatur von 20 bis 70° C bei seiner Verdampfung auf eine Temperatur, die 1 bis 50° C unter der Temperatur des wärmeabgebenden Prozess-Gasstrom liegt, erhöht wird, anschließend das dampfförmige Arbeitsfluid um mindestens 3° C überhitzt und dann in der Expansionsturbine auf einen Druck entspannt wird, der dem Dampfdruck des Arbeitsfluids bei Kondensationstemperatur entspricht und somit die Anfangstemperatur wiederherstellt. Nach der der Expansionsturbine nachgeschalteten Kondensation wird das Arbeitsfluid wieder auf den Anfangsdruck gebracht. Die jeweiligen Arbeitsdrücke im Arbeitsfluid-Kreislauf hängen vom Dampfdruck des jeweils verwendeten Arbeitsfluids ab. Der im Bereich der Expansionsturbine anfallende Primärverlust an Arbeitsfluid wird aus dem Leckgasstrom, beispielsweise durch Kondensation bei einer Temperatur von -10 bis -90° C, zurückgewonnen und in den Kreislauf rückgeführt wird.
Um eine effiziente Verdampfung des Arbeitsfluids durch den Prozess-Gasstrom zu gewährleisten, ist es sinnvoll, das kondensierte und auf einen erhöhten Druck gebrachte Arbeitsfluid vor der Verdampfung auf eine Temperatur von 0 bis 20° C unterhalb der Verdampfungstemperatur vorzuwärmen.
Als Arbeitsfluide haben sich insbesondere Propan, Isopropan, Butan, Isobutan, n- Pentan, Isopentan, Ammoniak und halogenisierte Kohlenwasserstoffverbindungen als geeignet erwiesen, die einzeln oder zu mehreren im Gemisch eingesetzt we.'den können. Auf Grund der Siedeeigenschaften dieser Stoffe lässt sich eine entsprechend hohe Ausbeute an Wärmemengen erzielen. Die Auswahl des Arbeitsfluids und der spezifischen Arbeitsbedingungen ist an den Haupt-Prozess, d.h. an die Temperatur des Prozess-Gasstroms so anzupassen, dass die Wärmeausbeute optimiert wird.
Der im Bereich des Gasturbinenprozesses anfallende aus Arbeitsfluid und Sperrgas gebildete Leckgasstrom wird mittels einer mechanisch angetriebenen Kälteanlage oder einer mit einem Kryofluid, beispielsweise flüssigem Stickstoff (Siedepunkt: - 195,8° C) betriebenen Kälteanlage, einem sog. Kryostat, mit Rückgewinnung des Kryofluids oder einer Kompressionsanlage mit anschließender Kondensation oder einer Membrananlage oder einer Adsorptionsanlage oder einer Druckwechseladsorptionsanlage oder einer Kombination dieser Anlagen in eine im wesentlichen das Arbeitsfluid enthaltende Phase und eine im wesentlichen Sperrgas enthaltende Phase getrennt. Je nach Reinheitsgrad des abgetrennten Sperrgases kann dieses auch wieder als Sperrgas eingesetzt werden, oder es wird aus dem Prozess ausgeleitet.
Bei der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung sind in dem Kreislaufsystem für das Arbeitsfluid ein von dem Prozess-Gasstrom durchströmter Verdampfer für das flüssige Arbeitsfluid, ein dem Verdampfer nachgeschalteter Zwischenüberhitzer für das dampfförmige Arbeitsfluid, eine dem Zwischenüberhitzer nachgeschaltete Expansionsturbine für die Entspannung des dampfförmigen Arbeitsfluids, ein der Expansionsturbine nachgeschalteter Kondensator für die Kondensation des dampfförmigen Arbeitsfluids, eine dem Kondensator nachgeschaltete zum Verdampfer fördernde Pumpe für die Druckerhöhung des flüssigen Arbeitsfluids und eine im Nebenschluss zum Kreislaufsystem angebrachte Rückgewinnungsanlage für die Rückgewinnung des Arbeitsfluids aus dem Leckgasstrom und der Einspeisung des Arbeitsfluids in den Kreislauf.
Nach einem weiteren Vorrichtungsmerkmal ist zwischen der Pumpe für die erneute Druckerhöhung des kondensierten Arbeitsfluids und dem Verdampfer für das flüssige Arbeitsfluid ein Wärmeaustauscher für die Vorwärmung des Arbeitsfluids vorgesehen.
Die Erfindung wird nachstehend durch ein Ausführungsbeispiel und das in Fig. 1 dargestellte Verfahrensfließbilds näher erläutert:
Bei dem Verfahren zur Rückgewinnung von Wärmeenergie wird ein im wesentlichen aus Wasserdampf und inerten Komponenten bestehender Prozess-Gasstrom, der bei der Oxidation eines Rohstoffs, beispielsweise von Paraxylol unter Zuführung von Luft in der Flüssigphase bei einer Temperatur von 150 bis 180° C, entsteht und mit einer Temperatur von 140° C und einem Druck von 5,5 bis 6,5 bar(a) über die Leitung (1 ) einem Verdampfer (2), der von im geschlossenen Kreislauf geführten als wärmeaufnehmendes Arbeitsfluid dienenden n-Pentan durchströmt wird, zugeführt. Der Prozess-Gasstrom wird dabei auf eine Temperatur von etwa 85° C abgekühlt und gleichzeitig das Arbeitsfluid auf eine Temperatur von 117° C und verdampft, wobei eine Wärmemenge von 120 MW übertragen wird. Das Kondensat, im wesentlichen aus Wasser bestehend, wird über die Leitung (3) aus dem Verdampfer (2) abgeführt und aus dem Prozess ausgeleitet oder ganz oder nur teilweise in den Prozess rückgeführt. Über Leitung (4) wird das dampfförmige Arbeitsfluid einem Zwischenüberhitzer (5) aufgegeben, in dem die Temperatur auf 127° C erhöht wird. Das überhitzte Arbeitsfluid wird über die Leitung (6) einer Expansionsturbine (7) zugeführt, in der das Arbeitsfluid auf einen Druck von 1 ,6 bar(a) entspannt wird. Die von der Expansionsturbine (7) abgegebene Arbeitsleistung beträgt 12 bis 13 MW und wird direkt zum Antrieb eines Generators (8) verwendet oder kann alternativ zum Direktantrieb einer großen Maschine im Kernprozess, beispielsweise eines Luftkompressors, dienen. Das über die Leitung (9) aus der Expansionsturbine (7) austretende Arbeitsfluid wird in einem Kondensator (10) auf eine Anfangstemperatur von 40° C abgekühlt und kondensiert, worauf das Kondensat über die Leitung (11 ) in den Vorlagebehälter (12) strömt, aus diesem über die Leitung (13) durch die Pumpe (14) angesaugt auf den Anfangsdruck von 9,5 bis 11 bar(a) gebracht und anschließend über die Leitung (15) in den Verdampfer (2) geleitet wird.
Auf Grund der relativ großen aus dem Prozess-Gasstrom abzuführenden Wärmemenge beträgt der im Kreislauf geführte Massenstrom an Arbeitsfluid 840.000 kg/h, so dass der Kreislauf im Bereich der Expansionsturbine (7) konstruktionsbedingt nicht vollständig dicht gestaltete werden kann. Es treten Primärverluste an Arbeitsfluid von ca. 300 kg/h auf, die bisher durch neues Arbeitsfluid ersetzt werden müssen, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beeinträchtigt wird. Um diese Primärverluste weitestgehend zurückzugewinnen, wird der aus Arbeitsfluid und Sperrgas bestehende Leckgasstrom über die Leitung (16) einer Kälteanlage (17) aufgegeben, in der das Arbeitsfluid kondensiert und über die Leitung (18) in den Vorlagebehälter (12) für die Pumpe (14) aufgegeben und damit in den Kreislauf rückgeführt wird. Auf diese Weise lassen sich die Primärverluste an Arbeitsfluid zu wenigstens 98 % zurückgewinnen. Die aus der Kälteanlage (17) über die Leitung (19) abgeführte hauptsächlich aus Stickstoff als Sperrgas bestehende Gasphase, die mit Spuren des Arbeitsfluids beladen ist, wird einer Abgas- Behandlungsanlage zugeleitet. Hierdurch können die Verluste an Arbeitsfluid auf 6 kg/h reduziert werden, so dass die Wirtschaftlichkeit der Wärmerückgewinnungsanlage erheblich verbessert wird.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur kontinuierlichen Rückgewinnung von Wärmemengen von wenigstens 5 MW, vorzugsweise 10 bis 30 MW aus einem aus kondensierbaren und ggf. inerten Komponenten gebildeten Prozess-Gasstrom bei einer Temperatur von 70 bis 220° C1 vorzugsweise 130 bis 150° C durch indirekte Wärmeübertragung auf in einem geschlossenen Kreislauf strömendes wärmeaufnehmendes Arbeitsfluid, indem durch teilweise oder vollständige Kondensation des Prozess-Gasstroms das im Druck erhöhte, flüssige Arbeitsfluid verdampft wird, das entstandene Kondensat dem Prozess wieder teilweise oder vollständig zugeführt wird oder aus dem Prozess ausgeleitet wird, das dampfförmige Arbeitsfluid nach einer Zwischenüberhitzung in einer Expansionsturbine entspannt wird, danach wieder kondensiert und im Druck erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der im Bereich der Expansionsturbine gebildete aus dampfförmigem Arbeitsfluid und Sperrgas bestehende Leckgasstrom in eine das Arbeitsfluid enthaltende Phase und eine im wesentlichen Sperrgas enthaltende Phase getrennt wird, das Arbeitsfluid in den Kreislauf rückgeführt und das Sperrgas aus dem Prozess ausgeleitet oder nach hinreichender Abtrennung der restlichen Spuren an Arbeitsfluid wieder als Sperrgas eingesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des eine Anfangstemperatur von 20 bis 70° C besitzenden Arbeitsfluids auf eine Temperatur, die 1 bis 50° C unter der Temperatur des wärmeabgebenden Prozess-Gasstroms liegt, erhöht wird, das dampfförmige Arbeitsfluid anschließend in einer Expansionsturbine auf einen Druck entspannt wird, der dem Dampfdruck des Arbeitsfluids bei Kondensationstemperatur entspricht , danach wieder kondensiert und im Druck erhöht wird und der im Bereich der Expansionsturbine anfallende Primärverlust an Arbeitsfluid aus dem Leckgastrom zurückgewonnen und in den Kreislauf rückgeführt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dampfförmige Arbeitsfluid um mindestens 3° C überhitzt wird, bevor es in der Expansionsturbine entspannt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das kondensierte und auf einen höheren Druck gebrachte Arbeitsfluid vor seiner Verdampfung auf eine Temperatur von 0 bis 20° C unterhalb der Verdampfungstemperatur vorgewärmt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitsfluide Propan, Isopropan, Butan, Isobutan, n-Pentan, Isopentan, Ammoniak und halogenisierte Kohlenwasserstoffverbindungen einzeln oder zu mehreren im Gemisch eingesetzt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der aus Arbeitsfluid und dem Sperrgas gebildete Leckgasstrom mittels einer mechanisch angetriebenen Kälteanlage oder einer mit einem Kryofluid betriebenen Kälteanlage mit Rückgewinnung des Kryofluids oder einer Kompressionsanlage mit anschließender Kondensation oder einer Membrananlage oder einer Adsorptionsanlage oder einer Druckwechseladsorptionsanlage oder einer Kombinationen dieser Anlagen in eine im wesentlichen Arbeitsfluid enthaltende Phase und eine im wesentlichen Sperrgas enthaltende Phase getrennt wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein Kreislaufsystem mit einem von dem Prozess-Gasstrom durchströmten Verdampfer (2) für das flüssige Arbeitsfluid, einen dem Verdampfer nachgeschalteten Zwischenüberhitzer (5) für das dampfförmige Arbeitsfluid, eine dem Zwischenüberhitzer nachgeschaltete Expansionsturbine (7) für die Entspannung des dampfförmigen Arbeitsfluids, einen der Expansionsturbine nachgeschalteten Kondensator (10) für die Kondensation des dampfförmigen Arbeitsfluids, eine dem Kondensator nachgeschaltete zu dem Verdampfer (2) fördernde Pumpe (14) für die Druckerhöhung des flüssigen Arbeitsfluids und eine im Nebenschluss zum Kreislaufsystem des Artθitsfluids angeordnete Rückgewinnungsanlage (17) für die Rückgewinnung des Arbeitsfiuids aus dem Leckgasstrom und Einspeisung de Arbeitsfiuids in den Kreislauf vor der erneuten Druckerhöhung des Arbeitsfiuids.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen zwischen der Pumpe (14) für die erneute Druckerhöhung des kondensierten Arbeitsfiuids und dem Verdampfer (2) für das flüssige Arbeitsflufd angeordneten Wärmeaustauscher für die Vorwärmung des Arbeitsfiuids.
EP06829774A 2005-12-20 2006-12-20 Verfahren und vorrichtung zur rückgewinnung von energie aus dem wärmeinhalt eines prozess-gasstroms Withdrawn EP2012902A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200510061328 DE102005061328B4 (de) 2005-12-20 2005-12-20 Verfahren und Vorrichtung zur Rückgewinnung von Wärmemengen aus einem Prozess-Gasstrom
PCT/EP2006/012293 WO2007079940A2 (de) 2005-12-20 2006-12-20 Verfahren und vorrichtung zur rückgewinnung von energie aus dem wärmeinhalt eines prozess-gasstroms

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2012902A2 true EP2012902A2 (de) 2009-01-14

Family

ID=38108752

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP06829774A Withdrawn EP2012902A2 (de) 2005-12-20 2006-12-20 Verfahren und vorrichtung zur rückgewinnung von energie aus dem wärmeinhalt eines prozess-gasstroms

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2012902A2 (de)
DE (1) DE102005061328B4 (de)
WO (1) WO2007079940A2 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008024427B4 (de) * 2008-05-20 2010-03-11 Lurgi Gmbh Verfahren und Anlage zur Rückgewinnung von Arbeitsfluid
EP2378089A1 (de) * 2010-04-13 2011-10-19 ABB Schweiz AG Umwandlungssystem zum Umwandeln der Abwärme auf die Schaftleistung
GB2519150A (en) 2013-10-11 2015-04-15 Reaction Engines Ltd Rotational machine
CN116378781B (zh) * 2023-04-28 2025-10-10 西安热工研究院有限公司 一种干气密封近零泄漏及工质回收系统

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4005580A (en) * 1975-06-12 1977-02-01 Swearingen Judson S Seal system and method
DE2842899A1 (de) * 1977-11-24 1979-05-31 Sulzer Ag Dampfkreislauf
ES2005135A6 (es) * 1987-04-08 1989-03-01 Carnot Sa Ciclo termico con fluido de trabajo mezcla
US5531073A (en) * 1989-07-01 1996-07-02 Ormat Turbines (1965) Ltd Rankine cycle power plant utilizing organic working fluid
US5743094A (en) * 1994-02-22 1998-04-28 Ormat Industries Ltd. Method of and apparatus for cooling a seal for machinery
US7049465B2 (en) * 2003-07-10 2006-05-23 Eastman Chemical Company Process for energy recovery in processes for the preparation of aromatic carboxylic acids

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2007079940A3 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102005061328B4 (de) 2007-12-06
WO2007079940A2 (de) 2007-07-19
DE102005061328A1 (de) 2007-06-28
WO2007079940A3 (de) 2008-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2347102B1 (de) Verfahren zum betreiben eines thermodynamischen kreislaufes sowie thermodynamischer kreislauf
US9440163B2 (en) System and method for water treatment
DE3708649C2 (de)
US4311019A (en) Process for producing cold and/or heat with use of an absorption cycle
JP2765697B2 (ja) 液体炭化水素類を回収する方法
EP2188500A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur umwandlung thermischer energie in mechanische energie
KR840006058A (ko) 에너지 발생 방법
EP1967249A1 (de) Verfahren auf Basis der Zweiphasendestillation zur Nutzung von Niedertemperaturwärme für die Regeneration von CO2-Lösungsmitteln bei der CO2-Abtrennung aus Abgasen mittels CO2-Wäsche
DE2713359A1 (de) Verfahren zur fraktionierung von crackgasen mit hilfe der kaeltetechnik
EP4251595A1 (de) Energieeffizientes verfahren zur abtrennung von butenen aus c4-kohlenwasserstoffströmen
DE2224306A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Ammoniak
EP1706598B1 (de) Verfahren und anlage zur umwandlung von wärmeenergie aus kältemaschinen
DE102006028746B4 (de) Vorrichtung zur Energieumwandlung nach dem organischen Rankine-Kreisprozess-Verfahren sowie System mit derartigen Vorrichtungen
DE102012003741B4 (de) Verfahren zur Rückgewinnung von Kohlenwasserstoffen aus Polyolefinanlagen und dafür geeignete Vorrichtung
DE102005061328B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Rückgewinnung von Wärmemengen aus einem Prozess-Gasstrom
EP3115336A1 (de) Verfahren und anlage zur kühlung von synthesegas
DE2602895B2 (de) Verfahren zur Verwertung der bei der katalytischen Oxidation von o-Xylol zu Phthalsäureanhydrid anfallenden Reaktionswärme
EP3423401B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung von schwefelsäure
US20190003343A1 (en) Process and apparatus for using a waste heat stream in an aromatics complex
DE1031285B (de) Verfahren zur weitgehenden Abscheidung des Reaktionsproduktes bei der Ausfuehrung chemischer Verfahren
JP2025537411A (ja) Ｃ４炭化水素流からブテンを分離するためのエネルギー効率の良いプロセス
DE102006005472A1 (de) Verfahren zur Erzeugung mechanischer/elektrischer Energie mithilfe eines Sorptionskraftprozesses
WO2025186008A1 (de) Energieeffizientes verfahren der rohsynthesegasreinigung
DE3433057A1 (de) Verfahren und einrichtung fuer die gewinnung elektrischer oder mechanischer energie aus heisser geothermischer sole
KR101643844B1 (ko) 열 회수 장치

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20081125

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA HR MK RS

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: LURGI GMBH

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: BARTOSCH, CHRISTIAN

Inventor name: BURGHARDT, DIRK

Inventor name: CASTILLO-WELTER, FRANK

Inventor name: ZEYEN, RUDOLF

17Q First examination report despatched

Effective date: 20090326

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20100601