WO2009141028A2 - Verfahren und anlage zur rückgewinnung von arbeitsfluid - Google Patents

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WO2009141028A2
WO2009141028A2 PCT/EP2009/002018 EP2009002018W WO2009141028A2 WO 2009141028 A2 WO2009141028 A2 WO 2009141028A2 EP 2009002018 W EP2009002018 W EP 2009002018W WO 2009141028 A2 WO2009141028 A2 WO 2009141028A2
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leakage gas
nitrogen
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Frank Castillo-Welter
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Lurgi Gmbh
Burghardt, Dirk
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    • B01D2257/00—Components to be removed
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Definitions

  • the invention relates to a process for the recovery of working fluid, in particular from a resulting in the recovery of energy from the working fluid leakage gas flow, and to a system for carrying out such a method.
  • a method for recovering quantities of heat from a process gas stream, in which indirect heat transfer to a working fluid flowing in a closed circuit takes place.
  • the liquid working fluid which has been increased in pressure is vaporized, then expanded in an expansion turbine, then condensed and again increased in pressure.
  • the leakage gas flow is separated into a phase containing the working fluid which is recirculated and a phase containing the barrier gas.
  • Object of the present invention is therefore to achieve a more economical recovery of the working fluid, which requires lower investment costs.
  • This object is achieved in the method mentioned above essentially in that from the resulting in the recovery of heat from the working fluid leakage gas stream containing low-boiling liquid and / or gaseous components of the working fluid, the working fluid is recovered by a liquid gas as the refrigerant is evaporated and the leakage gas flow in countercurrent to the refrigerant is first passed through a higher temperature precondensator and then through a low temperature main condenser to condense the working fluid from the leakage gas flow.
  • the required cooling capacity is provided by vaporization of a liquid gas. Since neither compressors nor other rotating Aniag genmaschine for the implementation of the new method are used, the investment costs are relatively low. For example, the investment costs for a cryogenic refrigeration system of the type according to the invention are up to two-thirds lower than for rotating equipment, in addition to the maintenance required for this purpose.
  • the refrigerant is first countercurrent to the leakage gas flow through a Main condenser with lower temperature and then passed through a precondensator with higher temperature.
  • the working fluid is converted by condensation in a liquid state.
  • the refrigerant is alternately conducted in a discontinuous process through one of at least two parallel-connected capacitors for condensing and freezing the working fluid.
  • the refrigerant may be brought to a correspondingly predetermined temperature before entering the main condenser.
  • the refrigerant can be brought to a predetermined temperature before it enters the precondensator. In this way, freezing of the main capacitor can be prevented.
  • the temperature of the leakage gas stream at the exit from the precondensator can be adjusted to a predetermined value by passing part of the refrigerant flow past the precondensator.
  • the leakage gas In the case of blockage of the condenser by frozen water, preferably at least part of the leakage gas flow is conducted past the main condenser. A corresponding drop in effectiveness can then be accepted.
  • the leakage gas In order to prevent freezing of the plant intended for carrying out the method according to the invention, the leakage gas can be dried before it enters the process.
  • the working fluid condensate from the precondensator and / or the main condenser can be returned to the working process from which the working fluid originates.
  • water is separated from the working fluid by means of a separator.
  • the liberated refrigerant can be returned to the cold mitte I network or the refrigerant reservoir from which it comes, in order to achieve a particularly economical operation.
  • liquid nitrogen As a refrigerant, in particular liquid nitrogen is proposed, since this is already present in many process plants. However, it is also possible to use, for example, carbon dioxide, air, helium, LPG, H 2 or O 2 as the refrigerant.
  • n-pentane is a preferred working medium in Eastman terephthalic acid plants (E PTA plants) in which large amounts of exothermic heat are recovered through a Rankine process.
  • E PTA plants Eastman terephthalic acid plants
  • the n-pentane as a working medium is lost in the expander shaft seals partially as a leak gas.
  • the liquid nitrogen used for the cooling capacity in the process according to the invention can be made available to nitrogen consumers after its evaporation.
  • the nitrogen is preferably preheated to about -120 0 C prior to entry into the main condenser to prevent freezing of the n-pentane (freezing point -130 0 C).
  • the nitrogen may be heated above 0 ° C prior to entry into the precondensator to prevent freezing of water in the precondensator.
  • the temperature of the leak gas when exiting the precondensator is preferably set to about 5 ° C.
  • the liquid nitrogen is preferably used under a pressure of 8 bar (g) so that it can be removed from the existing plant network of an E PTA plant.
  • a system according to the invention for carrying out the previously described method comprises at least one condenser, which is designed to condense the working fluid by means of the refrigerant.
  • this has at least two capacitors, which are connected in series or in parallel with respect to the refrigerant flow and the leakage gas flow.
  • One of two capacitors connected in series is preferably designed as a pre-condenser with respect to the leakage gas flow and the other as the main condenser with low temperature, so that the working fluid is obtained as condensate.
  • a heater for the refrigerant flow may be turned on to prevent freezing of water in the main condenser.
  • a (further) heater for the refrigerant flow may be turned on to prevent the freezing of the water contained in the leak gas flow.
  • the bypass can be assigned a bypass for at least one preferably adjustable part of the refrigerant flow.
  • the temperature of the leakage gas flow can be adjusted to a desired value when exiting the precondensator.
  • a bypass for the leakage gas flow can also be assigned to the main condenser, which then comes into operation when the main condenser is frozen over.
  • the precondensator and / or the main condenser is preferably assigned a separator for the separation of water from the working fluid condensate. In this way, the recovered working fluid can be returned to the work process from which it originated.
  • the condenser may also be associated with a differential pressure indicator for detecting a blockage of the main condenser by frozen water.
  • the plant according to the invention works particularly economically if it is integrated into an overall plant in which a chemical process with exothermic reactions takes place and the exothermic heat, for example through a Rankine process, such as the E PTA technology.
  • the single figure shows schematically a plant for carrying out the method according to the invention.
  • the process according to the invention and the plant according to the invention are explained in more detail below using the example of the recovery of n-pentane from the leakage gas flow of an E PTA plant (terephthalic acid plant) in which large amounts of exothermic heat are recovered by a Rankine process.
  • the Rankine process in an E PTA plant uses n-pentane as working fluid, which is partially lost in the area of expander shaft seals.
  • the illustrated refrigeration system according to the invention is used, wherein the liquid nitrogen used for the cooling after its evaporation can be made available to the E PTA-internal nitrogen consumers again.
  • This nitrogen which comes from a reservoir 1 (at 8 bar (g) and -170 0 C) is evaporated in a preheater 2 and preheated to about -120 0 C to freeze n-pentane at -130 0 C. to prevent.
  • the preheated nitrogen gas passes in countercurrent to the leak gas first a main capacitor 3 and then a precondensator 4. If necessary, the nitrogen is heated in a heater 5 to above 0 0 C before it enters the precondensator 4, there to freeze to avoid water leakage gas flow. After leaving the precondensator 4, the resulting gaseous nitrogen can be used in a nitrogen network 6 of the plant or in a composite plant.
  • the very low condensation temperature of -120 0 C in the main capacitor 3 leads to an excellent separation effect of more than 99.99%. Assuming a leakage gas flow of 242 kg / h n-pentane thus results in a leakage gas loss of less than 0.024 kg / h n-pentane.
  • the precondensator 4 condenses about one third of the n-pentane and also serves to condense water which may be contained in the leakage gas flow. In this case, about 25% of the water in the precondensator 2 is condensed. This should at least partially prevent freezing and blockage by water in the much colder main condenser 3.
  • the temperature of the leakage gas at the outlet of the precondensator 4 should be about 5 ° C, which can be ensured by a bypass line 7 for the nitrogen around the precondensator 4 around.
  • the condensate collected in the precondensator 4 and the main condenser 3 is discharged via a separator 8, in which water is separated from the liquid n-pentane.
  • the main capacitor 3 of bypasses the leakage gas flow and removes the frozen water in the main condenser by heating to a temperature above freezing. During this time, only the precondensator 4 operates with a correspondingly lower separation efficiency for the n-pentane.
  • the pressure on the nitrogen side is set to 8 bar (g) to allow the use of nitrogen in the plant nitrogen network 6 operating at 7 bar (g).
  • the consumption of liquid nitrogen can be adjusted by optimization to the resource requirements of the process.
  • the operating costs of the illustrated refrigeration system are comparatively low, if the accumulating nitrogen in the E PTA system (for expansion seals, the drying of filter cake, conveyor systems, etc.) or in other parts of the system can be used in place.
  • Another way of avoiding the freezing of water in the system during operation can be achieved by drying the entire n-pentane stock before operating in the cycle.
  • the system shown in the figure is based on the assumption that the n-pentane is to be separated in a liquid state from the leakage gas flow.
  • the separation of water from the recovered n-pentane by a precondensator or separator would still be required.

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Abstract

Verfahren zur Rückgewinnung von Arbeitsfluid, insbesondere aus einem bei der Rückgewinnung von Wärme aus dem Arbeitsfluid anfallenden Leckgasstrom, welcher leichtsiedende flüssige und/oder gasförmige Komponenten des Arbeitsfluids enthält sowie Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens. Um eine Rückgewinnung des Arbeitsfluids zu erreichen, ist vorgesehen, ein flüssiges Gas als Kältemittel zu verdampfen und den Leckgasstrom im Gegenstrom zu dem Kältemittel zunächst durch einen Vorkondensator (4) mit höherer Temperatur und dann durch einen Hauptkondensator (3) mit niedriger Temperatur zu führen, um das Arbeitsfluid aus dem Leckgasstrom zu kondensieren.

Description

Verfahren und Anlage zur Rückgewinnung von Arbeitsfluid
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Rückgewinnung von Arbeitsfluid, insbesondere aus einem bei der Rückgewinnung von Energie aus dem Arbeitsfluid anfallenden Leckgasstrom, und auf eine Anlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Bei vielen chemischen Prozessen werden infolge exotherm verlaufender Reaktionen der Ausgangsstoffe erhebliche Wärmemengen frei. Zur Rückgewinnung dieser Wärmemengen werden niedrig siedende Wärmeträger eingesetzt. Bei großen Wärmemengen ist jedoch der Einsatz einer relativ großen Umlaufmenge an Wärme aufnehmendem Arbeitsfluid erforderlich. Dies führt dazu, dass auf- grund konstruktionsbedingter Undichtigkeiten im Bereich der Expansionsturbine ein Leckgasstrom, der aus dampfförmigem Arbeitsfluid und Sperrgas zusammengesetzt ist, austritt.
Um den Verlust an Arbeitsfluid zu verringern, ist gemäß der DE 10 2005 061 328 A1 ein Verfahren zur Rückgewinnung von Wärmemengen aus einem Pro- zess-Gasstrom vorgesehen, bei welchem eine indirekte Wärmeübertragung auf ein in einem geschlossenen Kreislauf fließendes Wärme aufnehmendes Arbeitsfluid erfolgt. Durch Kondensation des Prozess-Gasstroms wird das im Druck erhöhte, flüssige Arbeitsfluid verdampft, danach in einer Expansionsturbi- ne entspannt, anschließend kondensiert und erneut im Druck erhöht. Um die durch Undichtigkeiten im Bereich der Expansionsturbine auftretende, aus Arbeitsfluid und Sperrgas bestehenden Primärverluste an Arbeitsfluid zurückzugewinnen, wird der Leckgasstrom in eine das Arbeitsfluid enthaltende Phase, die in den Kreislauf zurückgeleitet wird, und eine das Sperrgas enthaltende Phase getrennt. Für die Rückgewinnung der Leichtsieder aus dem Leckgas- ström, werden hierbei mechanisch angetriebene Kälteanlagen oder Kompressionsanlagen eingesetzt. Solche Anlagen sind mit erheblichen Investitionen verbunden und nur dann wirtschaftlich, wenn die Einsparung durch die zurückgewonnenen leichtsiedenden Komponenten in einer vernünftigen Betriebsperiode die zusätzlichen Investitionskosten kompensiert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine wirtschaftlichere Rückgewinnung des Arbeitsfluids zu erreichen, die geringere Investitionskosten erfordert.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren im Wesentlichen dadurch gelöst, dass aus dem bei der Rückgewinnung von Wärmemengen aus dem Arbeitsfluid anfallenden Leckgasstrom, der leichtsiedende flüssige und/oder gasförmige Komponenten des Arbeitsfluids enthält, das Arbeitsfluid zurückgewonnen wird, indem ein flüssiges Gas als Kältemittel verdampft wird und der Leckgasstrom im Gegenstrom zu dem Kältemittel zunächst durch einen Vorkondensator mit höherer Temperatur und dann durch einen Hauptkondensator mit niedriger Temperatur geführt wird, um das Arbeitsfluid aus dem Leckgasstrom zu kondensieren.
Erfindungsgemäß wird daher zum Verhindern der Emission von leichtsiedenden Komponenten oder zum Zurückgewinnen eines Leichtsieders aus einem Gasstrom die erforderliche Kälteleistung durch Verdampfen eines flüssigen Gases zur Verfügung gestellt. Da weder Kompressoren noch andere rotierende AnIa- genteile für die Durchführung des neuen Verfahrens eingesetzt werden, sind die Investitionskosten vergleichsweise niedrig. Beispielsweise sind die Investitionskosten für eine kryogene Kälteanlage der erfindungsgemäßen Art bis zu zwei Drittel niedriger als für rotierende Ausrüstungen, wobei zusätzlich der Wartungsaufwand hierfür entfällt. In Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Kältemittel im Gegenstrom zu dem Leckgasstrom zunächst durch einen Hauptkondensator mit niedrigerer Temperatur und dann durch einen Vorkondensator mit höherer Temperatur geführt. Hierbei wird das Arbeitsfluid durch Kondensation in einen flüssigen Zustand überführt.
Es ist aber auch möglich, dass anstelle eines einzelnen Hauptkondensators das Kältemittel in einem diskontinuierlichen Verfahren abwechselnd durch einen von wenigstens zwei parallel geschalteten Kondensatoren zum Kondensieren und Einfrieren des Arbeitsfluids geführt wird.
Um ein Einfrieren des Arbeitsfluids in dem Hauptkondensator zu vermeiden, kann das Kältemittel vor dem Eintritt in den Hauptkondensator auf eine entsprechend vorbestimmte Temperatur gebracht werden.
Um ein Kondensieren wenigstens eines Teils des in dem Leckgasstrom enthal- tenen Wassers in dem Vorkondensator zu gewährleisten, damit möglichst wenig Wasser in den kälteren Hauptkondensator gelangt, kann das Kältemittel vor dem Eintritt in den Vorkondensator auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht werden. Auf diese Weise kann ein Einfrieren des Hauptkondensators verhindert werden.
Die Temperatur des Leckgasstromes beim Austritt aus dem Vorkondensator kann dadurch auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden, dass ein Teil des Kältemittelstroms an dem Vorkondensator vorbeigeführt wird.
Im Falle einer Blockade des Kondensators durch gefrorenes Wasser wird vorzugsweise wenigstens ein Teil des Leckgasstroms an dem Hauptkondensator vorbeigeführt. Ein entsprechender Effektivitätsabfall kann dann in Kauf genommen werden. Um ein Einfrieren der für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmten Anlage zu verhindern, kann das Leckgas vor Eintritt in das Verfahren getrocknet werden.
Vorteilhafterweise kann das Arbeitsfluidkondensat aus dem Vorkondensator und/oder dem Hauptkondensator in den Arbeitsprozess, aus welchem das Ar- beitsfluid stammt, zurückgeführt werden. Erfindungsgemäß wird hierbei Wasser mittels eines Separators aus dem Arbeitsfluid abgetrennt.
Das frei werdende Kältemittel kann in das Kälte mitte I netz beziehungsweise den Kältemittelvorrat, aus dem es stammt, zurückgeführt werden, um einen besonders wirtschaftlichen Betrieb zu erreichen.
Als Kältemittel wird insbesondere flüssiger Stickstoff vorgeschlagen, da dieser in vielen Prozessanlagen ohnehin vorhanden ist. Es können jedoch auch beispielsweise Kohlendioxid, Luft, Helium, LPG, H2 oder O2 als Kältemittel eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für die Rückgewin- nung eines Arbeitsfluids, welches im Wesentlichen aus n-Pentan, Propan, Iso- propan, Butan, Isobutan, Isopentan und/oder halogenisierten Kohlenwasserstoffen besteht. n-Pentan ist beispielsweise ein bevorzugtes Arbeitsmedium bei Eastman Terephtalsäureanlagen (E PTA-Anlagen), bei welcher große Mengen von exothermer Wärme durch einen Rankine-Prozess zurückgewonnen werden. Das n-Pentan als Arbeitsmedium geht dabei in den Expander-Wellendichtungen teilweise als Leckgas verloren.
Der für die Kälteleistung in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Flüssigstickstoff kann nach seiner Verdampfung Stickstoffverbrauchern zur Verfügung gestellt werden. Der Stickstoff wird vor dem Eintritt in den Hauptkondensator vorzugsweise auf etwa -1200C vorerhitzt, um ein Einfrieren des n-Pentans (Gefrierpunkt -1300C) zu verhindern.
Weiterhin kann der Stickstoff vor dem Eintritt in den Vorkondensator auf über 00C erhitzt werden, um ein Einfrieren von Wasser in dem Vorkondensator zu verhindern.
Die Temperatur des Leckgases beim Austritt aus dem Vorkondensator wird vorzugsweise auf etwa 5°C eingestellt.
Der Flüssigstickstoff wird vorzugsweise unter einem Druck von 8 bar(g) eingesetzt, damit er aus dem vorhandenen Anlagennetzwerk einer E PTA-Anlage entnommen werden kann.
Eine erfindungsgemäße Anlage zum Durchführen des zuvor geschilderten Verfahrens enthält wenigstens einen Kondensator, welcher zum Kondensieren des Arbeitsfluids mittels des Kältemittels ausgelegt ist.
In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anlage weist diese wenigstens zwei Kondensatoren auf, welche bezüglich des Kältemittelstromes und des Leckgasstromes in Reihe oder parallel geschaltet sind.
Einer von zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren ist vorzugsweise bezüglich des Leckgasstromes als Vorkondensator ausgelegt und der andere als Hauptkondensator mit niedriger Temperatur, so dass das Arbeitsfluid als Kondensat anfällt. Zwischen dem Kältemittelnetz beziehungsweise -Vorrat und dem Hauptkondensator kann eine Heizeinrichtung für den Kältemittelstrom eingeschaltet sein, um ein Einfrieren von Wasser in dem Hauptkondensator zu verhindern.
Ferner kann zwischen dem Hauptkondensator und dem Vorkondensator eine (weitere) Heizeinrichtung für den Kältemittelstrom eingeschaltet sein, um das Einfrieren des in dem Leckgasstrom enthaltenen Wassers zu verhindern.
Insbesondere kann dem Kondensator ein Bypass für wenigstens einen vor- zugsweise einstellbaren Teil des Kältemittelstroms zugeordnet sein. Dadurch kann die Temperatur des Leckgasstromes beim Austritt aus dem Vorkondensator auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
Auch dem Hauptkondensator kann ein Bypass für den Leckgasstrom zugeord- net sein, welcher dann in Funktion tritt, wenn der Hauptkondensator zugefroren ist.
Dem Vorkondensator und/oder dem Hauptkondensator ist vorzugsweise ein Separator für das Abtrennen von Wasser aus dem Arbeitsfluidkondensat zuge- ordnet. Auf diese Weise kann das zurückgewonnene Arbeitsfluid dem Arbeits- prozess, dem es entstammt, wieder zugeführt werden.
Dem Kondensator kann ferner ein Differentialdruckanzeiger zur Feststellung einer Blockade des Hauptkondensators durch gefrorenes Wasser zugeordnet sein.
Die erfindungsgemäße Anlage arbeitet besonders wirtschaftlich, wenn sie in eine Gesamtanlage integriert ist, in welcher ein chemischer Prozess mit exotherm verlaufenden Reaktionen abläuft und die exotherme Wärme, zum Beispiel durch einen Rankine-Prozess, zurückgewonnen wird, wie zum Beispiel bei der E PTA-Technologie.
Ferner ist es besonders wirtschaftlich, die Anlage in eine Gesamtanlage zu integrieren, in welcher ohnehin ein Netz beziehungsweise ein Vorrat von Flüssigstickstoff für verschiedenartige Stickstoffverbraucher zur Verfügung steht, wie beispielsweise in einer E PTA-Anlage.
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Die einzige Figur zeigt schematisch eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anlage werden nachfolgend am Beispiel der Rückgewinnung von n-Pentan aus dem Leckgasstrom einer E PTA-Anlage (Terephtalsäureanlage), in der große Mengen an exothermer Wärme durch ein Rankine-Prozess zurückgewonnen werden, näher erläutert. Der Rankine-Prozess in einer E PTA-Anlage arbeitet mit n-Pentan als Arbeitsfluid, das im Bereich der Expander-Wellendichtungen teilweise verloren geht. Für die Rückgewinnung des n-Pentans wird die dargestellte erfindungsgemäße Kälteanlage eingesetzt, wobei der für die Kühlung verwendete Flüssigstickstoff nach seiner Verdampfung den E PTA-internen Stickstoffverbrauchern wieder zur Verfügung gestellt werden kann. Dieser Stickstoff, welcher von einem Vorratsbehälter 1 (bei 8 bar(g) und -1700C) stammt, wird in einem Vorerhitzer 2 verdampft und auf etwa -1200C vorerhitzt, um ein Einfrieren von n-Pentan bei -1300C zu verhindern. Das vorerhitzte Stickstoffgas durchläuft im Gegenstrom zu dem Leckgas zunächst einen Hauptkon- densator 3 und danach einen Vorkondensator 4. Falls erforderlich, wird der Stickstoff in einer Heizeinrichtung 5 auf über 00C erhitzt, bevor er in den Vorkondensator 4 eintritt, um dort ein Einfrieren von Wasser des Leckgasstroms zu vermeiden. Nach dem Verlassen des Vorkondensators 4 kann der entstehende gasförmige Stickstoff in einem Stickstoffnetz 6 der Anlage oder in einer Ver- bundanlage eingesetzt werden. Die sehr niedrige Kondensationstemperatur von -1200C in dem Hauptkondensator 3 führt zu einem ausgezeichneten Trenneffekt von mehr als 99,99 %. Bei Annahme eines Leckgasstromes von 242 kg/h n- Pentan ergibt sich somit ein Leckgasverlust von weniger als 0,024 kg/h n- Pentan.
Der Vorkondensator 4 kondensiert etwa ein Drittel des n-Pentan und dient außerdem zum Kondensieren von Wasser, welches in dem Leckgasstrom enthalten sein mag. Dabei werden etwa 25% des Wassers in dem Vorkondensator 2 kondensiert. Dies soll wenigstens teilweise ein Einfrieren und eine Blockade durch Wasser in dem wesentlich kälteren Hauptkondensator 3 verhindern. Die Temperatur des Leckgases am Austritt des Vorkondensators 4 sollte bei etwa 5°C liegen, was durch eine Bypassleitung 7 für den Stickstoff um den Vorkondensator 4 herum gewährleistet werden kann. Das in dem Vorkondensator 4 und dem Hauptkondensator 3 gesammelte Kondensat wird über einen Separa- tor 8 abgeführt, in welchem Wasser aus dem flüssigen n-Pentan abgetrennt wird.
Wenn trotz des Vorkondensators 4 der Hauptkondensator 3 durch gefrorenes
Wasser blockiert wird, kann dies durch einen zugeordneten Differenzdruckan- zeiger 9 festgestellt werden. In diesem Fall wird der Hauptkondensator 3 von dem Leckgasstrom umgangen und das gefrorene Wasser in dem Hauptkondensator durch Erhitzen auf eine Temperatur über den Gefrierpunkt entfernt. Während dieser Zeit arbeitet nur der Vorkondensator 4 mit einem entsprechend niedrigeren Trennungswirkungsgrad für das n-Pentan.
Der Druck auf der Stickstoff seite wird auf 8 bar(g) eingestellt, um die Verwendung des Stickstoffs in dem Anlagenstickstoffnetz 6 zu ermöglichen, welches bei 7 bar(g) arbeitet. Der Verbrauch an flüssigem Stickstoff kann durch Optimierung an den Betriebsmittelbedarf des Prozesses angepasst werden.
Die Betriebskosten der dargestellten Kälteanlage sind vergleichsweise gering, wenn der anfallende Stickstoff in der E PTA-Anlage (für Expansionsdichtungen, das Trocknen von Filterkuchen, Fördersysteme etc.) oder in anderen Anlageteilen an Ort und Stelle verwendet werden kann.
Eine andere Art der Vermeidung des Einfrierens von Wasser in dem System während des Betriebs kann durch Trocknen des gesamten n-Pentan-Vorrates vor Betriebsbeginn in dem Zyklus erreicht werden.
Die in der Figur dargestellte Anlage beruht auf der Annahme, dass das n-Pentan in flüssigem Zustand aus dem Leckgasstrom abgetrennt werden soll. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, das n-Pentan in einem Kondensator einzufrieren und das System in diskontinuierlicher Weise mit zwei oder mehr Kondensatoren (Umschaltkondensatoren) zu betreiben. Dies würde die Verwendung der Wärme des verdampften Flüssigstickstoffes erlauben und zu einem niedrigeren Stickstoffverbrauch führen. Das Abtrennen von Wasser aus dem zurückgewonnenen n-Pentan durch einen Vorkondensator oder einen Separator wäre jedoch nach wie vor erforderlich.
Bezugszeichenliste
1 Kühlmittelvorrat
2 Vorerhitzer
3 Hauptkondensator
4 Vorkondensator
5 Heizeinrichtung
6 Kühlmittelnetz
7 Bypassleitung
8 Separator
9 Differenzdruckanzeiger
NC normalerweise geschlossenes Ventil TIC Temperatursteuerung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Rückgewinnung von Arbeitsfluid, insbesondere aus einem bei der Rückgewinnung von Wärme aus dem Arbeitsfluid anfallenden Leckgasstrom, welcher leichtsiedende flüssige und/oder gasförmige Komponenten des Arbeitsfluids enthält, wobei ein flüssiges Gas als Kältemittel verdampft wird und wobei der Leckgasstrom im Gegenstrom zu dem Kältemittel zunächst durch einen Vorkondensator mit höherer Temperatur und dann durch einen Hauptkondensator mit niedriger Temperatur geführt wird, um das Arbeitsfluid aus dem Leckgasstrom zu kondensieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kälte- mittel in einem diskontinuierlichen Verfahren abwechselnd durch einen von wenigstens zwei parallel geschalteten Kondensatoren zum Kondensieren des Arbeitsfluids geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel vor dem Eintritt in den Hauptkondensator auf eine vorbestimmte
Temperatur gebracht wird, welche ein Einfrieren des Arbeitsfluids in dem Hauptkondensator verhindert.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Kältemittel vor dem Eintritt in den Vorkondensator auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht wird, welche ein Kondensieren wenigstens eines Teils des in dem Leckgasstrom enthaltenen Wassers gewährleistet.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Kältemittelstromes an dem Vorkondensator vorbeigeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Leckgasstromes an dem Hauptkondensator vorbeigeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Leckgas vor Eintritt in den Kondensator getrocknet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsfluidkondensat aus dem Vorkondensator und/oder dem Hauptkondensator in den Arbeitsprozess, aus welchem das Ar- beitsfluid stammt, zurückgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem zurückzuführenden Arbeitsfluid Wasser abgetrennt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das freiwerdende Kühlmittel in das Kühlmittelnetz beziehungsweise den Kühlmittelvorrat, aus dem es stammt, zurückgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel Stickstoff, Kohlendioxid, Luft, Helium, LPG, H2 oder O2 ist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Arbeitsfluid im Wesentlichen aus n-Pentan, Propan, Isopropan, Butan, Isobutan, Isopentan und/oder halogenisierten Kohlenwasserstoffen besteht.
13. Verfahren nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle von Stickstoff als Kältemittel und n-Pentan als Arbeitsfluid der Stickstoff vor dem Eintritt in den Hauptkondensator auf etwa -1200C vorerhitzt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoff vor dem Eintritt in den Vorkondensator auf etwa 00C erhitzt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Leckgases beim Austritt aus dem Vorkondensator auf etwa 5°C eingestellt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoff mit einem Druck von 8 bar(g) eingesetzt wird.
17. Anlage zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens zwei Kondensatoren (3, 4), welche bezüglich des Kältemittelstroms und des Leckgasstromes in Reihe geschaltet sind.
18. Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Kältemittelvorrat (1 ) und einem Hauptkondensator (3) eine Heizeinrichtung (2) für den Kältemittelstrom vorgesehen ist.
19. Anlage nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Hauptkondensator (3) und einem Vorkondensator (4) eine Heizeinrichtung (5) für den Kältemittelstrom vorgesehen ist.
20. Anlage nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass um einen Vorkondensator (4) eine Bypassleitung (7) für wenigstens einen vorzugsweise einstellbaren Teil des Kältemittelstroms vorgesehen ist.
21. Anlage nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass um einen Hauptkondensator (3) eine Bypassleitung für den Leckgasstrom vorgesehen ist.
22. Anlage nach einem der Ansprüche 17 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass dem Vorkondensator (4) und/oder dem Hauptkondensator (3) ein Separator (8) für das Abtrennen von Wasser aus dem Arbeitsfluidkondensat zugeordnet ist.
23. Anlage nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hauptkondensator (3) ein Differenzdruckanzeiger (9) zur Feststellung einer Blockade des Hauptkondensators (3) durch gefrorenes Wasser zugeordnet ist.
24. Anlage nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass sie in eine Gesamtanlage integriert ist, in welcher ein chemischer Prozess mit exotherm verlaufenden Reaktionen abläuft und die exotherme Wärme zum Beispiel durch einen Rankine-Prozess zurückgewonnen wird.
25. Anlage nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass sie in eine Gesamtanlage integriert ist, in welcher ein Netz beziehungsweise ein Vorrat an Flüssigstickstoff für verschiedenartige Stickstoffverbraucher zur Verfügung steht.
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