WO2010112539A2 - Verdichtersystem für eine prozessgasanlage mit wärmerückeinspeisung und die prozessgasanlage zur kohlenstoffdioxidgas-abscheidung - Google Patents

Verdichtersystem für eine prozessgasanlage mit wärmerückeinspeisung und die prozessgasanlage zur kohlenstoffdioxidgas-abscheidung Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a compressor system for a process gas system with heat recovery and the process gas system for carbon dioxide gas deposition with the compressor system.
  • the compression of the carbon dioxide gas is polytropic in the compressor and performs according to the
  • the compressor may be constructed from a plurality of compressor stages, wherein after the individual compressor stages, the carbon dioxide gas is cooled by means of a cooler. This can reduce the work required to drive the compressor.
  • heat is released from the carbon dioxide gas to a cooling medium.
  • cooling water is used as the cooling medium, which flows through the radiator in a cooling water circuit, wherein this temperature is removed for controlling the temperature of the cooling water.
  • Cooling water circuits provided with different temperature levels, wherein the cooling water circuit is provided with the higher temperature level for cooling the carbon dioxide gas immediately after exiting the compressor stage. For cooling the cooling water in this
  • Cooling water circuit for example, hot water can be heated.
  • the cooling water circuit with the lower temperature level is then used to further cool the carbon dioxide gas to a required temperature level, for example, for the occurrence of the
  • Carbon dioxide gas is suitable in a next stage compressor.
  • the radiator has a housing exposed to the carbon dioxide gas, in which two radiator packs are accommodated, one of the radiator packs being connected to the one cooling water circuit and the other radiator pack being connected to the other cooling water circuit.
  • the two cooler bundles are advantageously arranged side by side in the housing, wherein the diameter of the housing is large.
  • the design of the radiator bundles does not have a common cross section, so that an efficiency-optimized design of the radiator bundles is complicated.
  • cooling the carbon gas is usually below the dew point, so that water precipitates in the cooler.
  • the housing and the radiator packs are made of stainless steel, whereby the manufacturing cost of the radiator is high.
  • the use of stainless steel in the radiator on heat transfer surfaces is disadvantageous because the thermal conductivity of stainless steel is only conditionally high enough.
  • the object of the invention is to provide a compressor system for a process gas system with heat recovery and a process gas system for carbon dioxide gas separation with the compressor system, the process gas system has a high thermal efficiency and the compressor system is inexpensive to manufacture.
  • the compressor system according to the invention for a process gas plant with heat recovery has a compressor for compressing moist process gas having at least one compressor stage, and a
  • Process gas cooler unit which is connected downstream of the compressor stage for cooling the process gas and has at least a first and a second process gas cooler operated with a cooling medium, wherein the process gas cooler each having an individual, with the
  • Process gas acted upon process gas cooler shell having housed therein, acted upon with the cooling medium process gas cooler bundle, process gas side immediately connected in series and designed and operated with the cooling medium that from the process gas side upstream process gas cooler from the process gas a predetermined heat flow can be dissipated, whereby the thermodynamic state of Process gas is located between the process gas cooler in the dew point line, and arranged by means of the downstream
  • Process gas cooler the process gas is cooled to a predetermined temperature.
  • the dew point line is to be understood as the line in a pressure-enthalpy diagram for the process gas, which marks the thermodynamic states of the process gas at which the moisture in the process gas precipitates.
  • the process gas cooler bundles are accommodated in separate process gas cooler jackets, so that the process gas coolers are thermodynamically decoupled from one another.
  • each process gas cooler can advantageously be designed individually with regard to its material selection and its geometry, in particular taking into account the smallest possible diameter of the process gas cooler jackets. This results in a lower production cost and a reduced material usage for the process gas cooler.
  • the process gas is carbon dioxide
  • it is chemically aggressive as the moist process gas, as a result of which the materials for the process gas cooler bundles and the process gas cooler jackets are to be selected as corrosion-resistant.
  • stainless steel could come as a corrosion-resistant material in question.
  • an embodiment of the process gas cooler with stainless steel leads to increased production costs, so that the separation according to the invention of the process gas cooler is particularly advantageous.
  • the individual process gas jackets and the individual process gas coolers of different materials can be used, which are optimally selected in terms of corrosion resistance, strength, thermal conductivity and cost.
  • process gas coolers can be designed individually such that an optimized flow distribution can be established in the process gas cooler bundles, the narrowest cross section in the process gas cooler jackets being large. As a result, the pressure losses in the process gas cooler are advantageously reduced.
  • the process gas cooler arranged downstream is arranged to dissipate condensation heat of the water precipitating out of the process gas and to deposit it. Furthermore, it is preferred that the thermodynamic state of the process gas between the process gas coolers is located just before the dew point line.
  • the process gas coolers are preferred on their process gas cooler jackets with two Transfer pipes for the parallel conduction of process gas from the process gas side upstream process gas cooler connected to the downstream process gas cooler with each other.
  • at least one of the transfer tubes is preferably equipped with a compensator.
  • At least one of the process gas cooler bundles is arranged eccentrically in its process gas cooler jacket. Furthermore, it is preferred that at least one of the process gas cooler bundles is cuboidal and the
  • Carbon dioxide gas deposition with the compressor system includes a first coolant circuit configured to operate the process gas upstream process gas cooler and a second coolant circuit configured to operate the downstream process gas cooler, wherein the process gas is wet carbon dioxide gas and the first coolant loop is for reintroduction of heat in the process gas system is usable.
  • the process gas which exits the compressor stage, is cooled by the process gas side upstream process gas cooler. Because this process gas has reached its maximum temperature immediately after it leaves the compressor stage, the first coolant circuit can advantageously be operated at a high temperature level. This can re-feed the heat also take place at a high temperature level, whereby the reintroduction of the heat is efficient. For example, the reintroduction of heat may be used to heat a consumer water cycle.
  • the cooling medium is cooling water. It is preferred that in the first cooling water circuit in the inflow to the process gas side upstream process gas cooler, the temperature of the cooling water 40 0 C and in the outflow of the process gas side upstream process gas cooler is the temperature of the cooling water from 120 0 C to 160 0 C, wherein the temperature of the process gas at the process gas inlet of the process gas side upstream process gas cooler 140 0 C and 175 ° C.
  • the temperature of the cooling water 24 0 C and in the outflow of the process gas side process side downstream process gas cooler, the temperature of the cooling water 32 ° C, the temperature of the process gas at the process gas outlet of the process gas side downstream process gas cooler is 34 ° C.
  • Fig. 2 is a perspective view of the embodiment of the process gas cooler
  • a compressor system 1 has a compressor 2, which is provided for compressing process gas in a process gas system, the process gas being moist carbon dioxide.
  • the process gas enters the compressor 2 via a compressor inlet 3, is subjected to compression and exits in a compressed manner at a compressor outlet 4 from the compressor 2.
  • the compressor 2 is constructed as a multi-stage compressor and has a first to sixth compressor stage 5 to 10.
  • a first process gas cooler unit 11 is provided between the second compressor stage 6 and the third compressor stage 7
  • a second process gas cooler unit 12 is provided between the fourth compressor stage 8 and the fifth compressor stage 9 and a third process gas cooler unit 13 downstream of the sixth compressor stage 10 and upstream of the compressor outlet 4.
  • the process gas cooler units 11, 12, 13 are each formed by two process gas coolers 14 to 19, through which the process gas flows in succession.
  • the process gas coolers 14 to 19 each have an individual process gas cooler jacket 34 charged with the process gas and a process gas cooler bundle 35 accommodated therein with cooling water.
  • the process gas cooler bundles 35 of the process gas side upstream process gas cooler 14, 16, 18 are in a first cooling water circuit 28 and the process gas cooler bundles 35 of the process gas side downstream process gas cooler 15, 17, 19 are integrated into a second cooling water circuit 31.
  • the first cooling water circuit 28 is of a discharge line 29, of the cooling water of the
  • Process gas cooler bundles 35 of the process gas cooler 14, 16, 18 is discharged, and an inflow line 30 is formed, with the cooling water to the process gas cooler bundles 35 of Process gas cooler 14, 16, 18 is guided.
  • the second cooling water circuit 31 is formed by an outflow pipe 32 from which cooling water is discharged from the process gas cooler bundles 35 of the process gas coolers 15, 17, 19 and an inflow pipe 33 to which the cooling water flows
  • Process gas cooler bundles 35 of the process gas cooler 15, 17, 19 is guided.
  • the temperature level of the cooling water in the first cooling water circuit 28 is higher than the temperature level of the cooling water in the second cooling water circuit 31, the temperature of the cooling water in the inflow line 30 of the first cooling water circuit 29 40 0 C and the temperature of the cooling water in the inflow line 33 of the second cooling water circuit 31 24 24 ° C is.
  • the process gas has on
  • Process gas cooler unit 12 a temperature of 149 ° C and at the outlet of the sixth compressor stage 10 and thus at the inlet 26 of the first process gas cooler 18 of the third process gas cooler unit 13 a temperature of 140 0 C.
  • the first process gas cooler 14 of the first process gas cooler unit 11, as well as the first process gas cooler 16 of the second process gas cooler unit 12 and the first process gas cooler 18 of the third process gas cooler unit 13, are designed such that a heat flow is discharged from the process gas, whereby the thermodynamic state of the process gas 21 between the process gas coolers 14, 15, as well as between the process gas cooler 16 , 17 and 27 between the process gas cooler 18, 19, located in the dew point line.
  • FIGS. 2 and 3 representative of the process gas cooler units 12, 13 and 14, the process gas cooler unit 12 is shown.
  • the process gas cooler bundle 35 is of cuboid design and arranged in the hollow-cylindrical process gas cooler jacket 34.
  • the longitudinal central axis of the process gas cooler jacket 34 is arranged offset in parallel from the longitudinal central axis of the process cooler bundle 35, so that the process cooler bundle 35 is arranged off-center in the process cooler jacket 34.
  • the process gas cooler jacket 34 is arranged horizontally, wherein the process gas cooler jacket 35 is arranged tilted about the longitudinal axis of the process gas cooler jacket 34 and thus to the horizontal.
  • the process gas cooler jacket 34 of the first process gas cooler 14 and the process gas cooler jacket 34 of the second process gas cooler 15 are formed with two transfer tubes 36 which form the process gas side transfer point 21 from the first process gas cooler 14 to the second process gas cooler 15.
  • the transfer tube 36 is arranged horizontally and the inlet 23 and the outlet 25 are arranged vertically.
  • the process gas cooler bundles 35 are tilted about the longitudinal axis of the process gas cooler jacket 34 for the process gas flow through the inlet 23, the transfer tube 36 and the outlet 25.

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Abstract

Das erfindungsgemäße Verdichtersystem für eine Prozessgasanlage mit Wärmerückeinspeisung weist einen Verdichter zum Verdichten von feuchtem Prozessgas, der mindestens eine Verdichterstufe aufweist, und eine Prozessgaskühlereinheit auf, die zum Kühlen des Prozessgases stromab der Verdichterstufe geschaltet ist und mindestens einen ersten und einen zweiten mit einem Kühlmedium betriebenen Prozessgaskühler aufweist, wobei die Prozessgaskühler jeweils einen individuellen, mit dem Prozessgas beaufschlagten Prozessgaskühlermantel mit einem darin untergebrachten, mit dem Kühlmedium beaufschlagten Prozessgaskühlerbündel aufweisen, prozessgasseitig unmittelbar hintereinander geschaltet sowie derart ausgelegt und mit dem Kühlmedium betreibbar sind, dass von dem prozessgasseitig stromauf angeordneten Prozessgaskühler von dem Prozessgas ein vorherbestimmter Wärmestrom abführbar ist, wodurch der thermodynamische Zustand des Prozessgases zwischen den Prozessgaskühlern im Bereich der Taupunktlinie angesiedelt ist, und mittels des prozessgasseitig stromab angeordneten Prozessgaskühlers das Prozessgas auf eine vorherbestimmte Temperatur kühlbar ist. Unter der Taupunktlinie ist die Linie in einem Druck-Enthalpie-Diagramm für das Prozessgas zu verstehen, die die thermodynamischen Zustände des Prozessgases markiert, bei denen in dem Prozessgas die Feuchtigkeit ausfällt.

Description

Beschreibung
Verdichtersystem für eine Prozessgasanlage mit Wärmerückeinspeisung und die Prozessgasanlage zur Kohlenstoffdioxidgas-Abscheidung
Die Erfindung betrifft ein Verdichtersystem für eine Prozessgasanlage mit Wärmerückeinspeisung und die Prozessgasanlage zur Kohlenstoffdioxidgas-Abscheidung mit dem Verdichtersystem.
Bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen fällt als Abgas insbesondere Kohlenstoffdioxidgas an, das als die Umwelt belastend anzusehen ist, wenn das Kohlenstoffdioxidgas in die Atmosphäre abgegeben wird. Insbesondere stößt ein fossiles Kraftwerk beträchtliche Mengen an Kohlenstoffdioxidgas aus, die es zu reduzieren gilt. Hierfür ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Kohlenstoffdioxidgas-Emission des Kraftwerks aus dem Abgas abgetrennt, verdichtet und unterirdisch gespeichert wird. Zur Abtrennung des Kohlenstoffdioxidgases aus dem Abgas ist eine Kohlenstoffdioxidgas-Abscheidungsanlage bekannt, die zur Verdichtung des Kohlenstoffdioxidgases eine Verdichtereinheit aufweist. Die Verdichtereinheit weist einen Verdichter mit einer Mehrzahl an Verdichterstufen auf, mit denen das Kohlenstoffdioxidgas stufenweise verdichtet wird. In der Regel ist das Kohlenstoffgas feucht, da bei der Verbrennung der fosilen Brennstoffe Wasser entsteht.
Die Verdichtung des Kohlenstoffdioxidgases verläuft im Verdichter polytrop und führt entsprechend dem
Druckverhältnis des Verdichters zu einer Temperaturerhöhung des Kohlenstoffdioxidgases . Der Verdichter kann aus einer Mehrzahl an Verdichterstufen aufgebaut ein, wobei nach den einzelnen Verdichterstufen das Kohlenstoffdioxidgas mittels eines Kühlers gekühlt wird. Dadurch kann die zum Antreiben des Verdichters notwendige Arbeit reduziert werden. In dem Kühler wird Wärme von dem Kohlenstoffdioxidgas an ein Kühlmedium abgegeben. Herkömmlich wird als das Kühlmedium Kühlwasser verwendet, das in einem Kühlwasserkreislauf den Kühler durchströmt, wobei zum Temperieren des Kühlwassers dieser Wärme entzogen wird. Zur Steigerung des thermischen
Wirkungsgrads der Kohlenstoffdioxidgas-Abscheidungsanlage ist es vorteilhaft die von dem Kühlwasser abgeführte Wärme an einer geeigneten Stelle dem Prozess der Kohlenstoffdioxidgas- Abscheidungsanlage zuzuführen. Beispielsweise sind in der Kohlenstoffdioxidgas-Abscheidungsanlage zwei
Kühlwasserkreisläufe mit unterschiedlichen Temperaturniveaus vorgesehen, wobei der Kühlwasserkreislauf mit dem höheren Temperaturniveau zum Kühlen des Kohlenstoffdioxidgases unmittelbar nach dem Austritt aus der Verdichterstufe vorgesehen ist. Zum Kühlen des Kühlwassers in diesem
Kühlwasserkreislauf kann beispielsweise Brauchwasser erwärmt werden. Der Kühlwasserkreislauf mit dem niedrigeren Temperaturniveau wird dann zum weiteren Kühlen des Kohlenstoffdioxidgases auf ein gefordertes Temperaturniveau verwendet, das beispielsweise für den Eintritt des
Kohlenstoffdioxidgases in eine nächste Verdichterstufe geeignet ist.
Herkömmlich weist der Kühler ein mit dem Kohlenstoffdioxidgas beaufschlagtes Gehäuse auf, in dem zwei Kühlerbündel untergebracht sind, wobei eines der Kühlerbündel an dem einen Kühlwasserkreislauf und das andere Kühlerbündel an dem anderen Kühlwasserkreislauf angeschlossen ist. Die beiden Kühlerbündel sind vorteilhaft nebeneinander in dem Gehäuse angeordnet, wobei der Durchmesser des Gehäuses groß ist.
Dadurch haben die Kühlerbündel konstruktionsbedingt keinen gemeinsamen Querschnitt, so dass eine wirkungsgradoptimierte Auslegung der Kühlerbündel kompliziert ist. Beim Kühlen des Kohlenstoffgases wird in der Regel der Taupunkt unterschritten, so dass Wasser in dem Kühler ausfällt.
Deshalb sind aus Gründen der Korrosionsbeständigkeit das Gehäuse und die Kühlerbündel aus Edelstahl ausgeführt, wodurch die Herstellungskosten für den Kühler hoch sind. Außerdem ist der Einsatz von Edelstahl in dem Kühler an Wärmeübergangsflächen nachteilig, da die Wärmeleitfähigkeit von Edelstahl nur bedingt ausreichend hoch ist.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Verdichtersystem für eine Prozessgasanlage mit Wärmerückeinspeisung und eine Prozessgasanlage zur Kohlenstoffdioxidgas-Abscheidung mit dem Verdichtersystem zu schaffen, wobei die Prozessgasanlage einen hohen thermischen Wirkungsgrad hat und das Verdichtersystem kostengünstig in der Herstellung ist.
Das erfindungsgemäße Verdichtersystem für eine Prozessgasanlage mit Wärmerückeinspeisung weist einen Verdichter zum Verdichten von feuchtem Prozessgas, der mindestens eine Verdichterstufe aufweist, und eine
Prozessgaskühlereinheit auf, die zum Kühlen des Prozessgases stromab der Verdichterstufe geschaltet ist und mindestens einen ersten und einen zweiten mit einem Kühlmedium betriebenen Prozessgaskühler aufweist, wobei die Prozessgaskühler jeweils einen individuellen, mit dem
Prozessgas beaufschlagten Prozessgaskühlermantel mit einem darin untergebrachten, mit dem Kühlmedium beaufschlagten Prozessgaskühlerbündel aufweisen, prozessgasseitig unmittelbar hintereinander geschaltet sowie derart ausgelegt und mit dem Kühlmedium betreibbar sind, dass von dem prozessgasseitig stromauf angeordneten Prozessgaskühler von dem Prozessgas ein vorherbestimmter Wärmestrom abführbar ist, wodurch der thermodynamische Zustand des Prozessgases zwischen den Prozessgaskühlern im Bereich der Taupunktlinie angesiedelt ist, und mittels des stromab angeordneten
Prozessgaskühlers das Prozessgas auf eine vorherbestimmte Temperatur kühlbar ist. Unter der Taupunktlinie ist die Linie in einem Druck-Enthalpie-Diagramm für das Prozessgas zu verstehen, die die thermodynamischen Zustände des Prozessgases markiert, bei denen in dem Prozessgas die Feuchtigkeit ausfällt. Erfindungsgemäß sind die Prozessgaskühlerbündel in separaten Prozessgaskühlermäntel untergebracht, so dass die Prozessgaskühler voneinander thermodynamisch entkoppelt sind. Dadurch kann jeder Prozessgaskühler hinsichtlich seiner Werkstoffauswahl und seiner Geometrie vorteilhaft individuell ausgelegt werden, insbesondere unter Berücksichtigung eines möglichst kleinen Durchmessers der Prozessgaskühlermäntel. Daraus resultiert ein geringerer Fertigungsaufwand und ein reduzierter Materialeinsatz für die Prozessgaskühler.
Ist beispielsweise das Prozessgas Kohlenstoffdioxid, so ist es als das feuchte Prozessgas chemisch aggressiv, wodurch die Werkstoffe für die Prozessgaskühlerbündel und die Prozessgaskühlermäntel als korrosionsbeständig auszuwählen sind. Insbesondere könnte Edelstahl als korrosionsbeständiger Werkstoff in Frage kommen. Allerdings führt eine Ausführung der Prozessgaskühler mit Edelstahl zu erhöhten Herstellungskosten, so dass die erfindungsgemäße Separation der Prozessgaskühler besonders vorteilhaft ist. Außerdem können für die einzelnen Prozessgasmäntel und die einzelnen Prozessgaskühler verschiedener Werkstoffe verwendet werden, die hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Kosten optimal ausgewählt sind.
Ferner können die Prozessgaskühler individuell derart ausgelegt werden, dass in den Prozessgaskühlerbündeln sich eine optimierte Strömungsverteilung einstellen kann, wobei der engste Querschnitt in den Prozessgaskühlermänteln groß ist. Dadurch sind vorteilhaft die Druckverluste in den Prozessgaskühlern reduziert.
Bevorzugtermaßen ist der stromab angeordnete Prozessgaskühler eingerichtet Kondensationswärme des aus dem Prozessgas ausfallenden Wassers abzuführen und dieses abzuscheiden. Ferner ist es bevorzugt, dass der thermodynamische Zustand des Prozessgases zwischen den Prozessgaskühlern kurz vor der Taupunktlinie angesiedelt ist. Die Prozessgaskühler sind bevorzugt an ihren Prozessgaskühlermänteln mit zwei Überleitungsrohren zum parallelen Leiten von Prozessgas von dem prozessgasseitig stromauf angeordneten Prozessgaskühler zu dem stromab angeordneten Prozessgaskühler miteinander verschaltet. Dabei ist bevorzugt mindestens eines der Überleitungsrohre mit einem Kompensator ausgestattet.
Bevorzugt ist mindestens eines der Prozessgaskühlerbündel in seinem Prozessgaskühlermantel außermittig angeordnet. Ferner ist es bevorzugt, dass mindestens eines der Prozessgaskühlerbündel quaderförmig und der
Prozessgaskühlermantel hohlzylinderförmig konstruiert sind sowie das Prozessgaskühlerbündel um die Längsachse des Prozessgaskühlermantels zur Prozessgaszuströmung und/oder zur Prozessgasabströmung in dem Prozessgaskühlermantel gekippt angeordnet ist. Dadurch ist vorteilhaft eine Vergrößerung des Eintrittsquerschnitts und des Austrittsquerschnitts des betroffenen Prozessgaskühlers erreicht, wodurch der prozessseitige Druckverlust in dem Prozessgaskühler verringert ist.
Die erfindungsgemäße Prozessgasanlage zur
Kohlenstoffdioxidgas-Abscheidung mit dem Verdichtersystem weist einen ersten Kühlmittelkreislauf, der zum Betrieben des prozessgasseitig stromauf angeordneten Prozessgaskühler eingerichtet ist, und einen zweiten Kühlmittelkreislauf auf, der zum Betrieben des stromab angeordneten Prozessgaskühler eingerichtet ist, wobei das Prozessgas feuchtes Kohlenstoffdioxidgas ist und der erste Kühlmittelkreislauf zur Wiedereinspeisung von Wärme in die Prozessgasanlage verwendbar ist.
Das Prozessgas, das von der Verdichterstufe austritt, wird von dem prozessgasseitig stromauf angeordneten Prozessgaskühler gekühlt. Dadurch, dass dieses Prozessgas unmittelbar nach seinem Austritt aus der Verdichterstufe seine maximale Temperatur erreicht hat, ist vorteilhaft der erste Kühlmittelkreislauf bei einem hohen Temperaturniveau betreibbar. Dadurch kann die Wiedereinspeisung der Wärme ebenfalls bei einem hohen Temperaturniveau stattfinden, wodurch die Wiedereinspeisung der Wärme effizient ist. Beispielsweise kann die Wiedereinspeisung der Wärme zum Erwärmen eines Verbraucherwasserkreislaufs verwendet werden.
Bevorzugt ist das Kühlmedium Kühlwasser. Dabei ist es bevorzugt, dass in dem ersten Kühlwasserkreislauf in der Zuströmung zu dem prozessgasseitig stromauf angeordneten Prozessgaskühler die Temperatur des Kühlwassers 400C und in der Abströmung von dem prozessgasseitig stromauf angeordneten Prozessgaskühler die Temperatur des Kühlwassers von 1200C bis 1600C beträgt, wobei die Temperatur des Prozessgases am Prozessgaseintritt des prozessgasseitig stromauf angeordneten Prozessgaskühlers 1400C und 175°C beträgt. Ferner beträgt in dem zweiten Kühlwasserkreislauf in der Zuströmung zu dem prozessgasseitig stromab angeordneten Prozessgaskühler die Temperatur des Kühlwassers 240C und in der Abströmung von dem prozessgasseitig prozessseitig stromab angeordneten Prozessgaskühler die Temperatur des Kühlwassers 32°C, wobei die Temperatur des Prozessgases am Prozessgasaustritt des prozessgasseitig stromab angeordneten Prozessgaskühlers 34°C beträgt .
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verdichtersystems und einer erfindungsgemäßen Prozessgaskühlereinheit anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Schemadarstellung der Ausführungsform des Verdichtersystems,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform des Prozessgaskühlers und
Fig. 3 eine Querschnittsansicht der Ausführungsform des Prozessgaskühlers aus Fig. 2. Wie es aus Fig. 1 ersichtlich ist weist ein Verdichtersystem 1 einen Verdichter 2 auf, der zum Verdichten von Prozessgas in einer Prozessgasanlage vorgesehen ist, wobei das Prozessgas feuchtes Kohlenstoffdioxid ist. Das Prozessgas tritt via einen Verdichtereintritt 3 in den Verdichter 2 ein, wird der Verdichtung unterzogen und tritt verdichtet an einem Verdichteraustritt 4 aus dem Verdichter 2 aus.
Der Verdichter 2 ist als ein mehrstufiger Verdichter aufgebaut und weist eine erste bis sechste Verdichterstufe 5 bis 10 auf. Zur Zwischenkühlung sind zwischen der zweiten Verdichterstufe 6 und der dritten Verdichterstufe 7 eine erste Prozessgaskühlereinheit 11, zwischen der vierten Verdichterstufe 8 und der fünften Verdichterstufe 9 eine zweite Prozessgaskühlereinheit 12 sowie stromab der sechsten Verdichterstufe 10 und stromauf des Verdichteraustritts 4 eine dritte Prozessgaskühlereinheit 13 vorgesehen. Somit ist nach jeweils zwei Verdichterstufen 5, 6 bzw. 7, 8 bzw. 9, 10 die entsprechende Prozessgaskühlereinheit 11 bzw. 12 bzw. 13 vorgesehen.
Die Prozessgaskühlereinheiten 11, 12, 13 sind gebildet von jeweils zwei Prozessgaskühler 14 bis 19, die von dem Prozessgas hintereinander durchströmt werden. Die Prozessgaskühler 14 bis 19 weisen jeweils einen individuellen, mit dem Prozessgas beaufschlagten Prozessgaskühlermantel 34 und ein darin untergebrachtes, mit Kühlwasser beaufschlagtes Prozessgaskühlerbündel 35 auf. Die Prozessgaskühlerbündel 35 der prozessgasseitig stromauf angeordneten Prozessgaskühler 14, 16, 18 sind in einem ersten Kühlwasserkreislauf 28 und die Prozessgaskühlerbündel 35 der prozessgasseitig stromab angeordneten Prozessgaskühler 15, 17, 19 sind in einem zweiten Kühlwasserkreislauf 31 integriert. Der erste Kühlwasserkreislauf 28 ist von einer Abströmleitung 29, von der Kühlwasser von den
Prozessgaskühlerbündeln 35 der Prozessgaskühler 14, 16, 18 abgeführt wird, und einer Zuströmleitung 30 gebildet, mit der Kühlwasser zu den Prozessgaskühlerbündeln 35 der Prozessgaskühler 14, 16, 18 hingeführt wird. Der zweite Kühlwasserkreislauf 31 ist von einer Abströmleitung 32, von der Kühlwasser von den Prozessgaskühlerbündeln 35 der Prozessgaskühler 15, 17, 19 abgeführt wird, und einer Zuströmleitung 33 gebildet, mit der Kühlwasser zu den
Prozessgaskühlerbündeln 35 der Prozessgaskühler 15, 17, 19 hingeführt wird. Das Temperaturniveau des Kühlwassers im ersten Kühlwasserkreislauf 28 ist höher als das Temperaturniveau des Kühlwassers im zweiten Kühlwasserkreislauf 31, wobei die Temperatur des Kühlwassers in der Zuströmleitung 30 des ersten Kühlwasserkreislaufs 29 400C und die Temperatur des Kühlwassers in der Zuströmleitung 33 des zweiten Kühlwasserkreislaufs 31 24°C beträgt.
Beim Betrieb des Verdichtersystems 1 hat das Prozessgas am
Austritt der zweiten Verdichterstufe 6 und somit am Eintritt 20 des ersten Prozessgaskühlers 14 der ersten Prozessgaskühlereinheit 11 eine Temperatur von 175°C, am Austritt der vierten Verdichterstufe 8 und somit am Eintritt 23 des ersten Prozessgaskühlers 16 der zweiten
Prozessgaskühlereinheit 12 eine Temperatur von 149°C und am Austritt der sechsten Verdichterstufe 10 und somit am Eintritt 26 des ersten Prozessgaskühlers 18 der dritten Prozessgaskühlereinheit 13 eine Temperatur von 1400C. Der erste Prozessgaskühler 14 der ersten Prozessgaskühlereinheit 11, genau so wie der erste Prozessgaskühler 16 der zweiten Prozessgaskühlereinheit 12 und der erste Prozessgaskühler 18 der dritten Prozessgaskühlereinheit 13, sind derart ausgelegt, dass von dem Prozessgas ein Wärmestrom abgeführt wird, wodurch der thermodynamische Zustand des Prozessgases zwischen 21 den Prozessgaskühlern 14, 15, genau so wie zwischen 24 den Prozessgaskühlern 16, 17 und zwischen 27 den Prozessgaskühlern 18, 19, im Bereich der Taupunktlinie angesiedelt ist. Der Prozessgaskühler 15 der ersten Prozessgaskühlereinheit 11, genau so wie der zweite
Prozessgaskühler 17 der zweiten Prozessgaskühlereinheit 12 und der zweite Prozessgaskühler 19 der dritten Prozessgaskühlereinheit 13, kühlt das das Prozessgas auf 34°C. Dabei wird das Kühlwasser in dem ersten
Kühlwasserkreislauf 28 in der Abströmleitung 29 auf 1200C bis 140°C und in dem zweiten Kühlwasserkreislauf 31 in der Abströmleitung 32 auf 32°C erwärmt.
In Fig. 2 und 3 ist stellvertretend für die Prozessgaskühlereinheiten 12, 13 und 14 die Prozessgaskühlereinheit 12 gezeigt.
Das Prozessgaskühlerbündel 35 ist quaderförmig ausgebildet und in dem hohlzylindrischen Prozessgaskühlermantel 34 angeordnet. Die Längsmittelachse des Prozessgaskühlermantels 34 ist von der Längsmittelachse des Prozesskühlerbündels 35 parallel versetzt angeordnet, so dass das Prozesskühlerbündel 35 in dem Prozesskühlermantel 34 außermittig angeordnet ist. In Fig. 2 und 3 ist der Prozessgaskühlermantel 34 horizontal liegend angeordnet, wobei der Prozessgaskühlermantel 35 um die Längsachse des Prozessgaskühlermantels 34 und somit zur Horizontale gekippt angeordnet ist. Der Prozessgaskühlermantel 34 des ersten Prozessgaskühlers 14 und der Prozessgaskühlermantel 34 des zweiten Prozessgaskühlers 15 sind mit zwei Überleitungsrohre 36 gebildet, die die prozessgasseitige Überleitungsstelle 21 von dem ersten Prozessgaskühler 14 zu dem zweiten Prozessgaskühler 15 bilden. Das Überleitungsrohr 36 ist horizontal angeordnet sowie der Eintritt 23 und der Austritt 25 sind vertikal verlaufend angeordnet. Dadurch sind die Prozessgaskühlerbündel 35 um die Längsachse des Prozessgaskühlermantels 34 zur Prozessgasströmung durch den Eintritt 23, das Überleitungsrohr 36 und den Austritt 25 gekippt angeordnet.

Claims

Patentansprüche
1. Verdichtersystem für eine Prozessgasanlage mit Wärmerückeinspeisung, mit einem Verdichter (2) zum Verdichten von feuchtem Prozessgas, der mindestens eine Verdichterstufe (6) aufweist, und einer Prozessgaskühlereinheit (11), die zum Kühlen des Prozessgases stromab der Verdichterstufe (6) geschaltet ist und mindestens einen ersten (14) und einen zweiten (15) mit einem Kühlmedium betriebenen Prozessgaskühler aufweist, wobei die Prozessgaskühler (14, 15) jeweils einen individuellen, mit dem Prozessgas beaufschlagten Prozessgaskühlermantel (34) mit einem darin untergebrachten, mit dem Kühlmedium beaufschlagten Prozessgaskühlerbündel (35) aufweisen, prozessgasseitig unmittelbar hintereinander geschaltet sowie derart ausgelegt und mit dem Kühlmedium betreibbar sind, dass von dem prozessgasseitig stromauf angeordneten Prozessgaskühler (14) von dem Prozessgas ein vorherbestimmter Wärmestrom abführbar ist, wodurch der thermodynamische Zustand des Prozessgases zwischen (21) den Prozessgaskühlern (14, 15) im Bereich der Taupunktlinie angesiedelt ist, und mittels des prozessgasseitig stromab angeordneten Prozessgaskühlers (15) das Prozessgas auf eine vorherbestimmte Temperatur kühlbar ist .
2. Verdichtersystem gemäß Anspruch 1, wobei der stromab angeordnete Prozessgaskühler (15) eingerichtet ist Kondensationswärme des aus dem Prozessgas ausfallenden Wassers abzuführen und dieses abzuscheiden.
3. Verdichtersystem gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der thermodynamische Zustand des Prozessgases zwischen (21) den Prozessgaskühlern (14, 15) kurz vor der Taupunktlinie angesiedelt ist.
4. Verdichtersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Prozessgaskühler (14, 15) an ihren Prozessgaskühlermänteln (34) mit zwei Überleitungsrohren (36) zum parallelen Leiten von Prozessgas von dem prozessgasseitig stromauf angeordneten Prozessgaskühler (14) zu dem prozessgasseitig stromab angeordneten Prozessgaskühler (15) miteinander verschaltet sind.
5. Verdichtersystem gemäß Anspruch 4, wobei mindestens eines der Überleitungsrohre (36) mit einem Kompensator ausgestattet ist .
6. Verdichtersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mindestens eines der Prozessgaskühlerbündel (35) in seinem Prozessgaskühlermantel (35) außermittig angeordnet ist.
7. Verdichtersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei mindestens eines der Prozessgaskühlerbündel (35) quaderförmig und der Prozessgaskühlermantel (34) hohlzylinderförmig konstruiert sind sowie das Prozessgaskühlerbündel (35) um die Längsachse des Prozessgaskühlermantels (34) zur Prozessgaszuströmung und/oder zur Prozessgasabströmung in dem Prozessgaskühlermantel (35) gekippt angeordnet ist.
8. Prozessgasanlage zur Kohlenstoffdioxidgas-Abscheidung mit einem Verdichtersystem (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem ersten Kühlmittelkreislauf (28), der zum Betrieben des prozessgasseitig stromauf angeordneten Prozessgaskühlers (14) eingerichtet ist, und einem zweiten Kühlmittelkreislauf (32), der zum Betrieben des prozessgasseitig stromab angeordneten Prozessgaskühlers (15) eingerichtet ist, wobei das Prozessgas feuchtes Kohlenstoffdioxidgas ist und der erste Kühlmittelkreislauf (28) zur Wiedereinspeisung von Wärme in die Prozessgasanlage verwendbar ist.
9. Prozessgasanlage gemäß Anspruch 8, wobei das Kühlmedium Kühlwasser ist.
10. Prozessgasanlage gemäß Anspruch 9, wobei in dem ersten Kühlwasserkreislauf (28) in der Zuströmung (30) zu dem prozessgasseitig stromauf angeordneten Prozessgaskühler (14) die Temperatur des Kühlwassers 400C und in der Abströmung (29) von dem prozessgasseitig stromauf angeordneten Prozessgaskühler (14) die Temperatur des Kühlwassers von 1200C bis 1600C beträgt, wobei die Temperatur des Prozessgases am Prozessgaseintritt (20) des prozessgasseitig stromauf angeordneten Prozessgaskühlers (14) zwischen 1400C und 175°C beträgt.
11. Prozessgasanlage gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei in dem zweiten Kühlwasserkreislauf (31) in der Zuströmung (32) zu dem prozessgasseitig stromab angeordneten Prozessgaskühler (15) die Temperatur des Kühlwassers 24°C und in der Abströmung (22) von dem prozessgasseitig stromab angeordneten Prozessgaskühler (15) die Temperatur des Kühlwassers 32°C beträgt, wobei die Temperatur des Prozessgases am
Prozessgasaustritt (22) des prozessgasseitig stromab angeordneten Prozessgaskühlers (15) 34°C beträgt.
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