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Dokumentenidentifikation DE69615071T2 16.05.2002
EP-Veröffentlichungsnummer 0733390
Titel Verfahren und System zur kryogenen Dampfrückgewinnung
Anmelder The Boc Group, Inc., Murray Hill, N.J., US
Erfinder Lee, Ron C., Bloomsbury, New Jersey 08805, US;
Downey, Michael T., Bridgewater, New Jersey 08807, US;
Heil, Michael D., Hoboken, New Jersey 07030, US;
Barrasso, Michael J., Westfield, New Jersey 07090, US
Vertreter Fleuchaus & Gallo, 86152 Augsburg
DE-Aktenzeichen 69615071
Vertragsstaaten BE, DE, FR, GB, IE, IT, NL, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 19.03.1996
EP-Aktenzeichen 963018395
EP-Offenlegungsdatum 25.09.1996
EP date of grant 12.09.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.05.2002
IPC-Hauptklasse B01D 8/00
IPC-Nebenklasse B01D 5/00   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen kryogenen Dampfrückgewinnungsprozeß und ein System (eine Einrichtung) zum Abscheiden kondensierbarer Dämpfe aus einem Gasstrom durch Kondensation. Mehr im einzelnen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein solches Verfahren und eine Einrichtung, bei denen die Kühlung für die Kondensation durch ein kryogenes Kältemittel bereitgestellt und die dem Gasstrom durch das kryogene Kältemittel mitgeteilte Kühlung mindestens teilweise rückgewonnen wird (wobei zwei Kondensatoren phasenversetzt betrieben werden, so daß einer der Kondensatoren zugeschaltet ist und sich zum Kondensieren der Dämpfe aus dem Gasstrom in Betrieb befindet, während der andere Kondensator abgetrennt ist und abgetaut wird, bevor er wieder zugeschaltet wird.)

Kryogene Dampfrückgewinnungssysteme zum Abscheiden kondensierbarer Dämpfe, die in einem Gasstrom enthalten sind, sind bekannt. Ein Beispiel eines solchen Systems ist in der US 5 291 751 beschrieben, in welcher kondensierbare Dämpfe, die in einem Gasstrom enthalten sind, aus dem Gasstrom durch ein Hybridsystem abgeschieden werden. In diesem Hybridsystem passiert der Gasstrom durch eine oder mehrere mechanische Kühlstufen und wird dann in zwei kryogene Kühlstufen geleitet, die kryogene Wärmetauscher zum Kondensieren der kondensierbaren Dämpfe aus dem Gasstrom haben. Die beiden kryogenen Kühlstufen werden phasenversetzt betrieben, so daß, wenn ein Wärmetauscher vollständig mit festem Kondensat beladen ist, der Betrieb auf den anderen Wärmetauscher umgeschaltet wird und umgekehrt, damit jeweils einer der Wärmetauscher als Kondensator arbeitet, während der andere Wärmetauscher abgetaut wird. Die US 3 967 938 zeigt ein kryogenes Dampfrückgewinnungssystem, das speziell zum Kondensieren von Benzindämpfen aus einem Benzintank ausgelegt ist und Propan als Kältemittel verwendet.

Ein weiteres Beispiel eines kryogenen Dampfrückgewinnungssytems ist in der US 5 291 738 dargestellt, bei welcher der Gasstrom durch einen mechanischen Kühler, einen ökonomisierenden Wärmetauscher, einen Hauptkondensator, der mittels einer Flüssigstickstoffschleife gekühlt wird, und einen Nebelabscheider gelangt. Die dem Gasstrom durch die Stickstoffschleife mitgeteilte Kühlung wird mindestens teilweise in dem Rückgewinnungswärmetauscher zurückgewonnen, wo die Wärme indirekt zwischen dem Gasstrom, der in das System eintritt, und dem Gasstrom vor seinem Austritt aus dem System ausgetauscht wird. Der Hauptkondensator wird durch Rezirkulieren eines Teils des Gasstroms nach dem Erwärmen durch ein Heizgerät abgetaut. Da das Abtauen eine Systemabschaltung erfordert, müssten Zweifachsysteme zum Erreichen eines kontinuierlichen Betriebs benutzt werden. Die US 5 291 738 erkennt im Gegensatz zu den vorgenannten Patenten, daß dem Gasstrom Kühlung mitgeteilt wird und, wenn der Gasstrom nicht rezirkuliert wird, die Kühlleistung verloren ist. Da jedoch die Kühlung stromauf des Kondensators zurückgewonnen wird, kann ein Gefrieren der kondensierbaren Stoffe vor den Kondensatoren auftreten und ein Verstopfen des Systems bewirken. Die DE-A-36 34 612 beschreibt ein Verfahren zum Abscheiden kondensierbarer Dämpfe aus einem Gasstrom. Ein Kryogen wird zum Kühlen des den Kondensator verlassenden Kühlmittels benutzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein kryogenes Dampfrückgewinnungsverfahren und ein System zu schaffen, bei welchem Kühlung von dem zu verarbeitenden Gas mindestens teilweise in solcher Weise zurückgewonnen wird, daß das System ohne Verdoppelung des gesamten Systems für einen kontinuierlichen Betrieb ausgelegt werden kann, und wobei das Gefrieren der kondensierbaren Stoffe erst innerhalb von in Verbindung mit dem System benutzen Kondensatoren auftreten kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein kryogener Dampfrückgewinnungsprozeß zum Abscheiden kondensierbarer Dämpfe aus einem die Dämpfe enthaltenden Gasstrom vorgesehen, wobei das Verfahren umfasst:

Leiten eines Kühlmittelstroms durch einen Kreislauf, in welchem an einer ersten Stelle der Kühlmittelstrom die kondensierbaren Dämpfe aus dem Gasstrom durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Gasstrom kondensiert und dadurch einen gekühlten Gasstrom erzeugt, wobei der Kühlmittelstrom durch den Wärmeaustausch erwärmt wird, und in welchem an einer zweiten Stelle mindestens ein Teil des erwärmten Kühlmittelstroms durch indirekten Wärmeaustausch mit dem gekühlten Gasstrom rückgekühlt wird,

Verwenden eines Kryogenstroms zum Erzeugen von Kühlung für den Kühlmittelstrom,

dadurch gekennzeichnet, daß der Kryogenstrom mit mindestens einem Teil des rückgekühlten Kühlmittelstroms stromab der zweiten Stelle und stromauf der ersten Stelle kombiniert wird.

Der kryogene Strom kann aus einem flüssigen oder gasförmigen Kryogen bestehen oder ein Strom mit einem Gemisch aus flüssiger und gasförmiger Phase eines Kryogens sein.

Die Erfindung beinhaltet außerdem ein kryogenes Dampfrückgewinnungssystem zum Abscheiden von in den Gasstrom enthaltenen kondensierbaren Dämpfen aus dem Gasstrom, wobei das System aufweist:

Kondensationsmittel zum indirekten Wärmeaustausch des Gasstroms mit einem Kühlmittelstrom, um dadurch die kondensierbaren Dämpfe aus dem Gasstrom zu kondensieren und einen gekühlten Gasstrom und einen erwärmten Kühlmittelstrom zu erzeugen,

einen mit den Kondensationsmitteln verbundenen Sparwärmetauscher zum weiteren Wärmeaustausch von mindestens einem Teil des erwärmten Kühlmittelstroms zu dem gekühlten Gasstrom und dadurch zum Rückkühlen des Kühlmittelstroms,

Mittel zum Leiten des Kühlmittelstroms durch einen Kreislauf, der die Kondensationsmittel und den Sparwärmetauscher enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das System zusätzlich einen Einlaß in den Kreislauf für einen Kryogenstrom aufweist, der mit dem rückgekühlten Kühlmittelstrom zu kombinieren ist, wobei der Einlaß stromab des Sparwärmetauschers und stromauf der Kondensationsmittel angeordnet ist.

Die vorliegende Erfindung ist sehr geeignet zur Einbeziehung in die Konstruktion kryogener Dampfrückgewinnungssysteme, die eine Mehrzahl von Kondensatoren für kontinuierlichen Betrieb einsetzen, weil Kühlung in dem Kühlmittelstrom anstatt in dem zu verarbeitenden Gasstrom rückgewonnen wird. Darüberhinaus, weil die Kühlung stromab der Kondensatoren und dann im Kühlmittelstrom rückgewonnen wird, besteht keine Möglichkeit des vorzeitigen Gefrierens der kondensierbaren Stoffe stromauf der Kondensatoren.

Das Verfahren und die Einrichtung nach der Erfindung werden nun beispielshalber unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines kryogenen Dampfrückgewinnungssystems nach der Erfindung, und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform eines kryogenen Dampfrückgewinnungssystems nach der Erfindung.

Zum Bezeichnen gleicher Teile in den Fig. 1 und 2 werden die gleichen Bezugszeichen verwendet.

In Fig. 1 ist ein kryogenes Dampfrückgewinnungssystem 1 dargestellt, das zum Abscheiden kondensierbarer Dämpfe aus einem Gasstrom ausgelegt ist. Obwohl nicht dargestellt, könnte der Gasstrom durch einen mechanischen Kühler oder sonstige Kühlmittel vorgekühlt werden. Beispielsweise könnte eine Vorkühlung mit einem kalten Kältemittelgas bewirkt werden, das in dem kryogenen Dampfrückgewinnungssystem 1 eingesetzt wird. Das System 1 arbeitet mit einem zirkulierenden Kühlmittel, das aus der gasförmigen Phase des Kryogens besteht.

Der Gasstrom enthält stromauf der Behandlung im System 1 die kondesierbaren Dämpfe. Der unbehandelte Gasstrom tritt durch einen Systemeinlaß 10 in das System 1 ein und kann dann durch einen von zwei alternativen Strömungswegen 12 oder 14 strömen. Im Strömungsweg 12 strömt der Gasstrom durch einen Kondensator 16 und dann durch einen Sparwärmetauscher 18. Kondensierbarer Dampf wird aus dem Gasstrom im Kondensator 16 abgeschieden, und dem Gasstrom im Kondensator 16 mitgeteilte Kühlung wird mindestens teilweise im Sparwärmetauscher 18 zurückgewonnen. Wie man sieht, kann, weil kondensierbare Dämpfe im Kondensator 16 aus dem Gasstrom abgeschieden werden, nur ein Teil der Kühlung zurückgewonnen werden. Der Gasstrom, der nun durch Abscheiden der kondensierbaren Dämpfe behandelt ist, wird durch einen Systemauslaß 20 aus dem System 1 ausgeleitet. Im Strömungsweg 14 strömt der Gasstrom durch einen Kondensator 22 zum Auskondensieren von kondensierbaren Dämpfen und dann durch den Sparwärmetauscher 18 zur Kühlungsrückgewinnung. Danach wird der Gasstrom durch den Systemauslaß 20 aus dem System 1 ausgeleitet.

Wie man sieht, bilden je nach der Art des zu behandelnden Gasstroms ein Teil oder alle der kondensierbaren Dämpfe Eis auf den Kondensatoren 16 und 22. Allerdings werden in den meisten Anwendungen die kondensierbaren Dämpfe zum größeren Teil als Flüssigkeit kondensieren. Daher sind, obwohl nicht dargestellt, die Kondensatoren 16 und 22 mit einem Ablaufsystem ausgestattet. Es wird jedoch ein Punkt erreicht, an welchem jeder der beiden Kondensatoren 16 und 22 abgetaut werden muß, um den Betrieb fortsetzen zu können. Die oben erörterten alternativen Strömungswege ermöglichen einen kontinuierlichen Betrieb, in dem jeweils einer der beiden Kondensatoren 16 und 22 zugeschaltet bleibt, während der andere der beiden Kondensatoren 16 und 22 abgetrennt und abgetaut wird. Nach dem Abtauen des jeweils anderen der beiden Kondensatoren 16 und 22 wird der zuvor abgetrennte Kondensator zugeschaltet, während der zuvor zugeschaltete Kondensator abgetrennt und abgetaut wird.

Die Strömung durch die alternativen Strömungswege 12 und 14 wird durch Absperrsteuerventile 24 und 26 gesteuert. Wenn das Ventil 24 in der Offenstellung steht und das Ventil 26 in der Schließstellung steht, strömt der Gasstrom durch den Strömungsweg 12. Wenn das Ventil 26 in der Offenstellung steht und das Ventil 24 in der Schließstellung steht, strömt der Gasstrom durch den Strömungsweg 14. Die Ventile 24 und 26 sind vorzugsweise von der Bauart, die fernsteuerbar von automatischen Steuersystemen wie beispielsweise einem programmierbaren Regler, entweder digital oder analog, aktivierbar ist. Es ist natürlich auch möglich, das Verfahren nach der Erfindung unter Verwendung manuell betätigbarer Ventile anstelle der automatisch betätigten auszuführen. Sofern nichts anderes gesagt ist, sind alle Ventile hier Absperrventile, außer wo solche Ventile als Rückschlagventile zur Steuerung der Strömungsrichtung angedeutet sind.

Die Kondensation der kondensierbaren Dämpfe entweder im Kondensator 16 oder im Kondensator 22 wird durch einen Kühlmittelstrom bewirkt, der längs eines umkehrbaren Strömungskreislaufs mit einem Einlaß 28 und Ventilausstattung zum Einleiten des Kühlmittelstroms abwechselnd in den Kanal 30 des Kondensators 16 und in den Kanal 32 des Kondensators 22 strömt. Wenn der Kondensator 16 zugeschaltet ist, befindet sich das Ventil 34 in der Offenstellung und das Ventil 36 ist in der Schließstellung, mit dem Ergebnis, daß der Kühlmittelstrom durch den Kanal 30 des Kondensators 16 strömt und dadurch erwärmt wird. Rückschlagventile 40, 42, 44 und 46 wirken so miteinander zusammen, daß die Strömung eines Teils des erwärmten Kühlmittelstroms aus dem Kondensator 16 durch das Rückschlagventil 46 und ein Heizgerät 48 herkömmlicher Konstruktion, ein Rückschlagventil 44 und dann in den Kanal 32 des Kondensators 22 strömt. Der Kondensator 22 ist abgetrennt, und das erwärmte Kühlmittel dient zum Abtauen des Kondensators 22, wobei es seinerseits gekühlt wird. Wie noch mehr im einzelnen erörtert wird, ist ein Ventil 50 in die Offenstellung gesetzt, um einen Teil des restlichen Teils des erwärmten Kühlmittelstroms zum Sparwärmetauscher 18 zu leiten, und ein Druckminderventil 52 dient zum Entlüften eines weiteren Teils des verbleibenden Teils des erwärmten Kühlmittelstroms aus dem System 1. Wie ebenfalls noch im einzelnen erörtert wird, ist ein Ventil 54 in die Schließstellung gestellt, während ein Ventil 56 sich in der Offenstellung befindet, um den Teil des Kühlmittelstroms nach (das heißt stromab) seines Durchgangs durch den Kanal 32 des Kondensators 22 zu einem Ejektor 48 zu leiten, der nachstehend ebenfalls noch mehr im einzelnen beschrieben wird, und zwar zu Zwecken der Kälterückgewinnung.

Nachdem der Kondensator 22 abgetaut wurde und/oder nachdem der Kondensator 16 für den weiteren Betrieb ein Abtauen benötigt, wird das Ventil 34 in die Schließstellung und das Ventil 36 in die Offenstellung gestellt, um den Kühlmittelstrom in seiner Richtung umzukehren, so daß er nun durch den Kanal 32 des nunmehr zugeschalteten Kondensators 22 mit dem Ergebnis strömt, daß der Kondensator 22 gekühlt und der Kühlmittelstrom erwärmt wird. Das Kühlen des Kondensators 22 bewirkt ein Kondensieren/Gefrieren kondensierbarer Dämpfe aus dem Gasstrom. Ein Teil des erwärmten Kühlmittelstroms strömt vom Kondensator 22 durch das Rückschlagventil 42, das Heizgerät 48, das Rückschlagventil 40 und den Kanal 30 des nunmehr abgetrennten Kondensators 16. Der Kondensator wird folglich durch das erwärmte Kühlmittel abgetaut. Das Ventil 50 ist wieder für den oben erwähnten Zweck (Leiten eines Teils des erwärmten Kühlmittestroms zum Sparwärmetauscher 18) in die Offenstellung gestellt, und ein Druckminderventil 52 dient als Systementlüftung. Das Ventil 54 ist nun in die Offenstellung und das Ventil 56 in die Schließstellung gestellt, um den Teil des erwärmten Kühlmittelstroms nach seinem Durchgang durch den Kanal 30 des nun abgetrennten Kondensators 16 zum Ejektor 58 zu leiten.

Bei der dargestellten Ausführungsform braucht nur ein Teil des erwärmten Kühlmittelstroms eine Abtaufunktion zu leisten. Wie oben erwähnt, strömt ein weiterer Teil des verbleibenden erwärmten Kühlmittelstroms durch das Ventil 50 und von dort durch einen Kanal 57 im Sparwärmetauscher 18, wo es zum Rückgewinnen eines Teils der dem Gasstrom beim Hindurchleiten des Kühlmittelstroms durch den Kondensator 16 oder 22 mitgeteilten Kühlung gekühlt wird. Der andere verbleibende Teil des erwärmten Kühlmittelstroms wird durch das Druckminderventil 52 mit einem Massenströmungsdurchsatz entlüftet, der gleich dem Massenströmungsdurchsatz des in das Dampfrückgewinnungssystem 1 eintretenden flüssigen Ersatzkryogens ist.

Die Strömung des Kühlmittelstroms vom Kondensator 16 oder 22 während des Abtauens desselben wird mit dem Kühlmittelstrom vermischt, der im Sparwärmetauscher 18 stromauf des Ejektors 58 gekühlt worden ist. Das resultierende Gemisch kombiniert sich mit einem zuströmenden Kryogenstrom im Ejektor 58 zur Bildung des Kühlmittelstroms, der in den Einlaß 28 des oben beschriebenen umkehrbaren Strömungskreislaufs eingeleitet wird.

Das Ventil 50 kann anstelle eines Absperrventils ein Proportionalventil sein. In einem solchen Fall bewirkt das Schließen des Ventils 50, daß mehr erwärmtes Kühlmittel für Abtauzwecke eingesetzt wird, als im Sparwärmetauscher 18 für die Kälterückgewinnung eingesetzt wird. Die Ventile 54 und 56 können ebenfalls Proportionalventile sein, um gerade das Gleichgewicht zwischen der Strömung des erwärmten Kühlmittels zwischen den Kondensatoren 16 und 22 und dem Sparwärmetauscher 18 einzustellen.

Vor dem Umschalten zwischen Zuschalt- und Abtrennzustand des jeweiligen Kondensators 16 und 22 können beide Ventile 34 und 36 in Offenstellung und beide Ventile 54 und 56 in Schließstellung gestellt werden. Dies bewirkt, daß der Kühlmittelstrom in zwei Teile aufgeteilt wird. Wenn beispielsweise der Kondensator 16 zugeschaltet und der Kondensator 22 abgetrennt ist, wirkt der in de Kondensator 16 eintretende Teil weiter im Kondensationsbetrieb. Der in den Kondensator 22 eintretende Teil des Kühlmittelstroms 22 dient zum Vorkühlen, nachdem das Abtauen des Kondensators 22 gerade abgeschlossen ist. Die beiden Teile des Kühlmittelstroms bilden nach dem Durchgang durch die Kondensatoren 16 und 22 zwei teilweise erwärmte Kühlmittelströme, die durch die Rückschlagventile 46 und 42 strömen und sich danach kombinieren, um einen kombinierten erwärmten Kühlmittelstrom zu bilden, der teilweise zum Sparwärmetauscher 18 durch das Ventil 50 rezirkuliert wird, das sich im Offenzustand zu diesem Zweck befindet, und ein Teil wird durch das Ventil 52 entlüftet.

Der Ejektor 58 bewirkt eine Zirkulation des Kühlmittels wie oben beschrieben. Der Ejektor 58 hat einen Niederdruckeinlaß 60 für die kombinierten Kühlmittelströme. Ein Hochdruckeinlaß 62 ist zum Einleiten eins Kryogenstroms vorgesehen. Ein druckbeaufschlagter Flüssigkryogenstrom (zum Beispiel flüssiger Stickstoff) tritt durch ein Regelventil 63 in das System 1 ein. Dem ankommenden druckbeaufschlagten Flüssigkryogen kann über einen Rezirkulationswärmetauscher 64 Entalpie hinzugefügt werden, der zum indirekten Wärmeaustausch zwischen dem Flüssigkryogenstrom 62 und dem gekühlten Kühlmittelstrom dient, der vom Sparwärmetauscher 18 austritt. Das Ergebnis dieses Wärmeaustauschs liegt darin, daß der in den Hochdruckeinlaß 62 eintretende Kryogenstrom entweder eine Flüssigkeit, ein Gas oder ein Zweiphasengemisch aus Flüssigkeit und Gas sein kann. Die Enthalpiezunahme steigert die Zirkulationsarbeit, die vom zuströmenden Flüssigkryogen geleistet werden kann. Der Ejektor 58 hat eine Mischkammer 66, in welche der Kryogenstrom durch eine Venturidüse eingespritzt wird. Dies erzeugt einen Niederdruckbereich innerhalb der Mischkammer 66, um die kombinierten Kühlmittelströme mit dem Kryogenstrom mitzuziehen. Stromab der Druckrückgewinnung über einen Diffusorabschnitt 68 des Ejektors 58 wird der resultierende Kühlmittelstrom zum Einlaß 28 des umkehrbaren Kreislaufs ausgetragen.

Wie der Fachmann sieht, kann der Ejektor 58 durch irgendeine Venturiähnliche Einrichtung ersetzt werden, in welcher ein Kryogenstrom als Treibmittel zum Erzeugen eines Niederdruckbereichs zum Einsaugen der Kühlmittelströme dienen kann. Der Ejektor 58 kann auch ersetzt oder möglicherweise ergänzt werden durch eine Zirkulationspumpe mit einem Antriebsmotor zum zirkulieren des Kühlmittels und einem Rohrleitungs-T-Stück, das als Mischkammer dient. Der Vorteil des Ejektors 58 über die Zirkulationspumpe liegt in seinem einfachen Betrieb, wobei kein externer Leistungsverbrauch stattfindet, wie er bei einer Pumpe notwendig wäre. Des weiteren führt eine Pumpe fühlbare Wärme in das System ein.

Es könnten viele alternative Ausführungsformen entsprechend der Erfindung eingesetzt werden. Beispielsweise könnte je nach der Anwendung der vorliegenden Erfindung ein Heizgerät wie beispielsweise das Heizgerät 48 nicht notwendig sein. Außerdem könnte der gesamte erwärmte Kühlmittelstrom durch den Kondensator, der abzutauen ist, und dann zum Sparwärmetauscher 18 strömen. Bei jeder Ausführungsform könnte das Entlüften des Kühlmittels entweder stromauf oder stromab des Sparwärmetauschers 18 erfolgen. In Fig. 2 ist ein kryogenes Dampfrückgewinnungssystem 2 ohne Rückschlagventile dargestellt. In dem System 2 ist kein Vorkühlen der Kondenstoren und keine Rezirkulation von gekühltem Kühlmittel, das die Abtauaufgabe im Kondensator 16 oder Kondensator 22 ausgeführt hat, direkt in den Ejektor 58 möglich. Der Betrieb der Ventile 54 und 56 bewirkt, daß der gesamte erwärmte Kühlmittelstrom, nach dem er zum Abtauen eingesetzt wurde, in Richtung des Sparwärmetauschers geleitet wird. Ein Teil der Strömung des erwärmten Kühlmittelstrom wird durch das Druckminderventil 52a entlüftet, das zwischen den Kondensatoren 16 und 22 angeordnet ist. Ein Entlüften könnte auch entweder stromauf oder stromab des Sparwärmetauschers 18 erfolgen. Dies wäre weniger vorteilhaft als die dargestellte Platzierung der Entlüftung 52a. Die vorliegende Erfindung umfasst auch eine mögliche Ausführungsform, in der nur ein einziger Kondensator vorhanden ist. Bei einer solchen möglichen Ausführungsform müsste das System doppelt angeordnet sein, wenn ein kontinuierlicher Betrieb stattfinden soll.

Bei jeder Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, daß der Kühlmittelstrom durch vollständige Verdampfung des zuströmenden Kryogenersatzstroms hauptsächlich aus Dampf besteht, so daß keine Verdampfung in einen der Kondenstoren 16 und 22 stattfindet. Die Verwendung eines Kühlmittelstroms, eigentlich der aus Dampf besteht, ermöglicht eine engere Anpassung zwischen den Heiz- und Kühlkurven des Kühlmittels und des Prozessgases innerhalb der Kondensatoren 16 und 22. Diese Anpassung bewirkt Effizienz im Betrieb, die in eine bessere Kondensationseffizienz als bei herkömmlichen Systemen umgesetzt werden kann, bei denen zuströmender flüssiger Kryogen innerhalb der Kondensatoren verdampft. Diese Betriebsart die bei der vorliegenden Erfindung möglich ist, stellt einen noch weiteren Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik dar.


Anspruch[de]

1. Kryogener Dampfrückgewinnungsprozeß zum Abscheiden kondensierbarer Dämpfe aus einem die Dämpfe enthaltenden Gasstrom, wobei das Verfahren umfaßt:

Leiten eines Kühlmittelstroms durch einen Kreislauf, in welchem an einer ersten Stelle der Kühlmittelstrom die kondensierbaren Dämpfe aus dem Gasstrom durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Gasstrom kondensiert und dadurch einen gekühlten Gasstrom erzeugt, wobei der Kühlmittelstrom durch den Wärmeaustausch erwärmt wird, und in welchem an einer zweiten Stelle mindestens ein Teil des erwärmten Kühlmittelstroms durch indirekten Wärmeaustausch mit dem gekühlten Gasstrom rückgekühlt wird,

Verwenden eines Kryogenstroms zum Erzeugen von Kühlung für den Kühlmittelstrom,

dadurch gekennzeichnet, daß der Kryogenstrom mit mindestens einem Teil des rückgekühlten Kühlmittelstroms stromab der zweiten Stelle und stromauf der ersten Stelle kombiniert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kryogenstrom in einer Venturidüse einen Niederdruckbereich erzeugt, umso den Kühlmittelstrom in den Kryogenstrom hineinzuziehen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei

die Kondensation in zwei Kondensatoren durchgeführt wird und sich in den beiden Kondensatoren ein mindestens einen Teil der genannten kondensierbaren Dämpfe enthaltender Eisansatz bildet,

die beiden Kondensatoren entsprechend einem Zyklus betrieben werden, in welchem wechselweise jeder Kondensator zugeschaltet ist und die Kondensation bewirkt und der jeweils andere Kondensator abgetrennt ist und während seiner Abtrennung abgetaut wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei jeder Kondensator, während er abgetrennt ist, durch mindestens einen Teil des erwärmten Kühlmittelstroms abgetaut wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, das ferner das Erwärmen des genannten Teils des erwärmten Kühlmittelstroms stromauf des abgetrennten Kondensators umfaßt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei nach dem Abtauen des jeweils abgetrennten Kondensators ein Teil des rückgekühlten Kühlmittelstroms von stromab seiner.

Zusammenführung mit dem Kryogenstrom entnommen und zum Vorkühlen des abgetrennten Kondensators verwendet wird, wodurch der genannte Teil des rückgekühlten Kühlmittelstroms rückerwärmt wird, und wobei der so rückerwärmte Teil mit dem genannten erwärmten Kühlmittelstrom stromauf des zweiten Schritts kombiniert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei stromab des abgetauten abgetrennten Kondensators der Teil des erwärmten Kühlmittelstroms mit dem rückgekühlten Kühlmittelstroms kombiniert wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das zusätzlich das Entlüften von Kühlmittel aus dem Prozeß mit einem Massenströmungsdurchsatz umfaßt, der gleich demjenigen ist, mit welchem der Kryogenstrom in den Prozeß eintritt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kryogenstrom eine Flüssigkeit ist, die beim Kombinieren mit dem rückgekühlten Kühlmittelstrom verdampft wird.

10. System (1) zum Rückgewinnen von kryogenem Dampf zum Abscheiden von in einem Gasstrom enthaltenen kondensierbaren Dämpfen aus dem Gasstrom, wobei das System (1) aufweist:

Kondensationsmittel (16, 22) zum indirekten Wärmeaustausch des Gasstroms mit einem Kühlmittelstrom, um dadurch die kondensierbaren Dämpfe aus dem Gasstrom zu kondensieren und einen gekühlten Gasstrom und einen erwärmten Kühlmittelstrom zu erzeugen,

einen mit den Kondensationsmitteln (16, 22) verbundenen Sparwärmetauscher (18) zum weiteren Wärmeaustausch von mindestens einem Teil des erwärmten Kühlmittelstroms zu dem gekühlten Gasstrom und dadurch zum Rückkühlen des Kühlmittelstroms,

Mittel (58) zum Leiten des Kühlmittelstroms durch einen Kreislauf, der die Kondensationsmittel (16, 22) und den Sparwärmetauscher (18) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das System zusätzlich einen Einlaß (62) in den Kreislauf für einen Kryogenstrom aufweist, der mit dem rückgekühlten Kühlmittelstrom zu kombinieren ist, wobei der Einlaß (62) stromab des Sparwärmetauschers und stromauf der Kondensationsmittel angeordnet ist.

11. System zum Rückgewinnen von kryogenem Dampf nach Anspruch 10, wobei die Kondensationsmittel (16, 22) zwei Kondensatoren umfassen und das System des weiteren Ventilmittel (24, 26) aufweist, die zum wahlweisen Zuschalten und Abtrennen jedes Kondensators betätigbar sind.

12. System zum Rückgewinnen von kryogenem Dampf nach Anspruch 11, wobei die Ventilmittel (24, 26) so betätigbar sind, daß jeweils der rückgekühlte Kühlmittelstrom in einen der Kondensatoren (16, 22), der zugeschaltet ist, geleitet wird, und mindestens ein Teil des erwärmten Kühlmittelstroms durch den anderen Kondensator (16, 22), der abgetrennt ist, geleitet wird, und sie so diese Strömungswege schalten.

13. System zum Rückgewinnen von kyrogenem Dampf nach Anspruch 12, wobei der Strömungsweg durch den abgetrennten Kondensator durch einen Heizer (48) zum weiteren Erwärmen des genannten Teils des erwärmten Kühlmittelstroms verläuft.

14. System zur Rückgewinnung von kryogenem Dampf nach einem der Ansprüche 10 bis 13, das zusätzlich einen weiteren Wärmetauscher (64) zum Erwärmen des Kryogenstroms stromauf des Einlasses (62) durch indirekten Wärmeaustausch mit dem rück- gekühlten Kühlmittelstrom aufweist.

15. System zum Rückgewinnen von kryogenem Dampf nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei ein Ejektor (58) als Mittel zum Hindurchleiten des Kühlmittels zu wirken imstande ist und den Einlaß (62) aufweist.

16. System zum Rückgewinnen von kryogenem Dampf nach einem der Ansprüche 10 bis 15, das zusätzlich einen ventilgesteuerten (52, 52a) Auslaß zum Entlüften eines Teils des erwärmten Kühlmittelstroms aus dem System aufweist.







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