DE2547034A1

DE2547034A1 - Verfahren zur indirekten kuehlung von heissen gasen, insbesondere koksofengasen

Info

Publication number: DE2547034A1
Application number: DE19752547034
Authority: DE
Inventors: Kurt Tippmer
Original assignee: Carl Still GmbH and Co KG
Current assignee: Carl Still GmbH and Co KG
Priority date: 1975-10-21
Filing date: 1975-10-21
Publication date: 1977-04-28
Also published as: FR2328932A1; FR2328932B1; US4045970A; DE2547034C2; GB1532079A; JPS5250975A

Description

Dr.F/Bk Recklinghausen, -2o.lo.1975

-3. 25A7034

Patentanmeldung

der

Firma Carl Still, Recklinghausen

Verfahren zur indirekten Kühlung von heißen Gasen, insbesondere Koksofen— gasen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur indirekten Kühlung von heißen Gasen, insbesondere Köksofengasen, mit verhältnismäßig «armen Kühlwasser und zum Wärmeaustausch im Kreislauf über eine mit verdampfenden und kondensierenden Kältemitteln arbeitende Kältemaschine geführten Kühlmitteln auf eine Endtemperatur unter oder mindestens auf die Kühlwassertemperatur.

Solche Verfahren sind wichtig für Industrieländer mit verhältnismäßig hohen Jahresdurchschnittstemperaturen, in denen das ganze Jahr hindurch Kühlwasser aus Flüssen und Seen sowie anderen Vorkommen ζ·Β. nur mit Temperaturen zwischen 2Qr- Und 30 C und auch höher zur Verfügung stehen·

In diesen Ländern werden heiße Gase, auch Koksofengase, in der eingangs beschriebenen Art gekühlt, jedoch dieses Verfahren 1st verhältnismäßig kostenaufwendig, weil für den Betrieb der Kompressoren einer Verdichter-Kältemaschine oder die Verdampfungsstufe einer Absorber—Desorber—Kältemaschine viel Energie in Form von elektrischem Strom bzw. Dampf aufgewendet werden muß. Die hohen Kosten für die Kühlung gehen in die Kosten des ausgeübten GesamtVerfahrens ein und beeinflussen seine Wirtschaftlichkeit ungünstig.

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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht ; däxin*, für Länder mit hohen Jahresdurchschnittstemperaturen ein Kühlver— fahren für heiße Gase zu finden und vorzuschlagen, bei dem wenigstens ein Teil der bei bekannten Verfahren aufzuwendenden Energie eingespart wird.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das heiße Gas in mindestens drei Stufen gekühlt wird und zwar in der ersten imit eine« Kühlmittel, das in der Desorber—Stufe einer Absorber—Oesorber—Kältemaschine als Heizmittel dient, in der zweiten mit dem verhältnismäßig warmen Kühlwasser und in der dritten mit einem Kühlmittel, das in der Verdampferstufe der Absorber-Desorber—Kältemaschine als Heizmittel dient.

Dabei kann es zweckmäßig sein, die zweite Kühlstufe, die Kühl— wasserstufe, in mehrere Stufen, z.B. zwei Stufen, zu unterteilen. Als Kühlmittel können in der ersten und dritten Stufe, den an die Kältemaschine gebundenen Kühlstufen, Lösungen, die Salze, z.B. Kalziumchlorid, oder Verbindungen die mehrwertige Alkohole, z.B· Gykole, enthalten zwischen den Wärmeaustauschern und der Kältemaschine umlaufen. Die Kältemaschine wird zweckmäßig mit wässrigem Ammoniak als Kältemittel betrieben.

Dabei hat sich für Kühlwassertemperaturen zwischen 20 und 30° C wässriges Ammoniak mit einem Gehalt von 60 bis 70 % NH₃ als besonders günstig erwiesen.

Energie wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung nur zum Antrieb von Umlaufpumpen und sonst zu keinem anderen Zwecke benötigt; an anderen Stellen dieses Kühlverfahrene findet kein Energieeinsatz statt. Dieser Energiebetrag ist vergleichsweise niedrig; er beträgt beispielsweise 60 bis 70 kW, wohingegen für den gleich Kühleffekt bei bekannten Verfahren 160 bis 170 kW aufgewendet werden müssen.

Die Erfindung wird durch ein Beispiel zu dem eine Schemaskizze g< hört, näher erläutert.

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Es sollen stündlich 16 250 Km wassergesättigtes Koksofengas von 81° C auf 20° C gekühlt werden und es steht Kühlwasser von 28° C zur Verfügung. Mit diesem Kühlwasser allein ist eine Gaskühlung unter 30° C nicht erreichbar· Durch Leitung 1 tritt da3 Gas in den Gasvorkühler 2 ein um durch Leitung 3 treten 20 ta Spülwasser von 80° C (sog_f ΝΗ,,-Wasser, Kohlewasser) ein und werden durch eine nicht gezeichnete Verteilereinrichtung so in den Vor— kühler verteilt, daß das gesamte Gas in dem Querschnitt de» Vor— kühlers berieselt wird· "----"> . ·'

Vorteilhaft wird teerhaltiges Ammoniakwasser verwendet, weil dieses die Entstehung von Naphthalinansätzen im Gasvorkühler und an seinen Einbauten verhindert.

Die erste Stufe der Kühlung, die Warmwasserstufe, besteht aus dem mit 340r|ft Weichwasser beschickten Kreislauf der Kältemaschine, der aus den Kühlaggregaten 4 sowie den Zu— und Ableitungen 5-8, der Umlaufpumpe 31 und den Wärmetauschern 9 und 10 in dem Niederdruckabsorbersystem 11 und dem Kochdruckabsorber 12 der Kältemaschine besteht. Das Weichwasser fließt den Kühlaggregaten 4 mit 70° C zu und tritt mit 75° C wieder aus. Das Gas wird in der ersten Stufe auf etwa 77,5° C gekühlt. In der zweiten Stufe, der Kühlwasserstufe, wird das Gas in den Kühlwasseraggregaten 13 rait den Zu- und Ableitungen 14 und 15 mit dem 28° warmen Kühlwasser auf etwa 35° C gekühlt, wobei es auf etwa 40° C angewärmt wird· In der dritten Stufe, der Kaltwasserstufe der Kältemaschine wird es weiter gekühlt auf 20° C durch die Kühlaggregate 16 in dem Kreislauf mit den Zu- und Ableitungen 17 und 18, der Umlaufpumpe 33 sowie dem Verdampfer 19. Das gekühlte Gas tritt durch Leitung 20 aus dem Vbrkühler 2 aus und durch Leitung 21 werden mit 20 m Spül-

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wasser 12,1 m Gaskondensat, insgesamt also 32,1 m Wasser abgezogen· Vervollständigt wird die Anlage durch die Kühlaggregate und 23 in dem Hochdruck und Niederdrucksystemen 12 und 11 lait den Zuleitungen 24 und 25 und nicht gezeichneten Ableitungen. Das hierfür verwendete Kühlwasser hat vorher den Ammoniakkondensator 27 passiert, der durch die Leitungen 26 und 2Ö sowie das Ventil 29 mit dem Verdampfer 19 verbunden ist, der verdampftes Ammoniak durch

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Leitung 30 in das Hiedardruckabsorbersystem 11 liefert. Der Desorberteil 9 des Niederdruckabsorbersystems 11 ist durch die Leitung 31 dem Bochdruckabsorbersystetn 12 verbunden, schließlich besteht auch noch die Rücklauf leitung 34 zwischen d&n Hochdruck— ab sorber system 12 und dem Niederdruckabsorbersystem 11·

Wesentliche Energien werden lediglich für den Antrieb der Umlauf pumpen 32. und 3:2 benötigt«

Daten und Angaben, soweit sie für das Verständnis der Erfindung notwendig sind, befinden sich in der schematischen Figur.

Bilanz

Eingangswärme des Gases 8.400.000 Kcal

Eingangswärme des Spülwassers 1.600.000 Kcal

Summe der Warme 10.000.000 Kcal

Diese Wärmemenge wird in einem dreistufigen System,bestehend aus einer Warmwasser—,Kühlwasser urriKaltwasserstufe abgeführt, wovon die erste und die dritte Stufe über eine Kältemaschine geführte Kreisläufe sind*

Die Kühlung des Gases mit dem Kühlwasser von 28° C erfolgt bis auf 35° C, dabei beträgt die Restwärme im Gas und Wasser noch 1.780.000 Kcal/h. Die weitere Abkühlung des Gases auf 25° C erfolgt mittels Kaltwasser von 18° C aus der Absorberkälteraa— schine. Die Restwärme im Gas und Wasser bei 25° C beträgt 1.090.000 Kcal/h, d.h. es müssen 690 000 Kcal/h mit dem Kaltwasser abgeführt werden. Die Kaltwassermenge beträgt bei einer Anwärnrung von 7° C 99 t/h. Das Kaltwasser wird in dem. NH,-

Verdampfer 16 erzeugt. Das flüssige NH- verdampft bei + 10 C und 6,2 bar. Die NH₃-Menge beträgt 2»660 Kg/h.

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Zur Erzeugung von 690 000 Kcal/h Kälte von + 10° C sind ca· 1.700.000 Kcal/h Wärme notwendig, welche, in Forin von Warm— wasser mit 75 C in den oberen Teil des Gasvorkühlers 2 erhalten wird, wobei sich das Gas auf 77,5° C abkühlt. Die Wärmemenge für die Kühlwasser stufe 9 der Vorkühlers 2 reduziert sich somit von 8.220.000 Kcal/h auf 6,522.000 Kcal/h.

Diese Kühlwassermenge ist somit 543 m /h bei einer Anwänaung um 12° C.

Das verdampfte NH, des Verdampfers 19.der K-altwasserstufß wird in dem Niederdruck-Absorber Ii. bei 6,2 bar und 35/45° C "absorbiert. Das Konzentrationsgefälle im Absorber liegt bei 5G auf 57 Gew.%. Im Desorberteil wird die Lösung bei 10 bar re-*^v ^ generiert und das NH^-HpO-Gemisch vom Hochdruck—Absorber ab— *· sorbiert. Die SiGdeterrperatur im Niederdruckdesorber ist 62°'C bei 10 bar.

Ίχα Hochdruckäb'sorber 12 beträgt' das Konzentrationsgefälle 63 auf 80 Gew.%. Im Hochdruck-Desorber wird die Losung bei 16 bar mit dem umgekehrten Gefälle regeneriert. Die Siedetemperatur ist bei 16 bar ebenfalls 62° C. Das NH~ wird bei 16 bar kondensiert und mit 40 C zum Verdampfer 19 gefördert. Gegebenenfalls kann das flüssige NH^ (70° C) im Gegenstrom mit dem dampfförmigen NH₃'-^! _v(i0° C) unterkühlt werden.

Die Beheizung der beiden Absorbersystem Ii und 12 erfolgt mit Warmwasser von 75° C, welches dabei auf 70° C abkühlt. ·

Das Kühlwasser von 28° C wird erst durch den Kondensator 26 ge-*- schickt und anschließend durch die beiden Absorber 12 und 11, welche bei einer Aborptionstemperatur von 35 bis 45° C arbeiten«

Die Absorberkälteanlage, im Prinzip bekannter Bauart, kann ohne Schwier:

werden.

Schwierigkeiten bei Kühlwassertemperatur von 30° C betrieben

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Leerseite

Claims

254703Α Patentansprüche

1.) Verfahren zur indirekten Kühlung von heissen Gasen, insbesondere Koksofengasen, reit verbaltnismässig warme« Kühlwasser und zum Wärmeaustausch im Kreislauf über eine mit verdampfenden und kondensierenden Kältemitteln arbeitende Kältemaschine geführten Kühlmitteln auf eine Endtemperatur Unter oder mindestens auf die Kühlwasser temperatur, dadurch gekennzeichnet, dass die heissen Gase in mindestens drei Stufen gekühlt werden, und zwar in der ersten mit einem Kühlmittel, dass in der Desorber-Stufe einer Absorber-Desorber-Kältemaschine als Heizmittel dient, in der zweiten mit dem verhältnismässig warmen Kühlwasser und in der dritten mit eine» Kühlmittel, das in der Verdampferstufe der Absorber-Desorber-Kältemaschine als Heizmittel dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» dass die zweite Kühlstufe, die Kühlwasserstufe, in mehrere Stufen, z.B· zwei Stufen, unterteilt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten und dritten Stufe, den an die Kältemaschine gebundenen Kühlstufen, Wasser oder wässrige Lösungen, die Salze, z.B. Kalziumchlorid oder Verbindungen wie mehrwertige Alkohole, z.B. Glykole ' enthalten, umlaufen.

4. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemaschine mit wässrigen Ammoniak oder einer Lithium-Bromid-Lösung als Kältemittel betrieben wird·

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5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 47"*dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlwasser von 2o bis 3o°C und wässriges Ammoniak mit 6o bis 7o Prozent NH^ als Kältemittel angewandt wird.

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