NO162936B - Styringskrets. - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved og innretning for

tørking og/eller rensing av gasser.

Foreliggende oppfinnelse vedrorer en fremgangsmåte ved

og innretning for tfjrking og/eller rensing av gasser med et hoyt innhold av forurensninger, særlig rensing av gasser med et hoyt innhold av karbondioksyd.

Fremgangsmåter av denne art er kjent, hvor CO2 vaskes ut ved hjelp av fysikalsk eller kjemisk virkende vaskemidler. Denne vasking krever imidlertid i alle tilfelle en omfattende apparatur og tildels også hby energi, således at prosessen blir kostbar, da de to vesentlige arbeidsprosesser, nemlig utvaskingen av forurensningene og regenereringen av vaskemidlet, hver for seg krever et betydelig utstyr. FSlgelig ligger den nedre grense for anleggsomkostningene forholdsvis hoyt.

Således blir ved den kjente rektisol-metode de gasser

som skal renses, f.eks* gassene for Fischer-Tropsch-syntesen,

berislet med flytende metanol ved et trykk på 20 til 25 atm, hvilket skjer i flere trinn med adskilte metanolkretslBp. For regenereringen destilleres metanolen, avspennes trinnvis og rektifiseres. De nødvendige anleggsomkostningene har derfor en betraktelig stør-relse.

En annen kjent fysikalsk vaskemetode, den såkalte trykk-vann-vaskemetode, er bare Bkonomisk i de tilfelle hvor der foreligger meget gunstige vannforhold.

Ved de kjente kjemiske vaskemetoder, ved hvilke forurensningene bindes kjemisk til vaskemidlet, f.eks* aminoalkohol, ligger derimot energi-omkostningene generende hciyt. Dette skyldes det store dampforbruk ved oppvarmning av vaskemidlet for dettes regenerering.

Det er også kjent å fryse ut forurensninger av gasser i omkobbelbare varmeutvekslere. Denne fremgangsmåte kan imidlertid bare anvendes ved gassrensing av CO2 når dette er tilstede i gas-sen i meget lite kvantum (såsom CO2 i luft). Hvis man ville an-vende denne fremgangsmåte også ved rensning av gasser med en h6y andel av CO2, ville de tverrsnitt av varmeutveksletren som passe-res av den gass som skal renses, i lbpet av meget kort tid bli tilstoppet av det utfrosne C02. Da CO2 i fast form har en meget steil damptrykkurve, betinger allerede en meget liten nedsettelse av temperaturen av den gass som skal renses, en stor forandring av partialtrykket, dvs. der fryses ut store mengder CO2 over bare et ganske kort stykke av varmegtveksleren, således at dennes kana-ler blir tilstoppet.

Den oppgave som ligger til grunn for oppfinnelsen, består i å rense gasser med et hSyt Innhold av forurensninger, «Ær-lig C02, ved utfrysing henholdsvis sublimering av forurensningene på avvekslende drevne varmeutvekslerflater for at rensningen av den slags gasser skal kunne foretas på vesentlig enklere og billigere måte enn hittil, og denne oppgave lBses lfBlge oppfinnelsen ved at der mellom disse heteflater skjer en varmeutveksling som er vanskeliggjort, (dvs. hemmet eller nedsatt) i området for de ennå sterkt forurensede gasser.

Fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen har vesentlige fordeler sammenlignet med tidligere kjente fremgangsmåter. Således er kravet til utstyr betydelig lavere enn ved de kjente (X^-vask-ere. Av denne grunn og som folge av det lave energiforbruk oppnås en vesentlig billigere gassrensing, særlig i forbindelse med nitrogenvaskere eller hydrogen-fortetningsanlegg.

Vanskeliggjorelsen av varmeutvekslingen mellom heteflatene i området for de ennå sterkt forurensede gasser betinger den fordel at den forurensede gass avkjbles mindre hurtig og den utfrosne mengde CO2 fordeler seg over en storre del av heteflåtene. Dermed unngås faren for tilstopping av vartneutveksleren.

En særlig fordel ved fremgangsmåten ifblge oppfinnelsen er at man som folge av varmeutvekslingen mellom heteflatene kan utnytte den latente varme direkte, dvs. den varme som frigjores ved frysingen av forurensningene, tjener umiddelbart til å fordam-pe de forurensninger som er frosset ut i det foregående arbeids-trinn.

Ved en videreutvikling av oppfinnelsen blir de utfrosne forurensninger igjen fordampet ved trykksenkning og/eller overled-ning av spylegass.

Ved en særlig fordelaktig utfbrelse av oppfinnelsen kan der på forskjellig vis oppnås en nedsettelse av varmeutvekslingen mellom heteflatene i området for de ennå sterkt forurensede gasser, hvilket fremgår av folgende.

På den ene side kan spylegassens trykk okes ved fremadskridende oppvarming. Derved fordamper utfrosset CO2 ved hbyere temperatur. Temperaturdifferansen mellom rå-gass og spylegass blir mindre og den gass som skal renees, blir ikke så hurtig av-kjolet; samtidig blir der mindre utfrosset CO2 pr. lengdeenhet av heteflaten. På den annen side kan der mellom heteflatene innfores en gasstrbm som reduserer varmeovergangen. Hastigheten av denne gasstrbm kan så anvendes til ytterligere regulering av varmeutvekslingen, dvs. hastigheten kan nedsettes for å gjore varmeovergangen i området for den sterkt forurensede gass dårligere.

I de områder hvor CO2- innholdet er lite, såsom under

1 %, er virkningen av damptrykk-kurvens steilhet og av den temperatur- og trykkavhengige korreksjonsfaktor for partialtrykket så stor at det bare ville være mulig å oppnå en tilstrekkelig supple-ring av det utfrosne CO2 ved anvendelse av en stor mengde spylegass eller et hbyt vakuum. Fblgelig gjennomfbres utfrysingen av de siste forurensninger av CO2 i minst to periodisk omkobbelbare v armeutvekslere.

For å begunstige sublimeringen kan vedkommende varmeutveksler i dette tilfelle oppvarmes for den igjen stedfindende for-dampning av forurensningene.

En annen mulighet for å begunstige sublimeringen består

i at der ved fordampningen av forurensningene ledes en varm gass-strbm av de fordampede forurensninger i motsatt retning gjennom vedkommende varmeutveksler.

Videre trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av fblgende beskrivelse av et utfbrelseseksempel under henvisning til tegningen som viser skjematisk et anlegg for gjenvinning av en hydrogen-nitrogen-blanding som anvendes ved fremstilling av ammo-niakk .

Rent nitrogen tilfores anlegget gjennom en ledning 1, f .eks. direkte fra et luftspalteanlegg, og bringes derpå i motstrbm til koldt rå-hydrogen, en hydrogen-nitrogenblanding og en fordamp-ende blanding av karbonmonoksyd og nitrogen i varmeutvekslere 2,

3, 4 og 5, i hvilke nitrogenet kjoles og fortsettes. Ved hjelp av en væskepumpe 6 bringes nitrogenet opp på trykket i en sbyle 7 og for en dels vedkommende opp bverst i soylen 7 som vaskevæske og for en annen dels vedkommende blandet med en del av den hydrogen-nitrogen-blanding som fores ut bverst i soylen 7.

Hydrogenet er tilstede i en rågass i en mengde på 70 /„> og denne blanding tilfbres anlegget gjennom ledningen 8. Denne rå-gass inneholder ennvidere 14 7» C02, 16 7» CO + N2 og 1,4 g/Nm^ vann. 45 C00 Nm"* rågass med et trykk på 20 atm. overtrykk avkjbles i varmeutveksle re 9 og 10 i motstrbm til rengass og spylegass, idet denne avkjbling foregår i en sådan grad at vannet kan ledes ut i flytende form gjennom en utskiller 11. Etter at kondensatet er blitt avspent til et lavere trykk, kan det fordampes under overfor-ing av fordampningsvarme til rågassen.

I kryss-motstrbm-varmeutvekslere 12, 13, 14 og 15, som også kan erstattes med plate-varmeutvekslere, avkjbles rågassen til 150° K. I varmeutveksleren 12 fryser forst og fremst resten av vannet ut, mens der i "varmeutvekslere 13, 14 og 14 skjer en utfrys-ning av CO2 inntil et innhold på under 1 7o- Rågassen fores gjennom den fbrste halvdel av motstrbm-varmeutvekslerens rbr, mens den annen halvdel fores gjennom i motstrbm til spylegassen. De to halvdeler byttes periodisk om, dvs. der strommer alltid avvekslende enten rågass eller spylegass gjennom roret. Mens karbondioksydet i den ene halvdel av roret i lopet av en periode fryses ut av. rågassen, sublimeres det i den annen halvdel av spylegassen. Rågass og spylegass er derunder i varmekontakt med hinannen over den rengass som strbmmer rundt alle ror i varmeutvekslerens utenomliggende rom, således at fordampnings- og smeltevarmen utveksles. En direkte varmeutveksling mellom et ror som gjennornstrommes av spylegass og rågass, ville i området for hoyt CC^-innhold i rågassen meget hurtig fore til tilstopping av varmeutveksleren, da der allerede ved små temperaturreduksjoner som fblge av det faste karbon-dioksyds steile damptrykkurve, fryses ut en stor mengde CC^- Av denne grunn utfores varmeutvekslingen mellom rorene ikke direkte, men under formidling av rengasstrbmmen, således at varmeutvekslingen tilsiktet nedsettes. Rengassens hastighet velges derfor således at vormeovergangen i varmeutveksleren 13 er minst, dvs. rengassens hastighet er stbrst i denne varmeutveksler. Faren for ut varmeutveksleren skal stoppes til, foreligger nemlig i stbrste grad i varmeutveksleren 13, da rågassen har det stbrtete innhold av CCU på dette sted, altså kan fryse ut en stor mengde CC^* Den rå-gass som trer ut av varmeutveksleren 15, avkjbles så periodisk avvekslende igjen til en temperatur på 90° K i varmeutveksleren 16 eller 17.

Derved fryses den siste rest av CO2 ut. 1 området for dette lave CC^-innhold (under 1 %) gjor virkningen av damptrykk-kurvens steilhet og fremfor alt korrekturfaktoren for partialtryk-kene ved lave temperaturer seg så sterkt gjeldende at en tilstrekkelig sublimering av det utfrosne CO2 bare ville være mulig med en stor mengde spylegass eller et hoyt vakuum. Av denne grunn gjennomfbres utfrysingen av den siste rest av CO2 hensiktsmessig i de periodisk omkobbelbare varmeutvekslere 16 og 17. 1 dette tilfelle kan sublimeringen lettes ved at vedkommende varmeutveksler 16 eller 17 for sublimeringen oppvarmes noen grader eller ved at der i varmeutveksleren tilfores sublimeringsgassen en varmere gasstrbm.

De kobletap som oppstår ved omkoblingen av varmeutvekslerne 16 og 17 - en varmeutveksler må hver gang gjbres trykklbs, dvs. rågass som står under trykk, må tappes ut fbr omkoblingen til sublimeringsgass finner sted - fores gjennom ledningen 13 til en utjevningskjei 19. Fra denne kan de pumpes ut og eventuelt benyttes om igjen.

Det rå-hydro&en som er renset for CC^, fores så inn i bunnen av soylen 7 og stiger oppad i motstrbm til det flytende nitrogen. Derved vaskes de siste rester av forurensninger ut av nitrogenet, således at der Bverst i soylen 7 kan tappes ut en ren hydrogen-nitrogen-blanding. Etter en ytterligere tilsetning av nitrogen fores denne blanding gjennom varmeutveksleren 4 og deles så i to strommer. Den ene tjener til å avkjble nitrogenet i varme-

utveksleren 3, og den annen strommer i form av rengass gjennom

varmeutvekslerne 16, 17, 15, 14, 13, 12 og 9 og avkjbler derunder rågassen. Mellom varmeutvekslerne 16 og 17 og kryss-motstrbm-

varmeutveksleren 15 kan en del av den rengass som er oppvarmet i varmeutvekslerne 16 og 17, fores tilbake i varmeutveksleren 16

eller 17 ved hjelp av en vifte 20 for å lette sublimeringen.

Soylen 7 uttas under en flytende blanding av nitrogen og

karbonmonoksyd og fordampes i varmeutveksleren 5. Derpå strbmmer denne blanding som spylegass avvekslende gjennom varmeutvekslerne 16 og 15, halvparten av rbrene i varmeutvekslerne 15, 14, 13 og 12

og gjennom varmeutveksleren 10. Mellom varmeutvekslerne 15 og 14

fores spylegassen i motstrbm til seg selv gjennom varmeutveksleren 21 og bringes ved hjelp av en kompressor 22 opp på et hbyere trykk.

Derved blir varmeovergangen i de etterfblgende varmeutvekslere 14,

13 og 12 igjen hemmet for å hindre tilstopping av varmeutvekslerne.

Anvendelsen av fremgangsmåten ifblge oppfinnelsen er

ikke begrenset til utvinning av en hydrogen-nitrogen-blanding hen-

holdsvis rensing av syntesegasser, som beskrevet i utfbrelsesek-

semplet. Med like stor fordel kan oppfinnelsen for eksampel an-

vendes til rensing av jordgasser ved å befri disse for CO2 og h^S

og til tbrking av vilkårlige gasser.

Claims (10)

1« Fremgangsmåte ved tbrking og/eller rensing av gaseer med ^

et hbyt innhold av forurensninger, særlig rensing av gasser med et hbyt innhold av karbondioksyd, hvor forurensningene fryses ut hen- holdsvis sublimeres på avvekslende drevne varmeutvekslerflater,karakterisert ved at der mellom disse heteflater skjer en varmeutveksling som er vanskeliggjort (dvs. hemmet eller nedsatt) i området for de ennå sterkt forurensede gasser.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakteri- sert ved at ved" fremadskridende oppvarming av spylegassen bkes dennes trykk.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at der mellom de heteflater på hvilke der fryses ut, og de heteflater på hvilke der fordampes, innfores en gasstrbm som hemmer varmeovergangen, hvilken gasstrbm fortrinnsvis er rengass-strbmmen.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 3, karakterisert ved at hastigheten av denne gasstrbm reduseres i området for de gasser som ennå er sterkt forurenset.

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 1-4, karakterisert ved at utfrysingen av de siste rester av forurensningene på i og for seg kjent måte gjennomfbres i minst to periodisk omkobbelbare varmeutvekslere som oppvarmes for forurensningene igjen fordampes.

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 5, karakterisert ved at der ved gjenfordampningen av forurensningene ledes en varm gasstrbm til de forurensninger som skal fordampes.

7. Fremgangsmåte i henhold til krav 1-6, karakterisert ved at de forurensninger som faller ut i flytende form, avspennes etter utskillelsen og fordampes i varmeutveksling med rågass.

8. Fremgangsmåte i henhold til krav 1-7, karakterisert ved at de gassmengder som er forurenset som fblge av omkoblingen av varmeutvekslerne, oppfanges i en utjevningskjel og benyttes om igjen særskilt.

9. Innretning til utfbrelse av fremgangsmåten i henhold til krav 1, karakterisert ved at et antall kryss-mot-strbmvarmeutvekslere (12 til 15) er koblet etter hinannen og at hver av disse varmeutvekslere er forbundet med en inngangs- og utgangsledning for gass som skal renses, for sublimerings- eller spylegass og for den gass som bevirker hemming av varmeovergangen.

10. Innretning til utfbrelse av fremgangsmåten i henhold til krav 1, karakterisert ved at mellom minst to etter hinannen koblede kryss-motstrbm-varmeutvekslere (15, 14) er inngangs- henholdsvis utgangsledningen for spylegassen fbrt gjennom en varmeutveksler (21) til en vifte (22) og gjennom samme varmeutveksler (21) tilbake til neste kryss-motstrbm-varmeutveksler (14).