SE519559C2 - Methods and systems for recovering heat from gas compression - Google Patents

Methods and systems for recovering heat from gas compression

Info

Publication number
SE519559C2
SE519559C2 SE9903337A SE9903337A SE519559C2 SE 519559 C2 SE519559 C2 SE 519559C2 SE 9903337 A SE9903337 A SE 9903337A SE 9903337 A SE9903337 A SE 9903337A SE 519559 C2 SE519559 C2 SE 519559C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
temperature
gas
district heating
cooling
coolant
Prior art date
Application number
SE9903337A
Other languages
Swedish (sv)
Other versions
SE9903337D0 (en
SE9903337L (en
Inventor
Maarten Kaellstroem
Nils Lindman
Original Assignee
Aga Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aga Ab filed Critical Aga Ab
Priority to SE9903337A priority Critical patent/SE519559C2/en
Publication of SE9903337D0 publication Critical patent/SE9903337D0/en
Priority to FI20002012A priority patent/FI20002012A7/en
Priority to DE10046058A priority patent/DE10046058A1/en
Publication of SE9903337L publication Critical patent/SE9903337L/en
Publication of SE519559C2 publication Critical patent/SE519559C2/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0012—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from waste water or from condensates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D10/00—District heating systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04012—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling
    • F25J3/04018—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling of main feed air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04612—Heat exchange integration with process streams, e.g. from the air gas consuming unit
    • F25J3/04618—Heat exchange integration with process streams, e.g. from the air gas consuming unit for cooling an air stream fed to the air fractionation unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/04—Compressor cooling arrangement, e.g. inter- or after-stage cooling or condensate removal
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/17—District heating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/56—Heat recovery units
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Compressor (AREA)
  • Other Air-Conditioning Systems (AREA)

Abstract

Gas leaving the compressor is cooled to a specific temperature and cooled using water returning from a district heating system at a specific temperature. A method for recovering heat from a gas compression step in an air separation device in order to use it for district heating, comprises compressing the gas in at least two steps, cooling the gas with a coolant after each compression step and recovering the heat from the coolant. The gas is cooled to 50-80 deg C and the coolant is heated to 70-110 deg C. Cooling of the gas is carried out using water returning from the district heating system at a temperature of 40-70 deg C. An Independent claim is also included for the heat recovery apparatus, comprising compressors (30) interconnected via cooling devices.

Description

...- 519 559 2 För att maximera kompressorns verkningsgrad måste mellan- kylningen åstadkommas med ett så kallt kylmedium som möjligt. ...- 519 559 2 To maximize the efficiency of the compressor, the intermediate cooling must be achieved with as cool a cooling medium as possible.

Vanligtvis används sjö- eller åvatten som kylmedium. Detta har en temperatur av mellan 10 och 25°C före kylning av gasen och temperaturen ökas med 6-10°C i mellankylarna. Då tillgång till kylvatten är begränsad används ibland kyltorn. Uppbyggnaden och underhållet av sådana torn representerar naturligtvis en kost- nad som ej kan försummas.Lake or river water is usually used as a cooling medium. This has a temperature of between 10 and 25 ° C before cooling the gas and the temperature is increased by 6-10 ° C in the intercoolers. As access to cooling water is limited, cooling towers are sometimes used. The construction and maintenance of such towers naturally represents a cost that cannot be neglected.

Ett vanligt antagande är att en fyragradig ökning av den in- kommande kylvattentemperaturen resulterar i en ökad energi- förbrukning på 1%. Vid en anläggning av normal storlek innebär detta en årlig förbrukningsökning på cirka 0,5 GWh.A common assumption is that a four-degree increase in the incoming cooling water temperature results in an increased energy consumption of 1%. In the case of a plant of normal size, this means an annual increase in consumption of approximately 0.5 GWh.

I fig. 1 visas en känd luftseparationsanläggning med värmeåter- vinningskylare. I fig. 1 är en kompressorenhet 10 försedd med värmeåtervinningskylare (ej visade). Vid 12 tillförs inluft till kompressorerna och vid 14 släpps utluft vid högre tryck än inluften ut från kompressorenheten 10. Ett kylvattensystem, allmänt betecknat 20, är anordnat för att förse kompressorn med kylvatten. Kylvatten vid en låg temperatur Tl, cirka 30°C, tillförs kompressorerna och används i dessa för att kyla luften. Utgående kylvatten lämnar kompressorerna vid en tempe- ratur T2 på cirka 70-80°C. Detta utgående kylvatten tillförs en värmeväxlare 22, i vilken en del av värmeenergin återvinns i en sekundär krets 24. Det vatten som lämnar värmeväxlaren 22 har dock en temperatur T3 som är alltför hög för att tillföras direkt till kompressorerna som kylvatten. Av denna anledning är en säkerhetskylare/värmeväxlare 26 anordnad för att ytterligare kyla kylvattnet. Denna säkerhetskylare använder vatten som kyl- medium och måste konstrueras för det värsta fallet, dvs för maximal värmebelastning. Det vatten som lämnar säkerhetskylaren har temperaturen Tl, dvs cirka 30°C.Fig. 1 shows a known air separation plant with heat recovery cooler. In Fig. 1, a compressor unit 10 is provided with a heat recovery cooler (not shown). At 12, supply air is supplied to the compressors and at 14, exhaust air is released from the compressor unit 10 at a higher pressure than the intake air. A cooling water system, generally designated 20, is arranged to supply the compressor with cooling water. Cooling water at a low temperature T1, about 30 ° C, is supplied to the compressors and used in them to cool the air. Outgoing cooling water leaves the compressors at a T2 temperature of approximately 70-80 ° C. This outgoing cooling water is supplied to a heat exchanger 22, in which some of the heat energy is recovered in a secondary circuit 24. However, the water leaving the heat exchanger 22 has a temperature T3 which is too high to be supplied directly to the compressors as cooling water. For this reason, a safety cooler / heat exchanger 26 is provided to further cool the cooling water. This safety cooler uses water as a cooling medium and must be designed for the worst case, ie for maximum heat load. The water leaving the safety cooler has a temperature T1, ie about 30 ° C.

Anledningen till att man anordnar värmeväxlare i kylvatten- systemet är att kyla kylvattnet så mycket som möjligt. Fack- mannen inom teknikområdet kompressorer har lärt sig att komp- ressorn bör arbeta vid så låg temperatur som möjligt eftersom verkningsgraden minskar med högre temperaturer. 51.9 559 3 Ett annat känt sätt att återvinna värme är medelst värmepumpar och värmeväxlare.The reason for arranging heat exchangers in the cooling water system is to cool the cooling water as much as possible. Those skilled in the art of compressors have learned that the compressor should operate at as low a temperature as possible as efficiency decreases with higher temperatures. 51.9 559 3 Another known way of recovering heat is by means of heat pumps and heat exchangers.

Den ovan beskrivna kända tekniken involverar extrautrustning, såsom värmeväxlare etc. Detta leder till en ökad totalkostnad för anläggningen.The known technology described above involves additional equipment, such as heat exchangers, etc. This leads to an increased total cost for the plant.

U É Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett sätt och ett system för återvinning av kompressionsvärme i en luftseparationsanläggning i samband med fjärrvärme, som är effektivare är vid dagens anläggningar.An object of the present invention is to provide a method and system for recovering compression heat in an air separation plant in connection with district heating, which is more efficient at today's plants.

SAMMANFAT N N V UP NG N Uppfinningen baseras på en anpassning av mellankylningen till temperaturkraven på kylvattnet för att öka värmeåtervinning för fjärrvärme.SUMMARY The invention is based on an adaptation of the intermediate cooling to the temperature requirements of the cooling water in order to increase heat recovery for district heating.

Det har oväntat upptäckts, att fjärrvärmevatten är ett utom- ordentligt kylmedium för kompressorerna i luftseparations- anläggningar då denna anpassning önskas. På detta sätt kan en mycket högre grad av energi återvinnas jämfört med kända installationer. Dessutom krävs ingen extrautrustning, såsom värmepumpar och värmeväxlare.It has unexpectedly been discovered that district heating water is an excellent cooling medium for the compressors in air separation plants when this adaptation is desired. In this way, a much higher degree of energy can be recovered compared to known installations. In addition, no additional equipment is required, such as heat pumps and heat exchangers.

Genom att bringa kompressorn att arbeta vid högre temperaturer ökas den totala verkningsgraden hos kompressorn i kombination med fjärrvärmesystemet, även om verkningsgraden vid gaskompri- mering för luftseparationsanläggningen minskas betydligt.By making the compressor operate at higher temperatures, the overall efficiency of the compressor in combination with the district heating system is increased, even if the efficiency of gas compression for the air separation plant is significantly reduced.

Enligt föreliggande uppfinning åstadkommes sålunda ett sätt att återvinna värme från gaskomprimering i en luftseparations- anläggning som används för fjärrvärme, inkluderande följande steg: a) att man komprimerar gasen i åtminstone två steg; b) att man kyler gasen efter varje steg medelst ett kylmedium; c) att man återvinner värmen från kylmediet i ett fjärrvärme- system, kännetecknat av att gasen kyls till en temperatur på 50-80°C och att kylmediet uppvärms till en temperatur på 70-ll0°C. Kylningen i steg b) utförs medelst returvatten från 519 559 4 ett fjärrvärmesystem med en temperatur av mellan 40-70°C och ännu hellre 45-70°C.Thus, according to the present invention, there is provided a method of recovering heat from gas compression in an air separation plant used for district heating, including the following steps: a) compressing the gas in at least two steps; b) cooling the gas after each step by means of a cooling medium; c) that the heat is recovered from the refrigerant in a district heating system, characterized in that the gas is cooled to a temperature of 50-80 ° C and that the refrigerant is heated to a temperature of 70-110 ° C. The cooling in step b) is carried out by means of return water from a district heating system with a temperature of between 40-70 ° C and more preferably 45-70 ° C.

Det åstadkommes även ett system för att återvinna värme från gaskomprimering i en luftseparationsanläggning för användning för fjärrvärme, innefattande åtminstone två gaskompressorsteg; kylare anordnade efter varje kompressorsteg, vilka kylare inne- fattar ett gasinlopp anslutet till utgången på föregående kompressorsteg, ett gasutlopp anslutet till ingången på nästa kompressorsteg, ett inlopp för kylmedium anslutet till en källa för kylmedium och ett utlopp för kylmedium; kännetecknat av att det inmatade kylmediet är returvatten från ett fjärrvärme- system; och utloppet för kylmediet är anslutet till ett fjärr- värmesystem, varvid kylmediet lämnar nämnda utlopp för kyl- medium vid en temperatur av 70-110°C och inloppskylmediet har en temperatur av cirka 40-70°C.A system for recovering heat from gas compression is also provided in an air separation plant for use in district heating, comprising at least two gas compressor stages; coolers arranged after each compressor stage, which coolers comprise a gas inlet connected to the output of the previous compressor stage, a gas outlet connected to the inlet of the next compressor stage, a coolant inlet connected to a cooling medium source and a cooling medium outlet; characterized in that the fed refrigerant is return water from a district heating system; and the outlet for the coolant is connected to a district heating system, the coolant leaving said outlet for coolant at a temperature of 70-110 ° C and the inlet coolant having a temperature of about 40-70 ° C.

Ytterligare föredragna utföringsformer definieras i de under- ordnade patentkraven.Further preferred embodiments are defined in the dependent claims.

KOR FAT SK V ING AV R TN NGAR A Uppfinningen kommer nu att beskrivas, såsom exempel, under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig. 1 är en översikt över en kompressorenhet vid en luftsepa- rationsanläggning enligt känd teknik; Fig. 2 är en översikt över en kompressorenhet vid en luftsepa- rationsanläggning enligt uppfinningen; och Fig. 3 är ett detaljerat schema över en kompressorenhet vid en luftseparationsanläggning enligt uppfinningen.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will now be described, by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which: Fig. 1 is an overview of a compressor unit at an air separation plant according to the prior art; Fig. 2 is an overview of a compressor unit at an air separation plant according to the invention; and Fig. 3 is a detailed diagram of a compressor unit at an air separation plant according to the invention.

J D S R V V U NI G Fig. l har beskrivits i samband med känd teknik och kommer ej att beskrivas ytterligare.J D S R V V U NI G Fig. 1 has been described in connection with known technology and will not be described further.

Fig. 2 visar kompressorenheten vid en luftseparationsanläggning enligt uppfinningen. Kompressorenheten är identisk med enheten 519 559 visad i fig. 1 och kommer att ytterligare förklaras nedan under hänvisning till fig. 3. Inluft 32 tillförs kompressorerna och utluft 34 vid ett högre tryck än inluften släpps ut från enheten 30. För att kyla mellanprodukterna mellan kompressor- stegen i kompressorenheten tillförs inloppskylvatten vid en temperatur T4. Efter kylning av produkterna i enheten 30 lämnar utloppskylvattnet enheten vid en temperatur T5, som är högre än temperaturen T4.Fig. 2 shows the compressor unit at an air separation plant according to the invention. The compressor unit is identical to the unit 519 559 shown in Fig. 1 and will be further explained below with reference to Fig. 3. Inlet air 32 is supplied to the compressors and exhaust air 34 at a higher pressure than the inlet air is discharged from the unit 30. To cool the intermediates between compressors - the steps in the compressor unit are supplied with inlet cooling water at a temperature T4. After cooling the products in the unit 30, the outlet cooling water leaves the unit at a temperature T5, which is higher than the temperature T4.

Vid den beskrivna utföringsformen är inloppskylvattnet retur- vatten från ett fjärrvärmesystem. Detta vatten har en tempera- tur T4 i området 40-70°C, ibland 45-70° eller till och med 50-70°C, dvs mycket över de temperaturer som vanligtvis används för kylvatten. Vid denna tillämpning är detta dock ej en nack- del.In the described embodiment, the inlet cooling water is return water from a district heating system. This water has a temperature T4 in the range 40-70 ° C, sometimes 45-70 ° or even 50-70 ° C, ie well above the temperatures usually used for cooling water. In this application, however, this is not a disadvantage.

Efter kylning av produkterna i kompressorenheten 30 har ut- loppskylvattnet en temperatur T5 av cirka 70-80°C och upp till 110°C, dvs idealt för användning som vatten i ett fjärrvärme- system. Av denna anledning tillförs detta utloppskylvatten direkt till fjärrvärmesystemet för användning i detta.After cooling the products in the compressor unit 30, the outlet cooling water has a temperature T5 of approximately 70-80 ° C and up to 110 ° C, ie ideal for use as water in a district heating system. For this reason, this outlet cooling water is supplied directly to the district heating system for use in it.

Det föreligger en grundläggande skillnad mellan kompressor- enheten enligt uppfinningen och känd teknik. Enligt uppfin- ningen är ingen extra kylning av kylvattnet nödvändig. Av denna anledning kan värmeväxlarna sammanhörande med känd teknik ute- lämnas, vilket sparas kostnader och ökar värmeåtervinningen.There is a fundamental difference between the compressor unit according to the invention and the prior art. According to the invention, no additional cooling of the cooling water is necessary. For this reason, the heat exchangers associated with known technology can be omitted, which saves costs and increases heat recovery.

En detaljerad beskrivning av den föredragna utföringsformen av uppfinningen kommer nu att ges under hänvisning till fig. 3, i vilken en trestegs kompressorenhet visas. Inluft 32 tillförs ett första luftkompressorsteg 36a. De häri beskrivna kompresso- rerna är av en konventionell turbotyp som är välkänd för fack- mannen inom teknikområdet och som ej kommer att beskrivas ytterligare. Inluften har egenskaperna sammanhörande med atmos- färluft, dvs en temperatur T6 av cirka 20°C och ett tryck på 1,0 bar. Efter att ha passerat det första kompressorsteget 36a har luften ett högre tryck och en mindre volym men temperaturen har ökat till cirka 90-100°C. ...a 519 559 6 En första mellankylare 38a är ansluten till det första kompres- sorsteget 36a. Liksom de andra mellankylarna 38b och 38c som beskrives häri, se nedan, innefattar kylaren 38a ett gasinlopp anslutet till utgången på det föregående kompressorsteget, ett gasutlopp anslutet till ingången på nästa kompressorsteg, ett inlopp för kylmedium anslutet till en källa för kylmedium 37 och ett utlopp för kylmedium anslutet till en gemensam anslut- ningspunkt 40 som leder till kylvattenutloppet 39 anslutet till ett fjärrvärmesystem.A detailed description of the preferred embodiment of the invention will now be given with reference to Fig. 3, in which a three-stage compressor unit is shown. Inlet air 32 is supplied to a first air compressor stage 36a. The compressors described herein are of a conventional turbotype which is well known to those skilled in the art and which will not be described further. The intake air has the properties associated with atmospheric air, ie a temperature T6 of approximately 20 ° C and a pressure of 1.0 bar. After passing the first compressor stage 36a, the air has a higher pressure and a smaller volume but the temperature has increased to about 90-100 ° C. ... a 519 559 6 A first intercooler 38a is connected to the first compressor stage 36a. Like the other intercoolers 38b and 38c described herein, see below, the cooler 38a includes a gas inlet connected to the outlet of the previous compressor stage, a gas outlet connected to the inlet of the next compressor stage, a coolant inlet connected to a cooling medium source 37 and an outlet. for coolant connected to a common connection point 40 leading to the cooling water outlet 39 connected to a district heating system.

Luften kyls i denna första mellankylare 38a medelst kylvatten som tillförs vid temperaturen T4 för returvatten från fjärr- värmesystemet 37, dvs cirka 50°C. Kylaren 38a är så dimensione- rad och bringas arbeta på så sätt, att det kylvatten som lämnar den har en temperatur T5l som är lämplig för fjärrvärmesyste- met, dvs vanligtvis cirka 70-80°C men ibland upp till 110°C.The air is cooled in this first intercooler 38a by means of cooling water supplied at the temperature T4 for return water from the district heating system 37, i.e. about 50 ° C. The cooler 38a is dimensioned and operated in such a way that the cooling water leaving it has a temperature T51 which is suitable for the district heating system, ie usually about 70-80 ° C but sometimes up to 110 ° C.

Luften vidarebefordras därefter till ett andra kompressorsteg 36b, i vilket trycket och temperaturen hos luften ytterligare ökas. Temperaturen T9 hos den luft som lämnar det andra komp- ressorsteget 36b är cirka 130-140°C. Denna luft avkyls därefter i en andra mellankylare 38b medelst kylvatten som tillförs vid temperaturen T4 hos returvatten från fjärrvärmesystemet 37, dvs cirka 50°C. Den andra kylaren 38b är så dimensionerad och bringas arbeta på så sätt, att det kylvatten som lämnar den har en temperatur T52 som är lämplig för fjärrvärmesystemet. Detta vatten leds därefter till anslutningspunkten 40 och vidare till fjärrvärmesystemet 39.The air is then passed to a second compressor stage 36b, in which the pressure and temperature of the air are further increased. The temperature T9 of the air leaving the second compressor stage 36b is about 130-140 ° C. This air is then cooled in a second intercooler 38b by means of cooling water supplied at the temperature T4 of return water from the district heating system 37, i.e. about 50 ° C. The second cooler 38b is dimensioned and operated in such a way that the cooling water leaving it has a temperature T52 which is suitable for the district heating system. This water is then led to the connection point 40 and on to the district heating system 39.

Den luft som lämnar den andra mellankylaren 38b har en tempera- tur på cirka 60°C. Denna luft passerar därefter ett ytterligare kompressorsteg 36c med sammanhörande mellankylare 38c. I detta tredje steg kyls den luft som lämnar kompressorsteget så att man uppnår den önskade temperaturen för fjärrvärmesystemet på samma sätt som i de första och andra stegen. Tl2 är sålunda cirka 60°C.The air leaving the second intercooler 38b has a temperature of about 60 ° C. This air then passes an additional compressor stage 36c with associated intercooler 38c. In this third stage, the air leaving the compressor stage is cooled so that the desired temperature of the district heating system is reached in the same way as in the first and second stages. T12 is thus about 60 ° C.

En slutkylare 42 är anordnad för kylning av luften till en önskad sluttemperatur Tl3, vilken för luftseparationstillämp- 519 559 7 ningar är cirka 10-15°C. För detta används kylvatten 44 med en temperatur på cirka 10°C som kylmedium i slutkylaren 42.A final cooler 42 is provided for cooling the air to a desired final temperature T13, which for air separation applications is about 10-15 ° C. For this, cooling water 44 with a temperature of about 10 ° C is used as cooling medium in the final cooler 42.

I det följande kommer energiaspekterna av luftseparerings- anläggningen enligt uppfinningen att diskuteras. Varje kompres- sorsteg förbrukar energi och denna förbrukning utgör en större del av driftkostnaderna för en luftseparationsanläggning. För att sänka denna energiförbrukning har man önskat köra komp- ressorerna vid en låg temperatur. Vid föreliggande utförings- form har dock inloppskylvattnet 37 en temperatur av cirka 50°C jämfört med konventionellt kylvatten, som har en temperatur av cirka 15-30°C. Med ett inloppsluftflöde på cirka 21500 mi per timme förbrukar de tre kompressorstegen 36a-c tillsammans cirka 1,98 MW. Detta är högre än vid en konventionell anläggning, vid vilken motsvarande effektförbrukning vid drift med konventio- nella kylningstemperaturer skulle ha varit cirka 1,85 MW. Det föreligger sålunda en ökad effektförbrukning på 1,98 - 1,85 = 0,13 MW till följd av den mindre effektiva driften av komp- reSSOrerTla .In the following, the energy aspects of the air separation plant according to the invention will be discussed. Each compressor stage consumes energy and this consumption constitutes a larger part of the operating costs for an air separation plant. In order to reduce this energy consumption, it has been desired to run the compressors at a low temperature. In the present embodiment, however, the inlet cooling water 37 has a temperature of about 50 ° C compared to conventional cooling water, which has a temperature of about 15-30 ° C. With an inlet air flow of approximately 21,500 m per hour, the three compressor stages 36a-c together consume approximately 1.98 MW. This is higher than in a conventional plant, at which the corresponding power consumption during operation with conventional cooling temperatures would have been approximately 1.85 MW. There is thus an increased power consumption of 1.98 - 1.85 = 0.13 MW due to the less efficient operation of compressors.

Den energi som erhålles genom fjärrvärmesystemets upphettade vatten mer än kompenserar denna ökade effektförbrukning hos kompressorn. Vid föreliggande exempel erhålles cirka 1,48 MW vid upphettningen av vattnet vilket resulterar i en total för- brukning på 1,98 - 1,48 = 0,4 MW. Med föreliggande uppfinningen kan upp till 70-80% av kompressorernas effektförbrukning om- vandlas direkt till fjärrvärme.The energy obtained by the heated water of the district heating system more than compensates for this increased power consumption of the compressor. In the present example, approximately 1.48 MW is obtained when the water is heated, which results in a total consumption of 1.98 - 1.48 = 0.4 MW. With the present invention, up to 70-80% of the compressors' power consumption can be converted directly to district heating.

Med föreliggande uppfinning uppnås en förvånansvärt hög verk- ningsgrad. Den användbara fjärrvärmeenergin är 9-11 gånger ökningen i effektförbrukning hos kompressorn. Detta kan jäm- föras med en värmepump, vid vilken motsvarande siffra är cirka 3-4.With the present invention a surprisingly high efficiency is achieved. The useful district heating energy is 9-11 times the increase in power consumption of the compressor. This can be compared with a heat pump, at which the corresponding figure is about 3-4.

En annan fördel med att använda föreliggande uppfinning i processindustrin är att luftseparationsenheten körs under hela året. Detta innebär, att denna billiga värmekälla för ett fjärrvärmesystem kan användas mycket bra som baslast. .eu 519 559 8 En föredragen utföringsform av en kompressor i en luftsepara- tionsenhet enligt uppfinningen har beskrivits. Fackmannen inom teknikområdet inser, att denna kan modifieras på många sätt inom ramen för patentkraven. Temperatur- och effektförbruk- ningsvärden har endast givits som exempel. Vidare kan komp- ressorenheten innefattar två, tre, fyra eller till och med fler än fyra kompressorsteg, beroende på behoven.Another advantage of using the present invention in the process industry is that the air separation unit is run throughout the year. This means that this cheap heat source for a district heating system can be used very well as a base load. A preferred embodiment of a compressor in an air separation unit according to the invention has been described. Those skilled in the art will appreciate that this may be modified in many ways within the scope of the claims. Temperature and power consumption values have only been given as examples. Furthermore, the compressor unit may comprise two, three, four or even more than four compressor stages, depending on the needs.

Ett system har beskrivits, vid vilket returvatten från ett fjärrvärmesystem används direkt som kylmedium. I vissa fall är det ej önskvärt att använda returvattnet i luftseparations- enheten. Vid en alternativ utföringsform används därför retur- vattnet indirekt medelst en sekundär krets ansluten till fjärr- värmesystemets rörsystem via en värmeväxlare.A system has been described in which return water from a district heating system is used directly as a cooling medium. In some cases, it is not desirable to use the return water in the air separation unit. In an alternative embodiment, the return water is therefore used indirectly by means of a secondary circuit connected to the district heating system's pipe system via a heat exchanger.

Vid den beskrivna utföringsformen kyls gasen till en sluttempe- ratur på cirka 60°C. Denna temperatur kan dock variera med tillämpningen och kan ligga var som helst inom området 50-80°C.In the described embodiment, the gas is cooled to a final temperature of about 60 ° C. However, this temperature can vary with the application and can be anywhere in the range of 50-80 ° C.

Claims (8)

519 559 PATENTKRAV519 559 PATENT REQUIREMENTS 1. Sätt att återvinna värme från gaskomprimering i en luftseparationsanläggning, vilket sätt används för fjärrvärme, inkluderande följande steg: a) att man komprimerar gasen i åtminstone två steg, b) att man kyler gasen efter varje steg medelst ett kylmedium, och c) att man återvinner värmen från kylmediet i ett fjärrvärme- system, k ä n n e t e c k n a t a v att gasen kyls till en temperatur av 50-80°C, att kylmediet uppvärms till en temperatur av 70-110°C, och att kylningen i steg b) åstadkommes medelst returvatten från ett fjärrvärmesystem med en temperatur av mellan 40-70°C.A method of recovering heat from gas compression in an air separation plant, which method is used for district heating, including the following steps: a) compressing the gas in at least two steps, b) cooling the gas after each step by means of a cooling medium, and c) the heat is recovered from the refrigerant in a district heating system, characterized in that the gas is cooled to a temperature of 50-80 ° C, that the refrigerant is heated to a temperature of 70-110 ° C, and that the cooling in step b) is effected by means of return water. from a district heating system with a temperature of between 40-70 ° C. 2. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v a t t kylningen i steg b) åstadkommas medelst returvatten med en temperatur på mellan 45-70°C. nu 519 559 102. A method according to claim 1, characterized in that the cooling in step b) is effected by means of return water with a temperature of between 45-70 ° C. nu 519 559 10 3. Sätt enligt något av patentkraven 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v a t t returvattnet används direkt som kylmedium.3. A method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the return water is used directly as a cooling medium. 4. Sätt enligt något av patentkraven 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v a t t returvattnet används indirekt som kylmedium med användande av en sekundär krets.4. A method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the return water is used indirectly as a cooling medium using a secondary circuit. 5. Sätt enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v a t t komprimeringen i steg a) utförs i åtminstone tre steg.5. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the compression in step a) is carried out in at least three steps. 6. System för att återvinna värme från gaskomprimering i en luftseparationsanläggning för användning för fjärrvärme, innefattande åtminstone två gaskompressorsteg (36a-c); kylare (38a-c) anordnade efter varje kompressorsteg, vilka kylare innefattar ett gasinlopp anslutet till utgången på före- gående kompressorsteg, ett gasutlopp anslutet till ingången på nästa kompressorsteg, ett inlopp för kylmedium anslutet till en källa för kylmedium och ett utlopp för kylmedium; k ä n n e t e c k n a t a v a t t det inmatade kylmediet är returvatten från ett fjärrvärme- system; utloppet för kylmediet är anslutet till ett fjärrvärmesystem, varvid kylmediet lämnar nämnda utlopp för kylmedium vid en temperatur av 70-l10°C och 519 559 ll att inløppskylmediet har en temperatur av cirka 40-70°C.A system for recovering heat from gas compression in an air separation plant for use in district heating, comprising at least two gas compressor stages (36a-c); coolers (38a-c) arranged after each compressor stage, which coolers comprise a gas inlet connected to the outlet of the previous compressor stage, a gas outlet connected to the inlet of the next compressor stage, a coolant inlet connected to a cooling medium source and a cooling medium outlet; k ä n n e t e c k n a t a v a t t the input refrigerant is return water from a district heating system; the outlet for the coolant is connected to a district heating system, the coolant leaving said outlet for coolant at a temperature of 70-110 ° C and 519,559 μl that the inlet coolant has a temperature of about 40-70 ° C. 7. System enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a t a v a t t inloppskylmediet har en temperatur av cirka 45-70°C.A system according to claim 6, characterized in that the inlet coolant has a temperature of about 45-70 ° C. 8. System enligt patentkravet 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a t a v a t t antalet gaskømpressorsteg är åtminstone tre.A system according to claim 6 or 7, characterized in that the number of gas compressor stages is at least three.
SE9903337A 1999-09-17 1999-09-17 Methods and systems for recovering heat from gas compression SE519559C2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9903337A SE519559C2 (en) 1999-09-17 1999-09-17 Methods and systems for recovering heat from gas compression
FI20002012A FI20002012A7 (en) 1999-09-17 2000-09-13 Method and system for heat recovery
DE10046058A DE10046058A1 (en) 1999-09-17 2000-09-18 Recovery of heat in an air separation process, using water returning from district heating system to cool the gas following each compression step

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9903337A SE519559C2 (en) 1999-09-17 1999-09-17 Methods and systems for recovering heat from gas compression

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE9903337D0 SE9903337D0 (en) 1999-09-17
SE9903337L SE9903337L (en) 2001-03-18
SE519559C2 true SE519559C2 (en) 2003-03-11

Family

ID=20417036

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE9903337A SE519559C2 (en) 1999-09-17 1999-09-17 Methods and systems for recovering heat from gas compression

Country Status (3)

Country Link
DE (1) DE10046058A1 (en)
FI (1) FI20002012A7 (en)
SE (1) SE519559C2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3671085A1 (en) * 2018-12-18 2020-06-24 Linde GmbH Assembly and method for recovering compression heat from the air which is compressed and processed in an air processing system
CN113251470B (en) * 2021-05-12 2023-12-08 四川零碳工程科技有限公司 Heat recovery heat supply oxygen generator set for alpine anoxic environment
FR3155057B1 (en) 2023-11-07 2026-01-02 Air Liquide Method and apparatus for separating a gaseous mixture containing carbon dioxide

Also Published As

Publication number Publication date
SE9903337D0 (en) 1999-09-17
FI20002012L (en) 2001-03-18
FI20002012A7 (en) 2001-03-18
DE10046058A1 (en) 2001-05-23
SE9903337L (en) 2001-03-18
FI20002012A0 (en) 2000-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106489027B (en) Compressor device and cooler for same
US9976569B2 (en) Method for recovering energy
CN113661325B (en) Cooling device and method for cooling a compressed air generator of at least two stages
CN101542215A (en) A compressor
US20160187893A1 (en) System and method using parallel compressor units
US10526925B2 (en) Supercritical CO2 generation system for series recuperative type
CN110433525A (en) A kind of co_2 supercritical fluid extraction system with recuperation of heat
JP5132514B2 (en) Air compressor
US20120164548A1 (en) Method and apparatus for operating a fuel cell in combination with an absorption chiller
US9995509B2 (en) Cascading heat recovery using a cooling unit as a source
EP2136039A2 (en) Heat pump system, operation procedure therefor and evaporator system
CN105258332A (en) Waste heat recycling system of data room
WO2015011497A4 (en) System, method and apparatus
US20060037742A1 (en) Cogeneration system
EP2423456B1 (en) Biasing working fluid flow
SE519559C2 (en) Methods and systems for recovering heat from gas compression
CN111102868B (en) System and method for recycling waste heat of propane dehydrogenation device
US11639824B2 (en) Process for enhanced closed-circuit cooling system
JP5691557B2 (en) Steam generating method and steam generating apparatus
KR20180031619A (en) Heat exchanger system for the air compressor
CN108216642A (en) A kind of Reheat-type cooling turbine unit system applied to aircraft pod
CN208620663U (en) A kind of energy saving heat pump device with efficient waste heat recovery function
CN205445693U (en) Steam turbine cooling device and turbo generator unit
CN107269523A (en) A kind of scroll air compressor of ladder cooling
CN207243846U (en) Heat recovery system based on biogas film purifying technique

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed