DE2635557C2

DE2635557C2 - Process for generating heat

Info

Publication number: DE2635557C2
Application number: DE2635557A
Authority: DE
Inventors: Alexandre Vanves Rojey
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1975-08-14
Filing date: 1976-08-06
Publication date: 1987-01-29
Also published as: GB1515048A; IN144022B; BE845008A; DE2635557A1; NL7608943A; FR2321098A1; JPS5947236B2; JPS5223757A; FR2321098B1; EG13068A; MX3599E; IT1067938B; CA1060336A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Wärme einer Temperatur A auf der Grundlage von innerhalb eines Temperaturbereichs B zur Verfügung gestellter Wärme, wobei die Temperatur A oberhalb des Temperaturbereiches B liegt, und eine gasförmige Fraktion eines Kältemittels (G) in Gegenwart eines Hilfsfluids (H) in Kontakt bringt mit einem Lösungsmittel (R), das als Lösungsmittel (R) für dieses Kältemittel (G) genutzt wird, um mindestens einen Teil der gasförmigen Phase des Kältemittels (G) im Lösungsmittel (R) zu lösen, wodurch Wärme der Temperatur A abgegeben wird.The invention relates to a method for generating heat of a temperature A on the basis of heat made available within a temperature range B, wherein the temperature A is above the temperature range B, and brings a gaseous fraction of a refrigerant (G) in the presence of an auxiliary fluid (H) into contact with a solvent (R) which is used as a solvent (R) for this refrigerant (G) in order to dissolve at least part of the gaseous phase of the refrigerant (G) in the solvent (R) , whereby heat of temperature A is released.

Es passiert häufig, daß bedeutende Wärmemengen verloren gehen aufgrund der Tatsache, daß das Temperaturniveau, bei dem sie zur Verfügung gestellt werden, zu niedrig ist. So stößt eine Raffinerie einen großen Teil der Wärme aus, den sie auf einem Temperaturniveau erzeugt, daß z. B. 50 bis 150°C umfassen kann und das zur Wiederbenützung dieser Wärme als zu niedrig betrachtet wird. Ebenso kann die Erdwärme das Benützungsproblem von warmem Wasser aufwerfen, das von unterirdischen Wasserstätten herrührt und dessen Temperatur unterhalb der gewünschten Nutztemperatur liegt.It often happens that significant quantities of heat are lost due to the fact that the temperature level at which it is made available is too low. For example, a refinery emits a large part of the heat it produces at a temperature level that may range from 50 to 150°C, which is considered too low to reuse this heat. Likewise, geothermal energy can pose the problem of using hot water from underground aquifers at a temperature below the desired useful temperature.

Der Zwang zur ökonomischen Energieverwendung bewirkt, daß es in allen diesen Fällen wünschenswert ist, ein Mittel zur Erhöhung der Temperatur einzusetzen, bei welcher diese Kalorien verfügbar sind. Um das zu erreichen, ist es möglich, mittels einer Wärmepumpe zu arbeiten, die Wärmepumpe erlaubt die Benützung von Kalorien bei einer höheren Temperatur als der Temperatur, bei der sie zunächst verfügbar sind, aber unter der Bedingung, daß man eine Arbeit W = Q/η aufbringt, wobei Q die zur Verfügung stehende Wärmemenge und η der Leistungskoeffizient der Wärmepumpe ist. Die Arbeit W ist selbst in der Mehrzahl der Fälle auf der Grundlage von Verbrennungswärme erhalten mit einem Wirkungsgrad, der deutlich unterhalb 1 liegt, z. B. in der Größenordnung von 0,3. Bei diesen Bedingungen stellt ein als Wärmepumpe arbeitendes System nur dann eine vom Standpunkt des ökonomischen Einsatzes der Energie interessante Lösung dar, wenn das System mit einem erhöhten Leistungskoeffizienten arbeitet.The need to use energy economically means that in all these cases it is desirable to use a means of increasing the temperature at which these calories are available. To achieve this, it is possible to work with a heat pump, which allows the calories to be used at a higher temperature than the temperature at which they are initially available, but on condition that a work W = Q / η is performed, where Q is the amount of heat available and η is the coefficient of performance of the heat pump. The work W is itself obtained in the majority of cases from the heat of combustion with an efficiency that is well below 1, for example of the order of 0.3. In these conditions, a system operating as a heat pump only represents an interesting solution from the point of view of the economical use of energy if the system operates with a high coefficient of performance.

Eine andere Lösung besteht darin, gemäß einem trithermischen Zyklus durch Realisation eines Thermotransformators zu verfahren. Die Möglichkeit der Realisation eines Thermotransformators ist theoretisch durch R. Vichnievsky aufgezeigt (Thermodynamique appliqu´e aux machines - Masson et Cie 1967).Another solution consists in operating according to a trithermal cycle by realizing a thermotransformer. The possibility of realizing a thermotransformer was shown theoretically by R. Vichnievsky (Thermodynamique appliqu´e aux machines - Masson et Cie 1967).

Ein solches Wärmeaustauschsystem mit einer kalten Quelle mit einer absoluten Temperatur T&sub0;, das unter reversiblen Bedingungen arbeitet, erlaubt die Transformation einer Wärmemenge Q bei der absoluten Temperatur T in eine Wärmemenge Q&min; mit der Temperatur T&min; wobei der Vorgang der Gleichung °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; ist.Such a heat exchange system with a cold source at an absolute temperature T 0 , operating under reversible conditions, allows the transformation of a quantity of heat Q at the absolute temperature T into a quantity of heat Q' with the temperature T' where the process of the equation °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54;

Im besonderen ist es deshalb möglich, eine Wärmemenge Q der Temperatur T in eine kleinere Wärmemenge Q&min; der Temperatur T&min;, die über der Temperatur T liegt, zu transformieren, wobei das Verhältnis @O:°KQ&dlowbar;°k:°KQ°k&udf54; notwendigerweise unterhalb des theoretischen Verhältnisses von °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;liegt.In particular, it is therefore possible to transform a quantity of heat Q of temperature T into a smaller quantity of heat Q' of temperature T' which is above temperature T , whereby the ratio @O:°KQ&dlowbar;°k:°KQ°k&udf54; is necessarily below the theoretical ratio of °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54;&udf53;vu10&udf54;.

Die DE-AS 10 20 997 beschreibt die Verwendung eines Transportgases in einer Wärmetransformationsanlage.DE-AS 10 20 997 describes the use of a transport gas in a heat transformation plant.

In "Gesundheits-Ingenieur", Heft 9/10, 1955, Seite 129 bis 137, sind Absorptionsanlagen zur Erzeugung von Wärme höherer Temperatur als die Temperatur der Ausgangswärme beschrieben.In "Gesundheits-Ingenieur", issue 9/10, 1955, pages 129 to 137, absorption systems for generating heat at a higher temperature than the temperature of the initial heat are described.

Die Druckschrift "Zeitschrift für die gesamte Kälte-Industrie", 1. Heft, 42. Jahrgang, 1935, Seite 8 bis 11, betrifft Wärme- Transformationsverfahren, wobei das Transportgas zur Zirkulation der Arbeitsmedien eingesetzt wird, um den Druckunterschied auszugleichen.The publication "Zeitschrift für die gesamte Kälte-Industrie", 1st issue, 42nd year, 1935, pages 8 to 11, concerns heat transformation processes, in which the transport gas is used to circulate the working media in order to compensate for the pressure difference.

Die Verfahren des Standes der Technik verbrauchen zuviel Energie, um die Wärme auf dem gewünschten Temperaturniveau zur Verfügung zu stellen.The state of the art processes consume too much energy to provide heat at the desired temperature level.

Demgegenüber liegt vorliegender Erfindung die Aufgabe zugrunde, den erforderlichen Energie-Einsatz bei der Anhebung von Wärme mit niedrigem Niveau zu reduzieren und möglichst niedrig zu halten, d. h. sich der thermodynamisch erforderlichen Mindest-Energie zu nähern. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches es gestattet, mit der geringst möglichen hineinzusteckenden Menge an mechanischer und sonstiger Energie eine Wärmemenge eines tieferen Temperaturniveaus auf ein höheres Temperaturniveau anzuheben.In contrast, the present invention is based on the object of reducing the energy required to raise heat from a low level and keeping it as low as possible, i.e. approaching the thermodynamically required minimum energy. The invention is therefore based on the object of creating a method which allows a heat quantity from a lower temperature level to be raised to a higher temperature level with the smallest possible amount of mechanical and other energy.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß man die an Kältemittel (G) reiche Lösung in Kontakt bringt mit dem Strom eines Hilfsfluids (H), das als Hilfsfluid die Desorption des Kältemittels bewirkt, wobei der Strom des Hilfsfluides (H) den Dampf einer kondensierbaren Verbindung enthält, wobei mindestens zum Teil die genannte gasförmige Fraktion des Kältemittels desorbiert wird und eine gasförmige Mischung genannter gasförmiger Fraktion des Kältemittels (G) und des genannten Hilfsfluids (H) erhalten wird, wobei die Desorptionswärme im Bereich der Temperatur B entnommen wird, man das desorbierte Lösungsmittel rezyklisiert und man die so erhaltene gasförmige Mischung einer Fraktionierung durch wengistens teilweise Kondensation des Hilfsfluids (H) unter Wärmeentstehung niedriger Temperatur, Phasentrennung und Verdampfung unterwirft, wobei man zwei gasförmige Phasen erhält, eine gasförmige Fraktion des Kältemittels (G) und eine Dampf- Fraktion des genannten Hilfsfluids (H), wobei die genannte Verdampfung bewirkt wird durch Entnahme der Wärme im Temperaturbereich B, und man die gasförmige Fraktion des Kältemittels (G) und die Dampf-Fraktion des Hilfsfluids (H) rezyklisiert.This object is achieved according to the invention in a method of the type mentioned at the outset in that the solution rich in coolant (G) is brought into contact with the flow of an auxiliary fluid (H) which, as auxiliary fluid, causes the desorption of the coolant, the flow of the auxiliary fluid (H) containing the vapor of a condensable compound, at least part of said gaseous fraction of the coolant being desorbed and a gaseous mixture of said gaseous fraction of the coolant (G) and said auxiliary fluid (H) being obtained, the heat of desorption being removed in the range of temperature B, the desorbed solvent being recycled and the gaseous mixture thus obtained being subjected to fractionation by at least partial condensation of the auxiliary fluid (H) with the generation of heat at low temperature, phase separation and evaporation, whereby two gaseous phases are obtained, a gaseous fraction of the coolant (G) and a vapor fraction of said auxiliary fluid (H) , said Evaporation is achieved by removing heat in the temperature range B, and the gaseous fraction of the refrigerant (G) and the vapor fraction of the auxiliary fluid (H) are recycled.

Besondere Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, daß bei Fraktionierung durch Kondensation des Hilfsfluids (H) die Fraktion des Kältemittels (G) im gasförmigen und die Fraktion des Hilfsfluids (H) im flüssigen Zustand gewonnen wird, gefolgt von einer Trennung der gasförmigen Fraktion des Kältemittels (G) von der flüssigen Fraktion des Hilfsfluids (H) und der Verdampfung der abgetrennten flüssigen Fraktion des Hilfsfluids (H), daß die Kondensation durch Abkühlen der gasförmigen Mischung im indirekten Kontakt mit einem externen Kühlmilieu durchgeführt wird, das im Temperaturbereich B zur Verfügung steht, daß die Desorption durch einen Gegenstromkontakt zwischen der an Kältemittel (G) reichen Lösung und dem Strom des Hilfsfluids (H) durchgeführt wird, und daß das Kältemittel (G) Ammoniak, das Lösungsmittel (R) Wasser und der kondensierbare Teil des Hilfsfluids (H) ein Kohlenwasserstoff, vorzugsweise Butan ist.Particular embodiments are characterized in that, during fractionation by condensation of the auxiliary fluid (H), the fraction of the refrigerant (G) is obtained in the gaseous state and the fraction of the auxiliary fluid (H) in the liquid state, followed by a separation of the gaseous fraction of the refrigerant (G) from the liquid fraction of the auxiliary fluid (H) and the evaporation of the separated liquid fraction of the auxiliary fluid (H) , that the condensation is carried out by cooling the gaseous mixture in indirect contact with an external cooling medium available in the temperature range B, that the desorption is carried out by a countercurrent contact between the solution rich in refrigerant (G) and the flow of the auxiliary fluid (H) , and that the refrigerant (G) is ammonia, the solvent (R) is water and the condensable part of the auxiliary fluid (H) is a hydrocarbon, preferably butane.

Weitere besondere Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, daß der Druck innerhalb des Systems zwischen 1 und 50 bar absolut beträgt, daß die Temperatur A einen Bereich zwischen 80 und 250°C umfaßt und der Temperaturbereich B einen Bereich zwischen 20 und 150°C umfaßt, und daß man im Verlauf der Fraktionierung durch Kondensation die Fraktion des Hilfsfluids (H) verflüssigt, und man die Fraktion des Kältemittels (G) in einem Lösungsmittel (R) auflöst, man die resultierenden flüssigen Fraktionen trennt und man sie getrennt verdampft unter Verwendung von Wärme im Temperaturbereich B.Further particular embodiments are characterized in that the pressure within the system is between 1 and 50 bar absolute, that the temperature A covers a range between 80 and 250°C and the temperature range B covers a range between 20 and 150°C, and that in the course of the fractionation by condensation the fraction of the auxiliary fluid (H) is liquefied and the fraction of the refrigerant (G) is dissolved in a solvent (R) , the resulting liquid fractions are separated and they are separately evaporated using heat in the temperature range B.

Die durch Thermo-Transformator-Systeme erschlossenen Möglichkeiten sind in der Praxis noch nicht vollständig erforscht. So wurde überraschenderweise beim erfindungsgemäßen Verfahren gefunden, daß es möglich ist, ein Absorptionssystem zu benützen, um einen Thermotransformator zu realisieren, der es ermöglicht, das Temperaturniveau von Wärme mit niedrigem Niveau anzuheben, indem das System in einem in Richtung auf isobaren Zyklus arbeitet, was mit keiner bis heute bekannten Technik möglich ist und was es gestattet, nur eine sehr geringe Menge an mechanischer und sonstiger Energie aufzubringen.The possibilities offered by thermo-transformer systems have not yet been fully explored in practice. Thus, it was surprisingly found that with the process according to the invention it is possible to use an absorption system to create a thermo-transformer that makes it possible to raise the temperature level of low-level heat by making the system work in an isobaric cycle, which is not possible with any technology known to date and which allows only a very small amount of mechanical and other energy to be used.

Die erzeugte Absorptionswärme wird nicht notwendigerweise direkt in der Absorptionszone zurückgewonnen. Sie kann gleichermaßen dazu dienen, einen der vorhandenen flüssigen Bestandteile zu verdampfen, deren spätere Kondensation Wärme auf einem erhöhten Niveau (siehe Beispiel 2) zu produzieren ermöglicht. Gleichermaßen wird die Desorptionswärme nicht notwendigerweise direkt durch die äußere Wärmequelle in die Desorptionszone geliefert.The absorption heat produced is not necessarily recovered directly in the absorption zone. It can equally serve to evaporate one of the liquid components present, the subsequent condensation of which allows to produce heat at an increased level (see example 2). Likewise, the desorption heat is not necessarily supplied directly to the desorption zone by the external heat source.

Das Lösungsmittel (R) kann gewöhnlich ein polares Lösungsmittel sein wie z. B. Wasser, Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, n-Methylpyrrolidon, Tributylphosphat, Äthylenglykol, Diäthylenglykol, Benzylalkohol oder Anilin. Es ist in gewissen Fällen gleichermaßen möglich, als Lösungsmittel einen Kohlenwasserstoff zu benützen, der z. B. aus den Paraffinen ausgewählt ist.The solvent (R) can usually be a polar solvent such as water, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, n-methylpyrrolidone, tributyl phosphate, ethylene glycol, diethylene glycol, benzyl alcohol or aniline. It is also possible in certain cases to use as solvent a hydrocarbon selected, for example, from the paraffins.

Die absorbierte Fraktion (G) (Kältemittel), die man Gelöstes oder Arbeits-Fluid nennen kann, kann z. B. durch Ammoniak, einen Alkohol wie Methanol, ein Keton wie Aceton oder durch einen paraffinierten Kohlenwasserstoff wie z. B. Butan oder Propan oder durch einen aromatischen Kohlenwasserstoff wie z. B. Benzol oder noch durch einen chlorierten und/oder fluorierten Kohlenwasserstoff- Dampf aus dem Bereich der Freone wie z. B. Fluortrichlormethan oder Difluordichloromethan gebildet werden. In allgemeiner Hinsicht kann jedes Gas, welches unter den Temperatur- und Druckbedingungen, unter denen man arbeitet, chemisch stabil ist, angemessen sein unter der Bedingung, daß das Gas im Lösungsmittel unter Wärmeabgabe lösbar ist, z. B. 50 cal/g und vorzugsweise so hoch wie möglich.The absorbed fraction (G) (refrigerant), which can be called dissolved or working fluid, can be formed, for example, by ammonia, an alcohol such as methanol, a ketone such as acetone, a paraffinic hydrocarbon such as butane or propane, an aromatic hydrocarbon such as benzene or a chlorinated and/or fluorinated hydrocarbon vapor from the Freon range such as fluorotrichloromethane or difluorodichloromethane. In general terms, any Gas which is chemically stable under the conditions of temperature and pressure under which one is working, appropriate provided that the gas is soluble in the solvent with release of heat, e.g. 50 cal/g and preferably as high as possible.

Der Spülstrom (Hilfsfluid) H wird durch einen Dampf eines beim Systemdruck und bei der Kühltemperatur des Kondensors kondensierbaren Bestandteils gebildet, wobei der Bestandteil z. B. ein Kohlenwasserstoff wie Butan sein kann, wenn man ein leichtes Gas wie Ammoniak desorbiert. Die durch den Spülstrom und den desorbierten Lösungsanteil gebildete gasförmige Mischung wird in diesem Fall durch Passieren eines gekühlten Kondensors, z. B. durch das äußere Kühlmileu getrennt. Man erhält so am Ausgang des Kondensors entweder (a) eine flüssige Fraktion (Hilfsfluid) H, die schließlich verdampft wird, indem sie Wärme dem Temperaturbereich B entnimmt, und aufs Neue einen gasförmigen Spülstrom ergibt, und (b) eine gasförmige Fraktion (Kältemittel) G, oder zwei flüssige Fraktionen (Kältemittel) G und (Hilfsfluid) H, die schließlich getrennt verdampft werden und die Verdampfungswärme dem Temperaturbereich B entnehmen.The purge stream (auxiliary fluid) H is formed by a vapor of a component that is condensable at the system pressure and at the cooling temperature of the condenser, where the component can be, for example, a hydrocarbon such as butane when a light gas such as ammonia is desorbed. The gaseous mixture formed by the purge stream and the desorbed solution portion is in this case separated by passing through a cooled condenser, e.g. through the external cooling medium. At the outlet of the condenser one thus obtains either (a) a liquid fraction (auxiliary fluid) H , which is finally evaporated by taking heat from temperature range B and once again gives a gaseous purge stream, and (b) a gaseous fraction (refrigerant) G , or two liquid fractions (refrigerant) G and (auxiliary fluid) H , which are finally evaporated separately and take the heat of vaporization from temperature range B.

Die Fraktionierung der gasförmigen Mischung kann gleichermaßen durch jede andere bekannte Methode wie z. B. die Destillation durchgeführt werden.The fractionation of the gaseous mixture can equally be carried out by any other known method such as distillation.

Der Kontakt zwischen der flüssigen Phase und der gasförmigen Phase im Verlauf der Desorption wird vorzugsweise im Gegenstromverfahren durchgeführt, um eine möglichst vollständige Desorption zu erhalten. Die Absortions- und Desorptionsstufen werden vorzugsweise in Kolonnen durchgeführt in der Art, wie sie am häufigsten in der Chemie verwendet werden, um diese Verfahrensweise durchzuführen, jedoch können auch andere Einrichtungen, insbesondere Einrichtungen, die eine mechanische Bewegung umfassen, verwendet werden.The contact between the liquid phase and the gaseous phase during the desorption is preferably carried out in countercurrent in order to obtain the most complete desorption possible. The absorption and desorption stages are preferably carried out in columns of the type most commonly used in chemistry to carry out this procedure, but other devices, in particular devices involving mechanical agitation, may also be used.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele dargestellt, die aufzeigen, wie ein derartiges System realisiert werden kann.The invention is illustrated by the following examples, which show how such a system can be realized.

example 1

Das Beispiel ist durch die Fig. 1 erläutert. Man schickt durch die Leitung 1 23 m³/Stunde einer gasförmigen Mischung mit dem Druck von 4 atm und der Temperatur von 35°C, wobei die folgende Zusammensetzung in molaren Fraktionen vorliegt:

n-Butan-0,906
Ammoniak-0,077
Wasser-0,017

The example is illustrated in Fig. 1. 23 m³/hour of a gaseous mixture with a pressure of 4 atm and a temperature of 35°C are sent through line 1, with the following composition in molar fractions:

n-Butane-0.906
Ammonia-0.077
Water-0.017

Diese Mischung wird abgekühlt bis auf eine Temperatur von 25°C im wassergekühlten Kondensor C 1. Man erhält so eine teilweise Verflüssigung des Butans und die Mischung wird über die Leitung 2 in den Dekantierungsbehälter B 1 geleitet. Aus diesem Behälter tritt durch die Leitung 3 eine Durchflußleitung von 1,698 kg/Stunde von flüssigem Butan und durch die Leitung 4 eine gasförmige Mischung aus, welche die folgende Zusammensetzung in molaren Fraktionen hat:

n-Butan-0,575
Ammoniak-0,348
Wasser-0,077

This mixture is cooled to a temperature of 25°C in the water-cooled condenser C 1 . A partial liquefaction of the butane is thus obtained and the mixture is passed through line 2 into the decanting tank B 1 . From this tank emerges through line 3 a flow rate of 1.698 kg/hour of liquid butane and through line 4 a gaseous mixture having the following composition in molar fractions:

n-Butane-0.575
Ammonia-0.348
Water-0.077

Diese gasförmige Mischung passiert den Austauscher E 3, von wo sie über die Leitung 5 bei einer Temperatur von 54°C austritt, um in eine Bodenkolonne T 2 geschickt zu werden. Die Bodenkolonne T 2 hat einen Durchmesser von 10 cm und umfaßt 15 perforierte Böden. In dieser Kolonne wird die gasförmige Mischung im Gegenstrom mit einer wasserhaltigen Phase in Kontakt gebracht, die über die Leitung 9 zuströmt. Die Durchflußleistung der wasserhaltigen Phase beträgt 241 l/Stunde. Das in der gasförmigen Mischung enthaltene Ammoniak wird durch das Wasser absorbiert und über die Leitung 8 tritt aus der Kolonne eine gasförmige Mischung aus, die die folgende Zusammensetzung in molaren Fraktionen hat:

n-Butan-0,882
Wasser-0,118

This gaseous mixture passes through the exchanger E 3 , from where it exits via line 5 at a temperature of 54°C to be sent to a tray column T 2 . The tray column T 2 has a diameter of 10 cm and comprises 15 perforated trays. In this column, the gaseous mixture is brought into contact in countercurrent with an aqueous phase which flows in via line 9. The flow rate of the aqueous phase is 241 l/hour. The ammonia contained in the gaseous mixture is absorbed by the water and a gaseous mixture exits the column via line 8 which has the following composition in molar fractions:

n-Butane-0.882
Water-0.118

Diese Mischung passiert den Wärmetauscher E 3, den sie über die Leitung 12 verläßt, danach den Kondensor C 2, in welchem die Mischung unter Wärmeabgabe durch indirekten Kontakt mit Kühlwasser des Kondensors kondensiert wird. Man erhält so zwei flüssige Fraktionen, die man in dem Behälter B 2 trennt.This mixture passes through the heat exchanger E 3 , which it leaves via line 12 , then through the condenser C 2 , in which the mixture is condensed, releasing heat through indirect contact with the cooling water of the condenser. Two liquid fractions are thus obtained, which are separated in the tank B 2 .

Durch die Leitung 16 gewinnt man eine Durchflußleistung von9 l/Stunde Wasser, das durch die Pumpe P 4 aufgenommen und in Linie mit der wasserhaltigen Lösung gemischt wird, herrührend aus der Kolonne T 1 und zugeführt über die Leitung 21. Über die Leitung 15 gewinnt man eine Durchflußleistung von 382 l/Stunde Butan, welches durch die Pumpe P 3 aufgenommen wird, die es über die Leitung 17 schickt, um es in Linie mit dem Butan, welches über die Leitung 14 zuströmt, zu mischen.Through line 16 , a flow rate of 9 l/hour of water is obtained, which is taken up by pump P 4 and mixed in line with the aqueous solution coming from column T 1 and supplied through line 21. Through line 15, a flow rate of 382 l/hour of butane is obtained, which is taken up by pump P 3 , which sends it through line 17 to mix it in line with the butane supplied through line 14 .

Die Bodenkolonne T 2 arbeitet bei einem Kopfdruck von 3,8 atm und die Böden befinden sich auf einer deutlich konstanten Temperatur von 80°C. Die Lösungswärme wird abgeführt durch einen indirekten Kontakttauscher mit einem Strom von n-Pentan, der über die Leitung 6 eintritt und über die Leitung 7 austritt und im Verlauf des Austauschs völlig verdampft wird. Man erhält so 4,5 kcal/s bei 80°C.The plate column T 2 operates at a head pressure of 3.8 atm and the plates are at a clearly constant temperature of 80°C. The heat of solution is removed by an indirect contact exchanger with a stream of n-pentane which enters via line 6 and leaves via line 7 and is completely evaporated during the exchange. This gives 4.5 kcal/s at 80°C.

Die wäßrige Ammoniaklösung wird über die Leitung 10 abgezogen, von der Pumpe P 1 aufgenommen und passiert schließlich den Austauscher E 2, den sie bei einer Temperatur von 51°C verläßt, wonach sie über die Leitung 11 in die Bodenkolonne T 1 geschickt wird. Die Bodenkolonne T 1 hat einen Durchmesser von 10 cm und umfaßt 15 perforierte Böden.The aqueous ammonia solution is withdrawn via line 10 , taken up by the pump P 1 and finally passes through the exchanger E 2 , which it leaves at a temperature of 51°C, after which it is sent via line 11 to the tray column T 1. The tray column T 1 has a diameter of 10 cm and comprises 15 perforated trays.

Das im Behälter B 1 enthaltene flüssige Butan wird über die Leitung 3 dem Austauscher E 1 zugeführt, den es über die Leitung 13 bei einer Temperatur von 35°C verläßt und wird durch die Pumpe P 2 aufgenommen, die das flüssige Butan in die Leitung 14 eingibt. Das über die Leitung 14 ankommende Butan und das über die Leitung 17 ankommende Butan werden in Linie gemischt und über die Leitung 18 dem Verdampfer R 1 zugeführt, in welchem das Butan unter einem Druck von 4,2 atm unter Aufnahme von 39,9 kcal/s bei einer Temperatur von 43°C an der Wärmequelle des Verdampfers verdampft. Das dampfförmige Butan wird über die Leitung 19 der Bodenkolonne T 1 zugeführt. In der Kolonne T 1 wird dann das in der wäßrigen Lösung enthaltene Ammonaik, das über die Leitung 11 zuströmt, durch den Butanstrom desorbiert. Die Bodenkolonne T 1 arbeitet mit einem Bodendruck von 4,2 atm und die Böden befinden sich auf einer deutlich kosntanten Temperatur von 40°C. Die Desorptionswärme - 4,6 kcal/s - wird durch einen Isopentanstrom geliefert, der durch die Leitung 24 eintritt und über die Leitung 23 unter vollständiger Kondensation im Verlauf des Austauschs austritt.The liquid butane contained in the tank B 1 is fed via line 3 to the exchanger E 1 , which it leaves via line 13 at a temperature of 35°C and is taken up by the pump P 2 which introduces the liquid butane into line 14. The butane arriving via line 14 and the butane arriving via line 17 are mixed in line and fed via line 18 to the evaporator R 1 in which the butane evaporates at a pressure of 4.2 atm, absorbing 39.9 kcal/s at a temperature of 43°C at the heat source of the evaporator. The vaporous butane is fed via line 19 to the tray column T 1. In the column T 1 , the ammonia contained in the aqueous solution, which flows in via line 11 , is then desorbed by the butane stream. The tray column T 1 operates at a tray pressure of 4.2 atm and the trays are at a substantially constant temperature of 40°C. The heat of desorption - 4.6 kcal/s - is supplied by an isopentane stream which enters through line 24 and exits through line 23 with complete condensation during the exchange.

Dieses System hat so Wärme von 80°C geliefert auf der Grundlage einer aufgenommenen Wärme zwischen 40 und 43°C.This system delivered heat of 80°C based on absorbed heat between 40 and 43°C.

Example 2

Das Beispiel 2 ist in der Fig. 2 illustiert. Durch die Leitung 31 schickt man 1,31 Tonnen/Stunde Dampf, gebildet aus 79 Gew.-% Ammoniak und 21 Gew.-% Wasser, in die Absorptionskolonne T 2 bei einer Temperatur von 100°C und einem Druck von 4,5 kg/cm². Im Kopf der Absorptionskolonne T 1 erscheint durch die Leitung 32 eine flüssige Durchflußleistung von 10 Tonnen/Stunde, gebildet aus Wasser, das 0,2 Gew.-% Ammoniak enthält und eine Temperatur von 113°C besitzt. Die Kolonne T 1 ist adiabatisch und infolge der durch die Absorption des Ammoniaks freigemachten Wärme wird das Wasser verdampft. Im Kopf der Kolonne beträgt die Temperatur 140°C bei einem Druck von 4 kg/cm² und man erhält durch die Leitung 33 1 Tonne/Stunde Dampf, gebildet aus 95 Gew.-% Wasser und 5 Gew.-% Ammoniak. Dieser Dampf kondensiert zwischen 140 und 130°C im Austauscher E 4 und liefert 525 kcal/Stunde an ein äußeres Fluid, welches durch die Leitung 34 zuströmt und über die Leitung 35 abströmt, wonach es den Austauscher E 4 über die Leitung 37 verläßt. Über die Leitung 36 zapft man an der Kolonne mittels der Pumpe P 1 eine flüssige Durchflußleistung von 7,2 Tonnen/Stunde ab bei einem Niveau der Kolonne, das eine Temperatur von 120°C aufweist. Diese flüssige Durchflußleistung wird durch die Pumpe P 1 in die Leitung 38 geschickt und in Linie mit der flüssigen Durchflußleistung gemischt, die von der Leitung 37herrührt, wobei die so erhaltene Mischung durch die Leitung 39 in den Austauscher E 5 gegeben wird.Example 2 is illustrated in Fig. 2. Through line 31, 1.31 tonnes/hour of steam, formed from 79% by weight of ammonia and 21% by weight of water, are sent to the absorption column T 2 at a temperature of 100°C and a pressure of 4.5 kg/cm². At the top of the absorption column T 1 , through line 32, a liquid flow rate of 10 tonnes/hour appears, formed from water containing 0.2% by weight of ammonia and at a temperature of 113°C. The column T 1 is adiabatic and the water is evaporated as a result of the heat released by the absorption of the ammonia. At the top of the column, the temperature is 140°C at a pressure of 4 kg/cm² and 1 tonne/hour of steam, formed from 95% by weight of water and 5% by weight of ammonia, is obtained through line 33. This vapour condenses between 140 and 130°C in exchanger E4 and delivers 525 kcal/hour to an external fluid which enters through line 34 and leaves through line 35 , after which it leaves exchanger E4 through line 37. A liquid flow rate of 7.2 tonnes/ hour is drawn off from the column through line 36 by pump P1 , at a column level which has a temperature of 120°C. This liquid flow rate is sent by pump P1 to line 38 and mixed in line with the liquid flow rate coming from line 37 , the mixture thus obtained being introduced through line 39 into exchanger E5 .

Am Boden der Kolonne entnimmt man eine Lsöung von 15 Gew.-% Ammoniak bei einer Temperatur von 100°C. Diese Lösung wird über die Leitung 40 weggeführt und in Linie mit der flüssigen Durchflußleistung gemischt, die von der Leitung 41 herrührt. Die so erhaltene Mischung wird in den Kopf der stripping-Kolonne T 1 durch die Leitung 42 eingeführt.A solution of 15% by weight of ammonia at a temperature of 100°C is taken from the bottom of the column. This solution is discharged via line 40 and mixed in line with the liquid flow coming from line 41. The mixture thus obtained is introduced into the top of the stripping column T 1 through line 42 .

In den Boden der Kolonne T 1 gibt man über die Leitung 43 151 K Mole/Stunde eines Transportdampfes, dessen Zusammensetzung in molaren Fraktionen folgende ist:

n-Butan-0,30
Isopentan-0,45
n-Hexan-0,25

151 K moles/hour of a transport vapor are introduced into the bottom of column T 1 via line 43 , the composition of which in molar fractions is as follows:

n-Butane-0.30
Isopentane-0.45
n-Hexane-0.25

Dieser Dampf erlaubt die Mitnahme des in der Lösung enthaltenen Ammoniaks. Die Desorptionswärme wird durch die Zuführung von 646 kcal/Stunde kompensiert, die durch Abkühlen eines äußeren Fluids erhalten werden, das durch die Leitung 25 zuströmt und durch die Leitung 26 abströmt. Die Temperatur in der Kolonne beträgt so 100°C am Boden und 80°C im Kopf. Durch die Leitung 44 entnimmt man einen Dampf, dessen Zusammensetzung in molaren Fraktionen folgende ist:

Kohlenwasserstoffe-0,67
Ammoniak-0,26
Wasser-0,07

This steam allows the ammonia contained in the solution to be carried away. The heat of desorption is compensated by the addition of 646 kcal/hour obtained by cooling an external fluid that enters through line 25 and leaves through line 26. The temperature in the column is thus 100°C at the bottom and 80°C at the top. A steam is taken out through line 44 , the composition of which in molar fractions is as follows:

Hydrocarbons-0.67
Ammonia-0.26
Water-0.07

Dieser Dampf wird mit 1,13 Tonnen/Stunde Lösungsmittel gemischt, welches durch die Leitung 25 zuströmt, um das Gewichtsverhältnis Ammoniak/(Wasser+Ammoniak) auf 0,45 zu bringen. Die Mischung wird durch die Leitung 66 in den Austauscher E 8 geschickt, danach durch die Leitung 47 in den Kondensor C 1. Am Ausgang des Kondensors beträgt die Temperatur 30°C und die Mischung bildet zwei flüssige Phasen, eine Kohlenwasserstofffraktion und eine wäßrige Fraktion, gebildet durch eine Ammoniaklösung. Diese beiden flüssigen Fraktionen werden durch die Leitung 48 in den Behälter B 1 gegeben. Die Kohlenwasserstoffphase verläßt den Behälter B 1 durch die Leitung 49 und wird danach durch die Pumpe P 2 über die Leitung 50 in den Austauscher E 8, danach über die Leitung 51 in den Austauscher E 7 gegeben. Im Austauscher E 7 wird sie durch ein externes Fluid erhitzt, welches durch die Leitung 52 zuströmt und durch die Leitung 53 abströmt und dessen Abkühlung 856 kcal/Stunde liefert. Vollständig verdampft verläßt sie den Austauscher E 7 durch die Leitung 43 bei einer Temperatur von 100°C. Die wäßrige Phase verläßt den Behälter B 1 durch die Leitung 54 und wird über die Pumpe P 3 durch die Leitung 55 in den Austauscher E 8 und danach durch die Leitung 56 in den Austauscher E 6 gegeben. Im Austauscher E 6 wird sie durch ein externes Fluid erhitzt, welches durch die Leitung 57 zuströmt und über die Leitung 58 abströmt und dessen Abkühlung 158 kcal/Stunde liefert, danach wird sie durch die Leitung 59 in den Behälter B 2 gegeben. Im Behälter B 2 beträgt die Temperatur 100°C und man erhält einen Dampf, der durch die Leitung 31 in die Kolonne T 2 geschickt wird und eine flüssige Fraktion von 16 Gew.-% Ammoniak enthält, die durch die Leitung 60 über die Kolonne T 1 zugeführt worden ist.This vapour is mixed with 1.13 tonnes/hour of solvent which flows through line 25 to bring the ammonia/(water+ammonia) weight ratio to 0.45. The mixture is sent through line 66 to exchanger E 8 and then through line 47 to condenser C 1 . At the outlet of the condenser, the temperature is 30°C and the mixture forms two liquid phases, a hydrocarbon fraction and an aqueous fraction formed by an ammonia solution. These two liquid fractions are introduced into tank B 1 through line 48. The hydrocarbon phase leaves tank B 1 through line 49 and is then introduced by pump P 2 via line 50 to exchanger E 8 and then via line 51 to exchanger E 7 . In exchanger E 7 it is heated by an external fluid which flows in through line 52 and flows out through line 53 and cools it at a rate of 856 kcal/hour. Completely evaporated, it leaves exchanger E 7 through line 43 at a temperature of 100°C. The aqueous phase leaves tank B 1 through line 54 and is fed by pump P 3 through line 55 to exchanger E 8 and then through line 56 to exchanger E 6. In exchanger E 6 it is heated by an external fluid which flows in through line 57 and flows out through line 58 and cools it at a rate of 158 kcal/hour and is then fed through line 59 to tank B 2 . In tank B 2 the temperature is 100 °C and a vapor is obtained which is sent through line 31 to column T 2 and contains a liquid fraction of 16 wt. % ammonia which has been fed through line 60 via column T 1 .

Am Boden der Kolonne T 1 erhält man eine Lösung von 0,2 Gew.-% Ammoniak, welches aus der Kolonne durch die Leitung 61 abgelassen wird. Diese Lösung wird durch die Pumpe P 4 wieder aufgenommen und durch die Leitung 62 in den Austauscher E 5 geschickt, von wo sie durch die Leitung 32 in die Kolonne T 2 geschickt wird.At the bottom of column T 1 , a solution of 0.2 wt.% ammonia is obtained, which is discharged from the column through line 61. This solution is taken up again by pump P 4 and sent through line 62 to exchanger E 5 , from where it is sent through line 32 to column T 2 .

In den Austauscher E 5 strömt andererseits durch die Leitung 39 die Kopf-Lösung. Diese Lösung wird durch die Leitung 63 in den Behälter B 3 gegeben, von wo man durch die Leitung 45 den Durchfluß vorwegnimmt, der zur Verdünnung des Dampfes dient, welcher am Kopf der Kolonne T 1 austritt. Durch die Leitung 64 läßt man 7,07 Tonnen/ Stunde Lösung ab, die durch die Pumpe P 5 durch die Leitung 65 in den Kopf der Kolonne T 1 gegeben wird.On the other hand, the overhead solution flows into the exchanger E 5 through line 39. This solution is introduced through line 63 into the tank B 3 , from where the flow is anticipated through line 45 which serves to dilute the vapor which comes out at the top of the column T 1. 7.07 tons/hour of solution are discharged through line 64 and is introduced by pump P 5 through line 65 into the top of the column T 1 .

Abschließend hat man so Wärme zwischen 130 und 140°C (Temperaturbereich A) erzeugt, indem Wärme zwischen 80 und 100°C (Temperaturbereich B) verbraucht wurde.Finally, heat between 130 and 140°C (temperature range A) was generated by consuming heat between 80 and 100°C (temperature range B).

Man sieht nach diesen Beispielen, daß das Verfahren es gestattet, Wärme bei relativ erhöhten Temperaturen und unter Anwendung von herabgesetztem Druck zu erzeugen, was es gestattet, die Kosten der Vorrichtung zu reduzieren. Es zeigt sich gleichermaßen, daß die Absorptionsstufen und die Desorptionsstufen bei deutlich gleichen Drücken durchgeführt werden können, was es ermöglicht, einen hohen Kompressionsarbeitsaufwand zu vermeiden. Nach Beispiel 2 ist es nicht weniger offensichtlich, daß es in gewissen Fällen zur Erleichterung der Desorption möglich ist, die Desorptionsstufe unter einem Druck durchzuführen, der unter dem Druck liegt, bei welchem die Absorptionsstufe durchgeführt wird.It can be seen from these examples that the process makes it possible to generate heat at relatively high temperatures and using reduced pressure, which makes it possible to reduce the cost of the device. It is also evident that the absorption and desorption stages can be carried out at substantially equal pressures, which makes it possible to avoid a high compression workload. It is no less obvious from Example 2 that in certain cases, in order to facilitate desorption, it is possible to carry out the desorption stage at a pressure lower than that at which the absorption stage is carried out.

Claims

1. Process for generating heat at a temperature A on the basis of heat provided within a temperature range B, the temperature A being above the temperature range B, and bringing a gaseous fraction of a refrigerant (G) in the presence of an auxiliary fluid (H) into contact with a solvent (R) which is used as a solvent (R) for this refrigerant (G) in order to dissolve at least part of the gaseous phase of the refrigerant (G) in the solvent (R) , thereby releasing heat at temperature A, characterized in that the solution rich in refrigerant (G) is brought into contact with the flow of an auxiliary fluid (H) which, as an auxiliary fluid, causes the desorption of the refrigerant, the flow of the auxiliary fluid (H) containing the vapor of a condensable compound, at least part of said gaseous fraction of the refrigerant being desorbed and a gaseous mixture of said gaseous fraction of the refrigerant (G) and said auxiliary fluid (H) being obtained, the Desorption heat is removed in the range of temperature B, the desorbed solvent is recycled, and the gaseous mixture thus obtained is subjected to fractionation by at least partial condensation of the auxiliary fluid (H) with the generation of heat at low temperature, phase separation and evaporation, whereby two gaseous phases are obtained, a gaseous fraction of the refrigerant (G) and a vapor fraction of said auxiliary fluid (H) , whereby said evaporation is brought about by removal of the heat in the temperature range B, and the gaseous fraction of the refrigerant (G) and the vapor fraction of the auxiliary fluid (H) are recycled.

2. Process according to claim 1, characterized in that during fractionation by condensation of the auxiliary fluid (H) , the fraction of the refrigerant (G) is obtained in the gaseous state and the fraction of the auxiliary fluid (H) in the liquid state, followed by a separation of the gaseous fraction of the refrigerant (G) from the liquid fraction of the auxiliary fluid (H) and the evaporation of the separated liquid fraction of the auxiliary fluid (H) .

3. Process according to claims 1 and 2, characterized in that the condensation is carried out by cooling the gaseous mixture in indirect contact with an external cooling medium which is available in the temperature range B.

4. Process according to claims 1 to 3, characterized in that the desorption is carried out by a countercurrent contact between the solution rich in refrigerant (G) and the flow of the auxiliary fluid (H) .

5. Process according to claims 1 to 4, characterized in that the refrigerant (G) is ammonia, the solvent (R) is water and the condensable part of the auxiliary fluid (H) is a hydrocarbon, preferably butane.

6. Process according to claims 1 to 5, characterized in that the pressure within the system is between 1 and 50 bar absolute.

7. Process according to claims 1 to 6, characterized in that the temperature A covers a range between 80 and 250°C and the temperature range B covers a range between 20 and 150°C.

8. Process according to claims 1 to 7, characterized in that in the course of the fractionation by condensation the fraction of the auxiliary fluid (H) is liquefied and the fraction of the refrigerant (G) is dissolved in a solvent (R) , the resulting liquid fractions are separated and they are separately evaporated using heat in the temperature range B.