LÖHR, Richard (Weyerstr. 39, Köln, 50676, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zum Aufbereiten eines Wärmeträgermediums eines solarthermischen Kraftwerkes, bei welchem die Aufbereitung in einer ersten Aufbereitungsstufe (I) und/oder in einer zweiten Aufbereitungsstufe (II) und/oder in einer dritten Aufbereitungsstufe (III) erfolgt, wobei in der ersten Aufbereitungsstufe (1} das aufzubereitende Wärmeträgermedium in leichtsiedende Anteile enthaltendes Wärmeträgermedium und in schwersiedende Anteile und Partikel enthaltendes Wärmeträgermedium aufgeteilt wird, in der zweiten Aufbereitungsstufe (II) die leichtsiedenden Anteile von dem Wärmeträgermedium abgetrennt werden, und in der dritten Aufbereitungsstufe (III) die schwersiedenden Anteile und Partikel von dem Wärmeträgermedium abgetrennt werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung in der ersten Aufbereitungsstufe (I) in einem ersten eine Füllkörperkolonne aufweisenden Behälter (12) erfolgt. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung in dem ersten Behälter (12) in einem Gegenstromverfahren erfolgt. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Aufbereitungsstufe (I) ein Inertgas zugeführt wird. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Aufbereitungsstufe (I) das leichtsiedende Anteile enthaltende Wärmeträgermedium einem ersten Kondensator (22) zugeführt wird, in welchem leichtsiedende Anteile von dem leichtsiedende Anteile enthaltenden Wärmeträgermedium abgetrennt werden, bevor das leichtsiedende Anteile enthaltende Wärmeträgermedium der zweiten Aufbereitungsstufe (II) zugeführt wird. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung der leichtsiedenden Anteile von dem Wärmeträgermedium in der zweiten Aufbereitungsstufe (II) in einem zweiten eine Füllkörperkolonne aufweisenden Behälter (32) erfolgt. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung in dem zweiten Behälter (32) in einem Gegenstromverfahren erfolgt. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Aufbereitungsstufe (II) die in dem zweiten Behälter (32) abgetrennten leichtsiedenden Anteile einem zweiten Kondensator (46) zugeführt werden, in welchem in den leichtsiedenden Anteilen enthaltende Reste an Wärmeträgermedium abgetrennt und dem zweiten Behälter (32) wieder zugeführt werden und/oder in welchem die in eine flüssige Phase umwandelbaren leichtsiedenden Anteile abgetrennt und einer Entsorgung (78) zugeführt werden. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung der schwersiedenden Anteile und Partikel von dem Wärmeträgermedium in der dritten Aufbereitungsstufe (III) in einem dritten eine Füllkörperkolonne aufweisenden Behälter (56) erfolgt. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der dritten Aufbereitungsstufe ( I I I ) das in dem dritten Behälter (56) abgetrennte Wärmeträgermedium einem dritten Kondensator (62) zugeführt wird, in welchem in dem Wärmeträgermedium enthaltende Reste an leichtsiedenden Anteilen abgetrennt werden. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem dritten Kondensator (62) abgetrennten Reste an leichtsiedenden Anteilen und/oder Leckageluft der ersten Aufbereitungsstufe (I) zugeführt werden. Vorrichtung zum Aufbereiten eines Wärmeträgermediums eines solarthermischen Kraftwerkes, mit einer ersten Aufbereitungsstufe (I) und/oder einer zweiten Aufbereitungsstufe (II) und/oder einer dritten Aufbereitungsstufe (III) , wobei die erste Aufbereitungsstufe (I) eine erste Anordnung zur Aufteilung des aufzubereitenden Wärmeträgermediums in leichtsiedende Anteile enthaltendes Wärmeträgermedium und in schwersiedende Anteile und Partikel enthaltendes Wärmeträgermedium, die zweite Aufbereitungsstufe (II) eine zweite Anordnung zur Abtrennung der leichtsiedenden Anteile von dem leichtsiedende Anteile enthaltenden Wärmeträgermedium und die dritte Aufbereitungsstufe (III) eine Anordnung zur Abtrennung der schwersiedenden Anteile und Partikel von den schwersiedenden Anteile und Partikel enthaltenden Wärmeträgermedium aufweist. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anordnung einen ersten eine Füllkörperkolonne aufweisenden Behälter (12) und/oder die zweite Anordnung einen zweiten eine Füllkörperkolonne aufweisenden Behälter (32) und/oder die dritte Anordnung einen dritten eine Füllkörperkolonne aufweisenden Behälter (56) aufweist. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Aufbereitungsstufe (I) dem ersten Behälter (12} ein erster Kondensator (22) und/oder in der zweiten Aufbereitungsstufe (II) dem zweiten Behälter (32) ein zweiter Kondensator (46) und/oder in der dritten Aufbereitungsstufe (III) dem dritten Behälter (56) ein dritter Kondensator (62) nachgeschaltet ist. |
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Aufbereiten eines Wärmeträgermediums eines solarthermischen Kraftwerkes.
Ferner richtet sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Aufbereiten eines Wärmeträgermediums eines solarthermischen Kraftwerkes .
Das in einem Wärmeträgermediumkreislauf eines solarthermischen Kraftwerks enthaltende Wärmeträgermedium, insbesondere ein synthetisches Wärmeträgeröl auf Aromatenbasis, wie beispielsweise zweikernige („Biphenyle"}, dreikernige („Terphenyle") oder vierkernige
(„Qüarterphenyle") Phenyl- bzw. Phenoxy-Verbindungen und deren Mischung, zersetzt sich mit der Zeit und es bilden sich leichtsiedende Anteile, auch Niedersieder genannt, und schwersiedende Anteile, auch Hochsieder genannt, in dem Wärmeträgermedium. Leichtsiedende Anteile sind meist einkernige Moleküle und schwersiedende Anteile sind meist mehrkernige Moleküle. Leichtsiedende Anteile sind zum Beispiel Wasserstoff, Benzen und Phenol. Schwersiedende Anteile sind zum Beispiel Terphenyle, Quaterphenyle sowie deren Phenoxy-Varianten und höhere Kondensate. Zusätzlich zu den leichtsiedenden Anteilen und den schwersiedenden Anteilen in dem Wärmeträgermedium sammeln sich durch Abrasion entstandene Partikel in dem Wärmeträgermedium an.
Üblicherweise wird das zersetzte Wärmeträgermedium entsorgt und durch neues, unverbrauchtes Wärmetragermedium ausgetauscht. Es ist jedoch auch bekannt, das zersetzte Wärmeträgermedium aufzubereiten, wobei die dafür bisher bekannten Verfahren sehr aufwendig sind und mit ihnen nur eine sehr geringe Ausbeute an aufbereiteten Wärmeträgermedium erreicht wird. Bei einer bekannten Aufbereitung wird das zersetzte Wärmeträgermedium zunächst mit einem hohen Druck durch einen Filter geleitet wird, um die Partikel aus dem Wärmeträgermedium zu entfernen. Anschließend wird das überhitzte Wärmeträgermedium in einen Behälter geleitet, in welchem das überhitzte Wärmeträgermedium in einer Art „Flash- Verfahren" auf einen geringen Druck entspannt wird und teilweise verdampft. In einem an dem Boden des Behälters ausgebildeten Sumpf werden schwersiedende Anteile des Wärmeträgermediums und Partikel, die nicht von dem Filter aus dem Wärmeträgermedium gefiltert wurden, abgelagert und von dort aus dem Behälter zur Entsorgung abgeleitet. Bei der Ableitung aus dem Sumpf wird jedoch 50 % bis 60 % an Wärmeträgermedium mit abgeleitet und entsorgt. Das dampfförmige Wärmeträgermedium entweicht zusammen mit den leichtsiedenden Anteilen oberhalb des Behälters und wird einem zweiten Behälter, in welchem ein sogenanntes „Quench- Verfahren" stattfindet, zugeführt. In dem zweiten Behälter herrscht eine wesentlich geringere Temperatur als in dem ersten Behälter, so dass in dem zweiten Behälter das dampfförmige Wärmeträgermedium kondensiert und dem Wärmeträgermediumkreislauf wieder zugeführt wird. Die leichtsiedenden Anteile kondensieren in dem zweiten Behälter nicht, sondern bleiben gasförmig und werden dadurch von dem kondensierenden Wärmeträgermedium abgetrennt und einem dritten Behälter zugeführt, in welchem eine niedrigere Temperatur als in dem zweiten Behälter herrscht. In dem dritten Behälter findet ebenfalls ein sogenanntes „Quench- Verfahren" statt. Die leichtsiedende Anteile enthaltende Reste an Wärmeträgermedium kondensieren in dem dritten Behälter und werden ebenfalls dem Wärmeträgermediumkreislauf wieder zugeführt. Die verbleibenden gasförmigen leichtsiedenden Anteile werden einer Entsorgung zugeführt.
Dieses Aufbereitungsverfahren weist jedoch einige Nachteile auf. Der Filter, der die Partikel aus dem aufzubereitenden Wärmeträgermedium vor Eintritt in den ersten Behälter heraustrennen soll, erzeugt einen hohen Druckverlust. Zudem funktioniert die Trennung nicht zuverlässig. Ferner ist bei dem aus dem ersten Behälter abgeführten schwersiedenden Anteilen und Partikeln noch ein großer Anteil an Wärmeträgermedium dabei, so dass große Teile des Wärmeträgermediums mit entsorgt werden. Hierdurch ist das Verfahren unwirtschaftlich. Zudem findet bei dem Verfahren keine definierte Druck- und Temperaturregelung des Prozesses statt. Aufgrund dieser Nachteile und der daraus resultierenden großen Unwirtschaftlichkeit des Verfahrens wird das zersetzte Wärmeträgermedium meist gar nicht erst aufbereitet, sondern durch ein neues Wärmeträgermedium ersetzt .
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Lösung zu schaffen, durch welche die Aufbereitung des Wärmeträgermediums eines Wärmeträgermediumkreislaufes eines solarthermischen
Kraftwerkes wirtschaftlicher erfolgen kann.
Bei einem Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Aufbereitung in einer ersten Aufbereitungsstufe und/oder in einer zweiten Aufbereitungsstufe und/oder in einer dritten Aufbereitungsstufe erfolgt, wobei in der ersten Aufbereitungsstufe das aufzubereitende Wärmeträgermedium in leichtsiedende Anteile enthaltendes Wärmeträgermedium und in schwersiedende Anteile und Partikel enthaltendes Wärmeträgermedium aufgeteilt wird, dass in der zweiten Aufbereitungsstufe die leichtsiedenden Anteile von dem Wärmeträgermedium abgetrennt werden, und dass in der dritten Aufbereitungsstufe die schwersiedenden Anteile und Partikel von dem Wärmeträgermedium abgetrennt werden.
Bei einer Vorrichtung der eingangs näher bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorrichtung eine erste Aufbereitungsstufe und/oder eine zweite Aufbereitungsstufe und/oder einer dritte Aufbereitungsstufe aufweist, wobei die erste
Aufbereitungsstufe eine erste Anordnung zur Aufteilung des aufzubereitenden Wärmeträgermediums in leichtsiedende Anteile enthaltendes Wärmeträgermedium und in schwersiedende Anteile und Partikel enthaltendes Wärmeträgermedium, die zweite Aufbereitungsstufe eine zweite Anordnung zur Abtrennung der leichtsiedenden Anteile von dem leichtsiedende Anteile enthaltenden Wärmeträgermedium und die dritte
Aufbereitungsstufe eine Anordnung zur Abtrennung der schwersiedenden Anteile und Partikel von den schwersiedenden Anteile und Partikel enthaltenden Wärmeträgermedium aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich durch eine wesentlich wirtschaftlichere Aufbereitung eines
Wärmeträgermediums eines solarthermischen Kraftwerkes aus, als dies mit den bisher bekannten Lösungen möglich ist. Die erfindungsgemäße Lösung sieht zum einen keinen Filter mehr vor, sondern die in dem Wärmeträgermedium enthaltenden Partikel werden zusammen mit den schwersiedenden Anteilen in zwei Aufbereitungsstufen, der ersten Aufbereitungsstufe und der dritten Aufbereitungsstufe, von dem Wärmeträgermedium abgetrennt. Dadurch werden hohe Druckverluste bereits beim Eintritt des Wärmeträgermediums in die Auf ereitungsanlage vermieden. Zudem werden bei der erfindungsgemäßen Lösung die schwersiedenden Anteile und Partikel nicht nach einer ersten Aufbereitungsstufe bereits einer Entsorgung zugeführt, sondern sie werden einer nachfolgenden Aufbereitungsstufe, in diesem Fall der dritten Aufbereitungsstufe zugeführt, bei welcher die schwersiedenden Anteile zusammen mit den Partikeln weiter von dem Wärmeträgermedium abgetrennt werden, so dass ein wesentlich geringerer Anteil an Wärmeträgermedium bei der Entsorgung der schwersiedenden Anteile und Partikel mit entsorgt werden. Mittels der erfindungsgemäßen Lösung ist eine sehr zuverlässige Abscheidung von leichtsiedenden Anteilen und schwersiedenden Anteilen sowie Partikeln von dem Wärmeträgermedium möglich, wobei der Wirkungsgrad der Aufbereitung gegenüber den bekannten Verfahren wesentlich verbessert ist, da eine sehr saubere Trennung der leichtsiedenden Anteile und der schwersiedenden Anteile sowie den Partikeln von dem Wärmeträgermedium möglich ist. Gegebenenfalls kann vor der ersten Aufbereitungsstufe noch eine Kühlstufe vorgesehen sein, bei der das Wärmeträgermedium mittels eines Kühlers auf die Arbeitstemperatur des Systems abgekühlt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnen sich ferner dadurch aus, dass die drei Aufbereitungsstufen je nach Bedarf auch separat betreibbar sind und damit einzeln in Betrieb genommen werden können bzw. in Betrieb sein können. Ferner können beispielsweise auch nur die erste und die zweite Aufbereitungsstufe oder die erste und die dritte Aufbereitungsstufe in Betrieb sein. Die Aufbereitung kann dadurch variabel an den Aufbereitungsbedarf angepasst werden, wodurch die Flexibilität der Aufbereitung sehr hoch ist.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Aufteilung in der ersten Aufbereitungsstufe in einem ersten eine Füllkörperkolonne aufweisenden Behälter. In den ersten Behälter wird das aufzubereitende Wärmeträgermedium unmittelbar aus dem Wärmeträgermediumkreislauf des solarthermischen Kraftwerks eingebracht, ohne dass das Wärmeträgermedium zuvor einen Filter oder eine Filteranlage durchläuft. Die in dem Behälter vorgesehene Füllkörperkolonne kann aus ein oder mehreren Füllkörperpaketen ausgebildet sein. Die Füllkörperpakete stellen einer Vergrößerung der Wirkungsoberfläche bei gleichzeitig geringem
Strömungswiderstand dar, wodurch eine verbesserte Aufteilung des Wärmeträgermediums in leichtsiedende Anteile und in schwersiedende Anteile bzw. Partikel möglich ist.
Die Aufteilung des Wärmeträgermediums in einen leichtsiedende Anteile enthaltende Wärmeträgermedium und einen schwersiedende Anteile und Partikel enthaltenden Wärmeträgermedium erfolgt vorzugsweise in der ersten Aufbereitungsstufe in dem ersten Behälter in einem Gegenstromverfahren, bevorzugt in einem sogenannten „Gas- Stripper"-Prozess . Bei diesem „Gas-Stripper"-Prozess wird das Wärmeträgermedium physikalisch aus einer flüssigen Phase zumindest teilweise in eine Gasphase überführt, indem das in einer flüssigen Phase vorliegende Wärmeträgermedium im Gegenstrom mit einem deutlich . größeren Volumenstrom an Gas in Kontakt gebracht wird. Hierfür wird vorzugsweise in der ersten Aufbereitungsstufe ein Inertgas in den ersten Behälter eingeleitet. Als Inertgas wird vorzugsweise Stickstoff verwendet. Bei dem „Gas-Stripping"-Prozess wird das aufzubereitende Wärmeträgermedium fein verteilt in den Behälter oberhalb eines Füllkörperpaketes eingebracht, so dass das Wärmeträgermedium über das Füll körperpaket in Richtung dem Boden des Behälters rieselt. Das Inertgas wird unterhalb der Zuführung des aufzubereitenden
Wärmeträgermediums in den Behälter eingeführt. Das Inertgas, auch Strippgas genannt, wird durch das Füllkörperpaket mittels Druck geführt. Das Füllkörperpaket dient dazu, das flüssige Wärmeträgermedium fein zu verteilen und somit die Phasengrenzflächen des Wärmeträgermediums zu maximieren. Hierdurch ist eine besonders effektive Aufteilung des aufzubereitenden Wärmeträgermediums in leichtsiedende Anteile enthaltendes Wärmeträgermedium und in schwersiedende Anteile und Partikel enthaltendes Wärmeträgermedium möglich.
Weiter ist es bevorzugt vorgesehen, dass in der ersten Aufbereitungsstufe das leichtsiedende Anteile enthaltende Wärmeträgermedium einem ersten Kondensator zugeführt wird, in welchem leichtsiedende Anteile von dem leichtsiedende Anteile enthaltenden Wärmeträgermedium abgetrennt werden, bevor das leichtsiedende Anteile enthaltende Wärmeträgermedium der zweiten Aufbereitungsstufe zugeführt wird. Hierdurch kann bereits vor Eintritt in die zweite Aufbereitungsstufe ein großer Anteil an leichtsiedenden Anteilen aus dem Wärmeträgermedium abgetrennt werden. Der Kondensator ist vorzugsweise in Form eines Wärmetauschers ausgebildet, in dem das den ersten Behälter verlassende leichtsiedende Anteile enthaltende Wärmeträgermedium gekühlt wird. Das dabei entstehende Kondensat wird in einem Kondensatsammler aufgefangen und in den zweiten Behälter der zweiten Aufbereitungsstufe geführt. Das in den zweiten Behälter der zweiten Aufbereitungsstufe geführte Wärmeträgermedium weist vorzugsweise nur noch 5 - 8 % an leichtsiedenden Anteilen, vorzugsweise im Wesentlichen Benzen, welche in einer flüssigen Phase vorliegen, auf. Die in dem Kondensator abgetrennten leichtsiedenden Anteile, welche nach Austritt aus dem Kondensator in einer gasförmigen Phase vorliegen, werden zu einer Entsorgung geführt.
Die Abtrennung der leichtsiedenden Anteile von dem Wärmeträgermedium in der zweiten Aufbereitungsstufe erfolgt vorzugsweise in einem zweiten eine Füllkörperkolonne aufweisenden Behälter. Auch die in dem zweiten Behälter vorgesehene Füllkörperkolonne kann ein oder mehrere Füllkörperpakete aufweisen, durch welche aufgrund der Vergrößerung der Wirkoberfläche eine effektivere Abtrennung der leichtsiedenden Anteile von dem Wärmeträgermedium möglich ist. In dem zweiten Behälter findet vorzugsweise ebenso wie in dem ersten Behälter die Abtrennung in einem Gegenstromverfahren, vorzugsweise einem sogenannten Rektifikations-Prozess, auch Gegenstromdestillations-Prozess genannt, statt. Hier erfolgt eine Trennung der leichtsiedenden Anteile von dem Wärmeträg rmedium im Gegenstrom. Das leichtsiedende Anteile enthaltende Wärmeträgermedium aus der ersten Aufbereitungsstufe wird dafür vor Eintritt in den zweiten Behälter erwärmt. Oberhalb der Einführung des leichtsiedende Anteile enthaltenden Wärmeträgermediums wird ein in einer flüssigen Phase vorliegendes Medium in den Behälter eingeführt, so dass das flüssige Medium und das dampf- bzw. gasförmige Medium im Gegenstrom zueinander geführt werden, wobei sie hierbei vorzugsweise ein Füllkörperpaket passieren. Hierdurch ist eine sehr effektive, eine hohe Abscheidungsrate aufweisende Trennung der leichtsiedenden Anteile von dem Wärmeträgermedium möglich. Das von den leichtsiedenden Anteilen abgetrennte Wärmeträgermedium sammelt sich am Boden des zweiten Behälters und wird über eine Leitung dem Wärmeträgermediumkreislauf des solarthermischen Kraftwerks wieder zugeführt. Die leichtsiedenden Anteile treten oberhalb des zweiten Behälters aus dem zweiten Behälter aus.
Diese in der zweiten Aufbereitungsstufe in dem zweiten Behälter abgetrennten leichtsiedenden Anteile werden bevorzugt einem zweiten Kondensator zugeführt, in welchem Reste an Wärmeträgermedium von den leichtsiedenden Anteilen abgetrennt und dem zweiten Behälter wieder zugeführt werden und/oder in welchem die in eine flüssige Phase umwandelbaren leichtsiedenden Anteile abgetrennt und einer Entsorgung zugeführt werden. Der zweite Kondensator ist ebenfalls vorzugsweise ein Wärmetauscher in Form eines Kühlers. Die leichtsiedenden Anteile, welche auch nach Verlassen des Kondensators in einer gasförmigen Phase vorliegen, werden einer (Abgas-) Entsorgung zugeführt. Die abgetrennten Reste an Wärmeträgermedium und die in einer flüssigen Phase vorliegenden leichtsiedenden Anteile, wie Benzen, werden in einem Kondensatsammler gesammelt. Die Reste an Wärmeträgermedium werden als flüssiges Medium dem zweiten Behälter zugeführt, mittels welchem der Rektifikationsprozess durchgeführt werden kann. Die in der flüssigen Phase vorliegenden leichtsiedenden Anteile werden einer Entsorgung zugeführt .
Weiter ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Abtrennung der schwersiedenden Anteile und Partikel von dem Wärmeträgermedium in der dritten Aufbereitungsstufe in einem dritten eine Füllkörperkolonne aufweisenden Behälter erfolgt. Auch die in . dem dritten Behälter vorgesehene Füllkörperkolonne kann aus ein oder mehreren Füllkörperpaketen bestehen. In dem dritten Behälter findet vorzugsweise ein Destillations-Prozess statt, bei welchem die schwersiedenden Anteile und die Partikel von dem Wärmeträgermedium abgetrennt werden. Dies erfolgt vorzugsweise durch eine Verdampfung des schwersiedende Anteile und Partikel enthaltenden Wärmeträgermediums unter einem in dem dritten Behälter ausgebildeten Unterdruck. Die abgetrennten schwersiedenden Anteile und Partikel sammeln sich am Boden des dritten Behälters und werden aus dem dritten Behälter zur Entsorgung abgeführt. Hierbei kann erreicht werden, dass die abgeführten schwersiedenden Anteile und Partikel nur noch einen Anteil von weniger als 20 % an Wärmeträgermedium aufweisen, was eine wesentliche Reduzierung gegenüber den bekannten Aufbereitungsverfahren darstellt, bei den 50 - 60 % an Wärmeträgermedium zusammen mit den schwersiedenden Anteilen und Partikeln einer Entsorgung zugeführt werden. Mittels der erfindungsgemäßen Lösung kann somit eine entschieden größere Ausbeute an aufbereitendem Wärmeträgermedium erreicht werden als mit den bekannten Verfahren. Das in dem dritten Behälter von den schwersiedenden Anteilen und Partikeln abgetrennte Wärmeträgermedium wird dampf- bzw. gasförmig oberhalb des dritten Behälters aus dem dritten Behälter ausgeleitet.
Das in dem dritten Behälter in der dritten Aufbereitungsstufe abgetrennte Wärmeträgermedium wird vorzugsweise einem dritten Kondensator zugeführt, in welchem in dem Wärmeträgermedium enthaltende Reste an leichtsiedenden Anteilen abgetrennt werden. Hierdurch ist ein weiterer Verfahrensschritt zum Erreichen einer weiter verbesserten Reinheit des Wärmeträgermediums möglich, bevor dieses wieder dem Wärmeträgermediumskreislauf zugeführt wird. Die in dem dritten Kondensator abgetrennten Reste an leichtsiedenden Anteilen und/oder Leckageluft werden nach einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung der ersten Aufbereitungsstufe wieder zugeführt.
Bevorzugt ist es somit vorgesehen, dass die erste Anordnung einen ersten eine Füllkörperkolonne aufweisenden Behälter und/oder die zweite Anordnung einen zweiten eine Füllkörperkolonne aufweisenden Behälter und/oder die dritte Anordnung einen dritten eine Füllkörperkolonne aufweisenden Behälter aufweist. In dem ersten Behälter, dem zweiten Behälter und/oder dem dritten Behälter findet vorzugsweise ein thermischer Trennprozess zur Aufbereitung des Wärmeträgermediums statt, wobei in dem ersten Behälter und/oder in dem zweiten Behälter die Auftrennung mittels eines Gegenstromverfahrens durchgeführt wird. Die in den Behältern vorgesehenen Füllkörperkolonnen dienen dazu, die Effektivität der Abtrennung bzw. Aufteilung des Wärmeträgermediums zu erhöhen. Es ist dabei jedoch nicht zwingend notwendig, dass jeweils alle Behälter eine Füllkörperkolonne aufweisen. Ferner ist es möglich, die Behälter der einzelnen Aufbereitungsstufen je nach Bedarf einzeln zu betreiben.
Weiter ist es bevorzugt vorgesehen, dass in der ersten Aufbereitungsstufe dem ersten Behälter ein erster Kondensator und/oder in der zweiten Aufbereitungsstufe dem zweiten Behälter ein zweiter Kondensator und/oder in der dritten Aufbereitungsstufe dem dritten Behälter ein dritter Kondensator nachgeschaltet ist. Durch das Vorsehen der Kondensatoren kann insbesondere eine verbesserte Abtrennung der in einer gasförmigen Phase vorliegenden leichtsiedenden Anteile von dem aufzubereitenden Wärmeträgermedium ermöglicht werden.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die angehangene Zeichnung mit einer einzigen Figur anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Aufbereitung eines Wärmeträgermediums, insbesondere eines Wärmeträgeröls, eines Wärmeträgermediumkreislaufes eines solarthermischen Kraftwerks, welche eine erste
Aufbereitungsstufe I, eine zweite Aufbereitungsstufe II und eine dritte Aufbereitungsstufe III umfasst.
Das aus einem Wärmeträgermediumkreislauf kommende aufzubereitende Wärmeträgermedium wird über eine Leitung 10 einem ersten Behälter 12 der ersten Aufbereitungsstufe I zugeführt. Der erste Behälter 12 weist eine Füllkörperkolonne bestehend aus einem Füllkörperpaket 14 und einem Tropfenabscheider 16, sogenannter Derrtister, auf, wobei bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel das aufzubereitende Wärmeträgermedium zwischen dem Füllkörperpaket 14 und dem Tropfenabscheider 16 dem ersten Behälter 12 zugeführt wird. In dem ersten Behälter 12 herrscht vorzugsweise eine Temperatur von ca. 200 °C und ein Druck von ca. 1,2 bar.
Zum Aufteilen des aufzubereitenden Wärmeträgermediums in ein leichtsiedende Anteile enthaltendes Wärmeträgermedium und ein schwersiedende Anteile und Partikel enthaltendes Wärmeträgermedium findet in dem ersten Behälter 12 ein „Gas- Stripper^-Prozess statt. Bei diesem „Gas-Stripper"-Prozess wird das in den ersten Behälter 12 eingeführte Wärmeträgermedium physikalisch aus einer flüssigen Phase zumindest teilweise in eine Gasphase überführt, indem das in einer flüssigen Phase vorliegende Wärmeträgermedium im Gegenstrom mit einem deutlich größeren Volumenstrom an Gas in Kontakt gebracht wird. Hierfür wird dem ersten Behälter ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff, über die Leitung 18 zugeführt. Das aufzubereitende Wärmeträgermedium wird fein verteilt in den ersten Behälter 12 oberhalb des Füllkörperpaketes 14 eingebracht, so dass das Wärmeträgermedium über das Füllkörperpaket 14 in Richtung des Bodens des Behälters 12 rieseln kann. Das Inertgas wird unterhalb der Zuführung des aufzubereitenden
Wärmeträgermediums in den Behälter 12 eingeführt. Das Inertgas, auch Strippgas genannt, wird durch das Füllkörperpaket 14 gedrückt. Das Füllkörperpaket 14 und der Tropfenabscheider 16 dienen dazu, das flüssige Wärmeträgermedium fein zu verteilen und somit die Phasengrenzflächen des Wärmeträgermediums zu maximieren. Bei diesem „Gas-Stripping" Prozess werden vorzugsweise das leichtsiedende Anteile enthaltende Wärmeträgermedium in einen dampf- bzw. gasförmigen Zustand und das schwersiedende Anteile und Partikel enthaltende Wärmeträgermedium in einen flüssigen Zustand überführt. In der ersten Aufbereitungsstufe I erfolgt somit eine Separierung der leichtsiedenden Anteile von den schwersiedenden Anteilen und Partikeln in dem Wärmeträgermedium.
Das leichtsiedende Anteile enthaltende Wärmeträgermedium wird im oberen Bereich des ersten Behälters 12 über eine Leitung 20 aus dem ersten Behälter 12 abgeführt und einem Kondensator 22, welcher in Form eines Wärmetauschers bzw. Kühlers ausgebildet ist, zugeführt. Der Kondensator 22 dient der Abführung der Verdampfungswärme, wobei der Kondensator 22 mit einem relativ preiswerten Kühlmittel betrieben werden kann. Dem Kondensator 22 ist vorzugsweise ein weiterer Gaskühler, hier nicht gezeigt, nachgeschaltet, welcher mit einem anderen, einem teureren, Kühlmittel betrieben wird als der Kondensator 22. Der nachgeschaltete Gaskühler dient dazu, weitere Leichtsieder aus zukondensieren, damit die Restbeladung an Leichtsiedern des im Kreislauf geführten Gases möglichst gering ist, wodurch die Effizienz eines Gas- Strippers bzw. des „Gas-Stripper"-Prozess wesentlich erhöht werden kann. In dem Kondensator 22 kondensiert das leichtsiedende Anteile enthaltende Wärmeträgermedium, wobei das Kondensat bestehend aus Wärmeträgermedium und in einer flüssigen Phase vorliegenden leichtsiedenden Anteilen, vorzugsweise Benzen, in einem Kondensatsammler 24 gesammelt wird. Das in dem Kondensatsammler 24 aufgefangene leichtsiedende Anteile enthaltende Wärmeträgermedium weist vorzugsweise noch einen Anteil von 5 - 8 % an leichtsiedenden Molekülen, wie Benzen, auf. Das Inertgas und die aus dem Wärmeträgermedium in dem Kondensator 22 auskondensierten, in einer gasförmigen Phase vorliegenden leichtsiedenden Anteile werden über eine Leitung 26 einer (Abgas- ) Entsorgung 80 zugeführt, wobei entlang der Leitung 26 ein Verdichter 28 vorgesehen ist. Über die Leitung 18 wird ein Teil des Inertgases aus der Leitung 26 wieder dem ersten Behälter 12 als gasförmige Komponente zugeführt.
Aus dem Kondensatsammler 24 wird das leichtsiedende Anteile enthaltende Wärmeträgermedium über eine Leitung 30 der zweiten Aufbereitungsstufe II zugeführt. Alternativ ist es auch möglich, dass . das die leichtsiedenden Anteile enthaltende Wärmeträgermedium nach Verlassen der ersten Aufbereitungsstufe I direkt einer Entsorgung zugeführt wird. Das aus dem Kondensatsammler 24 austretende leichtsiedende Anteile enthaltende Wärmeträgermedium weist vorzugsweise eine Temperatur von ca. 30 °C auf und befindet sich in einer flüssigen Phase. Bevor das leichtsiedende Anteile enthaltende Wärmeträgermedium dem zweiten Behälter 32 zugeführt wird, wird das in einer flüssigen Phase vorliegende leichtsiedende Anteile enthaltende Wärmeträgermedium durch einen Wärmetauscher 34 geführt, in welchem das leichtsiedende Anteile enthaltende Wärmeträgermedium auf ca. 200 °C erwärmt und wieder in eine gesättigte Flüssigkeit überführt wird.
Der zweite Behälter 32 weist ebenso wie der erste Behälter 12 eine Füllkörperkolonne mit einem ersten Füllkörperpaket 36 und einem zweiten Füllkörperpaket 38 auf. Zudem herrscht in dem zweiten Behälter 32 genauso wie in dem ersten Behälter 12 eine Temperatur von ca. 200 °C. Der Druck beträgt in dem zweiten Behälter 32 vorzugsweise 1 bar. In dem zweiten Behälter 32 findet ein sogenannter Rektifikations-Prozess, auch Gegenstromdestillations-Prozess genannt, statt. Genauso wie bei dem ersten Behälter 12 erfolgt hier eine Trennung der leichtsiedenden Anteile von dem Wärmeträgermedium im Gegenstrom. Das leichtsiedende Anteile enthaltende Wärmeträgermedium wird hierfür in einen als gesättigte Flüssigkeit ausgebildeten Zustand in den zweiten Behälter eingebracht. Oberhalb der Einführung des leichtsiedende Anteile enthaltenden Wärmeträgermediums wird ein in einer flüssigen Phase vorliegendes Medium über die Leitung 40 in den zweiten Behälter 32 eingeführt, so dass das flüssige Medium und das dampf- bzw. gasförmige Medium im Gegenstrom zueinander geführt werden, wobei sie hierbei das zweite Füllkörperpaket 38 passieren. Das von den leichtsiedenden Anteilen abgetrennte Wärmeträgermedium sammelt sich am Boden 42 des zweiten Behälters 32 und wird über eine Leitung 44 dem Wärmeträgermediumkreislauf des solarthermischen Kraftwerks wieder zugeführt. Die leichtsiedenden Anteile treten im oberen Bereich des zweiten Behälters 32 aus dem zweiten Behälter 32 aus und werden in einen zweiten Kondensator 46 geführt. Dort werden noch in den leichtsiedenden Anteilen enthaltende Reste an Wärmeträgermedium und in eine flüssige Phase überführbare leichtsiedende Anteile, wie Benzen, auskondensiert und in einem Kondensatsammler 48 gesammelt und die Reste an Wärmeträgermedium über die Leitung 40 dem zweiten Behälter 32 als flüssiges Medium wieder teilweise zugeführt. Die aus dem Kondensator 46 austretenden in einer gasförmigen Phase vorliegenden leichtsiedenden Anteile werden über die Leitung 50 aus dem zweiten Kondensator 46 der Entsorgung zugeführt. Sich in dem Kondensatsammler 48 in flüssiger Form sammelnde leichtsiedende Anteile, insbesondere Benzen, vorzugsweise zu mehr als 95 %, werden über eine Leitung 76 der Entsorgung 78 für die schwersiedenden Anteile und Partikel zugeführt. Dadurch wird verhindert, dass in eine flüssige Phase überführbare leichtsiedende Anteile, insbesondere Benzen, der (Abgas- ) Entsorgung 80 zugeführt werden. Dadurch kann der Anteil vorzugsweise an Benzen im Abgas der {Abgas-} Entsorgung 80 deutlich reduziert werden, womit der Einsatz von Aktivkohlefiltern zur Adsorption bei der (Abgas-) Entsorgung 80 möglich ist.
Das sich in dem ersten Behälter 12 am Boden 52 sammelnde schwersiedende Anteile und Partikel enthaltende Wärmeträgermedium wird über eine Leitung 54 dem dritten Behälter 56 der dritten Aufbereitungsstufe III zugeführt. Das am Boden 52 gesammelte schwersiedende Anteile und Partikel enthaltende Wärmeträgermedium weist ca. 90 %
Wärmeträgermedium und ca. 10 % an schwersiedenden Anteilen und Partikeln auf. In dem dritten- Behälter 56 findet ein Destillationsprozess bei einer Temperatur von ebenfalls ca. 200 °C und einem Druck von ca. 200 mbar (absolut) auf. Der Anteil an Wärmeträgermedium des über die Leitung 54 in den dritten Behälter 56 eingeführten schwersiedende Anteile und Partikel enthaltenden Wärmeträgermedium verdampft in dem dritten Behälter 56, passiert eine in Form eines Füllkörperpaketes 58 ausgebildete Füllkörperkolonne in dem dritten Behälter 56 und tritt an diesem oberen Bereich des dritten Behälters 56 aus diesem aus und wird über eine Leitung 60 einem dritten Kondensator 62 zugeführt. In dem dritten Kondensator 62 wird das dampf- bzw. gasförmige Wärmeträgermedium kondensiert, in einem KondensatSammler 64 gesammelt und über eine Leitung 66 dem
Wärmeträgermediumskreislauf des solarthermischen Kraftwerks wieder zugeführt. Die in dem Wärmeträgermedium noch enthaltenden Reste an leichtsiedenden Anteilen werden über eine Leitung 68 zusammen mit Leckageluft der ersten Aufbereitungsstufe I wieder zugeführt. Im Bereich der Leitung 68 ist eine Vakuumpumpe 74 vorgesehen, mittels welcher ein Unterdruck in dem dritten Behälter 56 erzeugt werden kann.
Die sich am Boden 70 des dritten Behälters 56 sammelnden schwersiedenden Anteile und Partikel weisen einen Anteil von weniger als 20 % an Wärmeträgermedium auf und werden über eine Leitung 72 der Entsorgung 78 zugeführt.
Um eine Temperatur von ca. 200 °C in dem ersten Behälter 12, dem zweiten Behälter 32 und dem dritten Behälter 56 einstellen zu können, ist vorzugsweise jeweils an dem ersten Behälter 12, dem zweiten Behälter 32 und dem dritten Behälter 56 eine Heizungseinrichtung, hier nicht dargestellt, vorgesehen. Zudem kann an allen drei Aufbereitungsstufen (I, II, III) ein weiterer Erhitzer bzw. eine weitere Heizungseinrichtung für das an den Böden (52, 42, 70) gesammelte sogenannte Sumpfprodukt an Wärmeträgermedium vorgesehen sein (hier nicht dargestellt) . Aufgrund der bereits relativ geringen Eintrittstemperatur von ca. 200 °C in die erste Aufbereitungsstufe I kann die gesamte Aufbereitung eines Wärmeträgermediums in einem 24-Stunden- Betrieb erfolgen.
In der (Abgas-) Entsorgung 80 werden hauptsächlich gasförmige Abgase gesammelt und entsorgt, wohingegen in der Entsorgung 78 hauptsächlich in einer flüssigen oder festen Phase vorliegende schwersiedende Anteile, Partikel und in eine flüssigen Phase umwandelbare leichtsiedende Anteile, wie Benzen, gesammelt und entsorgt werden.
Je nach Abhängigkeit wie hoch der Grad der Verschmutzung des Wärmeträgermediums an leichtsiedenden Anteilen und/oder an schwersiedenden Anteilen und Partikeln ist, können die erste Aufbereitungsstufe I alleine oder die erste Aufbereitungsstufe I mit der zweiten Aufbereitungsstufe II oder die erste Aufbereitungsstufe I mit der dritten Aufbereitungsstufe oder die dritte Aufbereitungsstufe alleine oder alle Aufbereitungsstufen I, II, III zusammen betrieben werden .
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