CN109126398B - 干燥压缩气体的装置和方法、设置有此装置的压缩机设备 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种用于干燥潮湿的压缩气体的装置和方法以及设置有此装置的压缩机设备，装置设置有膜干燥器；装置包含：用于液体干燥剂的回路以及允许干燥剂循环通过具有膜的膜干燥器的器件，膜在压缩气体和液体干燥剂之间形成分隔部，其中膜对于压缩气体中的气体来说是不可渗透的或几乎不可渗透的，但是能够选择性地渗透压缩气体中的水分；热交换器；再生器，其中再生器由壳体形成，液体干燥剂与冲洗剂进行水分转移接触地被引导通过壳体；和回路设置有可闭合的旁路，其位于回路中的分支点和回路中的汇合点之间。根据本公开的装置无需将压缩气体冷却至水的露点即可移除水分。

Description

干燥压缩气体的装置和方法、设置有此装置的压缩机设备
技术领域
本发明涉及一种用于干燥例如来自压缩机元件的潮湿的压缩气体的装置。
背景技术
已知由压缩机元件吸入的气体(例如潮湿的环境空气)在压缩之后仍然充满水蒸汽形式的大量的水分。
压缩气体中的水分会对由压缩机供应的压缩气体的消费者造成损害。
出于这个原因，压缩气体通常在被供应给这样的消费者之前被干燥。
然而，本发明不限于干燥充满水蒸气的压缩空气。
用于干燥压缩气体的各种类型的装置是已知的。
本发明更具体地涉及一种设置有干燥器的装置，在所述干燥器中使得压缩气体与干燥剂接触，所述干燥剂能够从压缩气体中提取水分并吸收所述水分。
已知这种类型的装置，其中液体干燥剂在待被干燥的压缩气体流中被雾化，以便由此从气体中移除水分，然后干燥剂与吸收的水分一起被收集以被移除或者被处理以便再生干燥剂，换句话说，为了回收吸收的水分以便能够重新使用干燥剂来进行干燥。
这种类型的装置的缺点是气体和液体之间的直接接触。由于不可能完全分离液体和气体，液体干燥剂不可避免地被干燥的气体一起携带，反过来压缩气体也在液体干燥剂中被一起携带，这两种情况都会造成损失并降低干燥剂吸收水分的能力。
另一个缺点是，气体中的任何污染都可能进入干燥剂中并且甚至积聚，这意味着干燥剂必须过早更换。
另一个缺点是这种方法不能在100％的环境相对湿度下应用。
其它类型的装置是已知的，在所述其他类型的装置中使用膜，所述膜能够选择性地渗透压缩气体中的水分，其中待干燥的压缩气体在膜的一侧上流动，并且在膜的另一侧上使用冲洗气体，所述冲洗气体在其流动中带走被允许穿过所述膜的水分。
这种类型的干燥装置的缺点是它通常效果不佳。
发明内容
本发明涉及一种以成本有效和高效的方式干燥潮湿的压缩气体的相对简单的装置。
在这种情况下，气体可以指或多或少不纯净的气体，例如N2、O2、CO2或惰性气体(例如He或Ar)、或气体混合物(例如空气)。
为此，本发明涉及一种设置有干燥器的装置，在所述干燥器中使得压缩气体与干燥剂相接触，所述干燥剂能够从压缩气体吸收水分，其特征在于：
所述干燥器是膜干燥器；
用于干燥压缩气体的所述装置包含：回路，在所述回路中液体干燥剂被连续地循环通过具有膜的所述膜干燥器，所述膜分隔在一侧上的压缩气体和在膜的另一侧上的液体干燥剂，其中所述膜对于压缩气体中的气体来说是完全不可渗透的或实际上不可渗透的，但是能够选择性地渗透压缩气体中的水分，并且其中所述压缩气体侧上的压力等于或大于所述液体干燥剂侧上的压力；热交换器，所述热交换器用于加热液体干燥剂；再生器，所述再生器用于在液体干燥剂被重新输送通过膜干燥器以用于随后的循环之前至少部分地移除液体干燥剂中吸收的水分，其中所述再生器由壳体形成，其中使得含有吸收的水分的液体干燥剂与冲洗剂进行为了转移水分的目的的接触，所述冲洗剂被同时地引导通过所述壳体并且能够从液体干燥剂吸收水分；和
所述回路设置有可闭合的旁路，所述可闭合的旁路位于回路中的分支点和回路中的汇合点之间，所述分支点位于所述再生器的下游和所述膜干燥器的上游，所述汇合点位于所述膜干燥器的下游和所述再生器的上游。
根据本发明的设置有带膜的干燥器和液体干燥剂的装置可以提供许多优点，包括以下事实：
-无需将压缩气体冷却至水的露点即可移除水分；
-这样的装置可以在无需压缩气体的一部分用于再生液体干燥剂的情况下进行操作；
-这样的装置可以在不使用冷却剂的情况下操作，如果释放冷却剂，则可能对臭氧层产生或多或少地产生负面影响、和/或可能导致所谓的全球变暖、和/或可能或多或少地危害健康；
-从压缩气体中移除的水分的量可以容易地调整并且以许多不同的方式进行调整，例如通过调整液体干燥剂的流量，使得能够在很宽的范围内自由选择干燥的压缩气体的露点，通常从大约-20℃的露点到大约10℃的露点；
-所述装置可以在压缩气体的大压力范围内使用；
-待干燥的气体与液体干燥剂之间不存在直接接触；
-能量回收是可能的，包括回收低温余热，例如回收来自压缩机的余热，特别是也回收来自液体喷射式压缩机的余热，所述液体喷射式压缩机例如为喷水或喷油压缩机，其中水或油的温度在压缩机中仅相应地上升到有限的程度；
-所述装置具有简单的结构，没有移动部件，除了可能有一个或几个泵和/或鼓风机、通风机或风扇，这意味着所述装置可以更安静地运行并且几乎不需要维护；
-所述装置非常可靠；
-根据膜的类型，所述装置适合于或可以制成适用于喷油压缩机，在所述喷油压缩机中压缩气体中也可能存在少量的油。
液体干燥剂优选地是高度吸湿的，并且其特征在于其水蒸气压力低于待干燥的压缩气体中的水分的蒸气压。
液体干燥剂优选地还具有以下特征中的一个或多个特征：无毒或几乎无毒；不具有腐蚀性或几乎不具有腐蚀性；低粘度和稳定。
液体干燥剂的粘度在10℃下优选地低于250厘泊，更优选地低于200厘泊，并且最优选地低于150厘泊。低粘度使得在回路中泵送循环干燥剂的过程更容易，允许在干燥剂流动通过膜干燥器和/或再生器时压力下降受到限制，并且通过更快地更换干燥剂而提供更好的干燥和再生性能。
液体干燥剂的毒性按照Hodge和Sterner标准优选地被归类为第4级(轻微毒性)或更高级，优选地为第5级(几乎无毒)或更高级。关于此标准的定义，请参阅Mike Lancaster的“Green chemistry–an introductory text–3rd edition”第20页，1.6Measuringtoxicity，ISBN 978-1-78262-294-9。
用于根据本发明的装置中的液体干燥剂优选地包含以下列出的物质中的一种或多种和可能的水：
-单丙二醇，或简称MPG；
-二丙二醇，或简称DPG；
-三丙二醇，或简称TPG；
-单乙二醇，或简称MEG；
-二乙二醇，或简称DEG；
-三乙二醇，或简称TEG；
-化学式为LiCl的氯化锂；
-化学式为LiBr的溴化锂；
-化学式为CaCl2的氯化钙。
可以将添加剂添加到干燥剂中以例如通过防止和/或减缓某些降解过程(例如氧化)来增加稳定性。也可以向干燥剂中添加添加剂(例如腐蚀抑制剂)来防止或限制装置中与干燥剂接触的那些材料的劣化和/或降解。
用于膜干燥器中的膜的最合适材料是几乎无孔的疏水性材料，以避免孔被液体干燥剂浸透。
其他合适的材料包括具有微孔结构的材料，所述微孔结构的孔尺寸在15纳米到100纳米之间。
来自以下非详尽列表中的材料可以用作用于膜干燥器中的膜的材料：
-聚丙烯，或简称PP；
-聚四氟乙烯，或简称PTFE；
-聚偏二氟乙烯，或简称PVDF；
-聚醚砜，或简称PES；
-聚醚酰亚胺，或简称PEI；
-聚乙烯，或简称PE；
-聚二甲基硅氧烷，或简称PDMS；
-聚酰亚胺，或简称PI；
陶瓷材料(例如TiO2)以及陶瓷和塑性材料的组合也可以用作用于膜干燥器中的膜的材料。
所有这些材料可能会或可能不会或多或少地具有微孔。
优选地，压缩气体通过膜干燥器所需的时间被保持为尽可能短，其中膜干燥器优选地由壳体和一个或多个管状膜构成，所述壳体具有用于待干燥的气体的入口和干燥后的气体的出口以及位于壳体中的分离的隔室(separate compartment)，所述隔室具有用于液体干燥剂的入口和出口，所述管状膜延伸穿过所述隔室并且将用于待干燥的气体的入口和出口相连接。
通过这种方式，形成了大的膜表面，压缩气体中的水分可以穿过所述表面渗透到液体干燥剂中，由此与较小的膜表面相比减少了所需的接触时间。以这种方式，膜干燥器也可以制造得更加紧凑。
更好的是这样的膜结构，在所述膜结构中管状膜由中空纤维形成(例如由几乎不具有孔的疏水性材料形成)，从而允许形成甚至更大的膜表面，并且甚至进一步减少所需的接触时间，并且使得膜干燥器更为紧凑。
此外，具有由中空纤维形成的管状膜的这种膜结构能够更好地抵抗液体干燥剂的压力，这防止所述膜弯曲。
具有由中空纤维形成的管状膜的这种膜结构大多是相较于平坦的膜表面的更好选择，虽然在某些情况下由于这种平坦的膜表面可能导致更少的负载损失且更容易生产而建议使用平坦的膜表面。
本发明还涉及一种具有用于压缩气体的至少一个压缩机元件的压缩机设备，其中压缩机设备包含根据本发明的用于干燥来自压缩机元件的压缩气体的装置。
在这种情况下，可以节约成本地使用来自压缩机元件的余热以加热或预热再生器上游的前述热交换器中的液体干燥剂。
以这种方式，再生几乎不需要或需要非常少的外部热量，并且余热(否则将会倾向于流失)以有用的方式被使用，并且可以回收能量。
具体而言，通过连续地引导冷却介质通过压缩机元件中的冷却套和前述热交换器，可以使用来自压缩机元件的余热来加热或预热液体干燥剂。
当在压缩机元件之后设置后冷却器来冷却压缩气体时，可以使用在所述后冷却器中移除的部分热量来加热液体干燥剂。这例如可以通过连续地引导冷却介质通过后冷却器和前述热交换器来实现。例如，这也可以通过将已经由后冷却器加热的环境空气吹送通过膜干燥器下游和再生器上游的干燥剂的回路的一部分来实现。
如果干燥剂不能通过来自压缩机元件的余热加热到足够高的温度以达到所需的再生，则也能够使用其他和/或附加的热源来完成，例如电加热、热网(例如蒸汽网络)或来自另一过程的余热。
本发明还可以与具有至少一个喷油压缩机元件的压缩机设备一起使用，方法是选择由对于待干燥的压缩气体中存在的油不敏感或几乎不敏感的材料制成的膜，和/或通过经由使用油分离器和/或过滤器将压缩气体中的油的量减少到对于所使用的膜不会造成问题的水平。
对油的存在或多或少敏感的膜(例如由微孔塑料(例如PP、PE、PEI、PES、PI、PDMS、PTFE或PVDF)制成的膜)可以通过施加保护层(例如为抗油或防油层)而对油的存在变得不敏感或更为不敏感，所述施加例如通过施加硅树脂的保护层或由含氟聚合物制成的非晶保护层(在由微孔PTFE制成的膜的情况下这是特别推荐的)来进行。
喷油压缩机元件总是包含油回路，所述油回路允许油被喷射到压缩机元件中，其中被喷射的油在被喷射回压缩机元件中之前与压缩气体分离并被冷却。
在这种情况下，油回路优选地被引导通过前述热交换器以冷却油，同时通过从油中回收热来加热液体干燥剂。
前述热交换器也可以制造为使得由压缩机元件压缩的气体的至少一部分直接或间接地例如使用用于热交换的另一种介质来释放热量到液体干燥剂，并且由此压缩气体被同时冷却。
在用于干燥气体的装置中，优选地在膜干燥器中的膜的两侧之间施加大于2巴，优选地大于3巴并且甚至更优选地大于4巴的压差。
在此，环境空气可有利地在再生器中用作冲洗气体，所述冲洗气体在大气压力左右的压力下与待再生的液体干燥剂接触。
通过这种方式，可以在大气压力左右的液体干燥剂的回路中使用低压。
根据用于干燥气体的装置的优选特征，再生器是具有膜的再生器，所述膜在一侧上具有液体干燥剂，而在另一侧上具有前述冲洗气体，其中所述膜对液体干燥剂来说是不可渗透的或几乎不可渗透的，但是能够选择性地渗透由液体干燥剂在干燥器中吸收的水分。
再生器中的膜优选地由疏水性材料制成。
再生器中的膜的材料优选地包含来自以下非穷举列表中的一种或多种材料：
-聚丙烯，或简称PP；
-聚四氟乙烯，或简称PTFE；
-聚偏二氟乙烯，或简称PVDF，
其中PTFE和PVDF是最优选的，因为两种材料的化学稳定性和热稳定性都是已知的。
陶瓷材料(例如TiO2)以及陶瓷和塑性材料的组合也可以用作用于再生器中的膜的材料。
在这种情况下，也可以施加抗油或防油的保护层。
在这种情况下，膜也可以由管状膜(例如成中空纤维的形式)构成。
也能够使用水来再生液体干燥剂，而不是冲洗气体。如果在液体干燥剂和再生器中的膜的组合中做出了很好的选择，水还能够从再生器中的干燥剂中移除水分。这样做的好处是可以移除的水分可以被收集而不是被冲洗气体带走。
干燥剂也可以通过将空气吹送通过其来再生。当空气通过干燥剂时，气泡将吸收干燥剂中的水蒸气形式的部分水分。因此，当气泡从干燥剂中逸出时，带有水蒸气的空气可被带走。在干燥剂的回路中，优选地设置容器，“湿”的干燥剂可以被添加到所述容器，并且“更干”的干燥剂可以从所述容器被带走，并且所述容器设置有用于吹送入空气的器件并且设置有允许气泡以潮湿空气的形式逸出的器件，所述用于吹送空气的器件优选地位于所述容器的底部并且以细小的气泡的形式来吹送空气。鼓风机或通风机可以用于吹送入空气。优选地，空气在被吹入之前将被过滤，以便进一步限制或更好地防止干燥剂的任何污染。
液体干燥剂的回路可以以成本有效的方式设置有位于再生器的下游和膜干燥器的上游的冷却器，由此增加了膜干燥器中的液体干燥剂的吸收能力。例如，所述冷却器可以通过通风机吹送环境空气通过其来进行冷却，或者可以连接到可能可用的冷却回路。
来自膜干燥器的液体干燥剂可以缓冲在缓冲容器中，通过使液体干燥剂持续地循环通过前述热交换器，可以在所述缓冲容器中将所述液体干燥剂更稳定地加热至期望的温度。
类似地，来自再生器的液体干燥剂也可以缓冲在缓冲容器中以用于更稳定的冷却。
液体干燥剂的回路优选地设置有除气器，所述除气器允许已经从压缩气体通过膜干燥器中的膜或者通过其他泄漏(例如不完全密封)泄漏到液体干燥剂中的气体从回路中移除，因为否则这可能会对来自压缩气体的水分交换造成不利影响或造成回路中断。
作为选择，回路可以在回路中的分支点和回路中的汇合点之间设置可闭合的旁路，所述分支点位于再生器的下游和膜干燥器的上游，所述汇合点位于膜干燥器的下游和再生器的上游，其中在启动装置时可以打开阀以便更快速地运行。
本发明还涉及使用根据本发明的装置或压缩机设备来干燥潮湿的压缩气体的方法。
更一般地，本发明还涉及一种用于干燥潮湿的压缩气体的方法，所述方法包括以下步骤：
-设置具有膜的膜干燥器，所述膜对于压缩气体中的气体来说是不可渗透的或几乎不可渗透的，但是能够选择性地渗透所述压缩气体中的水分；
-允许液体干燥剂在所述膜的一侧上循环通过所述膜干燥器，所述液体干燥剂当与待干燥的压缩气体发生接触时能够从待干燥的压缩气体吸收水分；
-以比所述液体干燥剂一侧上的压力高的压力将待干燥的所述压缩气体沿所述膜的另一侧输送通过所述膜干燥器；
-一旦所述液体干燥剂已经被引导通过所述膜干燥器，加热所述液体干燥剂；
-通过使所述液体干燥剂与冲洗剂相接触来在所述液体干燥剂在随后的循环中被循环通过所述膜干燥器之前再生所述液体干燥剂以移除其中吸收的至少一些水分，所述冲洗剂当与所述液体干燥剂接触时能够从所述液体干燥剂吸收水分。
所选择的冲洗剂将优选地为包括空气的冲洗气体，所述冲洗气体与待再生的液体干燥剂相接触。
空气的优点是它可以免费使用，并且不需要任何费用。
液体干燥剂将优选地在再生之后并且在被输送回膜干燥器以干燥压缩气体之前首先被冷却。
以这种方式，膜干燥器中的液体干燥剂可以更有效地从待干燥的气体中吸收水分。
使用根据本发明的方法，可以实现介于-20℃和+10℃之间的干燥的压缩气体的露点。
附图说明
为了更好地显示本发明的特征，根据本发明的用于干燥压缩气体的装置和方法的一些优选实施例以及设置有这种装置的压缩机设备在下文中通过示例而没有任何限制地参考附图进行描述，其中：
图1示意性地示出根据本发明的压缩机设备，所述压缩机设备具有根据本发明的装置，所述装置用于干燥来自压缩机的压缩气体；
图2至图6分别示出了根据本发明的装置的不同变型。
具体实施方式
图1中所示的装置是压缩机设备1，所述压缩机设备1包含根据本发明的用于干燥气体的装置2。
压缩机设备1包含压缩机元件3，所述压缩机元件3具有入口4和出口6，所述入口4连接到空气过滤器，气体(在这种情况下为环境空气5)可以通过所述入口被吸入，压力管道7连接到所述出口6以将被压缩机元件3以高压压缩的气体提供到未示出的风钻、冲击锤或其他工具或装置的用户网络8。
在压力管道7中，后冷却器9以已知的方式被集成以在压缩气体被供应到用户网络8之前冷却压缩气体。存在于压缩气体中的水当在后冷却器9中冷却时发生冷凝，并且经由冷凝分离器10被带走。
用于干燥气体的装置2包括膜干燥器11，所述膜干燥器11在压力管道7中被包括在后冷却器9的下游，并且由壳体12组成，所述壳体12使用平坦的膜13被分成两个隔室或通道，相应地被分为第一隔室14和第二隔室17，所述第一隔室14具有用于压缩气体的入口15和出口16，所述压缩气体沿箭头A的方向从后冷却器9被引导通过所述第一隔室14到用户网络8，所述第二隔室17具有用于液体干燥剂的入口18和出口19。
用于干燥气体的装置2还包含回路20，在所述回路20中包括膜干燥器11的第二隔室17，并且在所述回路20中使用泵21将液体干燥剂沿箭头B的方向(与箭头A相反的方向)循环穿过第二隔室17。
液体干燥剂必须能够从压缩气体吸收水分，并且优选地是高度吸湿的(换句话说吸引水分)，并且其特征在于当装置运行时，在回路中主要的压力和温度下水的蒸气压低于待被干燥的压缩气体中水分的蒸气压。
合适的液体干燥剂的示例是MPG；DPG；TPG；MEG；DEG；TEG；LiCl；LiBr和CaCl2或可能加入水的前述的组合。但是，该列表并非穷举的。
膜干燥器11中的膜13具有不能透过压缩气体中的气体或几乎不能透过所述气体但能够选择性地透过压缩气体中水蒸汽形式的水分的特性。
膜13优选地由具有大约十五纳米和一百纳米之间的孔的疏水性的(换句话说防水的)的微孔材料制成。
这种材料的示例总结在如下的非穷举材料列表中，即PP(聚丙烯)；PTFE(聚四氟乙烯)；PVDF(聚偏二氟乙烯)；PES(聚醚砜)；多孔PEI(聚醚酰亚胺)；微孔PE(聚乙烯)；PDMS(聚二甲基硅氧烷)和PI(聚酰亚胺)。
例如二氧化钛的陶瓷材料也可以用作用于膜干燥器中的膜的材料以及陶瓷和塑性材料的组合也可以用作所述膜的材料。
此外，用于干燥气体的装置2包含再生器22，所述再生器22被包括在回路20中并且制成壳体23的形式，使用通风机或鼓风机24等将来自环境5的环境空气沿箭头C的方向抽吸通过所述壳体23作为冲洗气体。
液体干燥剂由回路20沿与箭头C相反的方向被引导通过再生器22，并且使用在再生器22中位于接触器26之上的喷射器25将所述液体干燥剂在顶部处进行雾化，环境空气沿着所述接触器26和/或通过所述接触器26流动到与雾化的干燥剂相接触，由此吸收在干燥剂中的水分被冲洗气体吸收，并且所述冲洗气体与吸收的水分一起被吹回到环境5中。
液体干燥剂在底部处被收集在托盘27中，使用第二泵28将液体干燥剂从所述托盘27泵入回路20中。
通过安装鼓风机24，再生器22中形成轻微的负压，但是当鼓风机24吹送环境空气通过再生器时也可能存在轻微的正压。
在回路20中在膜干燥器11的下游和再生器22的上游处设置有热交换器29以加热来自膜干燥器11的液体干燥剂。
在图1所示的示例中，热交换器29包含电阻30。
压缩机设备1的操作非常简单并且如下。
当运行时，压缩机元件3提供一定流量的潮湿的压缩气体，其中气体被引导通过后冷却器9，在后冷却器9中气体被冷却，并且气体中存在的部分水分经由冷凝分离器10作为冷凝物从气体中被移除。
然后将压缩气体以100％的相对湿度引导通过膜干燥器11，在所述膜干燥器11处经由膜13使压缩气体与膜13的另一侧上的液体干燥剂接触以用于转移水分。
在此过程中，来自压缩气体的水分扩散通过膜13，并且在此处被液体干燥剂吸收，所述扩散和吸收潜在地由膜13的两侧之间的压差支持。
通过在热交换器29中加热，干燥剂中的水蒸汽压力增加。在通过热交换器29之后，液体干燥剂被引导通过再生器22，在所述再生器22处所述液体干燥剂与冲洗气体(在这种情况下是环境空气)直接接触。由于加热干燥剂中的蒸汽压力现在高于冲洗气体中的蒸汽压力，冲洗气体从干燥剂中提取干燥剂中吸收的水分。随后，通过鼓风机24将冲洗气体与从干燥剂中提取出的水分一起从用于干燥气体的装置2中排出并且吹入环境5。鼓风机24的抽吸作用还在再生器22中产生负压，这意味着冲洗气体可以甚至更加有效地从干燥剂中移除水分。
通过将干燥剂加热到例如90℃，促进了冲洗气体吸收水分。
然后将收集在托盘27中的低水分液体干燥剂再次引导通过膜干燥器11，以再次从压缩气体中提取水分。
以这种方式，液体干燥剂在回路20中持续地循环，并且水分从压缩气体中被持续地提取，由此离开膜干燥器11的气体是干燥的压缩气体。
图2所示的根据本发明的压缩机设备1的变型与图1中的压缩机设备1相似，但是具有以下两个区别：
-在图2的情况下，热交换器29是具有主要部分29a和次级部分29b的热交换器，在操作中，液体干燥剂流动通过所述主要部分29a，所述次级部分29b与所述主要部分29a进行接触以用于热交换的目的，并且热介质被引导通过所述次级部分29b；
-再生器包含膜31，所述膜31将壳体23分成两个隔室，所述两个隔室为第一隔室32和第二隔室35，所述第一隔室32具有入口33和出口34，液体干燥剂在热交换器29中被加热之后沿箭头D的方向被输送通过所述第一隔室32，所述第二隔室35具有入口36和出口37，使用吹风机24沿箭头C的方向(反向流动)将冲洗气体抽吸通过所述第二隔室35。
膜31对于液体干燥剂来说是不可渗透的或几乎不可渗透的，但是能够选择性地渗透由液体干燥剂在膜干燥器11中吸收的水分。
所述膜优选地由疏水性材料制成，例如PP(聚丙烯)；PTFE(聚四氟乙烯)或PVDF(聚偏二氟乙烯)。
在其他方面，所述变型装置的操作与图1的装置的操作相差无几，其区别在于在图2的情况中在再生器22中液体干燥剂与冲洗气体之间的接触不是直接地，而是间接地经由膜31发生。
图3是根据本发明的压缩机设备1的改进的变型，其中在图3的情况下来自压缩机元件3的余热被用于加热热交换器29中的液体干燥剂。
这可以例如通过允许利用循环泵38来使冷却介质循环通过闭合回路39中的压缩机元件3上的冷却套来完成，在所述闭合回路39中还包括热交换器29的次级部分29b。
另外，在所述回路20中包含缓冲容器40以用于来自膜干燥器11并且充满水分的液体干燥剂。
使用循环泵41使液体干燥剂在闭式回路42中从该缓冲容器40被引导通过热交换器29的主要部分29a，由此所述装置对于操作状况中的变化能够更平稳的作出反应。
缓冲容器40可以设置有自动除气器48或通气孔，所述自动除气器48或通气孔在膜干燥器11中的膜13也允许来自压缩气体的气体流动通过膜的情况下对回路20进行排气，在以上允许气体流动通过膜的情况下回路20中的压力可能增加，这可能负面地影响装置的干燥能力，并且由此气体甚至可能积聚在回路20的某些部分中并且可能导致妨碍或甚至阻塞干燥剂的流动，这可能导致装置1的性能较差或甚至不能起作用。
另一种从压缩机元件3回收余热的可能性是在喷油压缩机元件的情况下，所述喷油压缩机元件具有油回路，所述油回路用于将油喷射到压缩机元件中以用于润滑和冷却压缩机元件3。
在这种情况下，热油可以用在回路39中以加热液体干燥剂。
在喷油压缩机元件中，压缩气体中通常存在非常少量的油。
取决于制造膜干燥器11中的膜13的材料，可能需要为所述膜13提供抗油或防油保护层。
如果膜13例如由微孔塑料(例如PP、PE、PEI、PES、PI、PDMS、PTFE或PVDF)制成，则可以施加例如由硅树脂制成的保护层或者施加例如由含氟聚合物制成的非晶保护层，所述含氟聚合物例如为TeflonTM，其例如在膜由微孔PTFE制成的情况下特别推荐。
在图4中，示出了根据本发明的压缩机设备1的另一变型，其与图3中的压缩机设备的不同之处在于冷却器43被包括在回路20中的再生器22的下游以及膜干燥器11的上游，并且存在缓冲容器44以缓冲来自冷却器43的低水分冷却后的液体干燥剂。
在富含水分的液体干燥剂的缓冲容器40与低水分的液体干燥剂的缓冲容器44之间设置有可闭合的旁路45，所述可闭合的旁路45能够在启动装置以干燥气体2时使用从而更快地运行。
在此情况下，并不排除用于缓冲低水分的液体干燥剂的缓冲容器44设置在冷却器43的上游和再生器22的下游。然后，冷却器43直接位于膜干燥器11前方的上游处。以这种方式，液体干燥剂在较高的温度下保留在缓冲容器40和44中，导致液体干燥剂的蒸气压较高，这导致液体干燥剂的更有效的再生。
在图5中示出了另一变型，其与图4中的装置的不同之处在于在图5的情况下膜干燥器11不具有平坦的膜13，而是具有由各种管状膜(例如成中空纤维46的形式)组成的膜13。
此外，壳体12设置有两个分隔部47，所述两个分隔部47限定了第二隔室17以及两个子隔室14a和14b，所述第二隔室17具有用于液体干燥剂的入口18和出口19，所述两个子隔室14a和14b相应地具有用于压缩气体的入口15和出口16，其中两个子隔室14a和14b通过延伸穿过第二隔室17的前述纤维46流体连接，并且压缩气体通过所述纤维从子隔室14a被引导到子隔室14b，并且在此过程中所述压缩气体将其水分通过中空纤维46的壁转移到液体干燥剂中。
类似地，再生器可以设置有与平坦的膜31相反的管状或纤维状的膜。
在图6中示出了另一变型，其与图4中的装置的不同之处在于回路20中不包括单独的再生器22。在这种情况下，干燥剂的再生通过将空气吹送通过干燥剂来完成。在图6中示出了如何通过将空气吹入缓冲容器40中来实现干燥剂的干燥，但是另一个或另外的容器也可以用于此目的。使用鼓风机或通风机，空气被吹送通过过滤器50并且经由导管51被引导到容器40中。过滤器50不是必需的，并且也可以以不同的方式集成。过滤器50防止灰尘或其他污染物吹入干燥剂中。在导管51进入容器40的位置处，可以设置各种已知的装置(例如细小的泡沫状物(for example fine bubbles))以实现吹入缓冲容器40中的干燥剂中的空气的期望分布(例如细小的气泡)，所述装置例如为由设置有细小开口的管或膜制成的扩散器或由多孔材料制成的扩散器。气泡将会从干燥剂中提取一些水分，并将其作为水蒸汽带走。以这种方式，干燥剂可以以非常简单的方式再生。
本发明绝不限于作为示例描述和附图中示出的实施例，而是根据本发明的用于干燥压缩气体的装置和方法以及设有这种装置的压缩机设备可以以各种实施方式来实现而不偏离本发明的范围。

Claims (63)

1.一种用于干燥潮湿的压缩气体的装置，其中，所述装置(2)设置有干燥器，所述干燥器设置有液体干燥剂并且构造成使压缩气体与前述液体干燥剂接触，所述液体干燥剂能够从所述压缩气体吸收水分，其特征在于：
所述干燥器是膜干燥器(11)；
用于干燥压缩气体的所述装置(2)包括：回路(20)以及器件，在所述回路中布置有前述液体干燥剂，所述器件允许所述液体干燥剂在所述回路(20)中连续地循环通过具有第一膜(13)的所述膜干燥器(11)，所述第一膜在一侧上的压缩气体和所述第一膜(13)的另一侧上的液体干燥剂之间形成分隔部，其中所述第一膜(13)对于压缩气体中的气体来说是不可渗透的或几乎不可渗透的，但是能够选择性地渗透压缩气体中的水分；热交换器(29)，所述热交换器用于加热液体干燥剂；再生器(22)，所述再生器用于在所述液体干燥剂返回通过所述膜干燥器(11)以用于随后的循环之前至少部分地移除液体干燥剂中吸收的水分，其中所述再生器(22)包括第一壳体(23)，其中吸收有水分的液体干燥剂与冲洗剂进行水分转移接触地被引导通过所述第一壳体，所述冲洗剂被同时地引导通过所述第一壳体(23)并且能够在接触时从所述液体干燥剂吸收水分；和
所述回路(20)设置有可闭合的旁路(45)，所述可闭合的旁路位于所述回路中的分支点和所述回路中的汇合点之间，所述分支点位于所述再生器(22)的下游和所述膜干燥器(11)的上游，所述汇合点位于所述膜干燥器(11)的下游和所述再生器(22)的上游。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置设置有调节器件，所述调节器件构造成将压缩气体侧上的压力保持为等于或高于液体干燥剂侧上的压力。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述液体干燥剂是高度吸湿的。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述液体干燥剂的粘度在10℃下低于250厘泊。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述液体干燥剂的粘度在10℃下低于200厘泊。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述液体干燥剂的粘度在10℃下低于150厘泊。
7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述液体干燥剂的毒性根据Hodge和Sterner标准被归类为第4级或更高级。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述液体干燥剂的毒性根据Hodge和Sterner标准被归类为第5级或更高级。
9.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述液体干燥剂包含一种或多种以下物质：
-单丙二醇，或简称MPG；
-二丙二醇，或简称DPG；
-三丙二醇，或简称TPG；
-单乙二醇，或简称MEG；
-二乙二醇，或简称DEG；
-三乙二醇，或简称TEG；
-化学式为LiCl的氯化锂；
-化学式为LiBr的溴化锂；
-化学式为CaCl2的氯化钙。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述液体干燥剂包含水。
11.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述膜干燥器(11)中的所述第一膜(13)的材料是几乎没有孔的疏水性材料。
12.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述膜干燥器(11)中的所述第一膜(13)的材料由微孔材料制成，所述微孔材料具有尺寸在十五纳米至一百纳米之间的孔。
13.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述膜干燥器(11)中的所述第一膜(13)的材料选自以下材料的列表或其组合：
-聚丙烯，或简称PP；
-聚四氟乙烯，或简称PTFE；
-聚偏二氟乙烯，或简称PVDF；
-聚醚砜，或简称PES；
-聚醚酰亚胺，或简称PEI；
-聚乙烯，或简称PE；
-聚二甲基硅氧烷，或简称PDMS；
-聚酰亚胺，或简称PI；
-化学式为TiO2的二氧化钛。
14.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述膜干燥器(11)由第二壳体(12)构成，所述第二壳体具有用于待干燥的气体的入口(15)和用于干燥后的气体的出口(16)以及位于所述第二壳体(12)内的第一分离的隔室(17)，所述第一分离的隔室具有用于液体干燥剂的入口(18)和出口(19)。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述膜干燥器(11)由第二壳体(12)和一个或多个管状膜构成，所述一个或多个管状膜延伸穿过所述第二壳体(12)中的第一分离的隔室(17)，并且连接用于待干燥的压缩气体的入口(15)和出口(16)。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述管状膜由中空纤维(46)形成。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述中空纤维(46)包含疏水性材料。
18.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述管状膜包含几乎没有孔的材料。
19.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述膜干燥器(11)的所述第一膜(13)设置有抗油或防油的保护层。
20.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述膜干燥器(11)的所述第一膜(13)设置有硅树脂或含氟聚合物的层。
21.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述膜干燥器(11)中的所述第一膜(13)的两侧之间的压差大于两巴。
22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述膜干燥器(11)中的所述第一膜(13)的两侧之间的压差大于三巴。
23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，所述膜干燥器(11)中的所述第一膜(13)的两侧之间的压差大于四巴。
24.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述再生器(22)是具有第二膜(31)的膜再生器，所述第二膜在一侧上具有液体干燥剂并且在另一侧上具有前述冲洗剂，其中所述第二膜(31)对于所述液体干燥剂来说是不可渗透的或几乎不可渗透的，但是能够选择性地渗透由液体干燥剂在膜干燥器(11)中吸收的水分。
25.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述再生器(22)中的第二膜(31)由疏水性材料制成。
26.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述再生器(22)中的第二膜(31)的材料包含来自以下列表中的一种或多种材料：
-聚丙烯，或简称PP；
-聚四氟乙烯，或简称PTFE；
-聚偏二氟乙烯，或简称PVDF；
-化学式为TiO2的二氧化钛。
27.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述第一壳体具有用于所述干燥剂的入口(33)和出口(34)以及位于所述第一壳体(23)中的第二分离的隔室(35)，所述第二分离的隔室具有用于冲洗气体的入口(36)和出口(37)。
28.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，所述再生器(22)包含一个或多个管状膜，所述一个或多个管状膜延伸穿过所述第一壳体(23)中的所述第二分离的隔室(35)并且将用于所述干燥剂的所述入口(33)和所述出口(34)连接。
29.根据权利要求28所述的装置，其特征在于，所述管状膜由中空纤维形成。
30.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述再生器(22)是连接到所述液体干燥剂的所述回路(20)并且构造成将空气吹送通过所述液体干燥剂并将所述空气携带走的容器。
31.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述液体干燥剂的所述回路(20)在所述再生器(22)的下游和所述膜干燥器(11)的上游处设置有冷却器(43)。
32.根据权利要求31所述的装置，其特征在于，所述液体干燥剂的所述回路(20)设置有位于所述再生器(22)的下游的第一缓冲容器(44)，所述第一缓冲容器用于来自前述冷却器(43)的冷却的液体干燥剂。
33.根据权利要求31所述的装置，其特征在于，所述液体干燥剂的所述回路(20)设置有位于所述再生器(22)的下游和所述冷却器(43)的上游的第一缓冲容器(44)，所述第一缓冲容器用于来自所述再生器(22)的液体干燥剂。
34.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述液体干燥剂的所述回路(20)设置有第二缓冲容器(40)，所述第二缓冲容器用于来自所述膜干燥器(11)的液体干燥剂，通过使所述膜干燥器的所述液体干燥剂循环通过前述热交换器(29)而在所述第二缓冲容器(40)中加热所述液体干燥剂。
35.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述液体干燥剂的所述回路(20)设置有除气器(48)。
36.根据权利要求35所述的装置，其特征在于，所述除气器(48)连接到用于所述干燥剂的第一缓冲容器(44)或第二缓冲容器(40)，所述第一缓冲容器(44)在液体干燥剂的所述回路(20)中设置在所述再生器(22)的下游，所述第一缓冲容器用于来自冷却器(43)的冷却的液体干燥剂，第二缓冲容器(40)设置在所述液体干燥剂的所述回路(20)中，所述第二缓冲容器用于来自所述膜干燥器(11)的液体干燥剂。
37.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，允许所述干燥剂的循环的前述器件包括至少一个泵(21、28)。
38.根据权利要求36所述的装置，其特征在于，所述旁路(45)设置在第一缓冲容器(44)和第二缓冲容器(40)之间。
39.一种压缩机设备，所述压缩机设备具有用于压缩气体的至少一个压缩机元件(3)，其特征在于，所述压缩机设备(1)包含根据前述权利要求1-38中的任一项所述的装置(2)，所述装置用于干燥来自所述压缩机元件(3)的压缩气体。
40.根据权利要求39所述的压缩机设备，其特征在于，所述压缩机设备包含位于所述压缩机元件(3)的下游的后冷却器(9)，所述后冷却器用于在待干燥的所述压缩气体被引导通过膜干燥器(11)之前冷却待干燥的所述压缩气体。
41.根据权利要求40所述的压缩机设备，其特征在于，所述后冷却器(9)包含冷凝分离器(10)。
42.根据权利要求40或41所述的压缩机设备，其特征在于，前述热交换器(29)利用所述压缩机元件(3)中的余热来加热再生器(22)的上游的液体干燥剂。
43.根据权利要求42所述的压缩机设备，其特征在于，所述压缩机元件(3)包括冷却套，并且其中冷却介质被连续地引导通过所述冷却套和前述热交换器(29)以加热所述液体干燥剂。
44.根据权利要求42所述的压缩机设备，其特征在于，在前述后冷却器(9)中移除的一些热量被用于加热所述液体干燥剂。
45.根据权利要求39或40所述的压缩机设备，其特征在于，所述压缩机设备(1)包含螺杆式压缩机、罗茨式压缩机、齿式压缩机、叶片式压缩机、涡旋式压缩机、活塞式压缩机或涡轮压缩机类型的至少一个压缩机元件(3)。
46.根据权利要求39或40所述的压缩机设备，其特征在于，所述至少一个压缩机元件(3)是喷油压缩机元件(3)。
47.根据权利要求46所述的压缩机设备，其特征在于，所述喷油压缩机元件(3)包含油回路，所述油回路用于将油喷射到所述压缩机元件(3)中，其中所述油回路被引导通过前述热交换器(29)以加热所述液体干燥剂。
48.一种用于干燥潮湿的压缩气体的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-设置具有第一膜(13)的膜干燥器(11)，所述第一膜对于压缩气体中的气体来说是不可渗透的或几乎不可渗透的，但是能够选择性地渗透所述压缩气体中的水分；
-允许液体干燥剂在所述第一膜(13)的一侧上循环通过所述膜干燥器(11)，所述液体干燥剂当与待干燥的压缩气体接触时能够从待干燥的所述压缩气体吸收水分；
-以比所述液体干燥剂一侧上的压力高的压力将待干燥的所述压缩气体沿所述第一膜(13)的另一侧输送通过所述膜干燥器(11)；
-一旦所述液体干燥剂已经被引导通过所述膜干燥器(11)，加热所述液体干燥剂；
-通过使所述液体干燥剂与冲洗剂相接触来在所述液体干燥剂在随后的循环中被循环通过所述膜干燥器(11)之前再生所述液体干燥剂以移除其中吸收的至少一些水分，所述冲洗剂当与所述液体干燥剂接触时能够从所述液体干燥剂吸收水分，
并且一些再生的液体干燥剂经由处于打开位置的可闭合的旁路(45)被输送，并且随后被进一步再生而不经过膜干燥器(11)。
49.根据权利要求48所述的方法，其特征在于，选择含有一种或多种以下物质的高度吸湿的液体干燥剂：
-单丙二醇，或简称MPG；
-二丙二醇，或简称DPG；
-三丙二醇，或简称TPG；
-单乙二醇，或简称MEG；
-二乙二醇，或简称DEG；
-三乙二醇，或简称TEG；
-化学式为LiCl的氯化锂；
-化学式为LiBr的溴化锂；
-化学式为CaCl2的氯化钙。
50.根据权利要求49所述的方法，其特征在于，选择含有水的高度吸湿的液体干燥剂。
51.根据权利要求48或49所述的方法，其特征在于，从以下材料列表或其组合选择所述膜干燥器(11)中的所述第一膜(13)的材料：
-聚丙烯，或简称PP；
-聚四氟乙烯，或简称PTFE；
-聚偏二氟乙烯，或简称PVDF；
-聚醚砜，或简称PES；
-聚醚酰亚胺，或简称PEI；
-聚乙烯，或简称PE；
-聚二甲基硅氧烷，或简称PDMS；
-聚酰亚胺，或简称PI；
-化学式为TiO2的二氧化钛。
52.根据权利要求48或49所述的方法，其特征在于，所选择的用于再生所述液体干燥剂的冲洗剂是冲洗气体，所述冲洗气体包含空气并且与待再生的液体干燥剂相接触。
53.根据权利要求52所述的方法，其特征在于，所述冲洗气体是环境空气，所述环境空气在大约等于大气压力的压力下与待再生的所述液体干燥剂相接触。
54.根据权利要求53所述的方法，其特征在于，为了再生所述液体干燥剂，使用再生器(22)，待再生的所述液体干燥剂被引导通过所述再生器并且与环境空气相接触，所述环境空气被抽吸入或吹送通过所述再生器(22)。
55.根据权利要求48或49所述的方法，其特征在于，用于再生所述液体干燥剂的冲洗剂是冲洗液体，所述冲洗液体包含水并且与待再生的所述液体干燥剂相接触。
56.根据权利要求54所述的方法，其特征在于，针对所述再生器(22)，选择具有第二膜(31)的膜再生器，其中所述液体干燥剂沿所述第二膜(31)的一侧被引导并且前述冲洗剂沿所述第二膜(31)的另一侧被引导，其中所述第二膜(31)对于液体干燥剂来说是不可渗透的或几乎不可渗透的，但是能够选择性地渗透所述液体干燥剂中的水分。
57.根据权利要求56所述的方法，其特征在于，所述再生器(22)中的所述第二膜(31)的所选材料是疏水性材料，所述疏水性材料包含来自以下列表中的一种或多种材料：
-聚丙烯，或简称PP；
-聚四氟乙烯，或简称PTFE；
-聚偏二氟乙烯，或简称PVDF；
-化学式为TiO2的二氧化钛。
58.根据权利要求48或49所述的方法，其特征在于，所述液体干燥剂在再生之后并且在被输送回所述膜干燥器(11)以干燥所述压缩气体之前被冷却。
59.根据权利要求48或49所述的方法，其特征在于，所述方法被调整为达到介于-20℃和+10℃之间的干燥的压缩气体的露点。
60.一种干燥来自具有至少一个压缩机元件(3)的压缩机设备(1)的潮湿的压缩气体的方法，其特征在于，所述方法使用根据权利要求48至59中的任一项所述的方法来干燥所述压缩气体。
61.根据权利要求60所述的方法，其特征在于，为了加热所述液体干燥剂，使用所述压缩机元件(3)中的余热。
62.根据权利要求61所述的方法，其特征在于，所述至少一个压缩机元件(3)是具有回路(39)的喷油压缩机元件(3)，所述回路用于将油喷射到所述压缩机元件(3)中，并且使用所述回路(39)中的油的余热来加热所述液体干燥剂。
63.一种用于干燥潮湿的压缩气体的方法，其特征在于，所述方法利用根据权利要求1至38中的任一项所述的装置或根据权利要求39至47中的任一项所述的压缩机设备。
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