DE102006014335A1 - Method for compressing a gaseous, oxygen-containing medium, comprises condensing the medium by means of a liquid piston containing ionic liquid - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdichten eines gasförmigen, Sauerstoffenthaltenden Mediums, vorzugsweise von Sauerstoff, wobei die Verdichtung mittels eines Flüssigkeitskolbens erfolgt.The The invention relates to a method for compressing a gaseous, Oxygen-containing medium, preferably of oxygen, wherein the compression by means of a liquid piston he follows.
Ferner betrifft die Erfindung eine Betriebsflüssigkeit für einen Sauerstoffverdichter, in dem die Verdichtung mittels eines Flüssigkeitskolbens erfolgt.Further the invention relates to a working fluid for an oxygen compressor, in which the compression takes place by means of a liquid piston.
Bei der Verdichtung Sauerstoff-enthaltender Medien, insbesondere bei der Verdichtung von Sauerstoff, kommen bisher trockenlaufende oder wassergeschmierte Sauerstoffverdichter zur Anwendung. Im Prinzip dürfen bei derartigen Verdichtern all diejenigen Gleitmittel verwendet werden, die von einem von dem Unfallversicherungsträger anerkannten Prüfinstitut dahingehend geprüft wurden, dass sie sich für die Verwendung unter den bei Sauerstoffverdichtern herrschenden Betriebsbedingungen sicherheitstechnisch eignen.at the compression of oxygen-containing media, in particular at the compression of oxygen, come dry or dry so far water-lubricated oxygen compressors for use. Basically allowed to used in such compressors all those lubricants be recognized by a person recognized by the accident insurance institution Testing Institute checked to that effect that they were up for the use of those prevailing in oxygen compressors Operating conditions are safety-related.
Trockenlaufende Sauerstoffverdichter sind jedoch vergleichsweise kosten- und wartungsintensiv. Bei wassergeschmierten Sauerstoffverdichtern hingegen besteht die Gefahr, dass Wasserspuren in das zu verdichtende Gas eingebracht werden. Dies ist von Nachteil, da diese Spuren mit erhöhtem Kosten- und technischem Aufwand aus den hochreinen Medien abgetrennt werden müssten. Darüber hinaus besteht bei Einwirken von Wasser auf ferritische Werkstoffe eine erhöhte Korrosionsgefahr.Dry running However, oxygen compressors are relatively expensive and maintenance-intensive. In the case of water-lubricated oxygen compressors, on the other hand, there is the Danger that traces of water introduced into the gas to be compressed become. This is disadvantageous because these tracks are associated with increased cost and technical effort from the high purity media are separated would. About that In addition, when exposed to water, ferritic materials are present an increased Risk of corrosion.
Seit einiger Zeit kommen für bestimmte Anwendungszwecke – bspw. bei der Verdichtung von gasförmigem Wasserstoff – sog. "kolbenlose Verdichter" zum Einsatz; ein derartiger Verdichter ist bspw. aus der PCT-Patentanmeldung PCT/EP2005/008370 bekannt. Mit der Zitierung der PCT-Patentanmeldung PCT/EP2005/008370 sei deren Offenbarungsgehalt zur Gänze in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldung integriert. In kolbenlosen Verdichtern wird anstelle eines festen Kolbens eine Flüssigkeitssäule auf und ab bewegt. Seit kurzem werden als Flüssigkeiten für derartige Verdichter auch ionische Flüssigkeiten getestet.since come for some time certain applications - eg. in the compression of gaseous Hydrogen - so-called "pistonless compressors" are used; one Such a compressor is known, for example, from PCT patent application PCT / EP2005 / 008370. With the citation of the PCT patent application PCT / EP2005 / 008370 was their revelation content in their entirety incorporated in the disclosure of the present patent application. In pistonless compressors, instead of a solid piston, a Liquid column on and moved off. Recently, as liquids for such Compressor also ionic liquids tested.
Ionische Flüssigkeiten sind niederschmelzende, organische Salze mit Schmelzpunkten zwischen 100 und –90 °C, wobei die meisten der bekannten ionischen Flüssigkeiten bereits bei Raumtemperatur in flüssiger Form vorliegen. Im Gegensatz zu herkömmlichen, molekularen Flüssigkeiten sind ionische Flüssigkeiten zur Gänze ionisch und zeigen deshalb neue und ungewöhnliche Eigenschaften. Ionische Flüssigkeiten sind durch die Variation der Struktur von Anion und/oder Kation sowie durch die Variation von deren Kombinationen in ihren Eigenschaften an gegebene technische Problemstellungen vergleichsweise gut anpassbar. Aus diesem Grund werden sie oftmals auch als so genannte "Designer Solvents" bezeichnet. Bei herkömmlichen, molekularen Flüssigkeiten ist hingegen lediglich eine Variation der Struktur möglich.Ionian liquids are low-melting, organic salts with melting points between 100 and -90 ° C, where most of the known ionic liquids already at room temperature in liquid Form present. Unlike conventional, molecular fluids are ionic liquids completely ionic and therefore show new and unusual properties. Ionian liquids are due to the variation of the structure of anion and / or cation as well as by the variation of their combinations in their properties to given technical problems comparatively well adaptable. For this reason, they are often referred to as so-called "Designer Solvents". at usual, molecular fluids however, only a variation of the structure is possible.
Im Gegensatz zu konventionellen, molekularen Flüssigkeiten haben ionische Flüssigkeiten darüber hinaus den Vorteil, dass sie keinen messbaren Dampfdruck besitzen. Dies bedeutet, dass sie – solange ihre Zersetzungstemperatur nicht erreicht wird – selbst im Hochvakuum nicht in geringsten Spuren verdampfen. Daraus resultieren die Eigenschaften Unbrennbarkeit und Umweltfreundlichkeit, da ionische Flüssigkeiten folglich nicht in die Atmosphäre gelangen können.in the Unlike conventional, molecular liquids have ionic liquids about that addition, the advantage that they have no measurable vapor pressure. This means that they - as long as their decomposition temperature is not reached - not even in a high vacuum evaporate in the slightest traces. This results in the properties of incombustibility and environmental friendliness, since ionic liquids are therefore not in get the atmosphere can.
Wie bereits erwähnt, liegen die Schmelzpunkte bekannter ionischer Flüssigkeiten definitionsgemäß unterhalb von 100 °C. Der so genannte Liquidus-Bereich – dies ist der Bereich zwischen Schmelzpunkt und thermischer Zersetzung – beträgt im Regelfall 400 °C oder mehr.As already mentioned, By definition, the melting points of known ionic liquids are below from 100 ° C. The so-called liquidus area - this is the area between Melting point and thermal decomposition - is usually 400 ° C or more.
Darüber hinaus weisen ionische Flüssigkeiten eine hohe thermische Stabilität auf. Oftmals liegen ihre Zersetzungspunkte oberhalb von 400 °C. Die Dichte und das Mischungsverhalten mit anderen Flüssigkeiten können bei ionischen Flüssigkeiten durch die Wahl der Ionen beeinflusst bzw. eingestellt werden. Ionische Flüssigkeiten haben des Weiteren den Vorteil, dass sie elektrisch leitend sind und dadurch elektrische Aufladungen – die ein Gefahrenpotential darstellen – verhindern können.Furthermore have ionic liquids a high thermal stability on. Often their decomposition points are above 400 ° C. The concentration and the mixing behavior with other liquids can at ionic liquids through the choice of ions are influenced or adjusted. Ionian liquids have the further advantage that they are electrically conductive and thereby electrical charges - the one potential hazard represent - prevent can.
Ionische Flüssigkeiten besitzen den Vorteil, dass ihre vollständige Abtrennung aus dem verdichteten Medium mit einem vergleichsweise geringen apparativen Aufwand möglich ist. Eine Verschleppung der ionischen Flüssigkeit durch das verdichtete Medium ist nunmehr nicht mehr möglich, da ionische Flüssigkeiten – wie vorstehend erwähnt – keinen Dampfdruck aufweisen.Ionian liquids have the advantage that their complete separation from the compacted Medium with a comparatively small amount of equipment is possible. Carryover of the ionic liquid through the compressed medium is no longer possible ionic liquids - as above mentioned - no vapor pressure exhibit.
Der Einsatz derartiger ionischer Flüssigkeiten bei der Verdichtung eines gasförmigen, Sauerstoff-enthaltenden Mediums wurde bisher nicht in Erwägung gezogen. Die Gründe hierfür liegen u. a. darin, dass bei Sauerstoffverdichtern spezielle Sicherheitsaspekte, insbesondere im Hinblick auf eine mögliche Brand- oder Explosionsgefahr, berücksichtigt werden müssen.Of the Use of such ionic liquids in the compression of a gaseous, Oxygen-containing medium has not previously been considered. The reasons therefor lie u. a. in that with oxygen compressors special safety aspects, especially with regard to a possible risk of fire or explosion, considered Need to become.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verdichten eines gasförmigen, Sauerstoff-enthaltenden Mediums, vorzugsweise von Sauerstoff, wobei die Verdichtung mittels eines Flüssigkeitskolbens erfolgt, sowie eine Betriebsflüssigkeit für einen Sauerstoffverdichter anzugeben, das bzw. die die vorgenannten Nachteile vermeidet.Object of the present invention is to provide a generic method for compressing a gaseous, oxygen-containing medium, preferably of oxygen, wherein the compression is carried out by means of a liquid piston, as well as a working fluid for an oxygen compressor, the or the aforementioned disadvantages avoids.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verdichten eines gasförmigen, Sauerstoff-enthaltenden Mediums vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Flüssigkeit des Flüssigkeitskolbens eine ionische Flüssigkeit oder ein Gemisch aus zwei oder mehr unterschiedlichen ionischen Flüssigkeiten ist.to solution This object is a generic method for compacting a gaseous, Oxygen-containing medium proposed, which characterized is that the liquid of the liquid piston an ionic liquid or a mixture of two or more different ionic ones liquids is.
Analog hierzu ist die gattungsgemäße Betriebsflüssigkeit für einen Sauerstoffverdichter dadurch gekennzeichnet, dass sie eine ionische Flüssigkeit oder ein Gemisch aus zwei oder mehr unterschiedlichen ionischen Flüssigkeiten ist.Analogous this is the generic operating fluid for one Oxygen concentrator characterized in that it is an ionic liquid or a mixture of two or more different ionic ones liquids is.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verdichten eines gasförmigen, Sauerstoff-enthaltenden Mediums sowie der erfindungsgemäßen Betriebsflüssigkeit für einen Sauerstoffverdichter sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.Further advantageous embodiments of the method according to the invention for compacting a gaseous, Oxygen-containing medium and the operating fluid according to the invention for one Oxygen compressors are the subject of the dependent claims.
Es hat sich gezeigt, dass insbesondere die im Patentanspruch 2 aufgelisteten ionischen Flüssigkeiten sowie Mischungen aus diesen als Betriebsmedium bzw. -medien für kolbenlose Verdichter geeignet sind.It has shown that in particular those listed in claim 2 ionic liquids and mixtures of these as operating medium or media for pistonless Compressors are suitable.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verdichten eines gasförmigen, Sauerstoffenthaltenden Mediums sowie die erfindungsgemäße Betriebsflüssigkeit für einen Sauerstoffverdichter weiterbildend wird vorgeschlagen, dass der ionischen Flüssigkeit oder dem Gemisch aus zwei oder mehr unterschiedlichen ionischen Flüssigkeiten Wasser und/oder wenigstens ein voll- und/oder teilhalogenierter Kohlenwasserstoff, insbesondere wenigstens ein fluorierter Kohlenwasserstoff, zugesetzt wird.The inventive method for compacting a gaseous, Oxygen-containing medium and the operating fluid according to the invention for one Continuing to develop oxygen concentrators, it is proposed that the ionic liquid or the mixture of two or more different ionic liquids Water and / or at least one fully and / or partially halogenated Hydrocarbon, in particular at least one fluorinated hydrocarbon, is added.
Hierbei wird der ionischen Flüssigkeit oder dem Gemisch aus zwei oder mehr unterschiedlichen ionischen Flüssigkeiten Wasser vorzugsweise in einem Gehalt zwischen 0 und 20 % zugesetzt.in this connection becomes the ionic liquid or the mixture of two or more different ionic ones liquids Water is preferably added in a content between 0 and 20%.
Im Falle der Zusetzung eines oder mehrerer voll- und/oder teilhalogenierter Kohlenwasserstoffe zu der ionischen Flüssigkeit oder dem Gemisch aus zwei oder mehr unterschiedlichen ionischen Flüssigkeiten wird bzw. werden diese in einem Gehalt zwischen 0 und 20 zugesetzt.in the Case of the addition of one or more fully and / or partially halogenated Hydrocarbons to the ionic liquid or the mixture of two or more different ionic liquids these are added in a content between 0 and 20.
Durch den Zusatz der vorgenannten, speziellen Brandinhibitors wird die verwendete ionische Flüssigkeit bzw. das Gemisch aus zwei oder mehr unterschiedlichen ionischen Flüssigkeiten hinsichtlich des Einsatzes als Betriebsflüssigkeit in einem Sauerstoffverdichter optimiert. Der zugesetzte Brandinhibitor setzt die Brennbarkeit der ionischen Flüssigkeiten) herab, ohne dabei den Dampfdruck des Betriebsmittels – also der verwendeten ionischen Flüssigkeit bzw. des verwendeten Gemisches – wesentlich zu erhöhen.By the addition of the aforementioned, special Brandinhibitors is the used ionic liquid or the mixture of two or more different ionic liquids with regard to use as operating fluid in an oxygen compressor optimized. The added fire inhibitor sets the flammability the ionic liquids) down, without losing the vapor pressure of the equipment - so the used ionic liquid or the mixture used - essential to increase.
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