DE102007040090A1

DE102007040090A1 - Verdichten eines Sauerstoff-enthaltenden Mediums

Info

Publication number: DE102007040090A1
Application number: DE102007040090A
Authority: DE
Inventors: Dirk Gerhard; Eberhard Schlücker; Tim Predel
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2007-08-24
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2009-02-26
Also published as: WO2009027008A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Verdichten eines gasförmigen, Sauerstoff-enthaltenden Mediums, vorzugsweise von Sauerstoff, mittels eines Schraubenkompressors, der von einem Schmiermittel geschmiert wird, beschrieben. Erfindungsgemäß wird als Schmiermittel eine Flüssigkeit, bestehend im Wesentlichen aus einer ionischen Flüssigkeit, bestehend aus einem Bis(trifluoromethylsulfonyl)imid-Anion und einem Imidazolium-Kation, verwendet. Hierbei werden als Schmiermittel vorzugsweise 1-Butyl-2,3-dimethylimidazoliumbis(trifluoromethylsulfonyl)imid und/oder 1-Butyl-3-ethyl-2-methylimidazoliumbis(trifluoromethylsulfonyl)imid verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdichten eines gasförmigen, Sauerstoffenthaltenden Mediums, vorzugsweise von Sauerstoff, mittels eines Schraubenkompressors, der von einem Schmiermittel geschmiert wird.
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.
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.
Schmiermittel, die in der Verdichtung Sauerstoff-enthaltender Medien dienenden Schraubenkompressoren zur Anwendung kommen, sollten folgende Eigenschaften erfüllen:
Stabilität gegenüber Sauerstoff:
Während des Verdichtungsvorganges ist das verwendete Schmiermittel einer sehr starken Oxidationsbeanspruchung ausgesetzt. Während der Kompression herrschen erhöhte Temperaturen und das Schmiermittel liegt in zerstäubter Form vor, woraus eine größere Reaktionsfläche resultiert. Dennoch sollte das verwendete Schmiermittel unter Betriebsbedingungen nicht mit Sauerstoff reagieren.
Viskosität und Flüssigkeitsbereich:
Damit auch bei tiefen Temperaturen ein störungsfreier Betrieb des Kompressors möglich ist, sollte die Viskosität des Schmiermittels möglichst gering sein, um eine ungehinderte Zufuhr und eine schnellen Verteilung des Schmiermittels im Druckraum des Kompressors zu gewährleisten. Eine gewisse Mindestviskosität sollte jedoch nicht unterschritten werden, da ansonsten ein ausreichender Verschleißschutz und eine erforderliche Feinabdichtung des Druckraumes nicht zu gewährleisten sind. Generell muss das verwendete Schmiermittel innerhalb der angestrebten Betriebsbedingungen flüssig vorliegen, da nur so der Betrieb des Kompressors möglich ist.
Thermische Stabilität:
Das zu verwendende Schmiermittel muss bei Betriebsbedingungen thermisch stabil sein, da durch das Freisetzen etwaiger Zersetzungsprodukte ein erhöhtes Brand- und Explosionsrisiko bestünde. Als Sicherheitsreserve sollte die Zersetzungstemperatur 50°C oberhalb der Betriebstemperatur liegen, da auch bei Störungen die Betriebssicherheit gewährleistet sein muss.
Sauerstofflöslichkeit:
Die Sauerstofflöslichkeit des verwendeten Schmiermittels sollte so gering wie möglich sein, um so den Austrag und damit den Verlust des zu komprimierenden Mediums aus dem Verdichter zu minimieren. Eine erhöhte Gaslöslichkeit würde einen größeren apparativen Aufwand erfordern, da der gelöste Sauerstoff nach dem Entspannen des Schmiermittels gesondert zurückgeführt werden müsste. Eine geringe Sauerstofflöslichkeit hat ferner den Vorteil, dass eine unerwünschte Kavitation, die zu einer Beschädigung des Kompressors führen kann, vermieden wird.
Korrosion und Verschleiß:
Um eine möglichst lange Standzeit des Kompressors zu ermöglichen, sollte das verwendete Schmiermittel nicht zu einer erhöhten Korrosion der metallischen Bauteile des Kompressors führen. Gleichzeitig muss das Schmiermittel beim Abkühlen des Kompressors als Folge von Stillstand, Teillast- oder Leerlaufbetrieb die Korrosion durch eingebrachte Feuchtigkeit, sog. Kondenswasser, unterbinden, da dieses den Schmierfilm abwaschen sowie Verrostungen und nachfolgenden Verschleiß verursachen kann.
Flüchtigkeit:
Aufgrund der benötigten Reinheit des Sauerstoffs darf es druckseitig nicht zu einer Verschleppung des Schmiermittels kommen. Dies kann einerseits durch Mitreißen des Schmiermittels durch den Gasstrom, andererseits durch Verdampfen geschehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verdichten eines gasförmigen, Sauerstoff-enthaltenden Mediums, vorzugsweise von Sauerstoff, mittels eines Schraubenkompressors, der von einem Schmiermittel geschmiert wird, anzugeben, das die vorgenannten Vorgaben bestmöglich zu erfüllen vermag.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verdichten eines gasförmigen, Sauerstoff-enthaltenden Mediums vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass als Schmiermittel eine Flüssigkeit, bestehend im Wesentlichen aus einer ionischen Flüssigkeit, bestehend aus einem Bis(trifluoromethylsulfonyl)imid-Anion und einem Imidazolium-Kation, verwendet wird.
Es hat sich gezeigt, dass diese Klasse an ionischen Flüssigkeiten besonders gut für den beabsichtigten Verwendungszweck geeignet ist, da sie sich durch eine hervorragende thermische Stabilität sowie eine geeignete Viskosität auszeichnet.
Die Begriffsfolge "bestehend im Wesentlichen aus einer ionischen Flüssigkeit" ist hierbei so zu interpretieren, dass zusätzlich zu der oder den gewählten ionischen Flüssigkeiten, die aus einem Bis(trifluoromethylsulfonyl)imid-Anion und einem Imidazolium-Kation besteht bzw. bestehen, weitere Zusätze, wie andere ionische Flüssigkeiten, Additive und/oder Inhibitoren, in dem erfindungsgemäßen Schmiermittel enthalten sein können.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verdichten eines gasförmigen, Sauerstoffenthaltenden Mediums weiterbildend wird vorgeschlagen, dass das Schmiermittel zu wenigstens 75 Vol-%, vorzugsweise zu wenigstens 90 Vol-% aus einer oder mehreren ionischen Flüssigkeiten gemäß Anspruch 1 besteht.
Aus der Gruppe der vorgenannten Schmiermittel haben sich 1-Butyl-2,3-dimethylimidazoliumbis(trifluoromethylsulfonyl)imid und 1-Butyl-3-ethyl-2-methylimidazoliumbis(trifluoromethylsulfonyl)imid als besonders geeignet erwiesen.
Bei den erfindungsgemäß als Schmiermittel vorzusehenden Verbindungen handelt es sich um ionische Flüssigkeiten. Dies 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.
Im Gegensatz zu konventionellen, molekularen Flüssigkeiten haben ionische Flüssigkeiten darüber hinaus den Vorteil, dass sie einen äußerst geringen Dampfdruck besitzen. Dies bedeutet, dass sie – solange ihre Zersetzungstemperatur nicht erreicht wird – selbst im Hochvakuum nicht merklich verdampfen. Daraus resultieren die Eigenschaften Unbrennbarkeit und Umweltfreundlichkeit, da ionische Flüssigkeiten folglich nicht in die Atmosphäre gelangen können.
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 jedoch 300°C oder mehr.
Darüber hinaus weisen einige ionische Flüssigkeiten eine hohe thermische Stabilität auf. Oftmals liegen ihre Zersetzungspunkte oberhalb von 250°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.
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 – einen äußerst geringen Dampfdruck aufweisen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verdichten eines gasförmigen, Sauerstoff-enthaltenden Mediums, die den Gegenstand eines abhängigen Patentanspruches darstellt, ist dadurch gekennzeichnet, dass die in Anspruch 1 genannten ionischen Flüssigkeiten oder ein Gemisch aus den in Anspruch 1 genannten ionischen Flüssigkeiten eine Viskosität kleiner 1200 mPa s bei 10°C und größer 10 mPa s bei +100°C aufweist.
Die nunmehr erfindungsgemäß vorzusehende Schmiermittelgruppe bzw. die aus ihr auszuwählenden ionischen Flüssigkeiten eignen sich aufgrund ihrer außergewöhnlichen Eigenschaften in hervorragender Weise für die Verwendung als Schmiermittel eines Schraubenkompressors, der der Verdichtung eines gasförmigen, Sauerstoff-enthaltenden Mediums dient.

Claims

Verfahren zum Verdichten eines gasförmigen, Sauerstoff-enthaltenden Mediums, vorzugsweise von Sauerstoff, mittels eines Schraubenkompressors, der von einem Schmiermittel geschmiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Schmiermittel eine Flüssigkeit, bestehend im Wesentlichen aus einer ionischen Flüssigkeit, bestehend aus einem Bis(trifluoromethylsulfonyl)imid-Anion und einem Imidazolium-Kation, verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel zu wenigstens 75 Vol-%, vorzugsweise zu wenigstens 90 Vol-% aus einer oder mehreren ionischen Flüssigkeiten gemäß Anspruch 1 besteht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Schmiermittel 1-Butyl-2,3-dimethylimidazoliumbis(trifluoromethylsulfonyl)imid und/oder 1-Butyl-3-ethyl-2-methylimidazoliumbis(trifluoromethylsulfonyl)imid verwendet wird bzw. werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in Anspruch 1 genannten ionischen Flüssigkeiten oder ein Gemisch aus den in Anspruch 1 genannten ionischen Flüssigkeiten eine Viskosität kleiner 1200 mPa s bei –10°C und größer 10 mPa s bei +100°C aufweist.