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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trocknen von Gasen, insbesondere zum Trocknen von Methan, umfassend: einen Gaseinlass, einen Gasauslass, wenigstens zwei Adsorptionskammern zur Aufnahme von Trockenmittel, einen Kühler, der in Strömungsrichtung zwischen dem Gaseinlass und den Adsorptionskammern angeordnet ist, einen Kondensatauslass, der in Strömungsrichtung zwischen dem Gaseinlass und den Adsorptionskammern angeordnet ist, und einen Erhitzer, wobei die Adsorptionskammern mit dem Gaseinlass und mit dem Gasauslass verbunden sind.
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Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Trocknen von Gasen, insbesondere zum Trocknen von Methan, umfassend die folgenden Schritte: a) Adsorbieren von Feuchtigkeit aus dem Gas durch Trockenmittel in einer ersten Adsorptionskammer; b) Aufheizen des Gases vor Einleitung in die zweite Adsorptionskammer; und c) Abkühlen des Gases in der zweiten Adsorptionskammer.
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Aus der Praxis sind zahlreiche Vorrichtungen und Verfahren zum Trocknen von Gasen bekannt. Die Notwendigkeit der Trocknung von Gasen liegt unter anderem darin begründet, dass Gase in vielen industriellen Verfahren als Arbeitsmedium eingesetzt werden und eine zu hohe Feuchtigkeit zu Korrosion der Rohrleitungen führen kann.
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Aufgrund der steigenden Nachfrage nach erneuerbaren Energien gewinnt die Trocknung von Biogas, insbesondere von Bio-Methan an Bedeutung. Die Trocknung von Methan stellt jedoch besondere Anforderungen an die Sicherheit der Trocknungsanlage, da Methan explosionsartig mit Sauerstoff – etwa aus der Umgebungsluft – reagieren kann.
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Zur Trocknung von Gasen werden unterschiedliche Vorrichtungen, kurz Trockner, eingesetzt.
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Beispielsweise sind Kältetrockner bekannt. Kältetrockner weisen regelmäßig zwei Wärmetauscher, einen Verdampfer und einen Kondensator auf und entziehen dem zu trocknenden Gas Feuchtigkeit, indem dieses unter seinen Taupunkt abgekühlt wird und anschließend wieder erwärmt wird. Hierzu wird feuchtes Gas angesaugt und durch ein Kühlelement (den sogenannten Verdampfer) geführt. In dem Verdampfer wird das Gas so weit abgekühlt, dass der Taupunkt des Gases unterschritten wird. Da kaltes Gas wesentlich weniger Feuchtigkeit speichern kann als warmes Gas, kondensiert die Feuchtigkeit und kann abgeleitet werden.
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Zudem sind Adsorptionstrockner bekannt. Bei Adsorptionstrocknern wird dem zu trocknenden Gas die Feuchtigkeit durch ein Trockenmittel entzogen. Das zu trocknende Gas wird hierzu regelmäßig in eine Adsorptionskammer geleitet, die mit dem Trockenmittel befüllt ist. Durch die hygroskopische, also Wasser anziehende Wirkungsweise des Trockenmittels wird dem Gas die Feuchtigkeit entzogen. Nach dem Adsorptionsvorgang muss die Feuchtigkeit wieder aus dem Trockenmittel entfernt werden; dieser Schritt wird als Regeneration bezeichnet. Hierzu wird regelmäßig Luft aus der Umgebung angesaugt, auf hohe Temperaturen erhitzt und durch das Trockenmittel geleitet. Durch die hohe Temperatur verdampft die in dem Trockenmittel gespeicherte Feuchtigkeit und wird in Form von erwärmtem Wasserdampf abgeleitet. Damit die beiden Schritte Adsorption und Regeneration gleichzeitig erfolgen können, haben sich Adsorptionstrockner mit zwei oder mehr Adsorptionskammer durchgesetzt: Während in einer Kammer die Adsorption erfolgt, kann in der anderen Kammer die Regeneration erfolgen.
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Adsorptionstrockner benötigen zwar regelmäßig mehr Energie als Kältetrockner, haben gegenüber diesen jedoch den Vorteil, dass Gase auf einen sehr niedrigen Drucktaupunkt getrocknet werden können.
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Adsorptionstrockner können wiederum in zwei Arten eingeteilt werden: Adsorptionstrockner, bei denen die Regeneration „kalt” (also durch Druckwechsel) erfolgt und Adsorptionstrockner, bei denen die Regeneration, wie zuvor beschrieben, „warm” (also durch Temperaturwechsel) erfolgt. Die beiden beschriebenen Verfahren sind auch als „PSA” (pressure swing adsorption = Druckwechseladsorption) und „TSA” (temperature swing adsorption = Temperaturwechseladsorption) bekannt.
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Adsorptionstrockner sind beispielsweise aus der
EP 0 382 937 A1 oder der
WO 02/05931 A1 bekannt. Die dort beschriebenen Trockner zeichnen sich durch einen relativ einfachen Aufbau und eine damit verbundene Robustheit aus. Nachteilig ist jedoch der begrenzte Wirkungsgrad, der vor allem darin begründet liegt, dass der Entzug der Feuchtigkeit allein durch das Trockenmittel erfolgen muss. Dies hat relativ lange Regenerationszeiten zur Folge.
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Die zuvor dargestellten Funktionsweisen von Kältetrocknern und Adsorptionstrocknern können miteinander kombiniert werden; derartige Trockner werden häufig als hybride Trockner bezeichnet.
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Die
EP 2 263 778 A1 betrifft einen derartigen hybriden Trockner, also einen Trockner, bei dem ein Kältetrockner mit einem Adsorptionstrockner kombiniert wird. Bei dem in
5 der
EP 2 263 778 A1 beschriebenen Trockner wird dem Adsorptionstrockner ein Kältetrockner vorgeschaltet. Dies geschieht derart, dass der Gaseinlass des Adsorptionstrockners kein feuchtes Gas ansaugt, sondern mit Gas gespeist wird, das bereits durch den Kältetrockner vorgekühlt und vorgetrocknet worden ist. Ein Teil der Feuchtigkeit wird also bereits in dem Kältetrockner ausgeschieden. Dies hat den Vorteil, dass das Gas in einem Zustand in den Adsorptionstrockner eintritt, in dem viele Trockenmittel eine bessere Aufnahmekapazität haben, als bei nicht vorbehandelten, also feuchten Gasen. Der in
5 der
EP 2 263 778 A1 gezeigte, hybride Trockner zeichnet sich daher gegenüber reinen Adsorptionstrocknern durch einen erhöhten Wirkungsgrad aus. Nachteilig sind jedoch die höhere Komplexität der Anlage und die damit verbundenen Kosten. Zudem ist der Wirkungsgrad der beschriebenen Anlage zwar höher als bei reinen Adsorptionstrocknern, gleichwohl lassen sich mit der dargestellten Anlage keine Wirkungsgrade erreichen, die von modernen Trocknungsanlagen ohne Regenerationsgasverlust erwartet werden. Trockner ohne Regenerationsgasverlust werden auch als „Zero Purge-Trockner” bezeichnet.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene und zuvor näher dargestellte Vorrichtung zum Trocknen von Gasen derart auszugestalten und weiterzubilden, dass ein höherer Wirkungsgrad erreicht wird.
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Bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 wird diese Aufgabe gelöst durch ein Gebläse, das mit einer Ansaugleitung und einer Leitung zum Ansaugen von vorgekühltem und vorgetrocknetem Gas und/oder mit einer Ansaugleitung und einer Leitung zum Ansaugen von trockenem Gas für die Regeneration verbunden ist.
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Bei Trocknern mit zwei Adsorptionskammern muss eine der Kammern mit Gas für die Adsorption versorgt werden, während die andere Kammer mit Gas für die Regeneration versorgt werden muss. Die Regeneration kann mehrere Schritte umfassen, insbesondere die Schritte „Aufheizen” und „Abkühlen”. Bevorzugt wird die Adsorptionskammer nicht selbst aufgeheizt, sondern durch Gas, welches vor dem Einströmen in die Adsorptionskammer erhitzt wurde, aufgeheizt. Erfindungsgemäß wird das Gas für die Regeneration bei wenigstens einem der Regenerationsschritte durch ein Gebläse angesaugt und der entsprechenden Adsorptionskammer zugeführt. Dies hat den Vorteil, dass sich die zugeführte Gasmenge und der daraus resultierende Druck deutlich besser kontrollieren lassen, als wenn das Gas für die Regeneration beispielsweise ohne Gebläse lediglich aufgrund eines Druckunterschieds aus einer Adsorptionskammer in die andere Adsorptionskammer geleitet wird (vgl. Leitung
180 in
5 der
EP 2 263 778 A1 ). Zudem wird erfindungsgemäß vorgekühltes und vorgetrocknetes Gas durch das Gebläse angesaugt und für die Regeneration eingesetzt. Alternativ oder zusätzlich wird erfindungsgemäß getrocknetes Gas durch das Gebläse angesaugt und für die Regeneration eingesetzt. Unter vorgekühltem Gas wird Gas verstanden, das kälter ist als das in die Vorrichtung einströmende Gas. Vorgekühltes Gas muss jedoch nicht zwingend bereits bis auf die Endtemperatur gekühlt worden sein. Unter vorgetrocknetem Gas wird dementsprechend Gas verstanden, dass weniger Feuchtigkeit aufweist als das in die Vorrichtung einströmende Gas. Auch das vorgetrocknete Gas muss jedoch nicht zwingend bereits vollständig trocken sein. Durch den Einsatz von vorgekühltem und vorgetrockneten Gas zur Regeneration lässt sich ein höherer Wirkungsgrad erreichen als bei Anlagen, bei denen unvorbehandeltes Gas, insbesondere feuchtes Gas (z. B. feuchte Umgebungsluft), für die Regeneration eingesetzt wird. Durch den geringeren Wassereintrag in den Adsorptionsbehälter sind längere Zykluszeiten möglich, bevor eine Regeneration erfolgen muss. Zudem können kleinere Behälter eingesetzt werden, was zu geringeren Investitionskosten führt. Schließlich können die Heizphasen verkürzt werden, was die Betriebskosten verringert. Bevorzugt wird das Gas auf eine Temperatur von 5°C oder weniger vorgekühlt. Besonders vorteilhaft kann die beanspruchte Vorrichtung zur Trocknung von Methan, insbesondere von Bio-Methan, eingesetzt werden.
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Ein Vorteil eines erfindungsgemäßen Trockners liegt darin, dass aufgrund der minimalen Druckunterschiede in der Anlage kein Regenerationsgas verloren wird (sog. „Zero Purge-Trockner”). Bevorzugt werden die Trockner bei einem leichten Überdruck betrieben. Dies hat den Vorteil, dass im Falle einer undichten Stelle keine Umgebungsluft in den Trockner eintreten kann. Eintretende Umgebungsluft kann insbesondere bei einem Methan-Trockner aufgrund des in der Umgebungsluft enthaltenen Sauerstoffs zu einer Explosionsgefahr führen.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gebläse in Strömungsrichtung hinter dem Kühler und dem Kondensatauslass angeordnet ist. Insbesondere kann das Gebläse in einem Bypass angeordnet sein. Mit der Strömungsrichtung wird diejenige Richtung bezeichnet, die das Gas von dem Gaseinlass bis zum Gasauslass zurücklegt. Indem das Gebläse hinter dem Kühler und dem Kondensatauslass angeordnet ist, wird erreicht, dass das angesaugte Gas durch den Kühler vorgekühlt ist und durch den Kondensatauslass vorgetrocknet ist. Der Kondensatauslass kann zur Trocknung einen Tropfenabscheider („Demister”) umfassen. Das Gebläse kann unmittelbar hinter dem Kühler und dem Kondensatauslass angeordnet sein oder sogar erst hinter den beiden Adsorptionskammern angeordnet sein. Vorzugsweise teilt sich die Ansaugleitung des Gebläses in zwei Leitungen auf, wobei durch die eine Leitung Gas angesaugt werden kann, das durch den Kühler vorgekühlt ist und durch den Kondensatauslass vorgetrocknet ist und wobei durch die andere Leitung Gas angesaugt werden kann, das aus einer Adsorptionskammer austritt und bereits vollständig getrocknet ist.
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Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung eine Rückleitung zur Rückführung des Regenerationsgasstromes in die mit dem Gaseinlass verbundene Leitung umfasst. Das Regenerationsgas, also das Gas, welches aus der regenerierenden Adsorptionskammer austritt, soll zurückgeleitet werden und stromaufwärts wieder in die Hauptleitung eingeleitet werden. Vorzugsweise erfolgt die Einleitung in Strömungsrichtung hinter dem Vorfilter und vor dem Kühler und dem Kondensatauslass. Auf diese Weise kann die Energie des Regenerationsgasstromes genutzt werden, um den in die Vorrichtung eintretenden Gasstrom zu fördern.
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Eine weitere Ausgestaltung der zuletzt beschriebenen Lehre sieht vor, dass die Rückleitung wenigstens im Bereich des Zusammentreffens mit der Leitung eine geringere Querschnittsfläche als die Leitung aufweist. Eine verringerte Querschnittsfläche hat – nach dem Gesetz von Bernoulli – eine höhere Strömungsgeschwindigkeit und einen verringerten Strömungsdruck in der Rückleitung zur Folge. Durch die höhere Strömungsgeschwindigkeit wird die kinetische Energie des durch die Rückleitung strömenden Regenerationsgasstromes erhöht. Die kinetische Energie kann auf den durch den Gaseinlass in die Vorrichtung eintretenden Gasstrom übertragen werden, um diesen zu fördern. Dieses Wirkprinzip ist – als solches – aus Strahlpumpen, etwa aus Wasserstrahlpumpen bekannt. Der zurückgeleitete Regenerationsgasstrom wird also als Treibmedium eingesetzt während der durch den Gaseinlass in die Vorrichtung eintretende Gasstrom das Saugmedium darstellt. Der Vorteil an einem derartigen Fördermechanismus ist sein einfacher Aufbau und sein robuster und wartungsarmer Betrieb. Zudem kann der Druckabfall verringert werden, der bei der Förderung des Gases über die gesamte Anlage auftritt.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Vorfilter zur Reinigung des in die Vorrichtung einströmenden Gases und/oder einen Nachfilter zur Reinigung des aus der Vorrichtung ausströmenden Gases umfasst. Durch den Vorfilter kann das einströmende Gas von Staub, Sand und weiteren Verunreinigungen befreit werden. Der Vorfilter ist vorzugsweise direkt hinter dem Gaseinlass angeordnet. Der Nachfilter kann das bereits getrocknete Gas vor dem Austritt aus der Vorrichtung reinigen und beispielsweise von Rückständen des Trockenmittels befreien. Der Nachfilter ist vorzugsweise direkt vor dem Gasauslass angeordnet.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung einen zweiten Kühler umfasst, der in Strömungsrichtung hinter dem Gebläse angeordnet ist. Der Kühler kann bei Bedarf für eine Kühlung des aus dem Gebläse austretenden Gases sorgen. Eine zusätzliche Kühlung kann gewünscht oder erforderlich sein, um die Austrittstemperatur des Gases abzusenken oder auf einen bestimmten Grenzwert zu begrenzen.
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Bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 8 wird die zuvor beschriebene Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Gebläse durch eine Ansaugleitung und eine Leitung vorgekühltes und vorgetrocknetes Gas und/oder durch eine Ansaugleitung und eine Leitung trockenes Gas für die Regeneration ansaugt.
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Wie bereits zuvor für die Vorrichtung beschrieben wurde, liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, für die Regeneration des Trockenmittels kein Gas aus der Umgebung, sondern zuvor getrocknetes und zuvor gekühltes Gas anzusaugen und in die entsprechende Adsorptionskammer zu leiten. Dies erfolgt erfindungsgemäß durch ein Gebläse, dessen Ansaugleitung Gas von einer Stelle ansaugt, an der das Gas bereits vorgekühlt und vorgetrocknet bzw. bereits vollständig getrocknet wurde. Die Vorteile des Ansaugens von vorbehandeltem Gas durch ein Gebläse liegen auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unter anderem in einer guten Regelbarkeit und in einem erhöhten Wirkungsgrad.
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Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht die folgenden weiteren Schritte vor: d) Adsorbieren von Feuchtigkeit aus dem Gas durch Trockenmittel in der zweiten Adsorptionskammer; e) Aufheizen des Gases vor Einleitung in die ersten Adsorptionskammer; und f) Abkühlen des Gases in der ersten Adsorptionskammer. Diese Schritte entsprechen den bereits zuvor beschriebenen Verfahrensschritten, wobei die Funktionen der beiden Adsorptionskammern vertauscht werden: Die Schritte a) bis c) beschreiben eine Adsorption in der ersten Adsorptionskammer und eine Regeneration in der zweiten Adsorptionskammer während die Schritte d) bis f) eine Adsorption in der zweiten Adsorptionskammer und eine Regeneration in der ersten Adsorptionskammer beschreiben. Die Schritte a) bis c) stellen einen halben Zyklus dar; die Schritte a) bis f) bilden dementsprechend einen vollen Zyklus. Die Durchführung sämtlicher Verfahrensschritte hat den Vorteil einer optimalen Ausnutzung beider Adsorptionskammern, da zu jeder Zeit wenigstens eine Kammer Feuchtigkeit adsorbiert.
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In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Erhitzer durch den Kühler vorgekühltes und durch den Kondensatauslass vorgetrocknetes Gas erhitzt. Dieser Schritt dient der Regeneration des Trockenmittels. Durch den Einsatz eines Erhitzers kann eine warme Regeneration erfolgen, die wirksamer ist als eine kalte Regeneration. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass warmes Gas mehr Feuchtigkeit aufnehmen kann als kaltes Gas und daher warmes Gas besser geeignet ist, dem Trockenmittel Feuchtigkeit zu entziehen.
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Eine weitere Ausbildung des Verfahrens sieht vor, dass das Gebläse trockenes Gas aus einer der Adsorptionskammern in die jeweils andere Adsorptionskammer leitet. Dieser Schritt dient ebenfalls der Regeneration des Trockenmittels. Das aus der einen Adsorptionskammer ausströmende Gas ist vollständig getrocknet und eignet sich daher noch besser für die Regeneration der anderen Adsorptionskammer als Gas, welches lediglich vorgetrocknet wurde. Da das vollständig getrocknete Gas jedoch gleichzeitig das gewünschte Endprodukt des Trocknungsverfahrens ist, wird vorzugsweise nur ein Teil des vollständig getrockneten Gases abgezweigt und zur Regeneration der anderen Adsorptionskammer eingesetzt. Indem ein Gebläse eingesetzt wird, kann die zugeführte Gasmenge genauer geregelt werden, als bei einer Zufuhr aufgrund eines Druckunterschieds zwischen beiden Adsorptionskammern.
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Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass ein zweiter Kühler das aus einer der Adsorptionskammern austretende trockene Gas kühlt, bevor es in die jeweils andere Adsorptionskammer geleitet wird. Durch den zweiten Kühler kann das trockene, zur Regeneration der anderen Adsorptionskammer eingesetzte Gas gekühlt werden. Dies kann gewünscht oder erforderlich sein, um die Austrittstemperatur des Gases abzusenken und um Grenzwerte einzuhalten.
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Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass der aus der Adsorptionskammer austretende Regenerationsgasstrom zurückgeleitet wird und in eine mit einem Gaseinlass verbundene Leitung eintritt. Dieser Fördermechanismus funktioniert nach dem Prinzip einer Strahlpumpe und wurde bereits im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben. Seine Vorteile liegen in einem geringeren Druckabfall über die gesamte Anlage bei der Förderung des Gases.
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Schließlich sieht eine weitere Ausbildung der Erfindung vor, dass wenigstens ein Temperatursensor die Temperatur des in die Vorrichtung eintretenden und/oder austretenden Gases misst. Durch Messung der Temperaturen kann das Verfahren besser kontrolliert werden. Die Messung der Temperatur des eintretenden Gases erfolgt vorzugsweise direkt hinter dem Gaseinlass; die Messung der Temperatur des austretenden Gases erfolgt vorzugsweise direkt vor dem Gasauslass.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen
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1 eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Trocknen von Gasen,
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2 die Vorrichtung aus 1 bei der Ausführung eines ersten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen,
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3 die Vorrichtung aus 1 bei der Ausführung eines zweiten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen,
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4 die Vorrichtung aus 1 bei der Ausführung eines dritten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen,
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5 die Vorrichtung aus 1 bei der Ausführung eines vierten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen,
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6 die Vorrichtung aus 1 bei der Ausführung eines fünften Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen und
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7 die Vorrichtung aus 1 bei der Ausführung eines sechsten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen.
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1 zeigt eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Trocknen von Gasen. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Gaseinlass 2 und einen Gasauslass 3, sowie zwei Adsorptionskammern 4, 5. Der Gaseinlass 3 ist über eine Leitung L1 mit einem Vorfilter 6 sowie einem optionalen Temperatursensor 7 verbunden. Hinter dem Vorfilter 6 und, soweit vorhanden, hinter dem optionalen Temperatursensor 7 mündet eine Rückleitung L2 in die Leitung L1 ein. Die Leitung L1 führt weiter zu einem Kühler 8 und einem Kondensatauslass 9. Der Kondensatauslass 9 umfasst zur Trocknung einen Tropfenabscheider („Demister”). Hinter dem Kondensatauslass 9 zweigt eine Leitung L3 von der Leitung L1 ab. Anschließend teilt sich die Leitung L1 in die Leitungen L4 und L5. Die Leitung L4 führt über ein Ventil 10 zum unteren Ende der Adsorptionskammer 4, während die Leitung L5 über ein Ventil 11 in entsprechender Weise zum unteren Ende der Adsorptionskammer 5 führt.
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Die zuvor erwähnte Rückleitung L2 entsteht durch einen Zusammenfluss der Leitungen L6 und L7. Die Leitung L6 führt durch ein Ventil 12 und endet in der Leitung L4. In entsprechender Weise führt die Leitung L7 durch ein Ventil 13 und endet in der Leitung L5. Vom oberen Ende der Adsorptionskammer 4 führt eine Leitung L8 durch ein Ventil 14; entsprechend führt eine Leitung L9 vom oberen Ende der Adsorptionskammer 5 durch ein Ventil 15. Hinter den Ventilen 14, 15 vereinigen sich die Leitungen L8, L9 zu einer Leitung L10, die mit einem optionalen Temperatursensor 16 und mit einem ebenfalls optionalen Nachfilter 17 verbunden ist und schließlich zum Gasauslass 3 führt.
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Die zuvor erwähnte Leitung L3 führt durch ein Ventil 18 in eine Ansaugleitung L11. Zudem führt eine von der Leitung L10 abzweigende Leitung L14 durch ein Ventil 19 in die Ansaugleitung L11. Die Ansaugleitung L11 ist mit einem Gebläse 20, einem optionalen Kühler 21 und einem Erhitzer 22 verbunden, bevor sie sich in die Leitungen L12 und L13 aufteilt. Die Leitung L12 führt über ein Ventil 23 und endet in der Leitung L8 während die Leitung L13 über ein Ventil 24 führt und in der Leitung L9 endet. Die Ventile 10, 11, 12, 13 können durch ein in 1 nicht dargestelltes Vierwegeventil ersetzt werden.
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In entsprechender Weise können die Ventile 14, 15, 23, 24 durch ein ebenfalls in 1 nicht dargestelltes Vierwegeventil ersetzt werden. Sämtliche Leitungen L1 bis L14 sind je nach Stellung der Ventile grundsätzlich dazu geeignet, von Gasen und/oder Flüssigkeiten in beide Richtungen durchströmt zu werden. Sämtliche Ventile können stufenlos zwischen einer vollständig geöffneten Stellung und einer vollständig geschlossenen Stellung verstellt werden.
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2 zeigt die Vorrichtung 1 aus 1 bei der Ausführung eines ersten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen. In der in 2 dargestellten Situation sind die Ventile 10, 13, 14, 18 und 24 wenigstens teilweise geöffnet, während die Ventile 11, 12, 15, 19 und 23 geschlossen sind (ausgefüllte Darstellung). Aufgrund dieser Einstellung der Ventile ergibt sich die folgende Funktionsweise der Vorrichtung 1: Feuchtes Gas, insbesondere feuchtes Methan, tritt durch den Gaseinlass 2 in die Leitung L1 der Vorrichtung 1 ein und durchströmt den Vorfilter 6, den Kühler 8 und den Kondensatauslass 9. Sofern ein optionaler Temperatursensor 7 vorhanden ist, wird durch diesen Sensor die Temperatur des einströmenden Gases gemessen. Da das Ventil 10 geöffnet ist, während die Ventile 11 und 12 geschlossen sind, strömt das nunmehr vorgetrocknete und vorgekühlte Gas weiter durch die Leitung L4 in die Adsorptionskammer 4. Dort wird dem feuchten Gas durch ein in der Adsorptionskammer 4 angeordnetes, hygroskopisches Trockenmittel Feuchtigkeit entzogen; dieser Verfahrensschritt wird daher als „Adsorption” bezeichnet.
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Nachdem dem feuchten Gas in der Adsorptionskammer 4 Feuchtigkeit entzogen wurde, strömt das Gas in einem trockenen Zustand durch die Leitung L8 und die Leitung L10 und schließlich durch den Gasauslass 3 aus der Vorrichtung 1 heraus. Dies wird erreicht, indem das Ventil 14 geöffnet ist, während die Ventile 15, 19 und 23 geschlossen sind. Sofern ein optionaler Temperatursensor 16 und ein optionaler Nachfilter 17 vorhanden sind, erfolgt eine Messung der Temperatur sowie eine Reinigung des ausströmenden, trockenen Gases.
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Während in der in 2 links dargestellten Adsorptionskammer 4 die „Adsorption” stattfindet, wird in der in 2 rechts dargestellten Adsorptionskammer 5 der Verfahrensschritt „Aufheizen” als Teilschritt einer Regeneration durchgeführt. Dies erfolgt durch den folgenden Ablauf: Das Gebläse 20 saugt durch die Ansaugleitung L11 einen Teilstrom des vorgetrockneten, vorgekühlten Gases an, wobei dieser Teilstrom aus der den Hauptstrom führenden Leitung L1 abgezweigt wird. Das angesaugte Gas wird von dem Gebläse 20 durch einen optionalen Kühler 21 und durch einen Erhitzer 22 geleitet und in dem Erhitzer 22 stark aufgeheizt. Durch das Erhitzen des Gases steigt dessen Fähigkeit, Feuchtigkeit aufzunehmen, stark an. Da die Ventile 15 und 23 geschlossen sind, während das Ventil 24 offen ist, wird das aufgeheizte Gas anschließend durch die Leitung L13 in die Adsorptionskammer 5 geleitet. In der Adsorptionskammer 5 entzieht das aufgeheizte Gas dem Trockenmittel Feuchtigkeit. Dieser Verfahrensschritt wird auch als „Aufheizen” bezeichnet und ist Teil einer Regeneration des Trockenmittels. Da die Aufnahmefähigkeit des Trockenmittels begrenzt ist, muss nach einer Adsorptionsphase eine Regenerationsphase folgen, bevor das Trockenmittel wieder Feuchtigkeit aufnehmen kann. Nachdem das aufgeheizte Gas in der Adsorptionskammer 5 Feuchtigkeit aufgenommen hat, strömt das feuchte, warme Regenerationsgas durch die Leitung L7 und die Rückleitung L2 und mündet in die Leitung L1 bevor diese in den Kühler 8 eintritt. Dies wird erreicht, indem die Ventile 11, 12 geschlossen sind, während das Ventil 13 geöffnet ist.
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3 zeigt die Vorrichtung 1 aus 1 bei der Ausführung eines zweiten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen. In der in 3 dargestellten Situation sind die Ventile 10, 13, 14, 19 und 24 wenigstens teilweise geöffnet, während die Ventile 11, 12, 15, 18 und 23 geschlossen sind. Aufgrund dieser Einstellung der Ventile ergibt sich die folgende Funktionsweise der Vorrichtung 1: Die in 3 links dargestellte Adsorptionskammer 4 wird auf die gleiche Weise durchströmt wie dies im Zusammenhang mit 2 beschrieben wurde. In der Adsorptionskammer 4 findet also nach wie vor der Verfahrensschritt „Adsorption” statt. Demgegenüber ist die Arbeitsweise der in 3 rechts dargestellten Adsorptionskammer 5 gegenüber der in 2 dargestellten Situation verändert. Das Gebläse 20 saugt durch die Ansaugleitung L11 kein vorgetrocknetes, vorgekühltes Gas durch Ventil 18 und die Leitung L3 an; es saugt stattdessen vollständig getrockenes Gas durch das Ventil 19 und die Leitung L14 an. Hierbei wird die angesaugte Luft nicht erhitzt. Das trockene Gas ist ein Teilstrom, der aus den den Hauptstrom führenden Leitungen L8, L10 abgezweigt wird. Der in 3 dargestellte, in der Adsorptionskammer 5 stattfindende Verfahrensschritt wird als „Kühlen” bezeichnet und ist ebenfalls ein Teilschritt einer Regeneration.
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4 zeigt die Vorrichtung 1 aus 1 bei der Ausführung eines dritten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen. In der in 4 dargestellten Situation sind lediglich die Ventile 10 und 14 wenigstens teilweise geöffnet, während alle anderen Ventile geschlossen sind.
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Aufgrund dieser Einstellung der Ventile ergibt sich die folgende Funktionsweise der Vorrichtung 1: Die in 4 links dargestellte Adsorptionskammer 4 wird auf die gleiche Weise durchströmt wie dies im Zusammenhang mit 2 und 3 beschrieben wurde. In der Adsorptionskammer 4 findet daher nach wie vor der Verfahrensschritt „Adsorption” statt. Demgegenüber ist die in 4 rechts dargestellte Adsorptionskammer 5 abgesperrt und wird nicht durchströmt. Dies wird durch eine Schließung der Ventile 11, 13, 15 und 24 erreicht. Die Adsorptionskammer 5 befindet sich in der in 4 dargestellten Situation also im Ruhezustand, der auch als „Stand by” bezeichnet wird und ebenfalls als Teilschritt einer Regeneration angesehen werden kann.
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5 zeigt die Vorrichtung aus 1 bei der Ausführung eines vierten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen. In der in 5 dargestellten Situation sind die Ventile 11, 12, 15, 18 und 23 wenigstens teilweise geöffnet, während die Ventile 10, 13, 14, 19 und 24 geschlossen sind. Auf diese Weise ergibt sich eine Situation, die symmetrisch zu der in 2 beschriebenen Situation ist, wobei die Funktionen der beiden Adsorptionskammern 4, 5 vertauscht wurden. Mit anderen Worten findet in der Adsorptionskammer 4 der Verfahrensschritt „Aufheizen” statt, während in der Adsorptionskammer 5 der Verfahrensschritt „Adsorption” stattfindet.
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6 zeigt die Vorrichtung aus 1 bei der Ausführung eines fünften Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen. In der in 6 dargestellten Situation sind die Ventile 11, 12, 15, 19 und 23 wenigstens teilweise geöffnet, während die Ventile 10, 13, 14, 18 und 24 geschlossen sind. Auf diese Weise ergibt sich eine Situation, die symmetrisch zu der in 3 beschriebenen Situation ist, wobei die Funktionen der beiden Adsorptionskammern 4, 5 vertauscht wurden. Mit anderen Worten findet in der Adsorptionskammer 4 der Verfahrensschritt „Abkühlen” statt, während in der Adsorptionskammer 5 der Verfahrensschritt „Adsorption” stattfindet.
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7 zeigt die Vorrichtung aus 1 bei der Ausführung eines fünften Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen. In der in 7 dargestellten Situation sind die Ventile 11 und 15 wenigstens teilweise geöffnet, während alle anderen Ventile geschlossen sind. Auf diese Weise ergibt sich eine Situation, die symmetrisch zu der in 4 beschriebenen Situation ist, wobei die Funktionen der beiden Adsorptionskammern 4, 5 vertauscht wurden. Mit anderen Worten findet in der Adsorptionskammer 4 der Verfahrensschritt „Stand by” statt, während in der Adsorptionskammer 5 der Verfahrensschritt „Adsorption” stattfindet.
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Die in den 2 bis 7 dargestellten Verfahrensschritte bilden insgesamt ein zyklisches Verfahren, so dass auf den in 7 dargestellten, sechsten Verfahrensschritt wieder der in 2 dargestellte, erste Verfahrensschritt folgt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0382937 A1 [0010]
- WO 02/05931 A1 [0010]
- EP 2263778 A1 [0012, 0012, 0012, 0015]
