DE102013008536A1

DE102013008536A1 - Low-temperature refrigeration drying plant and low-temperature refrigeration drying process

Info

Publication number: DE102013008536A1
Application number: DE102013008536.5A
Authority: DE
Inventors: Robert Adler; Sascha Dorner; Ekkehardt KLEIN; Christoph Nagl
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2014-11-20
Also published as: WO2014183842A1

Abstract

Es wird eine Tieftemperatur-Kältetrocknungsanlage (100), die zur Reduzierung eines Wassergehalts eines insbesondere kohlenwasserstoffreichen wasserhaltigen Gasstroms (1) eingerichtet ist und einen mittels einer Kältemaschineneinheit (31) mit einem Kältemittel gespeisten Kältemittelkreislauf (30) aufweist, in den eine Entspannungseinheit (32) für das Kältemittel eingebunden ist, wobei die Kältemaschineneinheit (31) einen Kältemitteleingang (31a) und einen Kältemittelausgang (31b) aufweist und dafür eingerichtet ist, das Kältemittel an dem Kältemitteleingang (31a) gasförmig anzusaugen und an dem Kältemittelausgang (31b) druckerhöht und verflüssigt abzugeben, vorgeschlagen. Der Kältemittelkreislauf (30) umfasst eine erste Kondensatoreinheit (11) und eine zweite Kondensatoreinheit (21). Es sind Mittel (23) vorgesehen, die dafür eingerichtet sind, das Kältemittel in einer ersten Betriebsphase von dem Kältemittelausgang (31b) durch die erste Kondensatoreinheit (11) zu leiten, mittels der Entspannungseinheit (32) in die zweite Kondensatoreinheit (21) zu entspannen und zu dem Kältemitteleingang (31a) zurückzuleiten. Die Mittel (23) sind ferner dafür eingerichtet, das Kältemittel in einer zweiten Betriebsphase von dem Kältemittelausgang (31b) durch die zweite Kondensatoreinheit (21) zu leiten, mittels der Entspannungseinheit (32) in die erste Kondensatoreinheit (11) zu entspannen und zu dem Kältemitteleingang (31a) zurückzuleiten. Ferner sind Mittel (1a, 1b) vorgesehen, die dafür eingerichtet sind, den wasserhaltigen Gasstrom (1) in der ersten Betriebsphase mit zumindest einer Kontaktfläche der zweiten Kondensatoreinheit (21) und in der zweiten Betriebsphase mit zumindest einer Kontaktfläche der ersten Kondensatoreinheit (22) in Kontakt zu bringen. Ein Verfahren zur Tieftemperatur-Kältetrocknung ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.A low-temperature refrigeration drying system (100) is set up to reduce a water content of a gas stream (1) which is particularly hydrocarbon-rich and has a refrigerant circuit (30) fed with a refrigerant by means of a refrigeration unit (31), into which a relaxation unit (32) for the refrigerant, the refrigerating machine unit (31) having a refrigerant inlet (31a) and a refrigerant outlet (31b) and being set up to suck in the refrigerant in gaseous form at the refrigerant inlet (31a) and to release it at the refrigerant outlet (31b) in an increased pressure and liquefied form , suggested. The refrigerant circuit (30) comprises a first condenser unit (11) and a second condenser unit (21). Means (23) are provided which are designed to conduct the refrigerant in a first operating phase from the refrigerant outlet (31b) through the first condenser unit (11), to relax into the second condenser unit (21) by means of the expansion unit (32) and return to the refrigerant inlet (31a). The means (23) are further configured to conduct the refrigerant in a second operating phase from the refrigerant outlet (31b) through the second condenser unit (21), to relax and to the first condenser unit (11) by means of the expansion unit (32) To return the refrigerant inlet (31a). Means (1a, 1b) are also provided, which are set up to ensure that the water-containing gas stream (1) in the first operating phase with at least one contact surface of the second condenser unit (21) and in the second operating phase with at least one contact surface of the first condenser unit (22) to bring in contact. A method for low-temperature cold drying is also the subject of the present invention.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Tieftemperatur-Kältetrocknung eines insbesondere kohlenwasserstoffreichen, wasserhaltigen Gasstroms und ein entsprechendes Tieftemperatur-Kältetrocknungsverfahren.The invention relates to a plant for cryogenic refrigeration drying of a particular hydrocarbon-rich, hydrous gas stream and a corresponding cryogenic refrigeration drying process.

Stand der TechnikState of the art

Bei der Förderung von Erdgas wird dieses meist mit Wasser (Wasserdampf) gesättigt aus der Sonde entnommen. Auch andere kohlenwasserstoffreiche Gasgemische wie Biogas, Klärgas und Deponiegas weisen i. d. R. einen hohen Wassergehalt auf.In the extraction of natural gas, this is usually taken with water (water vapor) saturated from the probe. Other hydrocarbon-rich gas mixtures such as biogas, sewage gas and landfill gas have i. d. R. on a high water content.

Ein wesentlicher Schritt bei der Aufbereitung derartiger kohlenwasserstoffreicher, wasserhaltiger Gasgemische, beispielsweise in Verdichterstationen, stellt die Abtrennung des Wassers (sogenannte Entfeuchtung) dar, um ein unerwünschtes Auskondensieren in nachgeschalteten Apparaten und Rohrleitungen zu verhindern. Wasser führt auch bei der Verbrennung entsprechender Gasgemische zu erheblichen Korrosionsschäden, beispielsweise an Gasmotoren und Turbinen. Störungen durch diese Schäden führen zu erheblichen Ausfallzeiten und hohen Reparaturkosten.An essential step in the preparation of such hydrocarbon-rich, water-containing gas mixtures, for example in compressor stations, is the separation of the water (so-called dehumidification), in order to prevent unwanted condensation in downstream apparatus and pipelines. Even with the combustion of corresponding gas mixtures, water leads to considerable corrosion damage, for example to gas engines and turbines. Disruptions caused by this damage lead to considerable downtime and high repair costs.

Die Entfeuchtung wird gemäß Stand der Technik beispielsweise unter Verwendung von Triethylenglycol durchgeführt. Allerdings wird hierbei in einem einstufigen Prozess nur ein Taupunkt von ca. 10°C erreicht. Der Prozess muss daher mehrstufig ausgeführt werden, wodurch sich sowohl die Investitionskosten als auch die Betriebskosten erhöhen, da das Triethylenglycol jeweils bei Temperaturen von bis zu 00°C verdampft werden muss. Auch ergeben sich hierbei Verluste an Triethylenglycol.The dehumidification is carried out according to the prior art, for example using triethylene glycol. However, only a dew point of approx. 10 ° C is achieved in a single-stage process. The process must therefore be carried out in several stages, which increases both the investment costs and the operating costs, since the triethylene glycol must be evaporated at temperatures of up to 00 ° C. Also, this results in losses of triethylene glycol.

Auch die ebenfalls bekannte Entfeuchtung mittels Adsorption an Kieselgel oder Zeolith hat Nachteile. Insbesondere muss die Regeneration des Adsorbens, sofern nicht aufwendig unter Vakuum durchgeführt, auch hier bei relativ hohen Temperaturen zwischen 120 und 250°C erfolgen. Durch den Temperaturwechsel wird das Adsorbens stark beansprucht und dessen Lebensdauer reduziert.The likewise known dehumidification by means of adsorption on silica gel or zeolite has disadvantages. In particular, the regeneration of the adsorbent, if not carried out consuming under vacuum, also here at relatively high temperatures between 120 and 250 ° C take place. Due to the temperature change, the adsorbent is heavily stressed and its life reduced.

Auch die Absorption mittels Molekularsieben ist hinsichtlich ihres Energieverbrauchs und der zwangsläufig auftretenden Gasverluste häufig nicht wirtschaftlich.The absorption by means of molecular sieves is often not economical in terms of their energy consumption and inevitably occurring gas losses.

Insbesondere aus dem Bereich der Luftentfeuchtung sind Verfahren zur Kältetrocknung bekannt. Bei der herkömmlichen Kältetrocknung sind jedoch nur Taupunkte über 3°C zu erreichen, weil eine Vereisung des Wärmetauschers vermieden werden soll. Der erzielbare Restfeuchtegehalt von 5,953 g/m³ ist für Druckluftanwendungen häufig ausreichend.In particular from the field of dehumidifying processes for cold drying are known. In conventional refrigeration drying, however, only dew points above 3 ° C can be achieved because icing of the heat exchanger should be avoided. The achievable residual moisture content of 5.953 g / m ³ is often sufficient for compressed air applications.

Zur Erreichung niedrigerer Restfeuchtegehalte, wie sie für die eingangs erwähnten kohlenwasserstoffreichen Gasgemische benötigt werden, ist ebenfalls aus dem Bereich der Luftentfeuchtung die sogenannte Tieftemperatur-Kältetrocknung bekannt (vgl. Barlmeyer, N.: Quadratur des Kreises – Tieftemperatur-Kältetrockner im Praxiseinsatz, Brauindustrie 5/2007, Seite 32 ). Die Tieftemperatur-Kältetrocknung umfasst die Kondensation und das Ausfrieren des Wasserdampfs an geeigneten Kondensatoreinheiten. Zur Regeneration werden diese jeweils erwärmt. Es werden Drucktaupunkte von –20 bis zu –70°C erreicht, so dass technisch trockene Druckluft mit einer Restfeuchte von nur 0,880 bis 0,00330 g/m³ erzeugt werden kann.To achieve lower residual moisture contents, as required for the above-mentioned hydrocarbon-rich gas mixtures, the so-called cryogenic refrigeration drying is also known from the field of air dehumidification (see. Barlmeyer, N .: Quadrature of the district - Cryogenic refrigerant dryer in practical use, Brauindustrie 5/2007, page 32 ). The low-temperature refrigeration drying comprises the condensation and the freezing of the water vapor at suitable condensing units. For regeneration, these are each heated. Pressure dew points of -20 to -70 ° C are reached, so that technically dry compressed air with a residual moisture of only 0.880 to 0.00330 g / m ³ can be produced.

Auch bekannte Verfahren zur Kältetrocknung besitzen jedoch Mängel, insbesondere in ihrer Energieeffizienz. Es besteht daher der Bedarf nach Verbesserungen.However, known methods for cold-drying also have shortcomings, in particular in terms of their energy efficiency. There is therefore a need for improvement.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird durch eine Anlage zur Tieftemperatur-Kältetrocknung eines insbesondere kohlenwasserstoffreichen wasserhaltigen Gasstroms, und ein entsprechendes Tieftemperatur-Kältetrocknungsverfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.This object is achieved by a plant for cryogenic refrigeration drying of a particular hydrocarbon-rich hydrous gas stream, and a corresponding cryogenic refrigeration drying process with the features of the independent claims. Preferred embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die vorliegende Erfindung geht von einer an sich bekannten Tieftemperatur-Kältetrocknungsanlage aus, die zur Reduzierung eines Wassergehalts eines wasserhaltigen Gasstroms eingerichtet ist. Wie eingangs erläutert, sind derartige Anlagen insbesondere aus dem Bereich der Luftentfeuchtung bekannt. Eine derartige Anlage weist typischerweise einen mit einer Kältemaschineneinheit gespeisten Kältemittelkreislauf mit einer entsprechenden Entspannungseinheit zur kälteleistenden Entspannung des Kältemittels auf. Typische Kältemaschineneinheiten umfassen dabei einen Kältemitteleingang und einen Kältemittelausgang. Der Kältemitteleingang wird auch als ”Saugseite” der Kältemaschineneinheit, der Kältemittelausgang entsprechend auch als ihre ”Druckseite” bezeichnet. Die Kältemaschineneinheit ist dabei dafür eingerichtet, an dem Kältemitteleingang (Saugseite) ein verdampftes Kältemittel anzusaugen, dieses zu verdichten, zu kondensieren und an dem Kältemittelausgang (Druckseite) druckerhöht und verflüssigt abzugeben. Ein derartiger Betrieb entspricht jenem bekannter Kältemaschineneinheiten.The present invention is based on a known low-temperature refrigeration drying plant, which is adapted to reduce a water content of a hydrous gas stream. As explained above, such systems are known in particular from the field of dehumidification. Such a plant typically has a refrigerant circuit fed with a refrigerating machine unit with a corresponding expansion unit for the cooling-cooling expansion of the refrigerant. Typical chiller units comprise a refrigerant inlet and a refrigerant outlet. The refrigerant inlet is also referred to as the "suction side" of the chiller unit, the refrigerant outlet also as its "pressure side". The refrigeration unit is adapted to suck at the refrigerant inlet (suction side) a vaporized refrigerant to compress this condensate and at the refrigerant outlet (pressure side) increased pressure and deliver liquefied. Such operation corresponds to that of known refrigeration unit units.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, eine entsprechende Tieftemperatur-Kältetrocknungsanlage mit einem Kältemittelkreislauf auszubilden, in den eine erste Kondensatoreinheit und eine zweite Kondensatoreinheit eingebunden sind. Die erste Kondensatoreinheit und die zweite Kondensatoreinheit sind für einen alternierenden Betrieb, wie nachfolgend erläutert, eingerichtet. Hierbei sind Mittel vorgesehen, die dafür eingerichtet sind, das Kältemittel von dem erwähnten Kältemittelausgang der Kältemaschineneinheit in einer ersten Betriebsphase zunächst durch die erste Kondensatoreinheit zu leiten und dann über die Entspannungseinheit in die zweite Kondensatoreinheit zu entspannen. Der überwiegende Anteil der durch das Kältemittel bereitgestellten Kälteleistung kann daher in der ersten Betriebsphase in der zweiten Kondensatoreinheit genutzt werden. Diese kühlt sich entsprechend ab. In einer zweiten Betriebsphase wird hingegen das Kältemittel von dem Kältemittelausgang der Kältemaschineneinheit durch die zweite Kondensatoreinheit geleitet und über die Entspannungseinheit in die erste Kondensatoreinheit entspannt. Umgekehrt zur zuvor dargestellten Konstellation steht daher die Entspannungskälte des Kältemittels überwiegend in der ersten Kondensatoreinheit zur Verfügung. According to the invention, it is now provided to form a corresponding cryogenic refrigeration drying system with a refrigerant circuit in which a first condenser unit and a second condenser unit are integrated. The first capacitor unit and the second capacitor unit are configured for alternate operation as explained below. In this case, means are provided which are set up to first pass the refrigerant from the mentioned refrigerant outlet of the refrigerating machine unit in a first operating phase through the first condenser unit and then to relax via the expansion unit into the second condenser unit. The majority of the cooling power provided by the refrigerant can therefore be used in the first operating phase in the second condenser unit. This cools down accordingly. In a second operating phase, however, the refrigerant is passed from the refrigerant outlet of the refrigerator unit through the second condenser unit and expanded via the expansion unit into the first condenser unit. In contrast to the previously described constellation, therefore, the expansion cooling of the refrigerant is predominantly available in the first condenser unit.

Im Rahmen dieser Anmeldung wird dabei unter einer ”Kondensatoreinheit” ein Apparat verstanden, der zum Kühlen zumindest einer Oberfläche ausgebildet ist, die mit einem Gasstrom in Kontakt gebracht werden kann und hier als ”Kontaktfläche” bezeichnet wird. Die Temperatur der zumindest einen Kontaktfläche kann dabei so eingestellt werden, dass sich eine gasförmige Komponente aus dem Gasstrom an der Oberfläche abscheidet. Die in der erfindungsgemäßen Anlage abgeschiedene gasförmige Komponente ist Wasserdampf, der vorzugsweise als Eis an der zumindest einen Kontaktfläche abgeschieden wird. Die Kondensatoreinheit kann dabei geeignete Oberflächenstrukturen, beispielsweise zur Vergrößerung der Oberfläche der zumindest einen Kontaktfläche und/oder zur Ausbildung geeigneter Trägerstrukturen für das abgeschiedene Eis, aufweisen.In the context of this application, a "condenser unit" is understood to mean an apparatus which is designed to cool at least one surface which can be brought into contact with a gas flow and is referred to here as a "contact surface". The temperature of the at least one contact surface can be adjusted so that a gaseous component separates from the gas stream at the surface. The gaseous component deposited in the system according to the invention is water vapor, which is preferably deposited as ice on the at least one contact surface. The capacitor unit may have suitable surface structures, for example for enlarging the surface of the at least one contact surface and / or for forming suitable support structures for the deposited ice.

Unter einem ”wasserhaltigen” Gasstrom wird im Rahmen dieser Anmeldung ein Gasstrom verstanden, der eine relative Feuchte von 1 bis 150% aufweist. Die relative Feuchte bezeichnet, wie dem Fachmann bekannt, den Wassergehalt bezogen auf den gesättigten Zustand. Beispielsweise ist ein Biogas bei 40°C in der Lage, bei einer relativen Feuchte von 100% ca. 50 g/m³ Wasser aufzunehmen. Bei 45°C beträgt dieser Wert 64 g/m³, bei 10°C nur noch 9 g/m³. Ein ”wasserhaltiger” Gasstrom kann daher abhängig von seiner Temperatur beispielsweise 1 bis 100 g/m³, insbesondere 10 bis 90 g/m³, beispielsweise 20, 30, 40, 50, 60, 70 oder 80 g/m³ Wasser aufweisen. Die Erfindung eignet sich auch zum Einsatz bei wasserübersättigten Gasgemischen.In the context of this application, a "hydrous" gas stream is understood to mean a gas stream which has a relative humidity of 1 to 150%. The relative humidity, as known in the art, denotes the water content based on the saturated state. For example, a biogas at 40 ° C is able to absorb about 50 g / m ^{3 of} water at a relative humidity of 100%. At 45 ° C this value is 64 g / m ³ , at 10 ° C only 9 g / m ³ . Depending on its temperature, a "water-containing" gas stream can therefore have, for example, 1 to 100 g / m ³ , in particular 10 to 90 g / m ³ , for example 20, 30, 40, 50, 60, 70 or 80 g / m ^{3 of} water. The invention is also suitable for use in water-supersaturated gas mixtures.

Ein ”kohlenwasserstoffreicher” Gasstrom weist zumindest 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% oder 95% Kohlenwasserstoffe, insbesondere Methan, auf molarer, Volumen- oder Massebasis auf. Der verbleibende Rest kann vollständig aus Wasserdampf bestehen oder seinerseits zumindest 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% oder 95% Wasser auf molarer, Volumen- oder Massebasis aufweisen. Beispiele für wasserhaltige und kohlenwasserstoffreiche Gasströme sind, wie erwähnt, beispielsweise Erdgas und Biogas.A "hydrocarbon-rich" gas stream has at least 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% or 95% hydrocarbons, especially methane, on a molar, volume or mass basis. The remainder may consist entirely of water vapor or in turn may comprise at least 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% or 95% water on a molar, volume or mass basis. Examples of hydrous and hydrocarbon-rich gas streams are, as mentioned, for example, natural gas and biogas.

Die Kondensatoreinheiten sind in einem ansonsten abgeschlossenen Raum angeordnet, der von dem entsprechenden Gasstrom durchströmt werden kann. Dieser wird hier als ”Kondensationsraum” bezeichnet. Die Geschwindigkeit des Gasstroms, dessen Druck, seine Temperatur und die Temperatur an der zumindest einen Kontaktfläche der Kondensatoreinheit werden dabei so eingestellt, dass sich ein gewünschter Anteil der jeweils abzuscheidenden Komponente, hier Wasser, an der zumindest einen Kontaktfläche der Kondensatoreinheit abscheidet. Im Idealfall würde die abzuscheidende Komponente dabei vollständig aus dem Gasstrom entfernt, in der Praxis können jedoch auch ggf. gewisse Restgehalte an Wasser akzeptabel sein, die beispielsweise bei unter 1%, insbesondere bei unter 0,5%, 0,4%, 0,3%, 0,2% oder 0,1% relativer Feuchte liegen. Die Erfindung erlaubt es, beispielsweise durch Einstellen der Strömungsgeschwindigkeit des wasserhaltigen Gasstroms, diesen Restgehalt an betriebliche und/oder wirtschaftliche Forderungen anzupassen. Die erfindungsgemäße Anlage kann auch jederzeit mit Vor- und/oder Nachreinigungsschritten gekoppelt werden, beispielsweise mit adsorptiven Verfahren und/oder einer herkömmlichen Kältetrocknung. Die vorliegende Erfindung kann also zusätzlich oder alternativ zu bekannten Verfahren zur Entfeuchtung eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine Tieftemperatur-Kältetrocknungsanlage einer herkömmlichen Kältetrocknungsanlage nachgeordnet werden, in der die Hauptwassermenge durch andere Kältekreisläufe reduziert bzw. entfernt wird.The condenser units are arranged in an otherwise closed space, which can be flowed through by the corresponding gas flow. This is referred to here as the "condensation room". The speed of the gas flow, its pressure, its temperature and the temperature at the at least one contact surface of the condenser unit are adjusted so that a desired proportion of each component to be separated, here water, deposits on the at least one contact surface of the condenser unit. Ideally, the component to be separated would be completely removed from the gas stream, but in practice certain residual contents of water may also be acceptable, for example at less than 1%, in particular less than 0.5%, 0.4%, 0, 3%, 0.2% or 0.1% relative humidity. The invention makes it possible, for example by adjusting the flow rate of the hydrous gas stream, to adapt this residual content to operational and / or economic requirements. The system according to the invention can also be coupled at any time with pre- and / or post-purification steps, for example with adsorptive methods and / or conventional cold-drying. The present invention can therefore be used in addition to or as an alternative to known methods for dehumidifying. For example, a cryogenic refrigeration drying plant can be subordinated to a conventional refrigeration drying plant, in which the main amount of water is reduced or removed by other refrigeration circuits.

Eine erfindungsgemäße Tieftemperatur-Kältetrocknungsanlage umfasst Mittel, die dafür eingerichtet sind, den zu trocknenden wasserhaltigen Gasstrom in der ersten Betriebsphase mit zumindest einer Kontaktfläche der zweiten Kondensatoreinheit und in der zweiten Betriebsphase mit zumindest einer Kontaktfläche der ersten Kondensatoreinheit in Kontakt zu bringen. Der zu trocknende wasserhaltige Gasstrom wird damit also jeweils mit zumindest einer Kontaktfläche jener Kondensatoreinheit in Kontakt gebracht, die jeweils durch die Entspannung des entsprechenden Kältemittels gekühlt wird. Die Mittel, die zur Steuerung des Kältemittelstroms (d. h. zur Einspeisung des Kältemittels zunächst in die erste Kondensatoreinheit, anschließend in die Entspannungseinheit und dann die zweite Kondensatoreinheit oder umgekehrt) eingerichtet sind, umfassen vorteilhafterweise eine Ventilanordnung, die, wie in der unten erläuterten 1 oder 2 dargestellt, beispielsweise vier Ventile umfassen kann.A cryogenic refrigeration drying system according to the invention comprises means which are adapted to bring the water-containing gas stream to be dried in contact with at least one contact surface of the second capacitor unit in the first operating phase and at least one contact surface of the first capacitor unit in the second operating phase. The water-containing gas stream to be dried is thus in each case brought into contact with at least one contact surface of that condenser unit, which is cooled in each case by the expansion of the corresponding refrigerant. The means for controlling the refrigerant flow (ie for feeding the refrigerant first in the first condenser unit, then in the Relaxation unit and then the second condenser unit or vice versa), advantageously comprise a valve assembly, which, as explained in the below 1 or 2 represented, for example, four valves can include.

Ein Kernaspekt der Erfindung liegt daher in der ”Vertauschung” der Saug- und Druckseite der verwendeten Kältemaschineneinheit (bezogen auf die jeweils durch diese gespeisten Kondensatoren). Wie nachfolgend erläutert, lassen sich hierdurch die Temperaturpotentiale einer entsprechenden Kältemaschineneinheit deutlich besser nutzen als dies bei herkömmlichen Anlagen der Fall ist.A key aspect of the invention is therefore in the "exchange" of the suction and pressure side of the refrigerator unit used (based on the respectively fed by these capacitors). As explained below, this allows the temperature potentials of a corresponding refrigeration unit significantly better use than is the case with conventional systems.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht durch die erläuterten Mittel einen alternierenden Betrieb zweier Kondensatoreinheiten. Die Kondensatoreinheiten sind in der erfindungsgemäßen Tieftemperatur-Kältetrocknungsanlage zum Abscheiden des in dem zu trocknenden wasserhaltigen Gasstrom enthaltenden Wassers durch Ausfrieren eingerichtet. Das ausfrierende Wasser scheidet sich dabei naturgemäß als Eis an der Oberfläche (hier mit dem Begriff ”Kontaktfläche” bezeichnet) der Kondensatoreinheit, die jeweils mit dem entspannten Kältemittel gespeist wird, ab. Hat die Eisschicht auf einer entsprechenden Kondensatoreinheit einen zulässigen Wert überschritten, sinkt die Trocknungsleistung der jeweiligen Kondensatoreinheit aufgrund der zunehmenden Oberflächentemperatur bzw. der Isolationswirkung der Eisschicht ab. In diesem Fall muss die entsprechende Kondensatoreinheit regeneriert werden, was in einer Tieftemperatur-Kältetrocknungsanlage durch Erwärmen auf eine Temperatur von über 0°C möglich ist (hier auch als ”Abtauen” bezeichnet). Diese Erwärmung führt jedoch in herkömmlichen Anlagen zu einem ”Verlust” der zuvor für die Kühlung eingesetzten Kälteleistung. Eine erfindungsgemäße Kondensatoreinheit kann hingegen unter teilweiser Verwendung des unter Druck stehenden Kältemittels vom Ausgang der Kältemaschineneinheit angewärmt werden.The present invention enables by the explained means an alternating operation of two capacitor units. The condenser units are set up in the cryogenic refrigeration drying system according to the invention for separating the water contained in the water-containing gas stream to be dried by freezing. Naturally, the freezing water precipitates as ice on the surface (here referred to by the term "contact surface") of the condenser unit, which is fed in each case with the expanded refrigerant. If the ice layer has exceeded a permissible value on a corresponding condenser unit, the drying capacity of the respective condenser unit drops due to the increasing surface temperature or the insulating effect of the ice layer. In this case, the corresponding condenser unit must be regenerated, which is possible in a cryogenic refrigeration drying system by heating to a temperature above 0 ° C (also referred to herein as "defrosting"). However, this heating leads in conventional systems to a "loss" of the cooling power previously used for cooling. On the other hand, a condenser unit according to the invention can be heated by the outlet of the refrigerating machine unit with partial use of the pressurized refrigerant.

Es versteht sich, dass die zur Regeneration (”Abtauen”) erforderliche Zeit auch kürzer sein kann als die Zeit, während derer die jeweils andere Kondensatoreinheit zum Abscheiden des Wassers aus dem wasserhaltigen Gasstrom zur Verfügung steht. In diesem Fall kann die regenerierte Kondensatoreinheit bereits vorgekühlt werden und steht dann unmittelbar für einen neuen Abscheidezyklus zur Verfügung. Es handelt sich also um einen weiteren (dritten) Betriebsmodus.It will be understood that the time required for regeneration ("defrosting") may also be shorter than the time during which the other condenser unit is available to separate the water from the hydrous gas stream. In this case, the regenerated condenser unit can already be pre-cooled and is then immediately available for a new Abscheidezyklus. It is therefore a further (third) mode of operation.

Um eine kontinuierliche Trocknung zu ermöglichen, wird während der Regeneration, während derer die eine Kondensatoreinheit erwärmt wird, der zu trocknende, wasserhaltige Gasstrom mit der zumindest einen Kontaktfläche der jeweils anderen Kondensatoreinheit in Kontakt gebracht. Diese wird ihrerseits mit dem entspannten Kältemittelstrom beaufschlagt und kühlt sich dementsprechend ab. Vorteilhafterweise wird diese bereits zuvor vorgekühlt.In order to enable continuous drying, during the regeneration during which one condenser unit is heated, the water-containing gas stream to be dried is brought into contact with the at least one contact surface of the other condenser unit. This is in turn acted upon by the relaxed refrigerant flow and cools accordingly. Advantageously, this is already pre-cooled before.

Erfindungsgemäß ist es möglich, bei der Erwärmung der jeweils zu regenerierenden Kondensatoreinheit die zuvor investierte Kälteleistung, die im Wesentlichen in Form von Verdichterleistung bereitgestellt wurde, zurückzugewinnen. Das Kältemittel, das die Kältemaschineneinheit über den Kältemittelausgang druckerhöht und verflüssigt verlässt, wird dabei in der zu regenerierenden Kondensatoreinheit abgekühlt und diese im Gegenzug erwärmt. Hierdurch lässt sich die Leistung der Kältemaschineneinheit um einen entsprechenden Betrag reduzieren.According to the invention, it is possible, during the heating of the respective capacitor unit to be regenerated, to recover the previously invested cooling capacity, which was provided essentially in the form of compressor power. The refrigerant, which raises the refrigerant unit via the refrigerant outlet pressure and liquefied, is thereby cooled in the condensing unit to be regenerated and heated in turn. As a result, the performance of the refrigerator unit can be reduced by a corresponding amount.

Diese Energiereduktion erweist sich insbesondere bei der Tieftemperatur-Kältetrocknung als vorteilhaft, weil hierbei Abkühlprozesse auf bis zu –40°C erfolgen, in entsprechenden Erwärmungsphasen jedoch Temperaturen von über 0°C benötigt werden. Entsprechend große Temperaturgradienten erfordern hohe Energiemengen, die durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen beträchtlich reduziert werden können. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind ferner keine hohen Regenerationstemperaturen für verwendete Absorber und/oder Lösungsmittel, wie eingangs erläutert, erforderlich.This energy reduction proves to be particularly advantageous in the low-temperature refrigeration drying, because this cooling down to -40 ° C take place, in corresponding heating phases, however, temperatures of above 0 ° C are needed. Correspondingly large temperature gradients require large amounts of energy, which can be considerably reduced by the measures according to the invention. In the context of the present invention, furthermore, no high regeneration temperatures are required for absorbers and / or solvents used, as explained above.

Die vorliegende Erfindung eignet sich dabei insbesondere zur Kältetrocknung von kohlenwasserstoffreichen, wasserhaltigen Gasgemischen wie beispielsweise Erdgas, Klärgas, Biogas und Deponiegas. Derartige Gase weisen, wie erläutert, i. d. R. einen beträchtlichen Wassergehalt auf und sind im Extremfall wassergesättigt. Die Erfindung eignet sich auch für andere wasserhaltige Gasgemische wie Druckluft.The present invention is suitable in particular for the cold-drying of hydrocarbon-rich, water-containing gas mixtures such as natural gas, sewage gas, biogas and landfill gas. As explained, such gases i. d. R. a considerable water content and are in extreme cases water saturated. The invention is also suitable for other hydrous gas mixtures such as compressed air.

Als weiterer positiver Effekt der erfindungsgemäßen Maßnahmen ergibt sich eine weitgehende Entfernung auch anderer störender Komponenten aus dem wasserhaltigen Gasstrom, die gegebenenfalls nachgeordnete Verfahrensschritte stören können. Beispielsweise kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung Ammoniak aus dem wasserhaltigen Gasstrom abgeschieden werden.As a further positive effect of the measures according to the invention results in a substantial removal of other interfering components from the hydrous gas stream, which may interfere with any downstream process steps. For example, in the context of the present invention, ammonia can be separated from the water-containing gas stream.

Wie bereits erläutert, erfolgt in der Kondensatoreinheit, durch die jeweils das Kältemittel in flüssiger Form und vor der Entspannung geleitet wird, eine Regeneration, d. h. ein Abtauen. Hierzu muss dieses eine entsprechende Temperatur aufweisen. Die jeweils andere Kondensatoreinheit wird zum Abscheiden zumindest eines Teils des Wassers aus dem wasserhaltigen Gasstrom verwendet.As already explained, in the condenser unit, through which the refrigerant in each case is conducted in liquid form and before the expansion takes place, a regeneration, d. H. a defrost. For this purpose, this must have a corresponding temperature. The other condenser unit is used to separate at least part of the water from the hydrous gas stream.

Der erfindungsgemäße Kältemittelkreislauf ist daher derart betreibbar, dass sich in der ersten Betriebsphase eine Temperatur an einer Oberfläche der zweiten Kondensatoreinheit und in der zweiten Betriebsphase eine Temperatur an einer Oberfläche der ersten Kondensatoreinheit auf weniger als 0°C, insbesondere auf –60 bis –20°C, beispielsweise auf –40°C, verringert. Diese Kondensatoreinheit wird damit jeweils zum ”Ausfrieren” des Wassers aus dem wasserhaltigen Gasstrom eingesetzt. Entsprechend ist der Kältemittelkreislauf auch derart betreibbar, dass sich in der ersten Betriebsphase eine Temperatur an einer Oberfläche der ersten Kondensatoreinheit und in der zweiten Betriebsphase eine Temperatur an einer Oberfläche der zweiten Kondensatoreinheit auf wenigstens 0° erhöht.The refrigerant circuit according to the invention is therefore operable so that in the first operating phase, a temperature at a surface of the second capacitor unit and in the second operating phase, a temperature at a surface of the first capacitor unit to less than 0 ° C, in particular to -60 to -20 ° C, for example to -40 ° C, reduced. This capacitor unit is thus used in each case to "freeze" the water from the hydrous gas stream. Accordingly, the refrigerant circuit can also be operated such that in the first operating phase a temperature at a surface of the first condenser unit and in the second operating phase a temperature at a surface of the second condenser unit increases to at least 0 °.

Diese Temperaturerhöhung kann durch das Durchleiten des jeweiligen Kältemittels, das gleichzeitig ein Abkühlen des Kältemittels bewirkt, erzielt werden. Hierdurch kann, wie erläutert, die zuvor investierte Energie zumindest zum Teil zurückgewonnen werden. Die Temperaturerhöhung auf wenigstens 0°C, insbesondere auf 20 bis 60°C, beispielsweise auf 40°C, ermöglicht ein rasches Abtauen der jeweiligen Kondensatoreinheit. Dem Fachmann sind Kältemittel, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, hinlänglich bekannt, so dass diesbezüglich auf bekannte Nachschlagewerke verwiesen werden kann. Der Fachmann entnimmt die jeweils möglichen Temperaturbereiche derartiger Kältemittel den beispielsweise durch die Hersteller zur Verfügung gestellten Zustandsdiagrammen.This temperature increase can be achieved by passing the respective refrigerant, which simultaneously causes cooling of the refrigerant. As a result, as explained, the previously invested energy can be recovered at least in part. The temperature increase to at least 0 ° C, in particular to 20 to 60 ° C, for example to 40 ° C, allows rapid defrosting of the respective capacitor unit. Refrigerants which can be used in the context of the present invention are well known to the person skilled in the art, so that reference can be made in this regard to known reference works. The person skilled in the art takes the respective possible temperature ranges of such refrigerants into the state diagrams provided, for example, by the manufacturers.

In dem erfindungsgemäß verwendeten Kältemittelkreislauf sind die beiden Kondensatoreinheiten über eine Entspannungseinheit, wie zuvor erläutert, miteinander verbunden. Diese Entspannungseinheit kann beispielsweise ein bidirektionales Entspannungsventil umfassen, das es ermöglicht, das Kältemittel sowohl in dem ersten Betriebsmodus als auch in dem zweiten Betriebsmodus in die jeweils dafür vorgesehene Kondensatoreinheit zu entspannen. Alternativ dazu können jedoch auch mehrere (beispielsweise zwei) unidirektionale Entspannungsventile verwendet werden, wobei jeweils eines der unidirektionalen Entspannungsventile über eine Bypassleitung umgangen werden kann.In the refrigerant circuit used according to the invention, the two capacitor units are connected to one another via a relaxation unit, as explained above. This relaxation unit may comprise, for example, a bidirectional expansion valve, which makes it possible to relax the refrigerant into the respectively provided condenser unit both in the first operating mode and in the second operating mode. Alternatively, however, several (for example two) unidirectional expansion valves can be used, wherein in each case one of the unidirectional expansion valves can be bypassed via a bypass line.

Vorteilhafterweise sind die erwähnten Kondensatoreinheiten jeweils in entsprechenden Kondensationsräumen angeordnet. Die erste Kondensatoreinheit ist dabei in einem ersten Kondensationsraum und die zweite Kondensatoreinheit in einem zweiten Kondensationsraum angeordnet. Ferner sind Mittel vorgesehen, die dafür eingerichtet sind, den wasserhaltigen Gasstrom in der ersten Betriebsphase in den zweiten Kondensationsraum und in der zweiten Betriebsphase in den ersten Kondensationsraum einzuleiten.Advantageously, the mentioned capacitor units are each arranged in corresponding condensation spaces. The first capacitor unit is arranged in a first condensation space and the second capacitor unit in a second condensation space. Furthermore, means are provided which are set up to introduce the water-containing gas stream in the first operating phase into the second condensation space and in the second operating phase into the first condensation space.

Vorteilhafterweise weisen der erste Kondensationsraum und der zweite Kondensationsraum jeweils einen Wasserabzug auf, über den beim Abtauen jeweils anfallendes Wasser abgeleitet werden kann.Advantageously, the first condensation chamber and the second condensation chamber each have a water outlet, over which each accumulating water during defrosting can be derived.

Besonders vorteilhaft ist eine erfindungsgemäße Anlage, wenn diese Mittel aufweist, die dafür eingerichtet sind, den Wassergehalt des wasserhaltigen Gasstroms zu bestimmen. Dies ermöglicht eine Planung der Dauer der jeweiligen ersten und zweiten Betriebsphasen, weil auf Grundlage der erwarteten Wasser- bzw. Eismenge zumindest größenordnungsmäßig abschätzbar ist, welche Zeit jeweils bis zu einem erforderlichen Umschalten zwischen den Betriebsphasen zur Verfügung steht.Particularly advantageous is a system according to the invention, if it has means which are adapted to determine the water content of the hydrous gas stream. This makes it possible to plan the duration of the respective first and second operating phases, because it is possible, based on the expected quantity of water or ice, to estimate, at least in terms of the order of magnitude, which time is available in each case up to a required switching between the operating phases.

In entsprechender Weise können auch Mittel vorteilhaft sein, die dafür eingerichtet sind, eine mittels der ersten und/oder der zweiten Kondensatoreinheit aus dem wasserhaltigen Gasstrom abgeschiedene Wassermenge zu bestimmen. Das abgeschiedene Wasser fällt, wie erwähnt, im Rahmen der vorliegenden Erfindung überwiegend als Eis an. Die zur Bestimmung der Wassermenge eingerichteten Mittel können daher beispielsweise Mittel zur Bestimmung einer Dicke einer Eisschicht auf den jeweiligen Kondensatoreinheiten und/oder eines Gewichts einer daran abgeschiedene Wasser- bzw. Eismenge umfassen. Überschreitet die jeweilige Menge einen vorgegebenen Wert, kann jeweils von der Betriebsart ”Abscheiden” zu der Betriebsart ”Regeneration” (bezogen auf die jeweilige Kondensatoreinheit) umgeschaltet werden. Die jeweils andere Kondensatoreinheit übernimmt dann die Aufgabe der Wasserentfernung.In a corresponding manner, means can also be advantageous which are set up to determine a quantity of water separated off from the water-containing gas stream by means of the first and / or the second condenser unit. The separated water falls, as mentioned, in the context of the present invention predominantly as ice. The means set up for determining the amount of water may therefore comprise, for example, means for determining a thickness of an ice layer on the respective capacitor units and / or a weight of a quantity of water or ice separated thereon. If the respective quantity exceeds a predetermined value, it is possible in each case to switch over from the operating mode "depositing" to the operating mode "regeneration" (relative to the respective condenser unit). The other capacitor unit then takes over the task of water removal.

Insgesamt erweisen sich insbesondere Mittel als vorteilhaft, die dafür eingerichtet sind, ein auf Grundlage des Wassergehalts des wasserhaltigen Gasstroms und/oder einer aus dem wasserhaltigen Gasstrom abgeschiedenen Wassermenge zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus umzuschalten. Eine entsprechende Anlage läuft vollständig automatisch und bedarf keines Benutzereingriffs. Insbesondere bietet eine derartige Anlage eine erhöhte Sicherheit, weil die Ausschleusung eines nicht ausreichend entfeuchteten Gasstroms verhindert wird.Overall, in particular means prove to be advantageous, which are adapted to switch on the basis of the water content of the water-containing gas stream and / or a separated from the water-containing gas stream amount of water between the first and the second operating mode. A corresponding system runs completely automatically and requires no user intervention. In particular, such a system offers increased safety, because the discharge of an insufficiently dehumidified gas flow is prevented.

Das erfindungsgemäß ebenfalls vorgesehene Verfahren zur Tieftemperatur-Kältetrocknung, bei dem eine Tieftemperatur-Kältetrocknungsanlage wie zuvor erläutert eingesetzt wird, profitiert von den zuvor erläuterten Vorteilen, auf die daher ausdrücklich verwiesen wird. Insbesondere wird in einem derartigen Verfahren in dem wasserhaltigen Gasstrom enthaltenes Wasser in der ersten Betriebsphase an der zweiten Kondensatoreinheit und in der zweiten Betriebsphase an der ersten Kondensatoreinheit in Form von Eis abgeschieden, wie zuvor erläutert.The inventively also provided method for cryogenic refrigeration drying, in which a cryogenic refrigeration drying plant is used as explained above, benefits from the advantages explained above, to which reference is therefore expressly made. In particular, in such a process water contained in the hydrous gas stream in the first phase of operation at the second condenser unit and in the second Operating phase deposited on the first capacitor unit in the form of ice, as previously explained.

Auch erfolgt in einem derartigen Verfahren ein Umschalten von der ersten Betriebsphase in die zweite Betriebsphase, wenn eine Eismenge auf der zweiten Kondensatoreinheit einen vorgegebenen Wert übersteigt und ein Umschalten von der zweiten Betriebsphase in die erste Betriebsphase, wenn eine Eismenge auf der ersten Kondensatoreinheit einen vorgegebenen Wert übersteigt.Also, in such a method, switching occurs from the first operation phase to the second operation phase when an ice amount on the second condenser unit exceeds a predetermined value and switching from the second operation phase to the first operation phase when an amount of ice on the first condenser unit is a predetermined value exceeds.

Wie mehrfach erläutert, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zum Entfeuchten kohlenwasserstoffreicher, wasserhaltiger Gasgemische, insbesondere Erdgas, Biogas, Klärgas und/oder Deponiegas.As explained several times, the method according to the invention is particularly suitable for dehumidifying hydrocarbon-rich, water-containing gas mixtures, in particular natural gas, biogas, sewage gas and / or landfill gas.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert, die eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.The invention will be explained in more detail below with reference to the attached figures which show a preferred embodiment of the present invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt eine Anlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer ersten Betriebsphase in schematischer Darstellung. 1 shows a plant according to an embodiment of the invention in a first phase of operation in a schematic representation.

2 zeigt die Anlage gemäß 1 in einer zweiten Betriebsphase in schematischer Darstellung. 2 shows the system according to 1 in a second operating phase in a schematic representation.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine Anlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung. Die Anlage ist insgesamt mit 100 bezeichnet. 1 shows a plant according to an embodiment of the invention in a schematic representation. The plant is in total with 100 designated.

Der Anlage 100 kann ein hier mit 1 veranschaulichter wasserhaltiger Gasstrom zugeführt werden. Der wasserhaltige Gasstrom 1 kann über entsprechende Ventile 1a und 1b wahlweise in einen ersten Kondensationsraum 10 oder einen zweiten Kondensationsraum 20 eingeleitet werden. Über entsprechende Leitungen kann jeweils ein entfeuchteter Gasstrom 2 aus dem Kondensationsraum 10 oder 20 entnommen werden.The plant 100 can one here with 1 be illustrated supplied water-containing gas stream. The hydrous gas stream 1 can via appropriate valves 1a and 1b optionally in a first condensation room 10 or a second condensation room 20 be initiated. Via appropriate lines can each have a dehumidified gas stream 2 from the condensation room 10 or 20 be removed.

Die Darstellung in den 1 und 2 ist stark vereinfacht, insbesondere sind zusätzliche Ventile, Druckmesseinrichtungen, Steuer- und/oder Regelungseinrichtungen und dergleichen der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt.The representation in the 1 and 2 is greatly simplified, in particular additional valves, pressure measuring devices, control and / or regulating devices and the like for the sake of clarity are not shown.

In der 1 ist dabei eine erste Betriebsphase veranschaulicht, in der der wasserhaltige Gasstrom 1 in den zweiten Kondensationsraum 20 eingeleitet und der entfeuchtete Gasstrom 2 aus diesem entnommen wird. In der 1 und in der unten erläuterten 2 sind aktive, d. h. von einem Fluid durchströmte Leitungen jeweils mit durchgezogenen Linien und Pfeilen und nicht aktive, d. h. leere und/oder versperrte Leitungen jeweils mit gestrichelten Linien und Pfeilen dargestellt. Jeweils in sperrender Stellung befindliche Ventile (beispielsweise das Ventil 1a in 1) sind schwarz, durchgängig geschaltete Ventile (beispielsweise das Ventil 1b in 1) sind hingegen weiß dargestellt. Dies betrifft sowohl den wasserhaltigen Gasstrom 1, den entfeuchteten Gasstrom 2 und einen Wasserstrom 3 (siehe hierzu unten).In the 1 This illustrates a first phase of operation in which the water-containing gas stream 1 in the second condensation room 20 introduced and the dehumidified gas stream 2 is taken from this. In the 1 and in the below explained 2 are active, ie flowed through by a fluid lines each with solid lines and arrows and not active, ie empty and / or obstructed lines each shown with dashed lines and arrows. Each in a blocking position located valves (for example, the valve 1a in 1 ) are black, continuously switched valves (for example, the valve 1b in 1 ) are shown in white. This concerns both the hydrous gas stream 1 , the dehumidified gas stream 2 and a stream of water 3 (see below).

In dem ersten Kondensationsraum 10 ist eine erste Kondensatoreinheit 11 angeordnet. In dem zweiten Kondensationsraum 20 ist eine zweite Kondensatoreinheit 21 angeordnet. Diese weisen jeweils geeignet ausgebildete Kontaktflächen auf (nicht dargestellt). Ein Kältemittelkreislauf ist insgesamt mit 30 angegeben. Der Kältemittelkreislauf 30 wird mittels einer Kältemaschineneinheit 31 gespeist, die in bekannter Art ausgebildet sein kann. Die Kältemaschineneinheit 31 weist einen Kältemitteleingang 31a und einen Kältemittelausgang 31b auf. Die Kältemaschineneinheit 31 ist dazu ausgebildet, über den Kältemitteleingang 31a ein verdampftes Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf 30 anzusaugen und das Kältemittel an dem Kältemittelausgang 31b druckerhöht und in verflüssigter Form in den Kältemittelkreislauf 30 einzuspeisen.In the first condensation room 10 is a first capacitor unit 11 arranged. In the second condensation room 20 is a second capacitor unit 21 arranged. These each have suitably formed contact surfaces (not shown). A refrigerant circuit is in total with 30 specified. The refrigerant circuit 30 is by means of a refrigerator unit 31 fed, which may be formed in a known manner. The chiller unit 31 has a refrigerant inlet 31a and a refrigerant outlet 31b on. The chiller unit 31 is designed to be above the refrigerant inlet 31a a vaporized refrigerant from the refrigerant circuit 30 suck in and the refrigerant at the refrigerant outlet 31b pressurized and in liquefied form in the refrigerant circuit 30 feed.

Der Kältemittelkreislauf 30 umfasst eine Ventilanordnung 23, die als Mittel zur alternativen Beaufschlagung der Kondensatoreinheiten 11 bzw. 21 mit Kältemittel eingerichtet ist. Die Ventilanordnung 23 umfasst die Ventile 23a bis 23d, deren Funktion sich aus der 1 bzw. 2 ergibt. In der ersten Betriebsphase (1) wird dabei an dem Kältemittelausgang 31b der Kältemaschineneinheit 31 bereitgestelltes Kältemittel zunächst durch die erste Kondensatoreinheit 11 geleitet. Das durch die Kondensatoreinheit 11 geleitete (verflüssigte und druckbeaufschlagte) Kältemittel wird in dieser ggf. weiter abgekühlt und anschließend an einer Entspannungseinheit 32, hier als Entspannungsventil veranschaulicht, in die zweite Kondensatoreinheit 21 entspannt. Die zweite Kondensatoreinheit 21 kann damit die freiwerdende Entspannungskälte nutzen und dient damit zum Abscheiden des Wassers aus dem wasserhaltigen Gasstrom 1. Das Kältemittel wird anschließend zum Kältemitteleingang 31a der Kältemaschineneinheit 31 zurückgeführt.The refrigerant circuit 30 includes a valve assembly 23 , as a means of alternative loading of the capacitor units 11 respectively. 21 with refrigerant is set up. The valve arrangement 23 includes the valves 23a to 23d whose function is derived from the 1 respectively. 2 results. In the first phase of operation ( 1 ) is at the refrigerant outlet 31b the chiller unit 31 provided refrigerant first through the first capacitor unit 11 directed. That through the condenser unit 11 Conducted (liquefied and pressurized) refrigerant is optionally further cooled in this and then on a relaxation unit 32 , here illustrated as a relief valve, into the second condenser unit 21 relaxed. The second capacitor unit 21 can thus use the released relaxation cold and thus serves to separate the water from the water-containing gas stream 1 , The refrigerant then becomes the refrigerant inlet 31a the chiller unit 31 recycled.

In der dargestellten Betriebsphase wird die Kondensatoreinheit 11 abgetaut (regeneriert), wozu die Wärme des (verflüssigten und druckbeaufschlagten) Kältemittels von dem Ausgang 31b der Kältemaschineneinheit 31 genutzt werden kann. Das sich abscheidende Wasser kann als Wasserstrom 3 abgezogen werden. Ist die (erste) Kondensatoreinheit 11 hinreichend abgetaut, vorzugsweise vollständig, und hat sich beispielsweise auf der zweiten Kondensatoreinheit 21 eine Eismenge abgeschieden, die einen vorgegebenen Wert überschreitet, wird in die der 2 dargestellte Betriebsphase umgeschaltet.In the illustrated operating phase, the capacitor unit 11 defrosted (regenerated), including the heat of the (liquefied and pressurized) refrigerant from the outlet 31b the chiller unit 31 can be used. The separating water can be used as a stream of water 3 subtracted from. Is the (first) capacitor unit 11 sufficiently defrosted, preferably completely, and has for example, on the second capacitor unit 21 deposited ice that exceeds a predetermined value, is in the 2 switched shown operating phase.

Die in der 2 dargestellte Betriebsphase der Tieftemperatur-Kältetrocknungsanlage 100 ergibt sich aus der Zeichnung entsprechend der Strichelung der entsprechenden Ströme. Das an dem Ausgang 31b der Kältemaschineneinheit 31 bereitgestellte (verflüssigte und druckbeaufschlagte) Kältemittel wird nun zunächst in die Kondensationseinheit 21 eingespeist, durch diese geführt, an dem Entspannungsventil 23 in die erste Kondensationseinheit 11 entspannt und über den Eingang 31a der Kältemaschineneinheit 31 in diese zurückgeführt. Entsprechend kann nun die zweite Kondensatoreinheit 21 regeneriert werden, wobei Wasser als Strom 3 abgeschieden wird.The in the 2 illustrated operating phase of the cryogenic refrigeration drying plant 100 results from the drawing according to the dashes of the corresponding streams. That at the exit 31b the chiller unit 31 provided (liquefied and pressurized) refrigerant is now first in the condensation unit 21 fed, led by this, at the expansion valve 23 in the first condensation unit 11 relaxed and over the entrance 31a the chiller unit 31 attributed to this. Accordingly, now the second capacitor unit 21 be regenerated using water as electricity 3 is deposited.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Barlmeyer, N .: Quadrature of the District - Cryogenic Refrigerated Dryer in Practice, Brauindustrie 5/2007, page 32 [0008]

Claims

Cryogenic refrigeration drying plant ( 100 ) used to reduce a water content of a hydrous gas stream ( 1 ) and one by means of a refrigerator unit ( 31 ) with a refrigerant-fed refrigerant circuit ( 30 ) into which a relaxation unit ( 32 ) is integrated for the refrigerant, wherein the refrigerator unit ( 31 ) a refrigerant inlet ( 31a ) and a refrigerant outlet ( 31b ) and is adapted to the refrigerant at the refrigerant inlet ( 31a ) in gaseous form and at the refrigerant outlet ( 31b ) pressurized and liquefied deliver, characterized in that the refrigerant circuit ( 30 ) a first capacitor unit ( 11 ) and a second capacitor unit ( 21 ), that means ( 23 are provided, which are adapted to the refrigerant in a first operating phase of the refrigerant outlet ( 31b ) through the first capacitor unit ( 11 ), by means of the relaxation unit ( 32 ) in the second capacitor unit ( 21 ) and then to the refrigerant inlet ( 31a ) and which are adapted to supply the refrigerant in a second operating phase from the refrigerant outlet ( 31b ) through the second capacitor unit ( 21 ), by means of the relaxation unit ( 32 ) in the first capacitor unit ( 11 ) and to the refrigerant inlet ( 31a ) and that funds ( 1a . 1b ) are provided, which are adapted to the hydrous gas stream ( 1 ) in the first operating phase with at least one contact surface of the second capacitor unit ( 21 ) and in the second operating phase with at least one contact surface of the first capacitor unit ( 22 ).

Cryogenic refrigeration drying plant ( 100 ) according to claim 1, wherein the refrigerant circuit ( 30 ) is operable such that in the first operating phase, a temperature at the at least one contact surface of the second capacitor unit ( 21 ) and in the second operating phase, a temperature at the at least one contact surface of the first capacitor unit ( 11 ) to less than 0 ° C, in particular to -60 to -20 ° C, for example to -40 ° C, reduced.

Cryogenic refrigeration drying plant ( 100 ) according to claim 1 or 2, wherein the refrigerant circuit ( 30 ) is operable such that in the first operating phase, a temperature at the at least one contact surface of the first capacitor unit ( 11 ) and in the second operating phase, a temperature at the at least one contact surface of the second capacitor unit ( 21 ) to at least 0 ° C, in particular to 20 to 60 ° C, for example to 40 ° C, increased.

Cryogenic refrigeration drying plant ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which the expansion unit ( 32 ) comprises at least one bidirectional expansion valve.

Cryogenic refrigeration drying plant ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which the first capacitor unit ( 11 ) in a first condensation space ( 10 ) and the second capacitor unit ( 21 ) in a second condensation space ( 20 ) and means are provided which are adapted to the hydrous gas stream ( 1 ) in the first operating phase in the second condensation space ( 20 ) and in the second phase of operation in the first condensation chamber ( 10 ).

Cryogenic refrigeration drying plant ( 100 ) according to claim 5, wherein the first condensation space ( 10 ) and the second condensation space ( 20 ) each have a water outlet for taking a stream of water ( 3 ) exhibit.

Cryogenic refrigeration drying plant ( 100 ) according to any one of the preceding claims, wherein means are provided which are adapted to the water content of the hydrous gas stream ( 1 ).

Cryogenic refrigeration drying plant ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which means are provided which are adapted to remove one from the water-containing gas stream ( 1 ) determined amount of water to determine.

Cryogenic refrigeration drying plant ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which means are provided which are set up on the basis of a water content of the hydrous gas stream ( 1 ) and / or one from the hydrous gas stream ( 1 ) Switched amount of water between the first and the second operating mode.

A process for cryogenic refrigeration drying, in which a cryogenic refrigeration drying plant ( 100 ) is used according to one of the preceding claims, wherein the refrigerant in the first operating phase of the refrigerant outlet ( 31b ) through the first capacitor unit ( 11 ), by means of the relaxation unit ( 32 ) in the second capacitor unit ( 21 ) and then to the refrigerant inlet ( 31a ), and wherein the refrigerant in the second operating phase of the refrigerant outlet ( 31b ) through the second capacitor unit ( 21 ), by means of the relaxation unit ( 32 ) in the first capacitor unit ( 11 ) and to the refrigerant inlet ( 31a ), the hydrous gas stream ( 1 ) in the first operating phase with at least one contact surface of the second capacitor unit ( 21 ) and in the second phase of operation with at least one Contact surface of the first capacitor unit ( 22 ) is brought into contact.

Process according to claim 10, in which in the hydrous gas stream ( 1 ) contained in the first operating phase on the at least one contact surface of the second capacitor unit ( 21 ) and in the second operating phase on the at least one contact surface of the first capacitor unit ( 11 ) is deposited in the form of ice.

Method according to Claim 11, in which switching is made in each case from the first operating phase to the second operating phase when an amount of ice on the second condenser unit ( 21 ) exceeds a predetermined value, and in which is switched in each case from the second operating phase into the first operating phase, when an amount of ice on the first capacitor unit ( 11 ) exceeds a predetermined value.

A process according to any one of claims 10 to 12, wherein a hydrocarbon-rich hydrous gas stream ( 1 ), in particular natural gas, biogas, sewage gas and / or landfill gas.