DE19843286B4

DE19843286B4 - Verfahren zur Regeneration eines Adsorptionstrockners und regenerierbarer Adsorptionstrockner

Info

Publication number: DE19843286B4
Application number: DE1998143286
Authority: DE
Inventors: Matthias Dr. Hoffmann
Original assignee: BWT Wassertechnik GmbH
Current assignee: BWT Wassertechnik GmbH
Priority date: 1998-09-22
Filing date: 1998-09-22
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2018-09-23
Also published as: DE19843286A1

Abstract

Verfahren zur Regeneration eines Adsorptionstrockners, bei welchem ein in einem Gehäuse (10) in einem Strömungspfad (26) zwischen einem Gehäuseeinlaß (22) und einem Gehäuseauslaß (24) angeordnetes, von einem Feuchtgas unter Adsorption von Flüssigkeitsteilchen an einem Adsorptionsmittel (39) in einer Betriebsstromrichtung durchströmbares Adsorberbett (12) zyklisch thermisch regeneriert wird, und bei welchem das Adsorptionsmittel (39) während einer Regenerationsphase mittels einer in dem Gehäuse (10) angeordneten Heizvorrichtung (14) aufgeheizt wird, wobei das beim Aufheizen desorbierte Adsorbat aus dem Gehäuse (10) ausgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungspfad (26) in Betriebsstromrichtung gesehen stromab von dem Adsorberbett (12) während der Regenerationsphase abgesperrt wird, das desorbierte Adsorbat unter der Einwirkung seines sich in dem Strömungspfad (26) aufbauenden Partialdrucks in Strömung versetzt und über den Gehäuseeinlaß (22) an der Oberseite des Gehäuses (10) ausgeleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines Adsorptionstrockners sowie einen regenerierbaren Adsorptionstrockner gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche 1 und 6.
Bei derartigen Trocknern arbeitet das Adsorptionsmittel als Molekularsieb, welches aus einem Trägermedium Fremdmoleküle unterhalb eines effektiven Durchmessers, insbesondere Wassermoleküle in durchströmender Luft, an einer netzförmigen Hohlraumstruktur "aussiebt" bzw. adsorbiert. Die Nutzkapazität kann dabei schon bei relativ geringem H₂O-Partialdruck ausgeschöpft werden, wobei bei Raumtemperatur Gleichgewichtswerte des Adsorbats von bis zu 20% des Adsorptionsmittelgewichts erreicht werden. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, das in einer Beladungsphase gesättigte Adsorberbett durch Spülen mit trockener Heißluft zu regenerieren, indem die warmdesorbierten Fremdmoleküle mit dem Spülluftstrom ausgetragen werden, um so die ursprüngliche Adsorptionskapazität wiederzuerlangen. In der Praxis werden dabei Temperaturen des Molekularsiebbetts zwischen 180°C und 300°C benötigt. Als nachteilig hat sich dabei insbesondere bei Kleinanlagen die aufwendige Bau weise herausgestellt, die das erforderliche Gebläse und die temperaturbeständige Ventilanordnung zur Erzeugung und Steuerung des Heißluftstroms bedingt.
Aus DE 7638513 U1 und DE 293 7070 A1 sind gattungsgemäße Vorrichtungen bekannt, bei denen das Adsorbat nicht als Gasströmung aus dem Gehäuse austritt, sondern vielmehr die gesamte Dampfmenge in einer gehäuseinternen Glocke kondensiert wird, wobei bei geöffnetem Gehäuseauslaß das Kondensat im Gehäuse in einer Auffangschale aufgefangen und über einen Ablaufschlauch nach unten abgeführt wird.
Auch in DE 3423561 C2 ist eine gehäuseinterne Kondensatbildung und -ableitung beschrieben, während das Kondensat wiederum nach unten abgeleitet wird. Daneben werden weitere Ausführungsformen gezeigt, bei denen ein gezielter Strömungsaufbau während der Regenerationsphase nicht bzw. nur durch externe Hilfsgeräte unterstützt wird.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß bei kompakter und kostengünstiger Bauweise mit einfachen Mitteln ein leistungsfähiger Betrieb eines Adsorptionstrockners ermöglicht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Merkmalskombinationen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung geht davon aus, das Adsorptionsmittel direkt aufzuheizen und die hohe Volumenexpansion des desorbierten Wassers zur Strömungserzeugung zu nutzen. Dementsprechend wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß der Strömungspfad in Betriebsstromrichtung gesehen stromab von dem Adsorberbett während der Regenerationsphase abgesperrt wird, das desorbierte Adsorbat unter der Einwirkung seines sich in dem Strömungspfad aufbauenden Partialdrucks in Strömung versetzt und über den Gehäuseeinlaß an der Oberseite des Gehäuses ausgeleitet wird. Damit wird die Aufbereitung des Adsorberbetts beträchtlich vereinfacht, ohne daß eine externe Spülgasströmung erzeugt werden müßte. Dabei wird der Aufbau einer thermisch gerichteten Gasströmung begünstigt, wobei das Adsorbat entgegen der Beladungsrichtung ausgetragen wird.
Um die Heizung von dem Strömungspfad zu trennen, wird das Adsorptionsmittel vorteilhafterweise unter Wärmedurchgang durch eine das Adsorberbett von der Heizvorrichtung trennende Wärmeübertragungswand aufgeheizt. Dabei ist es weiter günstig, wenn die Wärmeübertragungswand mittels der vorzugsweise elektrisch betriebe nen Heizvorrichtung im wesentlichen durch Wärmestrahlung beaufschlagt wird.
Eine weitere Verbesserung läßt sich dadurch erreichen, daß das vertikal durchströmbare langgestreckte Adsorberbett über seine Länge mit einer in Betriebsstromrichtung zunehmenden Heizleistungsverteilung aufgeheizt wird.
Um einen definierten Prozeßablauf sicherzustellen, kann die Heizleistung der Heizvorrichtung nach Maßgabe einer wählbaren mittleren Desorptionstemperatur des Adsorberbetts geregelt werden.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird in vorrichtungsmäßiger Hinsicht vorgeschlagen, daß in dem Strömungskanal in Betriebsstromrichtung gesehen stromab von dem Adsorberbett ein während einer Regenerationsphase absperrbares Absperrventil angeordnet ist, und daß der Gehäuseeinlaß an der Oberseite des Gehäuses angeordnet ist, wobei das desorbierte Adsorbat unter der Einwirkung seines sich in dem Strömungspfad aufbauenden Partialdrucks in Strömung versetzbar und über den Gehäuseeinlaß ausleitbar ist.
Damit die Heizung nicht von der Betriebsluft umströmt wird, ist es von Vorteil, wenn das Adsorberbett durch eine Wärmeübertragungswand gegenüber der Heizkammer be grenzt ist.
Vorteilhafterweise ist das Absperrventil als Magnetventil ausgebildet. Von Vorteil ist es auch, wenn das Adsorberbett vertikal durchströmbar ist.
Zur Optimierung des Regenerationsprozesses weist die Heizvorrichtung eine über die Länge des Adsorberbetts in Betriebsstromrichtung zunehmende Heizleistungsdichte auf. Dabei kann die Heizvorrichtung in baulich einfacher Ausführung ein entlang einem Längsabschnitt des Adsorberbetts in die Heizkammer eintauchendes, über das austrittsseitige Ende des Adsorberbetts hinweg sich erstreckendes, vorzugsweise elektrisch arbeitendes Heizelement aufweisen. Zum Einstellen einer gewählten mittleren Desorptionstemperatur des Adsorberbetts kann ein Thermostat vorgesehen sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Adsorberbett austrittsseitig durch einen Siebboden im Abstand über einer Bodenplatte des Gehäuses gehalten. Damit wird ein direkter wärmeleitender Kontakt mit dem Gehäuseboden verhindert, um die erforderliche Desorptionstemperatur zu erreichen.
Um eine ausreichende Wärmezufuhr bei günstiger Wärmeübertragungsfläche sicherzustellen, ist das Adsorber bett durch eine zylindrische Trennwand gegenüber der Heizkammer begrenzt, wobei das Adsorberbett die Heizkammer in einem Ringraum konzentrisch umschließt.
Zur Minimierung thermischer Verluste ist es vorteilhaft, wenn das Adsorberbett durch eine Isolierschicht gegenüber der Gehäusewandung wärmeisoliert ist.
Bevorzugt wird ein erfindungsgemäßer regenerierbarer Adsorptionstrockner verwendet für eine Ozonanlage zur Erniedrigung des Taupunktes des einem nachgeordneten Ozonerzeuger zugeleiteten Betriebsgases.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen thermisch regenerierbaren Adsorptionstrockner in einem Axialschnitt.
Der in der Zeichnung dargestellte Adsorptionstrockner läßt sich in alternierenden Adsorptions- und Regenerationsphasen zyklisch betreiben und besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 10, einem Adsorptionsbett 12 und einer Heizvorrichtung 14 zur thermischen Regeneration des Adsorptionsbetts.
Das Gehäuse 10 weist einen zylindrischen Mantel 16, einen stirnseitig nach oben weisenden Deckel 18 und einen nach unten weisenden Boden 20 auf. Zwischen einem deckelseitigen Gehäuseeinlaß 22 und einem bodenseitigen Gehäuseauslaß 24 verläuft ein Strömungskanal 26, welcher von einem Feuchtigkeit enthaltenden Feuchtgas in Betriebsstromrichtung von oben nach unten durchströmbar ist. Der Strömungskanal 26 umfaßt ein Einlaßrohr 28, einen Verteilerabschnitt 30 und einen Ringraumabschnitt 32, welcher an dem Gehäuseauslaß 24 in einen mittels Magnetventil 34 absperrbaren Stutzen 36 mündet.
Das Adsorberbett 12 enthält ein in dem Ringraumabschnitt 32 über einem im Abstand von dem Boden 20 angeordneten ringförmigen Siebboden 37 aufgeschichtetes Adsorbens bzw. Adsorptionsmittel 39, welches in an sich bekannter Weise aus einem Wassermoleküle adsorbierenden Molekularsiebmaterial, beispielsweise einem kristallinen Metall-Aluminosilikat besteht.
Eine zylinderförmige Heizkammer 38 ist in koaxialer Anordnung in dem Gehäuseinnenraum durch eine zylindrische Trennwand 40 gegenüber dem Ringraumabschnitt 32 und eine Stirnwand 42 gegenüber dem Verteilerabschnitt 30 des Strömungskanals 26 begrenzt. In die am Boden 20 offene Heizkammer 38 ist mittels Anschlußflansch 44 ein elektrischer Tauchheizkörper 46 der Heizvorrichtung 14 einsetzbar, welcher sich von unterhalb des Siebbodens 37 her entlang einem Längsabschnitt des Adsorberbetts 12 erstreckt. In dieser Anordnung wird die Trennwand 40 im wesentlichen über Wärmestrahlung des Tauchheizkörpers 46 mit in Betriebsstromrichtung zunehmender Heizleistungsdichte beaufschlagt. Aufgrund der entsprechend unterschiedlichen Wärmezufuhr durch die als Wärmeübertragungswand wirkende Trennwand 40 stellt sich beim Aufheizen in dem Adsorberbett 12 ein Temperaturgradient mit zur Austrittsseite, d. h. zu dem Siebboden 37 hin erhöhten Temperaturen ein. Um Temperaturdifferenzen in radialer Richtung zu minimieren, ist das Adsorberbett 12 durch eine Isolatorschicht 47 gegenüber dem Gehäusemantel wärmeisoliert. Zur Temperaturregelung wird ein Thermostat 48 eingesetzt, welcher die Ist-Temperatur über die Länge des Adsorberbetts 12 mittelt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß in einem das Adsorberbett 12 durchgreifenden Meßrohr 49 eine Flüssigkeitssäule 50 erwärmt, welche unter Temperaturausdehnung einen nicht gezeigten Schalter zur Unterbrechung des Heizstroms betätigt.
Im Adsorptionsbetrieb wird über den Gehäuseeinlaß 22 eingeleitetes Feuchtgas beim Durchströmen des Adsorberbetts 12 unter Abtrennung von Wassermolekülen getrocknet. Das so erhaltene Trockengas wird bei geöffnetem Magnetventil 34 über den Auslaßstutzen 36 einem nachgeordneten, nicht gezeigten Ozonerzeuger zugeleitet, in dessen Hochspannungsröhren aufgrund des niedrigen Taupunkts des Trockengases eine höhere Ozonausbeute erzielt wird. Das Adsorptionsmittel 39 weist aufgrund seiner dreidimensionalen netzförmigen Hohlraumstruktur eine hohe H₂O-Nutzkapazität auf, welche bei geeigneten Adsorbenzien bei bis zu 20% Gewichtsanteil liegt. Die Übertragung des Adsorbats auf das Adsorptionsmittel 39 findet in einer begrenzten Strömungszone, der sogenannten Massenübertragungszone statt, welche mit zunehmender Sättigung des Adsorberbetts 12 zu dessen Austrittsseite hin wandert. Spätestens wenn die untere Grenze der Massenübertragungszone das untere Ende des Adsorberbetts 12 erreicht, muß das Adsorptionsmittel regeneriert werden.
Die ursprüngliche Adsorptionskapazität des Adsorberbetts 12 wird durch thermische Regeneration des Adsorbens 39 wiedererlangt. Hierzu wird während einer Regenerationsphase das Magnetventil 34 abgesperrt und das Adsorberbett 12 mittels der Heizvorrichtung 14 auf eine geeignete Desorptionstemperatur zwischen etwa 180°C und 300°C aufgeheizt. Das mit hoher Dichte nahezu der Flüssigphase in dem Adsorbens vorliegende Adsorbat wird dabei unter starker Volumenexpansion gasförmig desorbiert, so daß sich in dem Strömungskanal 26 ein entsprechender Partial- bzw. Dampfdruck aufbaut, unter dessen alleiniger Einwirkung das Adsorbat frei von Fördermitteln in Strömung versetzt und über den Gehäuseeinlaß 22 aus dem Gehäuse 10 ausgetrieben wird. Dabei begünstigt der Temperaturgradient während der Aufheizphase eine zonenweise Regeneration des Adsorberbetts 12 entgegen der Beladungs- bzw. Betriebsstromrichtung.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines Adsorptionstrockners und einen thermisch regenerierbaren Adsorptionstrockner. Der Adsorptionstrockner weist ein innerhalb eines Gehäuses 10 in einem Strömungskanal 26 zwischen einem Gehäuseeinlaß 22 und einem Gehäuseauslaß 24 angeordnetes Adsorberbett 12 auf, welches ein Flüssigkeitsteilchen adsorbierendes Adsorptionsmittel 39 zum Trocken eines in einer Betriebsstromrichtung hindurchgeleiteten Feuchtgases enthält. Um mit einfachen Mitteln ohne zusätzliche Gasfördereinrichtungen eine thermische Regeneration des Adsorberbetts 12 zu ermöglichen, wird das Adsorptionsmittel 39 während einer Regenerationsphase mittels einer in dem Gehäuse 10 angeordneten Heizvorrichtung 14 aufgeheizt wird, so daß das beim Aufheizen desorbierte Adsorbat allein unter der Einwirkung seines sich dabei in dem Strömungspfad 26 aufbauenden Partialdrucks in Strömung versetzt und aus dem Gehäuse 10 ausgeleitet wird.

Claims

Verfahren zur Regeneration eines Adsorptionstrockners, bei welchem ein in einem Gehäuse (10) in einem Strömungspfad (26) zwischen einem Gehäuseeinlaß (22) und einem Gehäuseauslaß (24) angeordnetes, von einem Feuchtgas unter Adsorption von Flüssigkeitsteilchen an einem Adsorptionsmittel (39) in einer Betriebsstromrichtung durchströmbares Adsorberbett (12) zyklisch thermisch regeneriert wird, und bei welchem das Adsorptionsmittel (39) während einer Regenerationsphase mittels einer in dem Gehäuse (10) angeordneten Heizvorrichtung (14) aufgeheizt wird, wobei das beim Aufheizen desorbierte Adsorbat aus dem Gehäuse (10) ausgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungspfad (26) in Betriebsstromrichtung gesehen stromab von dem Adsorberbett (12) während der Regenerationsphase abgesperrt wird, das desorbierte Adsorbat unter der Einwirkung seines sich in dem Strömungspfad (26) aufbauenden Partialdrucks in Strömung versetzt und über den Gehäuseeinlaß (22) an der Oberseite des Gehäuses (10) ausgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmittel (39) unter Wärmedurchgang durch eine das Adsorberbett (12) von der Heizvorrichtung (14) trennende Wärmeübertragungswand (40) aufgeheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragungswand (40) mittels der vorzugsweise elektrisch betriebenen Heizvorrichtung (14) im wesentlichen durch Wärmestrahlung erhitzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das vorzugsweise vertikal durchströmbare langgestreckte Adsorberbett (12) über seine Länge mit einer in Betriebsstromrichtung zunehmenden Heizleistungsverteilung aufgeheizt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung der Heizvorrichtung (14) nach Maßgabe einer wählbaren mittleren Desorptionstemperatur des Adsorberbetts (12) geregelt wird.
Regenerierbarer Adsorptionstrockner mit einem innerhalb eines Gehäuses (10) in einem Strömungskanal (26) zwischen einem Gehäuseeinlaß (22) und einem Gehäuseauslaß (24) angeordneten, ein Flüssigkeitsteilchen adsorbierendes Adsorptionsmittel (39) enthaltenden Adsorberbett (12) zum Trocken eines in einer Betriebsstromrichtung hindurchgeleiteten Feuchtgases, und einer Regeneriervorrichtung zur zyklischen thermischen Regeneration des Adsorberbetts (12), wobei die Regeneriervorrichtung eine in dem Gehäuse (10) in einer von dem Strömungspfad (26) getrennten Heizkammer (38) angeordnete Heizvorrichtung (14) zum Aufheizen des Adsorptionsmittels (39) aufweist dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strömungskanal (26) in Betriebsstromrichtung gesehen stromab von dem Adsorberbett (12) ein während einer Regenerationsphase absperrbares Absperrventil (34) angeordnet ist, und daß der Gehäuseeinlaß (22) an der Oberseite des Gehäuses (10) angeordnet ist, wobei das desorbierte Adsorbat unter der Einwirkung seines sich in dem Strömungspfad (26) aufbauenden Partialdrucks in Strömung versetzbar und über den Gehäuseeinlaß (22) ausleitbar ist.
Adsorptionstrockner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorberbett (12) durch eine Wärmeübertragungswand (40) gegenüber der Heizkammer (38) begrenzt ist.
Adsorptionstrockner nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil (34) als Magnetventil ausgebildet ist.
Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorberbett (12) vertikal durchströmbar ausgerichtet ist.
Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (14) eine über die Länge des Adsorberbetts (12) in Betriebsstromrichtung zunehmende Heizleistungsdichte aufweist.
Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (14) ein entlang einem Längsabschnitt des Adsorberbetts (12) in die Heizkammer (38) eintauchendes, über das austrittsseitige Ende (37) des Adsorberbetts (12) hinweg sich erstreckendes, vorzugsweise elektrisch arbeitendes Heizelement (46) aufweist.
Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 6 bis 11, gekennzeichnet durch einen Thermostat (48) zum Einstellen einer gewählten mittleren Desorptionstemperatur des Adsorberbetts (12).
Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorberbett (12) austrittsseitig durch einen Siebboden (37) im Abstand über dem Boden (20) des Gehäuses (10) gehalten ist.
Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorberbett (12) durch eine zylindrische Trennwand (40) gegenüber der Heizkammer (38) begrenzt ist, wobei das Adsorberbett (12) die Heizkammer (38) in einem Ringraum (32) konzentrisch umschließt.
Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorberbett (12) durch eine Isolierschicht (47) gegenüber der Gehäusewandung (16,18) wärmeisoliert ist.
Verwendung des Adsorptionstrockners gemäß einem der Ansprüche 6 bis 15 für eine Ozonanlage zur Erniedrigung des Taupunktes des einem nachgeordneten Ozonerzeuger zugeleiteten Betriebsgases.