DE19846287A1 - Herstellung von Gasgemischen mit transportablen Druckgasbehältern - Google Patents
Herstellung von Gasgemischen mit transportablen DruckgasbehälternInfo
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Abstract
Das Verfahren zur Herstellung von Gasgemischen ist dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch in den Druckgasbehältern eines Druckgasflaschenwagens direkt hergestellt wird oder das Gasgemisch in einer den Druckgasbehältern eines Druckgasflaschenwagens vorgeschalteten Mischeinrichtung kontinuierlich hergestellt und in die Druckgasbehälter des Druckgasflaschenwagens geleitet werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gasgemischen.
Gasgemische werden bisher in einzelnen Druckgasflaschen (z. B. 50
Liter-Druckgasflaschen) oder Druckgasflaschenbündeln bereitgestellt.
Die geringe Kapazität von Druckgasflaschen und
Druckgasflaschenbündeln verhindert bisher eine wirtschaftliche
Versorgung mit Gasgemischen bei großer Bedarfsmenge, z. B. bei
einem Mengenbedarf von mehr als 1000 m3 Gasgemisch, und zwingt zu
einer Vorort-Erzeugung. Bei der Vorort-Erzeugung entstehen folgende
Probleme:
- - unerwünschte Schwankungen der Gasgemischzusammensetzung,
- - Aufwand für geschultes Personal bei Betrieb und Wartung,
- - ausreichende Versorgungssicherheit nur bei redundanter Auslegung,
- - Anpassung an kurzfristige Bedarfsänderungen, an die langfristige Bedarfsentwicklung, sowie Modifikationen der Gemischzusammen setzung begrenzt,
- - für höhere verlangte Drücke am Verbrauchsort ist eine Nachver dichtung erforderlich.
Die Herstellung von Gasgemischen erfolgt bisher in Druckgasflaschen
nach dem manometrischen Verfahren, dem gravimetrische Verfahren
oder dem volumetrischen Verfahren. Diese Verfahren
werden in dem Sonderdruck 23/94 "Prüfgase-Präzisionsgemische zum
Kalibrieren von Meßgeräten" von Dr. K. Wilde, K. Studtrucker, Firma
Linde - Technische Gase beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
von Gasgemischen in großen Mengen bereitzustellen, insbesondere ein
Verfahren zur Bereitstellung von Gasgemischen vorort bei dem
Verbraucher.
Gelöst wurde die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von
Gasgemischen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch in den
Druckgasbehältern eines Druckgasflaschenwagens direkt hergestellt
wird oder das Gasgemisch in einer den Druckgasbehältern eines
Druckgasflaschenwagens vorgeschalteten Mischeinrichtung
kontinuierlich hergestellt und in die Druckgasbehälter des
Druckgasflaschenwagens geleitet werden.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren mit den Merkmalen
von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der
Ansprüche 2 bis 5.
Die Erfindung ermöglicht die Bereitstellung homogener, stabiler, im
Fachunternehmen produzierter Gasgemische in großen Mengen an
jedem Ort.
Druckgasflaschenwagen, auch Batteriefahrzeuge oder Trailer genannt,
sind Fahrzeuge (für Straßen- oder Schienentransport) mit einer
größeren Anzahl (z. B. 18 oder 49) von miteinander verbundenen
Druckgasbehältern. Druckgasbehälter sind z. B. Röhren (Tubes) oder
Großflaschen. Die Druckgasbehälter haben z. B. Gasfassungsvermögen
von jeweils 1000 bis 4000 m3 bei 200 bar. Die Druckgasbehälter des
Druckgasflaschenwagens sind vorzugsweise einzeln absperrbar.
Der Druckgasflaschenwagen besteht z. B. aus einem LKW-Fahrgestell,
auf dem eine geeignete Anzahl Druckgasflaschen als Druckgasbehälter
installiert ist. Die Druckgasflaschen, deren geometrisches Volumen in
der Regel 50 bis 1500 Liter beträgt, können sowohl fest montiert, als
auch batterieweise über Schnellkupplungen mit dem Fahrgestell
verbunden sein. Die Anzahl der Druckgasflaschen richtet sich nach dem
Werkstoff des Behälters und der Dichte des Gasgemisches; das
zulässige Gesamtgewicht begrenzt die Anzahl der Druckgasflaschen.
Es gibt auch Druckgasflaschenwagen mit nur einem Druckgasbehälter,
die gemäß der Erfindung eingesetzt werden können.
Bei Druckgasflaschenwagen mit mehreren Druckgasbehältern sind die
Druckgasbehälter in der Regel über Rohrleitungen miteinander
verbunden und einzeln oder zu Gruppen zusammengefaßt absperrbar.
Die Gestaltung der Verrohrung trägt den besonderen Erfordernissen der
Gasgemischherstellung Rechnung. Von dem Füll- und Entnahmeventil
hin zu den Druckgasbehältern verzweigen sich die Rohrleitungen
dergestalt, daß der Druckverlust auf dem Weg zwischen Hauptventil
und Druckgasbehälter für alle Druckgasbehälter fast identisch ist.
Die Gase zur Herstellung der Gasgemische werden in Gasquellen
bereitgestellt. Als Gasquellen können z. B. Druckgasflaschen,
Druckgasflaschenbündel, Gaslagertanks, Behälter oder Tanks mit
kälteverflüssigten Gasen oder Gasversorgungsanlagen (mit Tank,
Verdampfer und Kompressor) dienen. Gasquellen können auch Geräte
zur Gaserzeugung sein wie Elektrolysezellen zur Erzeugung von
Chlorgas oder chemische Reaktoren. Bei Gaskomponenten mit
niedrigem Dampfdruck empfiehlt sich bei Verwendung von
komprimierten Gasen in Druckgasflaschen eine Flaschenheizung.
Die Herstellung der Gasgemische erfolgt beispielweise nach dem
statisch manometrischen Verfahren, bei dem die einzelnen
Gaskomponenten mit dem Partialdruck entsprechend des Anteiles im
fertigen Gasgemisch in die Druckgasbehälter gefüllt werden.
Vorteilhaft erfolgt die Herstellung der Gasgemische nach dem
dynamisch-volumetrischen Verfahren. Bei diesem Verfahren werden
verschiedene Volumen- oder Massenströme der Gaskomponenten in
einer Mischeinrichtung zusammengeführt. Im einfachsten Fall wird ein
Druckminderer und ein Durchflußmesser pro Gasart benötigt.
Je nach Konzentrationsbereich, Anfall und Stoffeigenschaften der
Gaskomponenten kommen die genannten Füllverfahren zum Einsatz.
Manometrische, gravimetrische und volumetrische Gasdosierung
können vorteilhaft zur Herstellung des Gasgemisches kombiniert
werden. Beispielsweise können zwei Nebengaskomponenten nach
dem volumetrischen Verfahren und die Hauptkomponente des
Gasgemisches nach dem manometrischen Verfahren dosiert werden.
Das dynamisch-volumetrische Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß
alle Gaskomponenten kontinuierlich in eine Mischeinrichtung, z. B.
Mischkammer oder Mischstrecke, strömen. Eine Mischstrecke enthält
beispielsweise Füllkörper oder Einbauten, die für eine Verwirbelung der
Gase sorgen. Das Verhältnis der kontinuierlich gemessenen und
geregelten Stoffströme entspricht der gewünschten Gasgemisch
zusammensetzung.
Für Gasgemische mit höherer Genauigkeit wird durch ständiges
Analysieren und Rückführen des Ist-Wertes auf die Mengenregelung
(Kaskadenschaltung) die Abweichung vom Sollwert wesentlich reduziert.
Das statisch-volumetrische Verfahren ist vorteilhaft, wenn ein
schnelleres Befüllen des Druckgasflaschenwagens erfolgen soll oder
bei Gaskomponenten, die kompliziertes Handling verlangen.
Das statisch-volumetrische Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß
zunächst ein Vorgemisch in einem Mischbehälter als Mischeinrichtung
produziert wird. Eine solche Vorgehensweise ermöglicht es, alle
zeitintensiven Produktionsschritte durchzuführen, ohne daß ein
Druckgasflaschenwagen an die Fülleinrichtung angeschlossen ist, was
die Stillstandzeiten drastisch verringert. Dieser Vorteil kommt
insbesondere bei der Dosierung von Nebengaskomponenten zum
Tragen, die unter Druck verflüssigt vorliegen und aufgrund der
Vereisung nur langsam dosiert werden können (z. B. PH3).
Bei dem statisch-volumetrischen Verfahren wird insbesondere bei der
Herstellung von Gasgemischen mit mehr als zwei Nebengas
komponenten oder Gaskomponenten mit geringem Anteil im
Gasgemisch, vorteilhaft zunächst ein Vorgemisch aus den
Nebengaskomponenten in einem Mischbehälter, z. B. ein Mischbehälter
mit einem geometrischen Volumen von bis zu 10 m3, erzeugt. Das
Vorgemisch wird zum Beispiel durch Umpumpen durch einen Injektor,
Erzeugen einer Konvektionsströmung durch Beheizen oder eine
Rühreinrichtung homogenisiert. Das Vorgemisch gelangt durch
Überströmen oder mit Hilfe eines Kompressors in den
Druckgasflaschenwagen. Abschließend wird die Hauptgaskomponente
manometrisch dosiert.
Anhand von Fig. 1 und 2 wird die Erfindung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Anlage zur Herstellung von
Gasgemischen nach dem dynamisch-volumetrischen Verfahren.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Anlage zur Herstellung von
Gasgemischen nach dem statisch-volumetrischen Verfahren.
In Fig. 1 wird als Beispiel die Herstellung eines Gasgemisches mit drei
Gaskomponenten nach dem dynamisch-volumetrischen Verfahren
dargestellt. Die Gaskomponenten werden in Druckgasbehältern, den
Druckgasquellen 1, 2 und 3, bereitgestellt. Die komprimierten Gase
werden über die Druckminderer 4, 5 und 6 jeweils entnommen. Die
Gasmenge der Gaskomponenten wird individuell über die gesteuerten
Ventile 11, 12 und 13 in die Mischkammer 14 dosiert. Das
Mischungsverhältnis der Gaskomponenten wird durch die Steuerung der
Ventile 11, 12 und 13 mittels einer Steuereinheit 7 während des
Prozesses konstant gehalten. Die Zusammensetzung des
Gasgemisches wird mit der Analyseeinheit 15 (z. B.
Massenspektrometer) kontrolliert. Das kontinuierlich gebildete
Gasgemisch wird kontinuierlich in einen Pufferbehälter 16 geführt und
mittels einem Kompressor 17 verdichtet. Das verdichtete Gasgemisch
wird über den Schlauch 18 in die Druckgasbehälter (Tubes) des
Druckgasflaschenwagens 20 gefüllt.
Fig. 2 zeigt als Beispiel die Herstellung eines binären Gasgemisches nach dem
statisch-volumetrischen Verfahren. Zur Herstellung des Vorgemisches werden
die Nebengaskomponenten nacheinander in den Mischbehälter 27 eindosiert.
Druckgasflaschen und Druckgasflaschenbündel dienen bei
Nebengaskomponenten mit geringem Mengenanteil als Druckgasquelle 2. Die
Mengendosierung geschieht mit der Wägeeinrichtung 21. Nebengas
komponenten mit großem Mengenanteil werden manometrisch durch das
Handventil 28 aus einer sonstigen Gasquelle dosiert. Nach Abschluß der
Dosierung aller Nebengaskomponenten homogenisiert eine der bereits
beschriebenen Einrichtungen (Mischeinrichtung) das Vorgemisch.
Nach dem Homogenisieren strömt das Vorgemisch, eventuell unterstützt durch
einen Kompressor, über den Verbindungsschlauch 18 in die Druckgasbehälter
(Tubes) des Druckgasflaschenwagens. Abschließend wird die
Hauptkomponente manometrisch aus einer entsprechend leistungsfähigen
Gasquelle eindosiert.
1
,
2
,
3
Druckgasquelle
4
,
5
,
6
Druckminderer
7
Steuereinheit
8
,
9
,
10
Massendurchflußregler
11
,
12
,
13
gesteuerte Ventile
14
Mischkammer
15
Gasanalyse
16
Pufferbehälter
17
Kompressor
18
Verbindungsschlauch
19
Druckgasflaschenwagen (Trailer)
20
Druckgasbehälter
21
Wägeeinrichtung
22
Manometer
23
,
24
,
25
,
28
Handventil
26
elektrische Widerstandsheizung
27
Mischbehälter
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung von Gasgemischen, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gasgemisch in den Druckgasbehältern eines
Druckgasflaschenwagens direkt hergestellt wird oder das Gasgemisch
in einer den Druckgasbehältern eines Druckgasflaschenwagens
vorgeschalteten Mischeinrichtung kontinuierlich hergestellt und in die
Druckgasbehälter des Druckgasflaschenwagens geleitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Herstellung des Gasgemisches mittels volumetrischer Gasdosierung
mindestens einer Gaskomponente erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
volumetrische Gasdosierung einer Gaskomponente anhand eines
Massendurchflußreglers erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gasdosierung einer Gaskomponente mit gravimetrischer
Mengenkontrolle erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gasdosierung einer Gaskomponente mit manometrischer Kontrolle
erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Gasgemisch oder ein Vorgemisch von Gaskomponenten in einem
Mischbehälter oder einer Mischstrecke homogenisiert wird.
7. Verwendung eines oder mehrerer Druckgasbehälter eines
Druckgasflaschenwagens zur Herstellung von Gasgemischen.
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