DE3923203A1 - Verfahren zur entfeuchtung von gasen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfeuchtung von Gasen in einer oder mehreren Absorptionsstufen mittels einer Absorptionsflüssigkeit, die in direkten Kontakt mit dem Gas gebracht wird und aus einer Lösung mit einem oder mehreren Salzen des Materials besteht, das bei der Absorption kondensiert.

Aus der schwedischen Auslegungsschrift Nr. 79 02 979-9 ist ein Verfahren für die Absorption von Dampf aus einem Gas bekannt, nach dem das Gas im Gegenstrom einem adiabatischen Absorptionsverfahren mit einer Flüssigkeit ausgesetzt wird, die als einzige flüchtige Komponente diejenige Substanz enthält, die bei der Absorption kondensiert, und im übrigen andere nicht flüchtige Komponenten enthält, die in hohen Konzentrationen fähig sind, den Dampfdruck des flüchtigen Bestandteils über der Flüssigkeit wesentlich herabzusetzen. Wenn die Absorptionsflüssigkeit eine wässerige Lösung ist, können z.B. Kaliumazetat, Natriumazetat, Kaliumkarbonat, Kalziumchlorid, Lithiumchlorid und Lithiumbromid verwendet werden.

Der Nachteil dieses Absorptionsverfahrens besteht darin, daß die Konzentration der Absorptionsflüssigkeit infolge der durch Dampfabsorption hervorgerufene Verdünnung zurückgeht, was einen Anstieg des Dampfdruckes der flüchtigen Komponente über der Flüssigkeit zur Folge hat. Wenn die Konzentration der Salzlösung auf einen bestimmten Wert gesunken ist, bei dem Gleichgewicht zwischen dem Partialdruck des Dampfes im Gas und dem Partialdruck der Flüssigkeit über der Lösung herrscht, hört die Dampfabsorption auf. Zu einem bestimmten Teil kann dies durch Verwendung großer Mengen Absorptionsflüssigkeit oder einer endlosen Zahl Absorptionsstufen vorteilhaft beeinflußt werden, was sich aber negativ auf die Wärme- und Gesamtwirtschaftlichkeit des Systems auswirkt. Daher ist man gezwungen, sich mit einer Entfeuchtung von Gasen auf einen Feuchtegehalt zufriedenzugeben, der mit der verdünnten Absorptionsflüssigkeit im Gleichgewicht ist.

Der hauptsächliche Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Entfeuchtung eines Gases auf eine niedrige relative Feuchtigkeit zu ermöglichen. Ein zweiter Zweck der Erfindung ist es, die Entfeuchtung von einem Gas auf eine niedrige relative Feuchtigkeit in einer einzigen Absorptionssstufe zu ermöglichen.

Ein weiterer Zweck ist es, die Entfeuchtung eines Gases auf eine niedrige relative Feuchtigkeit mit einem geringen spezifischen Energieverbrauch zu ermöglichen.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf, daß das Gas in mindestens einer Absorptionsstufe in direkten Kontakt mit einer Flüssigkeit gebracht wird, die aus einer gesättigten Salzlösung besteht, die Kristalle der genannten Lösung enthält. Auf diese Weise befindet sich die Lösung in der genannten Absorptionsstufe während des ganzen Absorptionsvorganges in gesättigtem Zustand, und der Partialdruck der Flüssigkeit über der Lösung ist während des Vorgangs so lange konstant, wie es in der Lösung Kristalle gibt. Die Salzlösung kann im Gegen-, Quer- oder Gleichstrom zum Gas geleitet werden.

Salzkristalle enthaltende gesättigte Salzlösungen sind bisher in einem Absorptionswärmepumpensystem eingesetzt worden, das in der US-Patentschrift Nr. 44 13 480 beschrieben ist. Die Salzlösung absorbiert dort Dampf, den man durch Druckreduzierung aus einer zirkulierenden Flüssigkeit erhält, die als indirektes Wärmeaustauschmittel in einem geschlossenen System verwendet wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die gesättigte Salzlösung dagegen in direkten Kontakt mit einem Gas gebracht zur Entfeuchtung desselben in einem offenen System. Die Erfindung zieht an erster Stelle eine Verbesserung für das durch SE-79 02 979-9 beschriebene Verfahren vor.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise bei der Absorption von Wasserdampf aus der Luft angewandt, wobei die Absorptionsflüssigkeit eine wässerige Lösung ist, kann aber auch auf andere Dämpfe und Gase angewandt werden. Die Wahl der Absorptionsflüssigkeit ist natürlich von dem zu absorbierenden Dampf abhängig.

Die Erfindung wird nachstehend unter Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigt dabei

Fig. 1 eine Ausführungsform, bei der die Erfindung bei einem Luftkonditionierungssystem angewandt wird und

Fig. 2 eine Ausführungsform, bei der die Erfindung bei einem Trocknungssystem angewandt wird.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird warme und feuchte Luft, die durch Leitung 1 fließt, in direkten Kontakt mit einem Salzkristalle enthaltenden Absorptionsmittel gebracht, das durch Leitung 2 einer Absorptionsanordnung zugeführt wird. In der Absorptionsanordnung wird die Luft indirekt mit einer Kühlflüssigkeit abgekühlt, die in einem geschlossenen Kreislauf 4 zirkuliert. Zur Regulierung der Temperatur und der relativen Feuchtigkeit der Austrittsluft wird die in der Absorptionsanordnung entfeuchtete Luft durch Einspritzung von Wasser wiederbefeuchtet, das durch Leitung 5 zugeführt wird, wobei die Luft gleichzeitig durch Verdunstung von Wasser abgekühlt wird.

Das Absorptionsmittel, dessen Kristalle bei der Dampfabsorption ganz oder teilweise aufgelöst sind, wird der Absorptionsanordnung abgezogen und durch Luftkondi­ tionierungssystem 6 einer Mehreffektsverdampfungsvorrichtung 11 zugeführt, in der Wasser aus der Absorptionsflüssigkeit durch Verdunstung auf eine an sich bekannte Weise verdampft wird. Die regenerierte Absorptionsflüssigkeit, die Verdampfungsstufe I mit hoher Temperatur und hoher Salzkonzentration verläßt, wird in zwei Stufen in den Expansionsgefäßen 7 und 8 einer Druckreduzierung ausgesetzt, wobei die Temperatur der Absorptionsflüssigkeit zurückgeht und Salzkristalle aus der Lösung abscheiden. Der Expansionsdampf wird der Verdampfungsanordnung zugeführt. Die Salzlösung wird abgeschieden und durch Leitung 9 der Verdampfungsanordnung zurückgeführt. Der Hauptanteil der Salzkristalle sowie eventuell auch Salzlösung werden durch einen Kühler 10 der Absorptionsanordnung 3 zugeführt.

Bei einem typischen Anwendungsbeispiel der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird Luft mit einer Temperatur t= 30°C und relativen Feuchtigkeit ϕ= 70% behandelt. Die Luft, die die Absorptionsanordnung mit t= 30°C und ϕ= 15% verläßt wird wiederbefeuchtet und auf t= 20°C abgekühlt. Kristalle einer wässerigen Lösung von Kaliumazetat werden in einer solche Menge beigegeben, daß die Salzkristalle hauptsächlich verbraucht werden, die Salzlösungskonzentration in der Absorptionsanordnung aber nicht nennenswert geändert wird, weshalb das Absorptionsmittel das die Absorptionsanordnung verläßt, hauptsächlich aus einer gesättigten Lösung dieses Salzes besteht.

Die Salzlösung wird in einem dreistufigen Verdampfer regeneriert, wobei die Absorptionsflüssigkeit, die die Verdampfungsstufe I verläßt, eine Temperatur von 250°C aufweist. Nach der Expansion in zwei Stufen sinkt die Temperatur auf 100°C. Die Salzkristalle und die Salzkonzentration, die der Absorptionsanordnung zugeführt werden, werden auf eine Temperatur von max. 50°C abgekühlt.

Die bei der Absorption aus Wasserdampf in der Absorptionsanordnung freigesetzte Wärme wird über den Kühlkreis 4 so abgezogen, daß die Absorption im wesentlichen isothermisch erfolgt.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform wird feuchte Luft 21 aus einer Trocknungsanordnung 22 durch eine dreistufige Absorptionsanordnung 22 im Gegenstrom zu einem Absorptionsmittel geleitet, das durch Leitung 23 der letzten Absorptionsstufe III in Form einer gesättigten Salzlösung zugeführt wird, die Kristalle desselben Salzes oder nur Salzkristalle enthält. Das Absorptionsmittel zirkuliert durch alle Absorptionsstufen mittels Pumpen 24, 25 und 26 und durch Zirkulationsleitungen 27, 28 und 29. Das Absorptionsmittel wird von Stufe III zu Stufe II durch Leitung 30, von Stufe II zu Stufe I durch Leitung 31 und von Stufe I zu einem Verdampfer durch Leitung 32 zur Konzentration und Kristallisation geleitet.

Bei einer typischen Anwendung der Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird die Austrittsluft eines Trocknungsprozesses mit einer Temperatur von t= 30°C und einer relativen Feuchtigkeit ϕ= 100% aufbereitet. Gleichzeitig wird die Luft durch die Dampfabsorption auf t= 55°C und ϕ= 15% entfeuchtet und erwärmt, in dem sie in der letzten Absorptionsstufe III mit einem Absorptionsmittel in direkten Kontakt gebracht wird, das eine solche Menge Salzkristalle enthält, daß das Absorptionsmittel, das diese Absorptionsstufe verläßt, hauptsächlich aus einer gesättigten Lösung besteht. In der folgenden Absorptionsstufe II wird die Lösung verdünnt und in der dritten Stufe zusätzlich verdünnt. Die verdünnte Flüssigkeit wird regeneriert und der Absorptionsanordnung zurückgeführt. Die entfeuchtete Luft, deren Temperatur durch Wärmefreisetzung bei der Dampfabsorbtion angestiegen ist, wird erneut zur Trocknung verwendet.

Die Erfindung beschränkt sich natürlich nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen, sondern läßt sich variieren im Rahmen des durch die Patentansprüche festgelegten Erfindungsgedankens. So kann man z.B. bei einer mehrstufigen Absorptionsanordnung einer der Stufen Salzkristalle enthaltendes Absorptionsmittel zuführen und dieses Absorptionsmittel getrennt von der Absorptionsflüssigkeit verdunsten und kristallisieren lassen, die der anderen Stufen zugeführt wird. Einem Fachmann leuchtet es ein, daß die Verdampfung nicht unbedingt in drei Stufen erfolgen soll. Der Kristallisationsvorgang kann durch Abkühlung mittels Wärmeaustausch erfolgen. Die Temperatur der entfeuchteten Luft kann durch indirekte Abkühlung oder durch Abkühlung der Absorptionsflüssigkeit geregelt werden.

Claims (10)

1. Verfahren zur Entfeuchtung von Gas in einer oder mehreren Absorptionsstufen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mindestens in einer Absorptionsstufe in direkten Kontakt mit einer gesättigten Salzlösung gebracht wird, die Kristalle derselben Lösung enthält.

2. Verfahren gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Salzlösung eine solche Menge Kristalle enthält, daß die Konzentration der Salzlösung in der Absorptions­ stufe nicht nennenswert reduziert wird.

3. Verfahren gemäß Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsmittel hauptsächlich in Form von Salzkristallen eingegeben wird.

4. Verfahren gemäß Patentanspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas aus Luft und die Absorptions­ flüssigkeit aus einer wässerigen Lösung eines oder mehrerer Salze besteht.

5. Verfahren gemäß Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsflüssigkeit aus einer wässerigen Lösung von Kaliumazetat besteht.

6. Verfahren gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Feuchtegehalt und Temperatur der entfeuchteten Luft durch Wassereinspritzung geregelt werden.

7. Verfahren gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der entfeuchteten Luft durch indirekte Kühlung geregelt wird.

8. Verfahren gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der entfeuchteten Luft durch Kühlung der Absorptionsflüssigkeit geregelt wird.

9. Verfahren gemäß einem der Patentansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsflüssigkeit nach der Absorption durch Verdampfung konzentriert und durch Druckreduzierung kristallisiert wird.

10. Verfahren gemäß einem der Patentansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das Salzkristalle enthaltende Absorptionsmittel einer der Stufen in einer mehrstufigen Absorptionsanordnung zugeführt und getrennt von der Absorptionslösung verdampft und kristallisiert wird, die der anderen Stufen zugeführt wird.