-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung für
den Betrieb einer Turbomaschine, die einen Eingang und einen Ausgang
für ein
Prozessgas aufweist, derart, dass die Verschmutzung von inneren
Bereichen der Turbomaschine durch vom Prozessgas kommenden Schmutz
eingeschränkt
wird.
-
Die Verschmutzung der inneren Bereiche von
Turbomaschinen, und insbesondere von Turboverdichtern, ist eine
Erscheinung, die der Benutzer nur schwierig beherrschen oder verhindern
kann.
-
Die Ablagerung und das Zusammenklumpen von
Schmutz auf den inneren aerodynamischen Bereichen von Turbomaschinen
können
für die
Leistungen absolut unerwünschte
Konsequenzen haben.
-
Einerseits kann die Durchführung des
in der Turbomaschine eingesetzten Verfahrens wesentlich verändert werden.
Bei einem Turboverdichter können die
Druck- und Temperaturniveaus oder die Strömungsdurchsätze im Verdichter aufgrund
der Bildung von Ablagerungen in den aerodynamischen Kanälen, wie
zum Beispiel den Schaufeln oder den Diffusoren des Verdichters,
verändert
werden.
-
Andererseits können die mechanischen Elemente
der Turbomaschine Beanspruchungen ausgesetzt werden, die ihre Beschädigung nach
sich ziehen. Es ist also notwendig, diese mechanischen Elemente
zu schützen.
Insbesondere die Unwuchten, die Veränderungen des axialen Schubs
oder die Verschmutzungen der inneren Ausrüstungen, die von den Ablagerungen
auf den dynamischen Bereichen der Turbomaschine erzeugt werden,
können
Vibrationen induzieren, die dem guten Betrieb der Turbomaschine
abträglich
sind.
-
Es gibt zwei Hauptgründe für die Ablagerung und
das Zusammenklumpen von Schmutz auf den inneren Bereichen der Turbomaschinen,
und insbesondere der Turboverdichter. Zunächst können die Filter oder Separatoren,
die stromaufwärts
vor den Turbomaschinen angeordnet sind, keine Partikel mit einer Größe von einigen
Mikrometern aushalten, die sich auf den inneren Bereichen der Turbomaschine
ablagern. Außerdem
begünstigen
die im Verdichter erreichten Druck- und Temperaturniveaus, sowie
die An der Gase, die verdichtet werden, Reaktionen von der Art Polymerisation
an den abgelagerten Stoffen oder die Korrosion der inneren Bereiche
des Verdichters unter der Wirkung der abgelagerten Stoffe.
-
Allgemein ist die Verschmutzung der
inneren Bereiche von Turbomaschinen, und insbesondere von Turboverdichtern,
eine übliche
Erscheinung, die in jedem Fall während
des normalen Betriebs der Turbomaschine stattfindet. Diese Verschmutzung kann
einen solchen Grad erreichen, dass es notwendig wird, die Turbomaschine
und somit den laufenden Produktions- oder Fabrikationszyklus anzuhalten.
Es ist daher absolut wünschenswert, über Mittel
zu verfügen,
die es ermöglichen,
den Schmutz aus dem inneren, verschmutzten Bereich einer Turbomaschine zu
entfernen, oder die Ablagerung von Schmutz in diesem inneren Bereich
zu begrenzen.
-
Bisher ist kein allgemeines Verfahren
bekannt, das es ermöglicht,
die Reinigung der inneren Bereiche von Turbomaschinen durchzuführen, unabhängig von
der An der betroffenen Turbomaschine, der in diesen Turbomaschinen
zirkulierenden Substanz, und der An und der Beschaffenheit des Schmutzes,
der sich möglicherweise
in ihren inneren Bereichen ablagert.
-
Jeder Betreiber von Turbomaschinen
versucht, das auftretende Problem der Verschmutzung in Abhängigkeit
von der Art der Verschmutzung oder den Organisationsmerkmalen der
Produktion zu lösen.
-
Es sind Verfahren mit schmutzabweisenden Beschichtungen
oder Lösungsmittel
oder chemische Zusatzstoffe bekannt, die es ermöglichen, die Verschmutzungen
in manchen spezifischen Fällen
zu verringern oder zu beseitigen (siehe zum Beispiel die Druckschrift:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN Vol. 007, Nr. 183 (M-235 & JP 58 085371
A (MITSUBISHI JUKOGYO KK), 21.05.83). Um die Verfügbarkeit
der industriellen Ausrüstungen
zu optimieren, bestehen im allgemeinen die verwendeten Hauptverfahren,
die miteinander kombiniert werden können, darin
- – die verschmutzten
Bereiche der Turbomaschinen auszubauen und sandzustrahlen,
- – periodisch
feste oder flüssige
Partikel (insbesondere in Form eines Nebels) zu injizieren, um den
Schmutz zu erodieren oder aufzulösen,
- – kontinuierlich
Zusatzstoffe mit dem in der Turbomaschine zirkulierenden Fluid zu
mischen, d.h. Substanzen, die die Polymerisation verhindern oder
verzögern,
- – die
inneren Bereiche mit einer Beschichtung zu überziehen, um Antihaftflächen zu
schaffen.
-
Alle diese Verfahren haben Nachteile.
Insbesondere sind sie teuer, und ihre Wirksamkeit ist weder total
noch dauerhaft.
-
Außerdem ist jedes dieser Verfahren
an einen bestimmten Fall angepasst, und es ist kein Verfahren bekannt,
das allgemein anwendbar wäre.
-
Es sind auch Reinigungsverfahren
bekannt, die außerhalb
des Gebiets des Betreibens von Turbomaschinen angewandt werden,
und die ein Lö sungsmittel
verwenden, das aus einem dichten, unter Druck stehenden Fluid, wie
zum Beispiel Kohlendioxid, im flüssigen
oder auch im überkritischen
Zustand, besteht.
-
Bei solchen Verfahren kann das Kohlendioxid
als Ersatz für
organische Lösungsmittel
verwendet werden.
-
Das Kohlendioxid CO2 weist
einen kritischen Punkt bei einem Druck von 73 Bar (7,3 MPa) und
einer Temperatur von 31°C
auf.
-
Diese Reinigungsverfahren verwenden
Kohlendioxid auf einem Druck, der über dem kritischen Druck liegt,
und bei einer Temperatur, die unter der kritischen Temperatur liegen
kann, wobei das Kohlendioxid dann flüssig ist, oder auch bei einer
Temperatur, die über
der kritischen Temperatur liegt, wobei das Kohlendioxid dann in
einem überkritischen
Zwischenzustand ist, der zwischen dem flüssigen und dem gasförmigen Zustand
liegt.
-
Die kritischen Druck- und Temperaturwerte des
CO2, die nicht schwierig zu erreichen sind,
ermöglichen
eine industrielle Anwendung.
-
Im überkritischen Zustand machen
die Eigenschaften des CO2, wie z.B. seine
Dichte, seine schwache Viskosität,
und sein hoher Diffusionskoeffizient, sowie ein sehr gutes Lösungsvermögen gegenüber vielen
Stoffen, aus ihm ein interessantes Lösungsprodukt für die Reinigung,
die Säuberung
und die Behandlung der Werkstoffe.
-
Im überkritischen Zustand löst das CO2 insbesondere die meisten der organischen
Verbindungen.
-
Andere Substanzen können im überkritischen
Zustand analoge Eigenschaften aufweisen, wie zum Beispiel bestimmte
Alkane.
-
Bei Turboverdichtern, die einen Eingang
aufweisen, in den ein Gas eingeführt
wird, das in einem Verfahren interveniert, bei dem das Gas eine
physikalische oder chemische Umwandlung erfährt, ist es im allgemeinen
wünschenswert,
während
des Betriebs des Turboverdichters kontinuierlich die Entfernung
von Schmutz aus dem Inneren dieses Turboverdichters durchzuführen. Es
wurde vorgeschlagen, in den Prozessgasfluss am Eingang des Turboverdichters
eine Substanz einzuführen,
die in der Lage ist, den im Inneren des Turboverdichters abgelagerten
Schmutz aufzulösen.
-
Am Ausgang des Turboverdichters wird
ein Fluid gewonnen, das aus dem Prozessgas und der Substanz im überkritischen
Zustand besteht, welche den Schmutz im aufgelösten Zustand enthält. Dann muss
eine Trennung des Prozessgases und des Fluids durchgeführt werden,
das aus der den Schmutz im aufgelösten Zustand enthaltenden Substanz
besteht.
-
Um die Reinigung des Verdichters
unter wirtschaftlichen Bedingungen durchzuführen, ist es offensichtlich
wünschenswert,
die Regeneration und die Rezyklierung der zum Lösen des Schmutzes in den inneren
Bereichen des Turboverdichters verwendeten Substanz durchzuführen. Hierzu
ist es notwendig, von der für
die Reinigung verwendeten Substanz die Verunreinigungen zu trennen,
die aus dem Schmutz bestehen, der von der Substanz im überkritischen
Zustand gelöst
wurde. Diese Trennung der Verunreinigungen kann am Fluss der im
Verdichter zirkulierenden Lösungssubstanz
nicht kontinuierlich unter Bedingungen durchgeführt werden, die wirtschaftlich
genug sind, um im Rahmen eines industriellen Prozesses akzeptiert
zu werden.
-
Um die Trennung der Verunreinigungen
kontinuierlich am Fluss der Lösungssubstanz
durchzuführen,
ist es im allgemeinen nämlich
notwendig, den kritischen Punkt des Fluids durch thermodynamische Umwandlungen
in einer genau definierten Reihenfolge zu umgehen. Es muss eine
Entspannung der Substanz durchgeführt werden, um ihre Verdampfung
zu erhalten, wobei die Verunreinigungen im flüssigen oder festen Zustand
dann von der Substanz im gasförmigen
Zustand getrennt werden.
-
Anschließend ist es notwendig, die
Substanz wieder zu verdichten, um sie wieder in einem überkritischen
Zustand in den Betriebskreislauf im Inneren des Verdichters einzuführen. Um
das Unterdrucksetzen der Lösungssubstanz
zu gewährleisten,
muss ein Verdichter oder eine Pumpe mit großer Leistung verwendet werden,
deren Installierungs- und Nutzungskosten im allgemeinen mit einem
wirtschaftlichen Einsatz eines das Prozessgas verwendenden industriellen
Prozesses nicht kompatibel sind. _ Es ist also wünschenswert, über ein
Betriebsverfahren für Turbomaschinen
zu verfügen,
das es ermöglicht,
ihre Verschmutzung zu begrenzen, ohne dass während des Betriebs der Turbomaschine
die Regeneration und die Rezyklierung einer Reinigungssubstanz kontinuierlich
durchgeführt
werden müsste.
-
Die Verwendung des Verdichters, um
die Lösungssubstanz
zirkulieren zu lassen, ist aufgrund des entwickelten Druck- und
Leistungsniveaus, das für
eine konstante Drehgeschwindigkeit notwendig ist, im allgemeinen
nicht mit der Auslegung des Verdichters kompatibel.
-
Daher ist es das Ziel der Erfindung,
ein Betriebsverfahren für
eine Turbomaschine vorzuschlagen, die einen Eingang und einen Ausgang
für ein Prozessgas
aufweist, das in einem sogenannten Betriebskreislauf in Umlauf versetzt
wird, wodurch die Verschmutzung der inneren Bereiche der Turbomaschine
durch einen vom Prozessgas stammenden Schmutz begrenzt werden kann,
ohne dass eine Reinigungssubstanz während aller Betriebsphasen
der Turbomaschine kontinuierlich in Umlauf versetzt, regeneriert
und rezykliert werden muss.
-
Zu diesem Zweck ist das erfindungsgemäße Verfahren
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens zwei aufeinander
folgenden Normalbetriebsphasen der Turbomaschine, während denen
in den Eingang des Verdichters nur Prozessgas eingeführt und
das Prozessgas für
seinen Gebrauch wiedergewonnen wird, eine Reinigungsphase durchgeführt wird,
während
der in den Betriebskreislauf am Eingang der Turbomaschine eine Substanz
im dichten Zustand eingeführt
wird, die in der Lage ist, den Schmutz auf den inneren Bereichen
der Turbomaschine aufzulösen,
und eine Trennung des Prozessgases von der Substanz durchgeführt wird,
in der der Schmutz in Form von Verunreinigungen im flüssigen Zustand
aufgelöst
ist.
-
Zum besseren Verständnis der
Erfindung werden nun als Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Figuren ein Betriebsverfahren eines Turboverdichters, das es ermöglicht,
die Verschmutzung des Turboverdichters zu begrenzen, und die zur Anwendung
des Verfahrens verwendete Vorrichtung beschrieben.
-
Die in den 1 bzw. 2 dargestellten
Anlagen, die es ermöglichen,
das erfindungsgemäße Verfahren
gemäß einer
ersten Ausführungsform
und gemäß einer
zweiten Ausführungsform
anzuwenden, unterscheiden sich nur durch die Gestaltung des Turboverdichter-Reinigungskreislaufs.
In beiden Fällen wird
der gleiche Nutzungskreislauf oder Betriebskreislauf 1 verwendet.
Daher wird der Betriebskreislauf nur in Bezug auf die Ausführungsform
der 1 beschrieben, wobei
die entsprechenden Elemente in den 1 und 2 die gleichen Bezugszeichen
tragen.
-
Dagegen unterscheiden sich die Reinigungskreisläufe 2 und 2' im Fall der
ersten und im Fall der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Der Reinigungskreislauf 2 der
in 1 dargestellten Ausführungsform
ermöglicht
es, während der
Reinigungsphasen des Turboverdichters eine kontinuierliche Regeneration
der dichten Reinigungssubstanz durchzuführen, die aus CO2 im überkritischen
Zustand besteht.
-
Im Fall der zweiten, in 2 dargestellten Ausführungsform
führt der
Reinigungskreislauf 2' keinerlei
Regeneration der verwendeten Substanz, die ebenfalls CO2 im überkritischen
Zustand ist, während der
Reinigungsphasen durch; das aufgelöste Verunreinigungen enthaltende, überkritische
CO2 wird im Betriebskreislauf 1 rezykliert.
Das Verunreinigungen enthaltende, überkritische CO2 wird
nach der Reinigungsphase in einem Lagerbehälter wiedergewonnen, ehe eine
neue Normalbetriebsphase der Anlage gestartet wird. Während der
Normalbetriebsphase der Anlage nach der Reinigungsphase ist es möglich, das
mit Verunreinigungen gesättigte, überkritische CO2 zu einer Regenerationsanlage abzuführen.
-
In der ersten und der zweiten Ausführungsform
weist der Betriebskreislauf 1 einen Turboverdichter 3 auf,
dessen Eingangsbereich 4 mit einer Prozessgas-Zulaufleitung 5 des
Kreislaufs 1 verbunden ist. Das über die Leitung 5 zum
Verdichter 3 gelangende Prozessgas enthält Schmutz. Ein Absperrschieber 6 ermöglicht es,
den Eintritt von Prozessgas in den Kreislauf 1 zu sperren.
Der Turboverdichter 3 weist einen Ausgangsbereich 7 auf,
der mit einer Leitung 8 zur Abfuhr des im Turboverdichter verdichteten
Gases zu einem Separator 9 und mit einer Leitung 10 zur Übertragung
des verdichteten Gases zu einer Nutzungsanlage verbunden ist. Auf
der Leitung 8 ist ein Wärmetauscher 11 angeordnet,
der es ermöglicht,
das Prozessgas am Ausgang des Turboverdichters 3 zu kühlen. Die
Leitung 8 ist über
eine erste Abzweigung, auf der ein Absperrschieber 13 angeordnet
ist, mit dem ersten Gas-/Flüssigkeit-Separator 9 verbunden,
der aus einer Filtereinheit besteht, und über eine zweite Abzweigung,
auf der ein Absperrschieber 14 angeordnet ist, mit einem
zweiten Gas-/Flüssigkeit-Separator 12 verbunden,
der ebenfalls aus einer Filtereinheit besteht.
-
Während
des Normalbetriebs der den Turboverdichter enthaltenden Anlage wird
das Schmutz enthaltende Prozessgas in den Eingangsbereich 4 des
Turboverdichters eingeführt,
verdichtet, und dann über
den Ausgangsbereich 7 des Turboverdichters in die Leitung 8 abgeführt. Während der
Phasen der normalen Benutzung der Anlage ist der Absperrschieber 14 geschlossen,
und der Schieber 13 ist geöffnet. Das verdichtete und
abgekühlte
Prozessgas wird in den Separator 9 eingeführt, der
es ermöglicht, aus
dem Prozessgas die von Kondensaten gebildeten Verunreinigungen zu
trennen. Die Kondensate werden über
die Leitung 15 abgeführt.
Das verdichtete Prozessgas wird über
die Leitung 10 zu einer Anlage abgeführt, die seine Verwendung ermöglicht.
-
Die Kühlung des Prozessgases durch
den Wärmetauscher 11 wird
in Abhängigkeit
von der Endnutzung des Prozessgases geregelt.
-
Während
des Normalbetriebs des Turboverdichters lagern sich im Prozessgas
enthaltene Schmutzstoffe auf den inneren Bereichen des Turboverdichters 3,
wie zum Beispiel Beschaufelungen oder Diffusoren, ab, wobei diese
Schmutzstoffe Verschmutzungen im inneren Bereich des Verdichters bilden.
Die Menge von auf den inneren Bereichen des Ver dichters abgelagertem
Schmutz kann sich im Verlauf der Benutzung des Verdichters vergrößern, was
zu den weiter oben erwähnten
Nachteilen führt.
-
Erfindungsgemäß wird zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Normalbetriebsphasen des Verdichters, während denen der innere Bereich
des Verdichters mit Schmutz beladen wurde, eine Reinigungsphase
vorgesehen, die dadurch erzeugt wird, dass im Betriebskreislauf
vor dem Eingang des Turboverdichters 3 eine den Schmutz
lösende
Substanz, die aus einer chemischen Verbindung in einem dichten,
und vorzugsweise überkritischen
Zustand besteht, verwendet wird.
-
Vorzugsweise wird für die Reinigung
des Verdichters überkritisches
CO2 verwendet.
-
Im Fall der in 1 dargestellten Anlage und im Fall der
in 2 dargestellten Anlage
wird ein Reinigungskreislauf 2 oder 2' verwendet,
der den zweiten Gas-/Flüssigkeit-Separator 12 enthält und der durch
den Absperrschieber 14 und durch einen Absperrschieber 16 vollständig vom
Betriebskreislauf 1 getrennt sein kann, der auf einer Leitung 18 angeordnet
ist, die selbst stromabwärts
hinter dem Absperrschieber 6 mit der Leitung 5 des
normalen Nutzungskreislaufs 1 verbunden ist. Der Reinigungskreislauf 2 oder 2' befindet sich
so in Abzweigung vom Betriebskreislauf 1 zu beiden Seiten
des Eingangs 4 und des Ausgangs 7 des Turboverdichters 3.
-
Um den Reinigungskreislauf 2 oder
den Reinigungskreislauf 2' in
Betrieb zu setzen, schließt
man den Schieber 13 des Betriebskreislaufs und öffnet die Schieber 14 und 16 des
Reinigungskreislaufs 2 oder 2'.
-
Bei der in 1 dargestellten Anlage, die es ermöglicht,
das erfindungsgemäße Verfahren
gemäß einer
ersten Ausführungsform
durchzuführen,
wird ein CO2 im überkritischen Zustand enthaltender
Zufuhrbehälter 20 verwendet,
der in Abzweigung auf dem Kreislauf 2 stromabwärts hinter
dem Separator 12 auf einer Ausgangsleitung 21 des
Separators 12 angeordnet ist. Ein Dreiwegeschieber 19 ermöglicht es,
den Zufuhrbehälter 20 mit
der Leitung 21 des Reinigungskreislaufs 2 in Verbindung
zu setzen, um überkritisches
CO2 in den Reinigungskreislauf 2 zu bringen
oder die Leitung 21 vom Zufuhrbehälter 20 zu trennen.
Am Anfang der Reinigungsphase wird sauberes überkritisches CO2 über die
Leitung 27 in den Lagerbehälter 20 eingeführt. Dann
wird der Reinigungskreislauf 2 ausgehend vom Zufuhrbehälter 20 gespeist,
indem der Dreiwegeschieber 19 geöffnet wird.
-
Das in den Kreislauf 2 eingeführte, überkritische
CO2 kommt in die Leitung 18, um
mit dem über die
Leitung 5 in den Betriebskreislauf eingelassenen Prozessgas
vermischt in den Betriebskreislauf 1 und den Eingangsbereich 4 des
Turboverdichters 3 eingeführt zu werden.
-
Das mit dem Prozessgas im Turboverdichter 3 zirkulierende, überkritische
CO2 bewirkt eine Auflösung des Schmutzes, der sich
auf den inneren Bereichen des Turboverdichters abgelagert hat. Im
Ausgangsbereich 7 des Turboverdichters 3 wird
verdichtetes Prozessgas wiedergewonnen, das Schmutz im gelösten Zustand
enthaltendes CO2 aufweist.
-
Das den im CO2 aufgelösten Schmutz
enthaltende Prozessgas wird im Wärmetauscher 11 gekühlt, der
eine Kondensation des die im Prozessgas vorhandenen Verunreinigungen
enthaltenden CO2 durchführt.
-
Die am Eingang des von einer Filtereinheit gebildeten
Separators 12 ankommende Mischung enthält also das verdichtete Prozessgas
und einen flüssigen
Teil, der aus dem die aufgelösten
Verunreinigungen enthaltenden CO2 besteht.
-
Der zweite Separator 12 führt die
Trennung des verdichteten Prozessgases, das über eine Leitung 17 zur
Nutzungsanlage abgeführt
wird, und der flüssigen
Mischung von CO2 und Verunreinigungen durch,
die über
die Leitung 21 des Reinigungskreislaufs 2 abgeführt wird.
-
Die aus CO2 und
Verunreinigungen bestehende flüssige
Phase erfährt
eine Entspannung, die von einem Druckminderventil 22 erzeugt
wird, derart, dass stromabwärts
hinter dem Druckminderventil 22 das im Reinigungskreislauf 2 zirkulierende
Fluid aus CO2 im gasförmigen Zustand und aus aufgelösten Verunreinigungen
im flüssigen
Zustand besteht. Das Fluid durchquert einen Separator 23 des
Reinigungskreislaufs 2, der aus einem Gas-/Flüssigkeits-Trennfilter
besteht. Der Separator 23 führt die Trennung des gasförmigen CO2, das über
eine Ausgangsleitung in einen Verdichter 24 geschickt wird,
und der aufgelösten
Verunreinigungen im flüssigen
oder ggf. im festen Zustand durch, welche vom Separator 23 über eine
Abführleitung 25 abgeführt werden.
-
Das gereinigte gasförmige CO2 wird vom Verdichter 24 verdichtet
und durchquert einen Wärmetauscher 26,
der es ermöglicht,
die Temperatur des verdichteten CO2 so zu
erhöhen,
dass am Ausgang des Wärmetauschers 26 das
im Reinigungskreislauf 2 zirkulierende Fluid aus sauberem, überkritischem
CO2 besteht, das über die Leitung 18 in
den Betriebskreislauf 1 zurückgeschickt werden kann.
-
So kann der Reinigungskreislauf kontinuierlich
betrieben werden, bis eine zufriedenstellende Reinigung der inneren
Bereiche des Turboverdichters 3 erhalten wird.
-
Nach der Reinigungsphase werden die Schieber 14 und 16 geschlossen
und der Absperrschieber 13 des Betriebskreislaufs geöffnet. So
wird eine neue Normalbetriebsphase des Turboverdichters 3 und
der Anlage begonnen. Der Dreiwegeschieber 19 wird in eine
Stellung gebracht, die es erlaubt, das Reinigungs-CO2 im
Zufuhrbehälter 20 wiederzugewinnen.
-
Auf diese Weise kann die den Turboverdichter 3 enthaltende
Anlage kontinuierlich mit intermittierenden Reinigungsphasen betrieben
werden, wodurch eine exzessive Verschmutzung des Turboverdichters 3 vermieden
werden kann. Die Dauer der Normalbetriebsphasen und der Reinigungsphasen wird
so geregelt, dass eine exzessive Verschmutzung des Turboverdichters 3 vermieden
und gleichzeitig der zusätzliche
Energieaufwand begrenzt wird, der insbesondere auf die Verwendung
des Verdichters 24 auf dem Reinigungskreislauf 2 zurückzuführen ist.
-
Bei der in 2 dargestellten Anlage ist der Betriebskreislauf 1 identisch
dem im Fall der ersten Ausführungsform
eingesetzten Betriebskreislauf. Außerdem weist der Reinigungskreislauf 2' wie im vorhergehenden
Fall die Absperrschieber 14 und 16 und den zweiten
Separator 12 auf, der es ermöglicht, auf der Leitung 21' des Reinigungskreislaufs 2' während der
Reinigung eine flüssige
Phase wiederzugewinnen, die aus Schmutz des Turboverdichters 3 im
aufgelösten
Zustand enthaltendem CO2 besteht.
-
Der Reinigungskreislauf gemäß der zweiten Ausführungsform,
bei der keine Regeneration der Lösungssubstanz
durchgeführt
wird, hat eine einfachere Struktur als der Reinigungskreislauf 2 der
ersten Ausführungsform.
-
Der Reinigungskreislauf weist auf
den Separator 12 folgend einen Wiedergewinnungsbehälter 20' für CO2 und eine Pumpe 24' auf.
-
Zur Durchführung der Reinigung wird zu
Beginn der Reinigungsphase sauberes CO2 im überkritischen
Zustand in den CO2-Wiedergewinnungsbehälter 20' eingeführt. Das überkritische
CO2 wird von der Pumpe 24' in die Leitung 18 geschickt,
die mit dem Betriebskreislauf 1 verbunden ist.
-
In der Leitung 5 des Betriebskreislaufs
wird das überkritische
CO2 mit dem Prozessgas vermischt.
-
Der Betrieb der Anlage während der
Reinigungsphase ist identisch dem oben in Bezug auf die erste Ausführungsform
beschriebenen Betrieb bis zu dem Zeitpunkt, in dem eine aus Verunreinigungen enthaltendem
CO2 bestehende flüssige Phase in der Leitung 21' des Reinigungskreislaufs 2' wiedergewonnen
wird. Die Regelung des Wärmetauschers 11 wird
aber so durchgeführt,
dass das flüssige
Verunreinigungen enthaltende CO2 im überkritischen
Zustand in der Leitung 21' wiedergewonnen
wird.
-
Das flüssige Verunreinigungen enthaltende, überkritische
CO2 wird im Lagerbehälter 20' gesammelt, dessen Abführleitung 25' von einem Schieber verschlossen
wird. Das Verunreinigungen enthaltende CO2 im überkritischen
Zustand wird dann von der Pumpe 24' angesaugt und in die Leitung 18 gefördert, um
wieder in das Prozessgas eingeführt
zu werden. So wird die Reinigung durch Zirkulation von CO2 im überkritischen
Zustand im Betriebskreislauf 1 und im Reinigungskreislauf
durchgeführt,
bis zu dem Zeitpunkt, in dem das überkritische CO2 mit
Verunreinigungen im flüssigen
Zustand gesättigt
ist. Dann wird der Reinigungskreislauf 2' vom Betriebskreislauf 1 isoliert
und das flüssige
Verunreinigungen enthaltende, überkritische
CO2 im Wiedergewinnungsbehälter 20' wiedergewonnen.
Die Anlage wird in den Normalbetrieb zurückversetzt. Während der
Normalbetriebsphase der Anlage wird das Schmutz im flüssigen Zustand
enthaltende, überkritische
CO2 über
die Abführleitung 25' des Wiedergewinnungsbehälters 20' abgeführt und
ggf. durch Trennung des CO2 und der flüssigen Verunreinigungen
regeneriert, zum Beispiel durch ein Verfahren der Entspannung und
der Verdampfung des CO2, gefolgt von einer
Filterung.
-
CO2 im überkritischen
Zustand wird in den Behälter 20' eingeführt, um
einen späteren
Reinigungsschritt durchzuführen.
-
Im Fall der zweiten Ausführungsform
kann die Anlage ebenfalls kontinuierlich betrieben werden, wobei
die Reinigungskapazität
des Turboverdichters 3 nur durch die Erhöhung der
Menge von im CO2 im überkritischen Zustand aufgelösten Verunreinigungen
und dem Auftreten des Sättigungszustands
begrenzt wird.
-
Die Regeneration des CO2 im
flüssigen
oder im überkritischen
Zustand könnte
durch Dekantieren der flüssigen
Verunreinigungen innerhalb eines Dekantierbehälters oder ggf. innerhalb des
Wiedergewinnungsbehälters 20' durchgeführt werden.
-
Um den Turboverdichter 3 unter
Verwendung des Verfahrens der Entfernung von Schmutz während Reinigungsphasen,
die zwischen zwei Normalbetriebsphasen eingeschoben werden, kontinuierlich betreiben
zu können,
ist es im Fall der zweiten Ausführungsform
notwendig, die Säuberungsphase
des CO2 mit ausreichender Frequenz durchzuführen, um eine
unzulässige
Verschmutzung des Turboverdichters während der Normalbetriebsphase
zu vermeiden, die zwei aufeinanderfolgende Reinigungsphasen trennt.
-
In anderen Worten muss die Geschwindigkeit
der Trennung der Verunreinigungen des flüssigen oder gasförmigen CO2 höher
sein als die Verschmutzungsgeschwindigkeit des Turboverdichters.
-
Im Fall der ersten Ausführungsform
kann die Anlage ohne exzessive Verschmutzung des Turboverdichters
kontinuierlich betrieben werden, indem die Dauer der aufeinanderfolgenden
Phasen des Normalbetriebs und der Reinigung geregelt wird. Das Verfahren
gemäß der ersten
Ausführungsform,
das den Vorteil einer größeren Anwendungsflexibilität hat, hat
aber den Nachteil, einen größeren Energieaufwand
zu erfordern. Dieser Energieaufwand hängt tatsächlich von der Dauer der zwischen
zwei Normalbetriebsphasen der Anlage eingeschobenen Reinigungsphasen
ab.
-
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform
beschränkt.
-
Es ist insbesondere möglich, für die Auflösung des
Schmutzes im Turboverdichter andere Substanzen als CO2 im überkritischen
Zustand zu verwenden. Solche Substanzen können zum Beispiel Wasser (H2O), Propan (C3H8) oder Pentan (C5H12) im überkritischen
Zustand sein.
-
Es ist auch möglich vorzusehen, das erfindungsgemäße Verfahren
zur Reinigung von anderen Geräten
oder Anlagen als den Turboverdichtern zu verwenden.