DE60309043T2 - Verfahren und vorrichtung zur abtrennung oder reinigung eines fluidums - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur abtrennung oder reinigung eines fluidums Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen oder Reinigen eines zu behandelnden Fluids, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert ist. Sie betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
  • Ein solches Reinigungsverfahren kann insbesondere zur Entfernung von Verunreinigungen wie flüchtigen organischen Verbindungen aus einer Gasmischung verwendet werden.
  • Zum Adsorbieren eines abzutrennenden Gases, das in einer zu behandelnden, beispielsweise zu reinigenden Gasmischung enthalten ist, verwendet man ein Adsorptionsmittel, d.h. ein Material, das die Moleküle des abzutrennenden Gases an seiner Oberfläche zurückhält. Die Adsorptionskapazität des Adsorptionsmittels ist begrenzt. Das Adsorptionsmittel ist deshalb regelmäßig zu regenerieren. Es gibt zwei Verfahren zur Regenerierung des Adsorptionsmittels, und zwar durch Temperaturmodulation oder durch Druckmodulation.
  • In einem Temperaturmodulationsverfahren mit sogenannter direkter Heizung leitet man über das Adsorptionsmittel in direktem Kontakt zunächst einen ersten Strom, der aus der zu reinigenden Gasmischung besteht, und dann über denselben Kreis einen zweiten Gasstrom, der aus einem Spülgas besteht. Dieses Spülgas ist ein als nicht adsorbierbar oder wenig adsorbierbar bekanntes Gas, wie Wasserdampf. Der Durchgang der zu reinigenden Mischung findet "kalt" und derjenige des Spülgases "warm" statt, d.h. das Spülgas ist beträchtlich wärmer als die zu behandelnde Mischung, und bei dem Durchgang des Spülstroms wird das Adsorptionsmittel auf eine Temperatur gebracht, die höher als die bei dem Durchgang der zu trennenden Mischung ist, so dass das abgetrennte und adsorbierte Gas von dem Adsorptionsmittel befreit wird und dann von dem Spülgas mitgenommen wird. Das auf diese Weise von dem adsorbierten Gas befreite Adsorptionsmittel wird regeneriert. Das Verfahren ist zyklisch, wobei auf einen Adsorptionsschritt ein Spülschritt folgt.
  • Man kühlt dann das Adsorptionsmittel durch Durchgang eines kalten Spülgases vor einer neuen Adsorption. Dies hat jedoch verschiedene Nachteile. Ein erster Nachteil ist ein starker Verbrauch an Spülgas, das insbesondere zum Wärmen des Adsorptionsmittels erforderlich ist. Ein zweiter Nachteil ist die Dauer des Verfahrens, die durch die Dauer der Spülphase belastet wird, und zwar insbesondere diejenige, die zum Erwärmen des Adsorptionsmittels erforderlich ist. Ein dritter Nachteil, der sich aus dem ersten ergibt, und zwar aus der Tatsache des starken Verbrauchs an Spülgas und damit der starken Auflösung des abgetrennten Gases in dem Spülgas, ist die Schwierigkeit, das auf diese Weise abgetrennte Gas rückzugewinnen, wenn es beispielsweise im Wasser lösbar ist und das Spülgas Wasserdampf ist. Dieses Verfahren ist also nicht verwendbar, wenn das abgetrennte Gas rückgewonnen werden soll, und zwar entweder, weil es einen Wert darstellt, beispielsweise Wasserstoff, oder weil es eine Verunreinigung ist.
  • Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, die es gestatten, die genannten Nachteile zu begrenzen, d.h. den Spülgasverbrauch zu begrenzen und die Dauer eines Zyklus zu verringern.
  • Erfindungsgemäß wird dieses Ziel mit Hilfe eines Verfahrens und einer Vorrichtung erreicht, wie sie im Anspruch 1 bzw. 8 definiert sind. Das Verfahren wird in einer Vorrichtung durchgeführt, die einen Wärmetauscher für den Durchgang eines Wärmetransportfluids, das zum Erhitzen bestimmt ist, und einen Trennkreis umfasst, der dem abwechselnden Durchgang des Gasgemisches und des Spülgases vorbehalten ist. Dieses Verfahren umfasst einen Trennschritt, in dem man das Adsorptionsmittel kühlt und die Gasmischung in den Trennkreis einleitet, und dann einen Regenerierungsschritt, in dem man das Adsorptionsmittel mit Hilfe eines Wärmetransportfluids erwärmt und ein Spülgas in den Trennkreis einleitet. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man das Wärmetransportfluid so wählt, dass es bei der Erwärmung des Adsorptionsmittels die Phase wechselt. Da die thermische Kapazität des Wärmetransportfluids größer als die des Spülgases ist, ist auf diese Weise die Erwärmungszeit viel kürzer, und, da das Spülgas nicht zum Erwärmen verwendet wird, ist die verwendete Menge viel geringer. Die Regenerationszeit kann beispielsweise etwa zehn mal weniger lang sein. Da das Verfahren zyklisch ist, folgen die beiden Schritte aufeinander, aber ihre Reihenfolge ist beliebig.
  • Auf diese Weise kann das Wärmetransportfluid Wasser sein. Im Regenerationsschritt wird Wasser in den Wärmetauscher in Form von gegebenenfalls überhitztem Nassdampf eingeführt und der Dampf kondensiert, indem er das Adsorptionsmittel erwärmt. Ein solches Verfahren ist mit einem Niedertemperatur-Energierückgewinnungsverfahren kompatibel, ist also besonders wirtschaftlich.
  • Bei dem Trennschritt kann die Kühlung durch die zu reinigende Mischung allein gewährleistet werden, wobei die Strömung des Wärmetransportfluids gestoppt wird. Die Kühlung ist nun also langsamer, aber kann ausreichend sein. Man kann auch ein anderes Wärmetransportfluid verwenden, um die Kühlung des Adsorptionsmittels zu beschleunigen. Das andere Wärmetransportfluid kann auch die Phase wechseln, beispielsweise Wasser, das verdampft.
  • Bei der Erwärmung des Wärmetransportfluids mit Phasenwechsel sind die auf der Seite des Wärmetransportfluids erhaltenen Wärmeaustauschkoeffizienten sehr hoch. Sie können 5000 bis 50000 W/m2/K erreichen, indem man Wasser als Wärmetransportfluid verwendet. Dies gestattet eine schnelle Erwärmung, beispielsweise reduziert auf eine halbe Stunde anstelle von mehreren Stunden, wenn man eine Erwärmung ohne Phasenwechsel verwenden würde. Dies reduziert also beträchtlich den nicht produktiven Stillstand einer solchen Anlage während der für die Regeneration des Adsorptionsmittels erforderlichen Zeit.
  • Ein Phasenwechsel bei der Kühlung erfordert im Allgemeinen einen luftdichten Kühlkreis und das Fehlen von Luft oder jedem nicht kondensierbaren Gas. Man verwendet deshalb vorzugsweise eine Kühlung mit flüssigem Wasser, was die Verwendung eines in die Atmosphäre offenen Kühlkreises gestattet, d.h. der nicht luftdicht ist. Die erhaltenen Koeffizienten sind deutlich ausreichend. Die Erwärmung und die Kühlung sind nämlich nicht symmetrische Schritte. An erster Stelle kann der Adsorptionsschritt mehrere Stunden dauern; diese Adsorptionsdauer hängt insbesondere von dem Durchsatz des Gasgemisches, von dem verwendeten Adsorptionsmittel, von dem oder den zu adsorbierenden Gasen, von ihrer Konzentration in der Mischung und von der Geometrie einer Säule ab, die dazu bestimmt ist, das Adsorptionsmittel zu enthalten. Nun trägt während der Adsorption der Umlauf der zu behandelnden gasförmigen Mischung, die kälter als die Rege nerierungstemperatur ist, zum Kühlen des Adsorptionsmittels bei. Außerdem ist es in der Adsorptionsphase nicht erforderlich, dass das Adsorptionsmittel schnell seine niedrigste Temperatur erreicht. Die Adsorption kann nämlich stattfinden, wenn das Adsorptionsmittel erst teilweise gekühlt ist. Auf diese Weise ist die durch den einfachen Umlauf von flüssigem oder teilweise verdampftem Wasser erhaltene Anfangskühlung schnell genug, um die schnelle Aufnahme des Adsorptionsschrittes zu gestatten.
  • Im Adsorptionsschritt kann man außerdem das Adsorptionsmittel beispielsweise vor oder nach dem Durchgang des Spülgases in dem Trennkreis einem Teilvakuum aussetzen.
  • Ein solches Verfahren zur Regenerierung eines Adsorptionsmittels ist auch auf andere Verfahren und Vorrichtungen anwendbar, und zwar insbesondere für die Regenerierung eines Adsorptionsmittels in einem Kühlkreis, wie es eines der folgenden Beispiele zeigt.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich ferner aus der nachstehenden Beschreibung, die sich auf nicht begrenzende Beispiele bezieht.
  • In der beiliegenden Zeichnung zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 für die Reinigung und/oder die Abtrennung von Gasen; und
  • 2 eine schematische Darstellung einer Kühlvorrichtung, die für die Verwendung einer erfindungsgemäßen Regenerierungsvorrichtung ausgelegt ist.
  • 1 zeigt eine Vorrichtung 1 für die Reinigung und/oder die Abtrennung von Gasen. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Adsorptionskreis 10 und einen Austauschkreis 20. Der Adsorptionskreis 10 umfasst hauptsächlich eine Adsorptionssäule 2, die vertikal angeordnet ist und Adsorptionsmittel 3 enthält. Die Säule 2 umfasst eine obere Öffnung 11 und eine untere Öffnung 12 für den Umlauf des sie durchquerenden Gasstroms.
  • Das Adsorptionsmittel liegt in Form von Teilchen vor, um eine größtmögliche Adsorptionsoberfläche aufzuweisen, so dass die Adsorptionsausbeute optimal ist. Eine erste poröse Platte 16, die an der Basis der Säule angeordnet ist, gestattet den Durchgang der Gasströme, indem sie gleichzeitig das Adsorptionsmittel zurückhält. Eine zweite poröse Platte 15 ist über dem Adsorptionsmittel angeordnet und ist an dieses durch Federn 17 angedrückt. Auf diese Weise verhindern diese beiden porösen Platten, indem sie das Adsorptionsmittel komprimieren, dass es fluidisiert wird und durch die Gasströme mitgenommen wird.
  • Der Adsorptionskreis 10 umfasst außerdem obere Schaltmittel 13 und untere Schaltmittel 14, die mit der oberen Öffnung 11 bzw. der unteren Öffnung 12 verbunden sind. Die oberen Schaltmittel umfassen ein Einlassventil V1M zur Steuerung des Einlasses M1 einer zu behandelnden Gasmischung, ein Auslassventil V2P zur Steuerung des Auslasses P2 eines Spülgases und ein Vakuumventil W, um das Innere der Säule 2 über die obere Öffnung 11 mit einer Vakuumpumpe in Verbindung V zu setzen.
  • Die unteren Schaltmittel 14 umfassen ein Ablassventil V2M zur Steuerung des Ablasses der behandelten Gasmischung und ein Einlassventil V1P zur Steuerung des Einlasses des Spülgases durch die untere Öffnung.
  • Der Austauschkreis umfasst einen Wärmetauscher, der die Aufgabe hat, das Adsorptionsmittel zu erwärmen und zu kühlen. Wasser wird als Wärmetransportfluid verwendet. Der Wärmetauscher ist ein Rippenrohr 21 aus Stahl, das in der Säule 2 im Kern des Adsorptionsmittels vertikal angeordnet ist. Die durch die porösen Platten 15, 16 ausgeübte Kompression trägt außerdem dazu bei, das Adsorptionsmittel an das Rippenrohr anzudrücken, so dass es keinen bevorzugten Weg für die Gasströme gibt, was die Adsorption verringern würde, und um die Wärmeübertragungen zu verbessern.
  • Dichtungsmittel 4 sind um das Rippenrohr 21 herum an den Stellen vorgesehen, an denen das Rohr die Hülle 5 der Säule 2 durchquert. Diese Dichtungsmittel sind außerdem vorgesehen, um eine Differentialausdehnung zwischen der Hülle 5 und dem Rohr 21 zu ermöglichen, die durch die abwechselnden Kühl- und Erwärmungszyklen erzeugt wird.
  • Ein oberes Ende 211 des Rohrs 21 ist mit einem Eintritt C1 für Wasser in Form von überhitztem Dampf in Verbindung, der durch ein oberes Einlassventil V1C gesteuert wird, sowie mit einem oberen Ablass F2 für Wasser in Form von Dampf oder Flüssigkeit, der durch ein Ablassventil V2F gesteuert wird. Das obere Einlassventil V1C gestattet die Trennung des Restes des Austauschkreises von einem Dampfgenerator 24.
  • Ein unteres Ende 212 des Rohrs 21 ist mit einem Eintritt F1 für Wasser in flüssiger Form verbunden (23), der durch ein unteres Einlassventil V1F gesteuert wird, und mit einem Sammelbehälter 22, dessen Eintritt durch ein Sammelventil VC gesteuert wird. Der Sammelbehälter ist zum Sammeln eines vom überhitzten Wasserdampf stammenden Kondensats vorgesehen. Der Sammelbehälter ist also so angeordnet, dass das Kondensat von selbst vom Rohr 21, in dem es sich bildet, zum Behälter 22 abfließen kann, wenn das Sammelventil VC offen ist. Der Sammelbehälter ist außerdem mit einem Entleerungsventil V2C ausgerüstet.
  • Nun wird ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben, indem mit einem Schritt der Regenerierung des Adsorptionsmittels 5 begonnen wird. Man geht davon aus, dass dem Regenerierungsschritt ein Adsorptionsschritt vorhergegangen ist, so dass von dem Adsorptionsmittel Gas adsorbiert wurde.
  • Das Adsorptionsmittel 5 wird erwärmt, um regeneriert zu werden. Im Austauschkreis 20 schließt man zunächst einen Kühlkreis, d.h. das Wassereinlassventil V1F am unteren Ende des Rohrs 21 und das Ablassventil V2F am oberen Ende des Rohrs sind geschlossen. Dann wird ein Heizkreis geöffnet, d.h. das Dampfeinlassventil V1C am oberen Ende des Rohrs 21 und das Sammelventil VC am unteren Ende des Rohrs werden geöffnet. Das Entleerungsventil V2C des Behälters 22 wird einige Augenblicke nach Einlass des Dampfes offen gehalten, um das Rohr 21 von den Gasen, die es enthält, zu spülen, dann wird es geschlossen, um den Heizkreis abzutrennen, und zwar insbesondere um Dampfaustritte zu vermeiden. Der Druck in dem Rohr erreicht nun einen Wert, der nahe denjenigen im Dampfgenerator ist, und die Temperaturen an den Wänden des Rohrs und denjenigen der Rippen steigen sehr schnell auf Werte, die nahe der Sättigungstemperatur des Dampfes sind. Der Temperaturgradient in dem Adsorptionsmittel, das sich erwärmt, der zunächst sehr hoch ist, nimmt schnell ab. Wäh rend der Erwärmung wird also Dampf im oberen Teil des Rohrs eingelassen und kondensiert in dem Maße, indem er das Rohr von oben nach unten durchquert, indem er seine Wärme freisetzt. Da der Heizkreis ein geschlossener Hohlraum ist, ist das gebildete Kondensatvolumen im Wesentlichen proportional zur ausgetauschten Wärmeleistung.
  • Gleichzeitig ist in dem Adsorptionskreis 10 das Vakuumventil W, das Einlassventil V1M für die zu behandelnde Mischung und das Ablassventil V2M für die behandelte Mischung geschlossen, so dass die Mischung nicht in der Säule 2 umläuft. Es ist möglich, eine Vorerwärmung vorzunehmen, bevor Spülgas in die Säule eingelassen wird. So beginnt die Erwärmung, ohne dass ein Strom in der Säule 2 fließt, wobei die Ventile V1P und V2P für den Umlauf des Spülgases auch geschlossen sind. Nach Vorerwärmung werden das Ventil V1P für den Einlass des Spülgases und das Ventil V2P für seinen Ablass geöffnet, so dass das Spülgas in der Säule 2 von unten nach oben fließt, indem es sich mit dem von dem Adsorptionsmittel befreiten Gas lädt und dann wird das Spülgas durch das Ablassventil V2P in Richtung einer Rückgewinnungsvorrichtung abgeführt, beispielsweise um gefiltert oder verbrannt zu werden. Die Spülung findet dann weiter statt, bis die Konzentration des freigesetzten Gases in dem Spülgas eine vordefinierte Minimumschwelle erreicht hat. Dieses Schwelle wird durch vorhergehende Versuche in einem Einstellungsschritt definiert, um eine Spülzeit zu bestimmen, die im Allgemeinen zum Erreichen dieser Schwelle erforderlich ist. Wenn diese Spülzeit erreicht ist, wird die Spülung abgebrochen. Hierzu schließt man das Dampfeinlassventil V1C und das Sammelventil VC und dann öffnet man das Spülventil V2C, um den Behälter 22 von den Kondensaten zu entleeren, die sich darin während der Erwärmung angesammelt haben. Man schließt ferner die Ventile V1P und V2P für den Umlauf des Spülgases. Das Volumen des Behälters 22 ist so gewählt, dass er das gesamte Kondensat enthalten kann, das normalerweise während der Erwärmungsphase erzeugt wird.
  • Es sei bemerkt, dass das Spülgas von unten nach oben fließt, während die behandelte Mischung von oben nach unten fließt. Auf diese Weise definiert man in dem Adsorptionsmittel einen Gradienten der "Verschmutzung" durch das adsorbierte Gas. In dem stärker verschmutzten oberen Teil tritt nämlich die Mischung mit zu adsorbierendem Gas geladen ein, während das Spülgas diesen mit diesem Gas beladen verlässt. Diese Anordnung gestattet es, indem man die sauberere untere Zone mit einem wenig oder nicht geladenen Spülgas reinigt, diese Zone möglichst sauber zu halten, um sicherzugehen, dass die Mischung im Adsorptionsschritt diese möglichst wenig geladen verlässt. Ebenso gestattet die Tatsache, dass das Spülgas über den am stärksten verschmutzten Teil austritt, zu gewährleisten, dass es sich soweit wie möglich mit freigesetztem Gas lädt.
  • Dann setzt man in diesem Beispiel den Adsorptionskreis unter Vakuum. Zu diesem Zweck öffnet man, indem die vier anderen Ventile V1P, V2P, V1M, V2M des Adsorptionskreises geschlossen gehalten werden, das Vakuumventil W und pumpt dann das Gas in die Säule. Da das Adsorptionsmittel noch warm ist und einem Unterdruck ausgesetzt ist, gestattet dies die Vervollständigung der Regeneration des Adsorptionsmittels. Dann ist die Säule 2 auf den atmosphärischen Druck zurückzubringen, indem in sie reines Spülgas eingeführt wird, indem das Spülgaseinlassventil V1P geöffnet wird, nachdem das Vakuumventil W geschlossen wurde.
  • Man kann auch eine "kalte" Pumpung vorsehen, d.h, vor oder ganz zu Beginn der Erwärmung. Auf diese Weise gewährleistet man, indem man die Freisetzung des adsorbierten Gases auslöst, dass die Konzentration an freigesetztem Gas hoch ist. Diese Option ist besonders zweckmäßig, wenn man ein großes Volumen zu regenerieren hat; so ist das freigesetzte Gas in der Restmischung weniger verdünnt und kann von Beginn der Erwärmung an konzentrierter rückgewonnen werden. Man kann nun die Öffnung des Ablassventils V2P für das Spülgas von dem Druck in der Säule abhängig machen, indem man dieses Ventil öffnet, wenn sich nach Schließung des Vakuumventils W wieder ein ausreichender Druck in der Säule 2 hergestellt hat, d.h. wenn genügend Gas von dem Adsorptionsmittel freigesetzt wurde, um diesen Druck wiederherzustellen. Man kann das Einlassventil V1P für das Spülgas geschlossen halten, solange die Erwärmung dafür ausreicht, dass das freigesetzte Gas von selbst austritt. Der Umlauf des Spülgases wird dann hergestellt, wenn die Erwärmung nicht mehr ausreichend ist.
  • Nun wird ein Adsorptionsschritt beschrieben, der auf den oben beschriebenen Regenerationsschritt folgt.
  • Man kühlt zuvor das Adsorptionsmittel. Zu diesem Zweck schließt man das Ventil V1C für den Einlass des Dampfes und das Sammelventil VC. Dann öffnet man das obere Ablassventil V2F, bevor man das Einlassventil V1F für flüssiges Wasser öffnet.
  • Zu Beginn ist das Adsorptionsmittel und das Rohr heiß, und das Wasser verdampft, so dass man hohe Wärmeübertragungskoeffizienten und damit eine schnelle Kühlung erhalten kann. Aus dem Rohr tritt eine Mischung aus flüssigem Wasser und Dampf aus, die abgeführt und dann in einem Separator 26 getrennt wird, der mit Mitteln 27 zum Herstellen des atmosphärischen Drucks ausgerüstet ist. Wenn die Temperatur des Adsorptionsmittels niedrig genug ist, bringt man das zu behandelnde, beispielsweise zu trennende oder zu reinigende Gasgemisch in Umlauf. Das heißt, indem die Ventile W, V1P, V2P, die das Herstellen des Vakuums und den Umlauf des Spülgases steuern, geschlossen sind, öffnet man das Einlassventil V1M und das Ablassventil V2M für die Mischung. Die Mischung fließt nun in der Säule 2, indem sie sich reinigt. Die Vorrichtung 1 ist so beschaffen, dass die auf diese Weise behandelte Mischung, wenn sie abgeführt wird, den Normen der Konzentration an dem Gas entspricht, das adsorbiert hätte werden sollen. Es bildet sich während der Adsorption eine "Adsorptionsfront", d.h. ein Adsorptionsgradient, der vom oberen Teil des Adsorptionsmittels, der am stärksten verschmutzt ist, auf den sauberen unteren Teil zu abnimmt. Diese Front bewegt sich während des Adsorptionsschritts nach unten. Man bricht den Adsorptionsschritt ab, bevor die Front den unteren Teil erreicht hat, also wenn der untere Teil noch rein ist, d.h. die Mischung ist, wenn sie in den unteren Teil gelangt, so gereinigt, dass keine Adsorption mehr stattfindet.
  • Wenn mehrere Gasarten adsorbiert werden, wobei ihre Affinitäten zu dem Adsorptionsmittel verschieden sein können, kann es eine Front für jede Gasart geben. Man kann auf diese Weise eine Trennung vornehmen, indem man das Adsorptionsmittel in geeigneter Weise wählt und indem man geeignete Adsorptionszeiten und Regenerationszeiten verwendet.
  • Nach Beendigung der Adsorptionsphase läuft der Zyklus mit einer neuen Regenerationsphase weiter.
  • Man verwendet für die Kühlung vorzugsweise Wasser E, das entmineralisiert oder in geeigneter Weise behandelt ist, so dass eine Kesselsteinablagerung im Austauschkreis und insbesondere im Rohr 2 vermieden wird.
  • Es sei bemerkt, dass eine vollständige Anlage, wenn sie kontinuierlich arbeiten soll, mehrere Säulen umfasst, so dass, wenn man das Adsorptionsmittel der einen regeneriert, die Adsorption in der anderen Säule stattfinden kann.
  • 2 zeigt schematisch eine Kühlvorrichtung 100, die eine erfindungsgemäße Regenerationsvorrichtung 104 benutzt. Die Kühlvorrichtung umfasst hauptsächlich einen Kühlkreis 110, in dem ein Kühlmittel umläuft. Die wichtigsten Elemente des Kühlkreises sind ein Verdampfer 101, ein Kondensator 102, ein Kondensator 103 und ein Adsorber 103 zur Aufnahme eines Adsorptionsmittels. Der Verdampfer 101 ist mit dem Adsorber 103 über ein erstes Ventil V1 für den Kühlmittelumlauf vom Verdampfer zum Adsorber verbunden. Der Adsorber ist mit dem Kondensator 102 über ein zweites Ventil V2 für den Umlauf des Kühlmittels vom Adsorber zum Kondensator verbunden. Die Rückkehr des Kühlmittels vom Kondensator 102 zum Verdampfer 103 findet über ein Rohr 106 statt, und wird durch ein Druckminderventil V3 geregelt. Die Einheit, die aus dem mit dem Druckminderventil V3 ausgerüsteten Rohr 106 besteht, kann durch ein Kapillarrohr ersetzt sein.
  • Die Kühlung findet in einem intermittierenden Zyklus statt, während dessen das Fluid in dem Kondensator 102 unter Hochdruck HP kondensiert wird und in dem Verdampfer 101 unter Niederdruck BP verdampft wird.
  • Der Verdampfer ist über 111 mit einer zu kühlenden Last 107 verbunden, für die die Kühlvorrichtung 100 als Wärmepumpe dient. Die Last 107 kann ein Eiswassernetz sein. Die aus dem Kondensator austretende Wärme wird über eine Wärmeabga be 102 abgeführt. Das Adsorptionsmittel und damit der Adsorber und das in dem Adsorber enthaltene Kühlmittel werden durch die Regenerationsvorrichtung 104 abwechselnd erhitzt und gekühlt. Die Regenerationsvorrichtung besteht aus einem Wärmetauschkreis, in dem ein Wärmetransportfluid umläuft.
  • Nun wird ein Kühlzyklus beschrieben, indem davon ausgegangen wird, dass man mit seiner Beschreibung beginnt, wenn das Adsorptionsmittel gerade regeneriert wurde und seine Höchsttemperatur erreicht hat, und das Kühlmittel in dem Adsorber unter dem Hochdruck HP ist. Die Ventile V1, V2, V3 sind nun geschlossen, das Adsorptionsmittel und damit der Adsorber werden allmählich gekühlt und der Druck des Kühlmittels im Adsorber nimmt ab. Das Adsorptionsmittel adsorbiert das Kühlmittel mindestens teilweise.
  • Wenn der Druck in dem Adsorber den Niederdruck BP erreicht, wird das erste Ventil V1 geöffnet. Nun beginnt die Verdampfung des Kühlmittels im Verdampfer 101. Der Adsorber wird weiter gekühlt und seine Temperatur nimmt ab und die Adsorption kann weiter stattfinden, solange das Adsorptionsmittel nicht mit Kühlmittel gesättigt ist. Wenn die Temperatur des Adsorptionsmittels aufhört zu sinken, ist das Adsorptionsmittel gesättigt. Es kommt zu einem Druckgleichgewicht im Adsorber und im Verdampfer und die Verdampfung hört auf.
  • Man schließt nun das erste Ventil V1, während das zweite Ventil V2 geschlossen gehalten wird. Dann erhitzt man das Adsorptionsmittel gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren, wie es oben beschrieben wurde, und zwar insbesondere mit Hilfe eines Wärmetransportfluids, das seine Phase wechselt. Die Temperaturerhöhung des Adsorptionsmittels bringt seine Regenerierung und damit eine Desorption des Kühlmittels in Form von überhitztem Dampf mit sich. Infolgedessen nimmt der Druck in dem Adsorber, der ein geschlossener Behälter ist, zu.
  • Wenn der Druck in dem Adsorber den Wert HP erreicht, öffnet man das zweite Ventil V2 und das Kühlmittel tritt in Form von Dampf in den Kondensator 102 ein, in dem es allmählich kondensiert wird. Die Kondensation findet solange statt, wie in dem Adsorber Dampf erzeugt wird, d.h. bis das Adsorptionsmittel vollständig regeneriert ist.
  • Wenn die Kondensation aufhört, wobei das Kühlmittel in flüssiger Form über das Rohr 106 in den Verdampfer 101 zurückkehrt, beginnt der Zyklus, wie oben beschrieben, wieder von vorne.
  • Die Verwendung eines Wärmetransportfluids, das seine Phase wechselt, insbesondere zur Regenerierung des Adsorptionsmittels gestattet eine Beschleunigung des Kühlzyklus.
  • Die Erfindung ist natürlich nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt und an diesen Beispielen können zahlreiche Änderungen vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.
  • Insbesondere ist die Evakuierung nach der Spülung ein optioneller Schritt, der je nach dem verwendeten Materialtyp oder den verwendeten Gasen gewählt werden kann.
  • Anstelle eines einzigen Rippenrohrs können von diesem mehrere vorgesehen sein, die in einer gemeinsamen Säule parallel angeordnet sind. Das Rippenrohr wurde vertikal angeordnet, damit der Dampf sich von selbst im oberen Teil und die Flüssigkeit im unteren Teil des Austauschkreises positioniert. Es kann anders angeordnet sein und beispielsweise eine Schraubenform besitzen.
  • Dasselbe Verfahren, das hier für die Reinigung einer Gasmischung beschrieben wurde, kann für die Reinigung von anderen Fluiden, insbesondere einer flüssigen Mischung, verwendet werden.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Abtrennen oder Reinigen eines zu behandelnden Fluids, umfassend: – einen Trennschritt, in dem man das Fluid in/über ein Adsorbtionsmittel (3) leitet und das Adsorptionsmittel kühlt, und – einen Regenerierungsschritt, in dem man das Adsorptionsmittel mit einem Wärmetransportfluid erwärmt und ein Spülfluid über das Adsorptionsmittel leitet, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetransportfluid seine Phase wechselt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man zu Beginn des Regenerierungsschritts ein Teilvakuum herstellt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man am Ende des Regenerierungsschritts ein Teilvakuum herstellt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man das Adsorptionsmittel mit einem Wärmetransportfluid kühlt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetransportflüssigkeit zum Kühlen des Adsorptionsmittels ihre Phase wechselt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetransportfluid Wasser ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zu behandelnde Fluid eine Gasmischung ist.
  8. Vorrichtung (1) zum Abtrennen oder Reinigen eines zu behandelnden Fluids, umfassend eine Adsorptionssäule (2), die Adsorptionsmittel (3) enthält, und einen Wärmetauschkreis (20), von dem ein Wärmetauscher (21) im Kern des Adsorptionsmittels angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauschkreis ferner einen an einem ersten Ende (211) des Wärmetauschers angeordneten Einlass (V1C) für ein Wärmetransportfluid in Form von Dampf und einen an einem zweiten Ende (212) des Wärmetauschers angeordneten Ablass (VC) für ein Kondensat dieses Dampfs umfasst.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen Dampferzeuger (24) umfasst.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen am zweiten Ende des Wärmetauschers angeordneten Einlass (V1F) für ein anderes Wärmetransportfluid in flüssiger Form und einen am ersten Ende des Wärmetauschers angeordneten Ablass (V2F) für dieses Wärmetransportfluid in flüssiger und/oder Dampfform umfasst.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablass des anderen Wärmetransportfluids in flüssiger und/oder Dampfform bis zu einer Trennvorrichtung (26) mit Entlüftung (27) stattfindet.
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