EP3227002A1 - Verfahren zum abscheiden von wasser aus einem gasförmigen arbeitsmedium sowie ein wasserabscheider für ein arbeitsmedium - Google Patents

Verfahren zum abscheiden von wasser aus einem gasförmigen arbeitsmedium sowie ein wasserabscheider für ein arbeitsmedium

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EP3227002A1
EP3227002A1 EP15805392.6A EP15805392A EP3227002A1 EP 3227002 A1 EP3227002 A1 EP 3227002A1 EP 15805392 A EP15805392 A EP 15805392A EP 3227002 A1 EP3227002 A1 EP 3227002A1
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EP
European Patent Office
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reaction chamber
water
ionic liquid
working medium
outlet
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15805392.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Adler
Ekkehardt Klein
Markus Rasch
Christoph Nagl
Andreas POLLAK
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C10L2290/547—Filtration for separating fractions, components or impurities during preparation or upgrading of a fuel
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    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/60—Measuring or analysing fractions, components or impurities or process conditions during preparation or upgrading of a fuel

Definitions

  • the invention relates to a method for separating water from a gaseous working medium, and a water separator and a
  • Compressor stations for, for example, natural gas or hydrogen are basically designed for operation with a dry working gas. Will such a
  • Compressor station supplied with a hydrous working gas, so does the
  • the separation of the water components serves to prevent unwanted condensation in subsequent apparatuses and connecting pipelines.
  • an excessively high proportion of water is the result of subsequent use of fuel gases in internal combustion engines
  • Drying systems according to the prior art for example, work with
  • porous material such as silica gel.
  • Such highly porous materials absorb the water content from the working gas.
  • Beds in dryer systems of the prior art inherently require a very large volume.
  • a regeneration of the bed can be done by flowing with dry, unsaturated natural gas, heating or by exchanging the bed. To replace the bedding is at
  • the object according to the invention is achieved by a method for separating water from a gaseous working medium which has at least the following steps:
  • a reaction chamber is provided in which a
  • a substance mixture formed from a preferably used ionic liquid may contain a water content of> 0% by weight to ⁇ 100% by weight.
  • the reaction chamber is arranged such that a gaseous
  • Ionic liquids are (especially organic) salts whose lattice energy is so low that these salts are liquid in a temperature range of preferably -25 ° C to the point of their thermal decomposition, which is preferably greater than or equal to 250 ° C, without the Salt is dissolved in a solvent, such as water.
  • the ionic liquid can in particular
  • Methanesulfonate or ethanesulfonate (e.g., each wt% -50%), e.g. 1-ethyl-3-methylimidazolium methanesulfonate (CAS No .: 145022-45-3), tris (2-hydroxyethyl) methylammonium methylsulfate (CAS No .: 29463-06-7, also referred to as ethanaminium, 2-hydroxybenzyl) N, N-bis (2-hydroxyethyl) -N-methyl-, methylsulfate), or 1-ethyl-3-methylimidazolium ethylsulfate (CAS No .: 342573-75-5, also referred to as 1H-imidazolium, 1 - ethyl 3-methyl, ethyl sulfate).
  • the ionic liquid may be a mixture of the above ingredients, in particular CAS No .: 342573-75-5 and
  • Ionic liquids are thus able to bind water and to separate accordingly from the moist, gaseous working medium. Due to the low, barely measurable vapor pressure of the ionic liquids, the working medium in (at least constant) high purity after passing through the ionic liquid is available. In particular, particles are also deposited in the working medium and retained by the ionic liquid.
  • a particular advantage of this method is that the ionic liquid can be easily removed as a liquid material from the reaction chamber and can be easily cleaned or regenerated. In addition, a big advantage of this procedure is that the cleaning of the
  • Embodiment of the invention can be carried out under an atmospheric pressure, because the ionic liquid (technically) is incompressible and is mechanically insusceptible compared to a bed.
  • the ionic liquid technically
  • Embodiment is thus preferably held in the reaction chamber at least during the separation of water, an overpressure relative to the atmospheric pressure in an environment of the reaction chamber.
  • This is particularly preferred Process carried out in one stage. This is possible due to the low vapor pressure of the ionic liquid and the very high dissolving power of the ionic liquid.
  • the working medium is usually a gas or a two-phase fluid, in particular with a significantly larger proportion of gas, preferably greater than 90% by volume, whereby solid (contaminant) particles may also be contained.
  • Working medium is natural gas or hydrogen.
  • the method is carried out as a continuous process, wherein a working medium inlet for introducing the aqueous working medium and a clean medium outlet for discharging the dried working medium are provided, wherein preferably the working medium to be dried rises against the gravitational field by the ionic liquid upwards or . to be led.
  • Other ways of driving are however also conceivable.
  • the gaseous working medium is preferably continuously passed through the ionic liquid, so that this cleaning or drying of the working medium can be incorporated into a continuous (or quasi-continuous) process, and the working medium (quasi) continuously, for example, a compression ( in particular in a downstream compressor station) can be fed.
  • the working medium is supplied to the ionic liquid from below and, due to its lower density relative to the ionic liquid in the ionic liquid, rises upward against the gravitational field (the earth) therein and is discharged via the clean medium outlet above the liquid level of the ionic liquid.
  • the pure medium here is the dried and possibly freed from particles working medium.
  • the treatment can also be carried out as a separate process without the previously explained steps for separating water from a working medium.
  • the reaction chamber is also used for treatment (also called regeneration) of the ionic liquid, in which case preferably the implementation of the working medium is interrupted in order not to generate (large) losses of working medium.
  • the sufficiently loaded cleaning medium, ie the ionic liquid, is in the
  • Water outlet provided, which is preferably arranged above the ionic liquid, so that preferably substantially only vaporous water (due to the low vapor pressure of the ionic liquid) is removed.
  • the ionic liquid, or preferably a part of the ionic liquid, exchanged for processing wherein preferably the working medium for separating water can be continuously passed through the (remaining) ionic liquid.
  • the working medium for separating water can be continuously passed through the (remaining) ionic liquid.
  • as much purified ionic liquid is always supplied as is removed to be purified ionic liquid.
  • the ionic liquid is continuously exchanged, so that in particular the
  • Loading level of the ionic liquid can be kept substantially constant or within certain limits.
  • trapped particles may be continuously filtered out of the ionic liquid, for example by means of at least one filter downstream of the reaction chamber (e.g., in the conduits and / or in the treatment apparatus).
  • the distilled water obtained in the preparation is collected, preferably before the ionic liquid is freed by means of one or more filters of particles.
  • the recovered water is provided to another process.
  • the ionic liquid is previously freed from particles by means of one or more filters, so that a high-purity water distillate is obtained.
  • Reaction chamber for the deposition and regeneration use is preferably accomplished by means of alternately open pure medium outlet and water outlet, the capture of the water. With spatial separation of separation and treatment a continuous removal of water is possible.
  • a dead space in the reaction chamber is reduced to a desired level before starting the replacement of the ionic liquid by raising the liquid level, whereby a safety distance to the existing (upper) outlets can be taken into account (eg not to flood).
  • the dead space in the reaction chamber that is to say the space which is not filled with an ionic liquid, is preferably reduced to the extent that process reliability permits in particular. This will the volume in which the working medium is not treated, kept low, so that the volume efficiency of this method is very high, especially in comparison to beds.
  • the dead space prior to replacement and / or replacement of the ionic liquid, is either kept as low as possible or reduced as little as possible to avoid discharging (too) a large amount of working fluid during the cleaning process and thus losing it goes.
  • the dried working medium to be discharged is passed over at least one coalescing filter in order to carry out a fine separation of water fractions before it is removed as pure medium and made available to a subsequent process.
  • an atmospheric overpressure is maintained in the reaction chamber at least during the water absorption.
  • a water separator for a gaseous working medium which comprises at least the following
  • Components includes:
  • a liquid-tight reaction chamber for receiving a hygroscopic ionic liquid wherein in particular the reaction chamber is filled with the hygroscopic ionic liquid (which then forms part of the water separator), and wherein in particular the reaction chamber for
  • Carrying an overpressure is designed relative to the atmosphere surrounding the reaction chamber;
  • a lockable working medium inlet for introducing the gaseous and aqueous working medium to be dried in the reaction chamber, wherein in particular the working medium inlet below the reaction chamber is arranged;
  • shut-off clean medium outlet for removing the dried working medium from the reaction chamber
  • Puremediumauslass is arranged above the reaction chamber.
  • the water separator thus comprises a liquid-tight reaction chamber, which is preferably designed gas-tight beyond.
  • the (highly) hygroscopic ionic liquid is preferably contained or receivable in the reaction chamber, as has already been described at the outset.
  • the working medium inlet and the clean medium outlet face each other along a longitudinal axis of the reaction chamber along which
  • Reaction chamber extends or has a maximum extent, so that the treatment path of the working medium is as long as possible.
  • the clean medium outlet is arranged above the reaction chamber with respect to the gravitational field (of the earth) and the working medium inlet is arranged below the reaction chamber. That is, the longitudinal axis of the reaction chamber preferably extends along the vertical. However, the reaction chamber can also be aligned along the horizontal, so that the longitudinal axis is horizontal (and the working medium according to flows from left to right or vice versa).
  • the gaseous working medium which usually has a lower density than the ionic liquid, against the gravitational field in the ionic liquid automatically, so without supply of active energy to ascend, wherein at least a majority of the water content of the working medium is bound by the hygroscopic ionic liquid. Due to the already described above low vapor pressure of the ionic liquid thus occurs at the clean medium outlet, a (substantially) high-purity, dried working fluid from the ionic liquid, which can now be fed to another process.
  • the reaction chamber is preferably designed to carry pressure, so that the method can be carried out even with a significant overpressure relative to the surrounding atmosphere.
  • the water separator is preferably designed for carrying out a method as described above.
  • at least one water outlet is furthermore preferably provided or arranged above the reaction chamber, wherein evaporating water can be discharged via the water outlet during the treatment of the ionic liquid in the reaction chamber.
  • the reaction chamber may have a heating element, which for
  • At least one exchange outlet preferably below the reaction chamber, is provided, which is set up and provided for supplying and / or removing ionic liquid from the reaction chamber.
  • the ionic liquid can be discharged in particular from the reaction chamber, so that, for example, a treatment of the ionic liquid outside the reaction chamber can be carried out.
  • a supply and removal is particularly easy to carry out, for example by means of a liquid pump.
  • At least one inlet and at least one outlet are provided, by means of which the ionic liquid is continuously exchangeable.
  • the ionic liquid can be withdrawn via the outlet and at the same time - in regenerated form - be fed via the inlet into the reaction chamber.
  • the loading of the ionic liquid can thus be regulated with advantage and a continuous operation of the water separator is possible.
  • the water separator can thus be integrated with advantage into a continuous process structure.
  • the clean medium outlet has at least one coalescing filter on the reaction chamber side or is in flow connection with such a filter.
  • the coalescing filter is preferably designed for separating remaining water fractions from the dried working medium.
  • a water separator system for drying a gaseous working medium is proposed, wherein the
  • Water Separator system comprises at least one water separator according to the invention (for example, according to an embodiment described herein) and at least one separate treatment device, which is designed for conditioning (regeneration) of the ionic liquid so that it can be reintroduced into the reaction chamber.
  • the treatment device may have at least one particle filter for filtering out particulate impurities from the ionic liquid. Furthermore, the treatment device preferably has at least one heating element for heating the ionic liquid or for evaporating water bound to the ionic liquid. Furthermore, the treatment unit preferably has at least one water outlet for discharging the evaporated water.
  • the treatment device is preferably connected via at least one flow path to the reaction chamber, preferably via an inlet and an outlet of the reaction chamber, so that a continuous treatment of the ionic liquid is possible.
  • the ionic liquid is withdrawn via the outlet from the reaction chamber, regenerated in the treatment device and returned to the reaction chamber via the inlet.
  • the separation of water from the working medium in the reaction chamber in particular at pressures in the reaction chamber in the range of 1 bar (or 0 barü) to 551 bar (or 550 barü), in particular in the range of 20 bar to 330 bar, in particular in the range of 16 bar to 250 bar, and in particular at
  • the separation of water from the working medium is preferably at a temperature in the reaction chamber in the range of + 60 ° C to + 150 ° C and a pressure in the reaction chamber in Range from 20 bar to 330 bar instead. If the working medium is hydrogen or the
  • Working medium has hydrogen
  • the deposition of water from the working medium preferably takes place at a temperature in the reaction chamber in the range of + 60 ° C to + 160 ° C and a pressure in the reaction chamber in the range of 16 bar to 250 bar instead.
  • Fig. 2 a Wasserabscheidersystem with separate processing device.
  • a water separator 1 in which a reaction chamber 3 is provided, which with an ionic liquid 4 to a
  • Liquid level 18 is filled.
  • a heating element 10 projects, with which the ionic liquid 4 can be heated.
  • a working medium inlet 5 is provided, via which to be dried (water-containing) and gaseous working medium 2, preferably natural gas or hydrogen, is introduced into the reaction chamber 3.
  • a clean medium outlet 6 is provided on the upper side of the reaction chamber 3, which in this example is arranged in a cover 29 (see below) of the reaction chamber 3.
  • a dried working fluid 7 is discharged.
  • the reaction chamber 3 preferably extends in operation along a vertical longitudinal axis or cylinder axis, wherein the working medium inlet 5 and the clean medium outlet 6 lie opposite one another along the longitudinal axis.
  • Reaction chamber 3 may have a cylindrical, along the longitudinal axis extended
  • reaction chamber 3 can be closed at the bottom by a wall connected to the ground (except for any inlets and outlets).
  • the reaction chamber 3 is preferably closed by the cover or cylinder head 29, which can be screwed to the wall 8 via screw connections, of which only the screwing bores 23 are shown schematically here.
  • a water outlet 6 is provided above the reaction chamber 3, via the water vapor during the reprocessing of the ionic liquid 4, for example by means of heating the ionic liquid 4 by means of the heating element 10, can be discharged.
  • the clean medium outlet 6 and the water outlet 9 are preferably formed in the lid 29.
  • an exchange outlet 11 is arranged below the reaction chamber 3, via which the ionic liquid 4 can be supplied to the reaction chamber 3 and removed therefrom.
  • the clean medium outlet 6 can be shut off by means of the pure medium lock fitting 21, for example, when the ionic liquid 4 is conditioned (by heating).
  • the water outlet 9 can be shut off by means of a water-blocking valve 22, for example during the deposition phase when the water-containing working medium 2 is dried.
  • a coalescing filter 14 downstream of the reaction chamber 3 is fluidly connected to the clean medium outlet 6, which is arranged and provided for fine separation of the residual water content in the dried working medium 7. After that, a pure medium 20 can be fed to a subsequent process or storage.
  • the dead volume of the reaction chamber 3 is very low and in particular only to a safety distance 19 between the
  • the water separator 1 shown here is particularly compact and allows a continuous implementation of the water separation from the gaseous
  • a Wasserabscheidersystem 15 with a water separator 1 and a separate Aufleungsvorric device 16 is provided, wherein the water separator 1 is constructed similar to that shown in Fig. 1 and also preferred here
  • Chamber wall 8 is designed for an overpressure against the surrounding atmosphere.
  • an inlet 12 and an outlet 13 are provided on the reaction chamber 3, which thus form two exchange ports 11.
  • the inlet 12 allows the supply of ionic liquid 4, which is recycled from the processing device 16 can be fed.
  • the outlet 13 connects the water separator 1 and the treatment device 16, so that the ionic liquid 4, here for example by means of a pump 24, the treatment in the processing device 16 can be fed.
  • a particle filter 17 is provided downstream of the reaction chamber 3 or in the outlet 13, with which particles of the ionic liquid 4 introduced from the aqueous working medium 2 can be separated off.
  • In the conditioning device 16 is a heating element 10th
  • the ionizing liquid 4 can be heated via the treatment inlet 25, so that water is released in vapor form and as water vapor 28 via a water outlet 9 of the treatment device 16 can be discharged.
  • the dried ionic liquid is then poured over the
  • Treatment outlet 26 discharged and in turn fed via a return line 27 and the inlet 12 of the reaction chamber 3.
  • this water separation system 15 is particularly suitable for continuous processes in which a disruption of the water separation is normally not provided.
  • the method is carried out as possible in such a way that a water-containing, gaseous working medium 2 of the reaction chamber 3 from below via the
  • Reaction chamber 3 again, preferably cooled, supplied.
  • water is separated from a natural gas-containing working medium 2 using one of the ionic liquids described above, wherein the separation of water from the
  • water is from a
  • the separation of water from the working medium at a temperature in the reaction chamber 3 in the range of + 60 ° C to + 160 ° C and a pressure in the reaction chamber in the range of 16 bar is performed up to 250 bar.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden von Wasser aus einem gasförmigem Arbeitsmedium (2), wobei zumindest die folgenden Schritte durchgeführt werden: Bereithalten einer hygroskopischen ionischen Flüssigkeit (4) in einer Reaktionskammer (3); Zuführen des wasserhaltigen Arbeitsmediums (2) und Durchleiten des Arbeitsmediums (2) durch die ionische Flüssigkeit (4), wobei Wasser von der ionischen Flüssigkeit (4) gebunden wird und dadurch aus dem Arbeitsmedium abgeschieden wird; und Abführen des getrockneten Arbeitsmediums (7). Des Weiteren betrifft die Erfindung einen entsprechenden Wasserabscheider (1) sowie ein Wasserabscheidersystem (15).

Description

Verfahren zum Abscheiden von Wasser aus einem gasförmigen Arbeitsmedium sowie ein Wasserabscheider für ein Arbeitsmedium
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden von Wasser aus einem gasförmigen Arbeitsmedium, sowie einen Wasserabscheider und ein
Wasserabscheidersystem für ein solches Arbeitsmedium, insbesondere zur
Verwendung in Verdichterstationen für beispielsweise Erdgas oder Wasserstoff.
Verdichterstationen für beispielsweise Erdgas oder Wasserstoff sind grundsätzlich für einen Betrieb mit einem trockenen Arbeitsgas ausgelegt. Wird eine derartige
Verdichterstation mit einem wasserhaltigen Arbeitsgas versorgt, so stellt die
Aufbereitung dieser wasserhaltigen Gasgemische einen besonders wichtigen
Arbeitsschritt dar. Die Abtrennung der Wasseranteile dient einerseits dazu, ein unerwünschtes Auskondensieren in nachfolgenden Apparaten und verbindenden Rohrleitungen zu verhindern. Andererseits ist ein zu hoher Wasseranteil bei einer nachfolgenden Nutzung von Brenngasen in Verbrennungskraftmaschinen
problematisch, da es zu Korrosionsschäden kommen kann. Daher werden
Trocknungssysteme eingesetzt. Trocknungssysteme nach dem Stand der Technik arbeiten beispielsweise mit
Schüttungen aus porösem Material wie beispielsweise Kieselgel. Solche hochporösen Materialien absorbieren den Wasseranteil aus dem Arbeitsgas. Die porösen
Schüttungen in Trockneranlagen des Standes der Technik benötigen prinzipbedingt ein sehr großes Volumen. Eine Regeneration der Schüttung kann mittels Durchströmen mit trockenem, ungesättigtem Erdgas, Ausheizen oder durch Austauschen der Schüttung vorgenommen werden. Zum Austauschen der Schüttung ist bei
Trockneranlagen des Standes der Technik ein Öffnen des Behälters notwendig, um die Schüttung restlos ersetzen zu können. Dabei wird ein großer Anteil des Arbeitsgases ungenutzt abgelassen. Mit porösen Schüttungen ist es nur bedingt möglich, ein Arbeitsmedium von Partikeln zu befreien, wodurch eine abschließende Filtration des Arbeitsmediums notwendig ist. Zudem zerbrechen poröse Schüttungen leicht unter äußerer Belastung, wobei beispielsweise Druckbeaufschlagungen mit besonders hohen Drücken bereits ausreichen. Hierdurch ist der maximale Betriebsdruck begrenzt. Die maximale Wasseraufnahme liegt bei Schüttmaterialien des Standes der Technik bei etwa 30 Gew.-% der Eigenmasse der Schüttung. Die Wasseraufnahme ist damit stark begrenzt. Ein weiteres Verfahren verwendet zur Entfeuchtung des Arbeitsgases Triethylenglycol (TEG), wobei der Prozess meist mehrstufig gehalten werden muss, um die gewünschte Reinheit erreichen zu können.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Abscheiden von Wasser aus einem gasförmigen Arbeitsmedium gelöst, das zumindest die folgenden Schritte aufweist:
a. Bereithalten einer hygroskopischen ionischen Flüssigkeit in einer
Reaktionskammer;
b. Zuführen eines wasserhaltigen, gasförmigen Arbeitsmediums in die
Reaktionskammer und Durchleiten des Arbeitsmediums durch die ionische Flüssigkeit, wobei Wasser von der ionischen Flüssigkeit gebunden wird;
c. Abführen des getrockneten Arbeitsmediums.
Für dieses Verfahren wird eine Reaktionskammer vorgehalten, in der eine
(insbesondere stark) hygroskopische, ionische Flüssigkeit (die insbesondere in beliebigem Verhältnis mit Wasser mischbar ist, z.B. >=90%, d.h., das Stoffgemisch weist 10 Gew.-% ionische Flüssigkeit und 90 Gew.-% Wasser auf) vorgehalten wird. Grundsätzlich kann ein aus einer bevorzugt verwendeten ionischen Flüssigkeit gebildetes Stoffgemisch einen Wasseranteil von >0 Gew.-% bis <100 Gew.-% enthalten. Die Reaktionskammer ist derart eingerichtet, dass ein gasförmiges
Arbeitsmedium, vorzugsweise Erdgas oder Wasserstoff, eingeleitet werden kann und durch die ionische Flüssigkeit durchgeführt werden kann und wiederum abgeführt werden kann. Ionische Flüssigkeiten sind (insbesondere organische) Salze, deren Gitterenergie derart gering ist, dass diese Salze in einem Temperaturbereich von bevorzugt -25°C bis zum Punkt ihrer thermischen Zersetzung, der vorzugsweise größer oder gleich 250°C ist, flüssig sind, ohne dass das Salz dabei in einem Lösungsmittel, wie zum Beispiel Wasser, gelöst ist. Die ionische Flüssigkeit kann insbesondere
Methansulfonat oder Ethansulfonat aufweisen (z.B. jeweils Gew. -50%), z.B. 1-Ethyl-3- methylimidazolium methanesulfonate (CAS-Nr.: 145022-45-3), Tris(2- hydroxyethyl)methylammonium methylsulfat (CAS-Nr.: 29463-06-7, auch bezeichnet als Ethanaminium, 2-hydroxy-N,N-bis(2-hydroxyethyl)-N-methyl-, methylsulfat), oder 1 - Ethyl-3-methylimidazolium ethylsulfat (CAS-Nr.: 342573-75-5, auch bezeichnet als 1 H- Imidazolium, 1 -ethyl-3-methyl-, ethylsulfat). Weiterhin kann die ionische Flüssigkeit eine Mischung der oben genannten Bestandteile sein, insbesondere aus CAS-Nr.: 342573-75-5 und CAS-Nr.: 29463-06-7. Andere hygroskopische ionische Flüssigkeiten können ebenfalls verwendet werden.
Ein besonderer Vorteil solcher ionischen Flüssigkeiten ist, dass sie einen kaum messbaren Dampfdruck, vergleichbar mit Stahl, aufweisen und sehr gute
Lösungseigenschaften besitzen, also stark hygroskopisch sind. Ionische Flüssigkeiten sind also in der Lage, Wasser zu binden und entsprechend vom feuchten, gasförmigen Arbeitsmedium abzuscheiden. Durch den geringen, kaum messbaren Dampfdruck der ionischen Flüssigkeiten ist das Arbeitsmedium in (zumindest gleichbleibend) hoher Reinheit nach einem Durchschreiten der ionischen Flüssigkeit erhältlich. Insbesondere werden hierbei auch Partikel im Arbeitsmedium abgeschieden und von der ionischen Flüssigkeit zurückgehalten. Ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass die ionische Flüssigkeit als flüssiges Material leicht aus der Reaktionskammer abgeführt werden kann und auf einfache Weise gereinigt bzw. regeneriert werden kann. Darüber hinaus ist ein großer Vorteil dieses Verfahrens, dass die Reinigung des
Arbeitsmediums mittels der ionischen Flüssigkeit gemäß einem vorteilhaften
Ausführungsbeispiel der Erfindung unter einem atmosphärischen Überdruck ausgeführt werden kann, weil die ionische Flüssigkeit (technisch) inkompressibel ist und im Vergleich zu einer Schüttung mechanisch unanfällig ist. Bei diesem
Ausführungsbeispiel wird also bevorzugt in der Reaktionskammer zumindest während der Wasserabscheidung ein Überdruck relativ zum atmosphärischen Druck in einer Umgebung der Reaktionskammer vorgehalten. Besonders bevorzugt wird das Verfahren einstufig durchgeführt. Dies ist aufgrund des geringen Dampfdrucks der ionischen Flüssigkeit und des sehr hohen Lösungsvermögens der ionischen Flüssigkeit möglich. Das Arbeitsmedium ist in der Regel ein Gas bzw. ein zweiphasiges Fluid, insbesondere mit einem deutlich größeren Gasanteil von bevorzugt größer 90 Vol.-%, wobei auch feste (Verunreinigungs-) Partikel enthalten sein können. Ein bevorzugtes
Arbeitsmedium ist Erdgas oder Wasserstoff. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist das Verfahren als Durchlaufverfahren ausgeführt, wobei ein Arbeitsmediumeinlass zum Einlassen des wasserhaltigen Arbeitsmediums und ein Reinmediumauslass zum Auslassen des getrockneten Arbeitsmediums vorgesehen sind, wobei bevorzugt das zu trocknende Arbeitsmedium entgegen dem Schwerefeld durch die ionische Flüssigkeit nach oben steigt bzw. geführt wird. Andere Fahrweisen sind jedoch auch denkbar.
Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird bevorzugt kontinuierlich das gasförmige Arbeitsmedium durch die ionische Flüssigkeit geleitet, so dass diese Reinigung beziehungsweise Trocknung des Arbeitsmediums in einen kontinuierlichen (oder auch quasikontinuierlichen) Prozess einbindbar ist, und das Arbeitsmedium (quasi)kontinuierlich zum Beispiel einer Verdichtung (insbesondere in einer nachgeschalteten Verdichterstation) zuführbar ist.
Besonders bevorzugt wird das Arbeitsmedium der ionischen Flüssigkeit von unten zugeführt und steigt aufgrund seiner gegenüber der ionischen Flüssigkeit geringeren Dichte in der ionischen Flüssigkeit entgegen dem Schwerefeld (der Erde) darin nach oben auf und wird über den Reinmediumauslass oberhalb des Flüssigkeitsspiegels der ionischen Flüssigkeit ausgelassen. Als Reinmedium wird hierbei das getrocknete und eventuell von Partikeln befreite Arbeitsmedium bezeichnet. Alternativ zu einer
Strömungsrichtung des Arbeitsmediums entlang der Vertikalen kann jedoch auch eine Strömungsführung des Arbeitsmediums entlang der Horizontalen vorgenommen werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird zur
Aufbereitung der ionischen Flüssigkeit die Reaktionskammer beheizt und das dampfförmig abgeschiedene Wasser über einen Wasserauslasses abgeführt, wobei bevorzugt ein erwünschter Trocknungsgrad erzielt wird, indem die ionische Flüssigkeit über eine vorbestimmte (z.B. empirisch ermittelte) Heizdauer erhitzt wird. Alternativ besteht die Möglichkeit, die beladene ionische Flüssigkeit solange zu erhitzen, bis sich ein gewünschter Trocknungsgrad eingestellt hat. Dieser kann durch eine der folgenden Maßnahmen bestimmt werden:
Bestimmen der Masse der ionischen Flüssigkeit;
Bestimmen der Masse des abgeschiedenen Wassers;
Bestimmen der Anfangsmasse der ionischen Flüssigkeit vor der Aufbereitung und/oder vor dem Abscheiden von Wasser und während der Aufbereitung sowie Vergleichen der Restmasse der ionischen Flüssigkeit mit der Anfangsmasse; oder
Bestimmen des elektrischen Leitwerts oder Widerstands der ionischen Flüssigkeit. Die Aufbereitung ist auch als getrenntes Verfahren ohne die vorhergehend erläuterten Schritte zum Abscheiden von Wasser aus einem Arbeitsmedium ausführbar.
Bei der vorgenannten bevorzugten Ausführungsform wird die Reaktionskammer zugleich zur Aufbereitung (auch Regeneration genannt) der ionischen Flüssigkeit genutzt, wobei dann bevorzugt die Durchführung des Arbeitsmediums unterbrochen wird, um keine (großen) Verluste an Arbeitsmedium zu erzeugen. Das hinreichend beladene Reinigungsmedium, also die ionische Flüssigkeit, wird in der
Reaktionskammer beheizt und hierdurch das gebundene Wasser von der ionischen Flüssigkeit getrennt und dampfförmig abgeschieden. Bevorzugt ist hierzu ein
Wasserauslass vorgesehen, welcher bevorzugt oberhalb der ionischen Flüssigkeit angeordnet ist, so dass bevorzugt im Wesentlichen nur dampfförmiges Wasser (bedingt durch den geringen Dampfdruck der ionischen Flüssigkeit) abgeführt wird.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens wird die ionische
Flüssigkeit zur Aufbereitung ausgetauscht, wobei bevorzugt die ionische Flüssigkeit kontinuierlich ausgetauscht wird, wobei besonders bevorzugt beim Abscheideverfahren aufgefangene Partikel herausgefiltert werden.
Bei dieser Variante des Verfahrens wird die ionische Flüssigkeit, beziehungsweise bevorzugt ein Teil der ionischen Flüssigkeit, zur Aufbereitung ausgetauscht (d.h. aus der Reaktionskammer abgezogen und regeneriert wieder zugeführt), wobei bevorzugt das Arbeitsmedium zum Abscheiden von Wasser weiterhin kontinuierlich durch die (verbleibende) ionische Flüssigkeit geführt werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform wird stets so viel gereinigte ionische Flüssigkeit zugeführt, wie zu reinigende ionische Flüssigkeit abgeführt wird. Ganz besonders bevorzugt wird die ionische Flüssigkeit kontinuierlich ausgetauscht, so dass insbesondere der
Beladungsgrad der ionischen Flüssigkeit im Wesentlichen konstant oder innerhalb gewisser Grenzen gehalten werden kann. Vorteilhafterweise können hierbei aufgefangene Partikel aus der ionischen Flüssigkeit kontinuierlich herausgefiltert werden, zum Beispiel mittels zumindest eines Filters stromab der Reaktionskammer (z.B. in den Leitungen und/oder in der Aufbereitungsvorrichtung).
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird das in der Aufbereitung gewonnene destillierte Wasser aufgefangen, wobei bevorzugt zuvor die ionische Flüssigkeit mittels eines oder mehrere Filter von Partikeln befreit wird.
Bei diesen bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens wird das gewonnene Wasser zum Beispiel einem weiteren Prozess zur Verfügung gestellt. Ganz besonders bevorzugt wird hierbei die ionische Flüssigkeit mittels eines oder mehrere Filter zuvor von Partikeln befreit, so dass ein hochreines Wasserdestillat gewonnen wird. Bei Ausführungsformen der Erfindung, die lediglich einen Behälter bzw. eine
Reaktionskammer für das Abscheiden und Regenerieren verwenden, wird bevorzugt mittels abwechselnd geöffneten Reinmediumauslass und Wasserauslass das Auffangen des Wasser bewerkstelligt. Bei räumlicher Trennung von Abscheiden und Aufbereiten ist ein kontinuierliches Abführen von Wasser möglich.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird ein Totraum in der Reaktionskammer vor Beginn eines Austauschens der ionischen Flüssigkeit mittels Anhebens des Flüssigkeitsspiegels bis auf ein gewünschtes Maß reduziert, wobei ein Sicherheitsabstand zu den vorhandenen (oberen) Auslässen berücksichtigt werden kann (um diese z.B. nicht zu fluten).
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird der Totraum in der Reaktionskammer, also der Raum, welcher nicht mit einer ionischen Flüssigkeit gefüllt ist, bevorzugt soweit reduziert, wie dies insbesondere die Prozesssicherheit zulässt. Hierdurch wird das Volumen, in dem das Arbeitsmedium nicht behandelt wird, gering gehalten, so dass die Volumeneffizienz dieses Verfahrens sehr hoch ist, insbesondere im Vergleich zu Schüttungen. Darüber hinaus wird vor einem Austausch und/oder während eines Austausche der ionischen Flüssigkeit der Totraum entweder so gering wie möglich gehalten oder so gering wie möglich reduziert, um zu vermeiden, dass ein (zu) großer Anteil an Arbeitsmedium beim Reinigungsprozess abgelassen wird und somit verloren geht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird das abzuführende getrocknete Arbeitsmedium über zumindest einen Koaleszenzfilter geführt, um ein Feinabscheiden von Wasseranteilen auszuführen, bevor es als Reinmedium abgeführt und einem nachfolgenden Prozess zur Verfügung gestellt wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird in der Reaktionskammer zumindest während der Wasserabsorption ein atmosphärischer Überdruck vorgehalten.
Durch Verwendung eines atmosphärischen Überdrucks ist es zum einen möglich, eine größere Stoffmenge des zu trocknenden Arbeitsmediums in der Reaktionskammer zu verarbeiten. Darüber hinaus wird der Dampfdruck der ionischen Flüssigkeit weiter verringert und eine Einbindung in ein Überdruckniveau eines vorhergehenden und/oder eines nachfolgenden Prozesses wird erheblich erleichtert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Wasserabscheider für ein gasförmiges Arbeitsmedium vorgeschlagen, welcher zumindest die folgenden
Komponenten umfasst:
- eine flüssigkeitsdichte Reaktionskammer zur Aufnahme einer hygroskopischen ionischen Flüssigkeit, wobei insbesondere die Reaktionskammer mit der hygroskopischen ionischen Flüssigkeit gefüllt ist (die dann einen Bestandteil des Wasserabscheiders bildet), und wobei insbesondere die Reaktionskammer zum
Tragen eines Überdrucks relativ zu der die Reaktionskammer umgebenden Atmosphäre ausgelegt ist;
- einen absperrbaren Arbeitsmediumeinlass zum Einleiten des zu trocknenden, gasförmigen sowie wasserhaltigen Arbeitsmediums in die Reaktionskammer, wobei insbesondere der Arbeitsmediumeinlass unterhalb der Reaktionskammer angeordnet ist; und
- einen absperrbaren Reinmediumauslass zum Abführen des getrockneten Arbeitsmediums aus der Reaktionskammer, wobei insbesondere der
Reinmediumauslass oberhalb der Reaktionskammer angeordnet ist.
Der Wasserabscheider umfasst also eine flüssigkeitsdichte Reaktionskammer, welche bevorzugt darüber hinaus gasdicht ausgeführt ist. In dieser Reaktionskammer ist bevorzugt die (stark) hygroskopische ionische Flüssigkeit enthalten bzw. in der Reaktionskammer aufnehmbar, wie sie bereits eingangs beschrieben wurde.
Insbesondere liegen sich der Arbeitsmediumeinlass und der Reinmediumauslass entlang einer Längsachse der Reaktionskammer gegenüber, entlang der die
Reaktionskammer sich erstreckt bzw. eine maximale Erstreckung aufweist, so dass die Behandlungsstrecke des Arbeitsmediums möglichst lang ist. Ganz besonders bevorzugt ist der Reinmediumauslass bezogen auf das Schwerefeld (der Erde) oberhalb der Reaktionskammer angeordnet und der Arbeitsmediumeinlass unterhalb der Reaktionskammer angeordnet. D.h., die Längsachse der Reaktionskammer erstreckt sich bevorzugt entlang der Vertikalen. Die Reaktionskammer kann jedoch auch entlang der Horizontalen ausgerichtet werden, so dass die Längsachse horizontal verläuft (und das Arbeitsmedium entsprechend von links nach rechts oder umgekehrt strömt).
Bei vertikaler Ausrichtung der Reaktionskammer kann das gasförmige Arbeitsmedium, welches in der Regel eine geringere Dichte als die ionische Flüssigkeit aufweist, entgegen dem Schwerefeld in der ionischen Flüssigkeit selbsttätig, also ohne Zufuhr von aktiv aufzubringender Energie, aufsteigen, wobei zumindest ein Großteil des Wasseranteils des Arbeitsmediums von der hygroskopischen ionischen Flüssigkeit gebunden wird. Aufgrund des bereits oben beschriebenen geringen Dampfdrucks der ionischen Flüssigkeit tritt somit beim Reinmediumauslass ein (im Wesentlichen) hochreines, getrocknetes Arbeitsmedium aus der ionischen Flüssigkeit aus, welche nun einem weiteren Prozess zugeführt werden kann.
Die Reaktionskammer ist bevorzugt drucktragend ausgeführt, so dass das Verfahren auch bei einem deutlichen Überdruck gegenüber der umgebenden Atmosphäre durchgeführt werden kann. Der Wasserabscheider ist bevorzugt für die Durchführung eines Verfahrens gemäß der obigen Beschreibung eingerichtet. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Wasserabscheiders ist weiterhin zumindest ein Wasserauslass bevorzugt oberhalb der Reaktionskammer vorgesehen bzw. angeordnet, wobei ausdampfendes Wasser über den Wasserauslass beim Aufbereiten der ionischen Flüssigkeit in der Reaktionskammer abführbar ist. Weiterhin kann die Reaktionskammer ein Heizelement aufweisen, das zum
Auskochen des abgeschiedenen, an die ionische Flüssigkeit gebundenen Wassers dient. Bei dieser Ausführungsform ist also eine Aufbereitung/Regeneration der ionischen Flüssigkeit in der Reaktionskammer selbst möglich. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Wasserabscheiders gemäß einer der obigen Ausführungsformen ist weiterhin zumindest ein Austauschauslass, bevorzugt unterhalb der Reaktionskammer, vorgesehen, der zum Zuführen und/oder Abführen von ionischer Flüssigkeit aus der Reaktionskammer eingerichtet und vorgesehen ist.
Durch den Austauschauslass ist die ionische Flüssigkeit insbesondere aus der Reaktionskammer abführbar, so dass zum Beispiel ein Aufbereiten der ionischen Flüssigkeit außerhalb der Reaktionskammer vorgenommen werden kann. Damit ist ein Zuführen und Abführen besonders einfach ausführbar, zum Beispiel mittels einer Flüssigkeitspumpe.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Wasserabscheiders ist zumindest ein Einlass und zumindest ein Auslass vorgesehen, mittels welcher die ionische Flüssigkeit kontinuierlich austauschbar ist. Hierbei kann also die ionische Flüssigkeit über den Auslass abgezogen werden und gleichzeitig - in regenerierter Form - über den Einlass in die Reaktionskammer eingespeist werden.
Die Beladung der ionischen Flüssigkeit kann somit mit Vorteil geregelt werden und ein kontinuierliches Betreiben des Wasserabscheiders ist möglich. Der Wasserabscheider kann somit mit Vorteil in eine kontinuierliche Prozessstruktur eingebunden werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Wasserabscheiders weist der Reinmediumauslass reaktionskammerseitig zumindest einen Koaleszenzfilter auf oder steht mit einem solchen Filter in Strömungsverbindung. Der Koaleszenzfilter ist dabei bevorzugt zum Abscheiden von noch vorhandenen Wasseranteilen aus dem getrockneten Arbeitsmedium ausgelegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Wasserabscheidersystem zum Trocknen eines gasförmigen Arbeitsmediums vorgeschlagen, wobei das
Wasserabscheidersystem zumindest einen erfindungsgemäßen Wasserabscheider (z.B. gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform) und zumindest eine separate Aufbereitungsvorrichtung aufweist, die zum Aufbereiten (Regenerieren) der ionischen Flüssigkeit ausgebildet ist, so dass diese wieder in die Reaktionskammer eingeleitet werden kann.
Die Aufbereitungsvorrichtung kann zumindest einen Partikelfilter zum Ausfiltern von partikelförmigen Verunreinigungen aus der ionischen Flüssigkeit aufweisen. Weiterhin weist die Aufbereitungsvorrichtung bevorzugt zumindest ein Heizelement zum Heizen der ionischen Flüssigkeit bzw. zum Verdampfen von an die ionische Flüssigkeit gebundenem Wasser auf. Weiterhin verfügt die Aufbereitungseinheit bevorzugt über zumindest einen Wasserauslass zum Abführen des verdampften Wassers.
Die Aufbereitungsvorrichtung ist bevorzugt über zumindest einen Strömungspfad mit der Reaktionskammer strömungsverbunden, und zwar bevorzugt über einen Einlass sowie einen Auslass der Reaktionskammer, so dass eine kontinuierliche Aufbereitung der ionischen Flüssigkeit möglich ist. Hierbei wird die ionische Flüssigkeit über den Auslass aus der Reaktionskammer abgezogen, in der Aufbereitungsvorrichtung regeneriert und über den Einlass wieder in die Reaktionskammer zurückgegeben. Die Abscheidung von Wasser aus dem Arbeitsmedium in der Reaktionskammer kann insbesondere bei Drücken in der Reaktionskammer im Bereich von 1 bar (oder 0 barü) bis 551 bar (oder 550 barü), insbesondere im Bereich von 20 bar bis 330 bar, insbesondere im Bereich von 16 bar bis 250 bar, sowie insbesondere bei
Temperaturen in der Reaktionskammer im Bereich von +60°C bis +250°C, insbesondere +60°C bis + 60°C, insbesondere +60°C bis +150°C, durchgeführt werden.
Wenn es sich bei dem Arbeitsmedium um Erdgas handelt bzw. das Arbeitsmedium Erdgas aufweist, findet die Abscheidung von Wasser aus dem Arbeitsmedium bevorzugt bei einer Temperatur in der Reaktionskammer im Bereich von +60°C bis +150°C sowie einem Druck in der Reaktionskammer im Bereich von 20 bar bis 330 bar statt. Wenn es sich bei dem Arbeitsmedium um Wasserstoff handelt bzw. das
Arbeitsmedium Wasserstoff aufweist, findet die Abscheidung von Wasser aus dem Arbeitsmedium bevorzugt bei einer Temperatur in der Reaktionskammer im Bereich von +60°C bis +160°C sowie einem Druck in der Reaktionskammer im Bereich von 16 bar bis 250 bar statt.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Es wird dargestellt in Fig. 1 : ein Wasserabscheider mit Heizelement; und
Fig. 2: ein Wasserabscheidersystem mit separater Aufbereitungsvorrichtung.
In Fig. 1 ist ein Wasserabscheider 1 gezeigt, bei welchem eine Reaktionskammer 3 vorgesehen ist, welche mit einer ionischen Flüssigkeit 4 bis zu einem
Flüssigkeitsspiegel 18 gefüllt ist. In die Reaktionskammer 3 ragt ein Heizelement 10 hinein, mit dem die ionische Flüssigkeit 4 erwärmbar ist. An der Unterseite der Reaktionskammer 3 ist ein Arbeitsmediumeinlass 5 vorgesehen, über den zu trocknendes (wasserhaltiges) sowie gasförmiges Arbeitsmedium 2, bevorzugt Erdgas oder Wasserstoff, in die Reaktionskammer 3 einleitbar ist.
Weiterhin ist ein Reinmediumauslass 6 an der Oberseite der Reaktionskammer 3 vorgesehen, welcher bei diesem Beispiel in einem Deckel 29 (siehe unten) der Reaktionskammer 3 angeordnet ist. Über den Reinmediumauslass 6 ist ein getrocknetes Arbeitsmedium 7 abführbar. Die Reaktionskammer 3 erstreckt sich bevorzugt im Betrieb entlang einer vertikalen Längsachse bzw. Zylinderachse, wobei sich der Arbeitsmediumeinlass 5 und der Reinmediumauslass 6 entlang der Längsachse gegenüberliegen. Die
Reaktionskammer 3 kann eine zylindrische, entlang der Längsachse erstreckte
Kammerwandung 8 aufweisen und kann nach unten hin durch einen mit der Wandung verbundenen Boden verschlossen sein (bis auf etwaige Ein- und Auslässe). Nach oben hin ist die Reaktionskammer 3 bevorzugt durch den Deckel bzw. Zylinderkopf 29 verschlossen, der mit der Wandung 8 über Verschraubungen verschraubbar ist, von welchen hier nur die Verschraubungsbohrungen 23 schematisch gezeigt sind.
Weiterhin ist oberhalb der Reaktionskammer 3 ein Wasserauslass 6 vorgesehen, über den Wasserdampf bei der Wiederaufbereitung der ionischen Flüssigkeit 4, zum Beispiel mittels Heizen der ionischen Flüssigkeit 4 mittels des Heizelements 10, abführbar ist. Der Reinmediumauslass 6 sowie der Wasserauslass 9 (siehe unten) sind bevorzugt im Deckel 29 ausgebildet.
Weiterhin ist ein Austauschauslass 11 unterhalb der Reaktionskammer 3 angeordnet, über den die ionische Flüssigkeit 4 der Reaktionskammer 3 zugeführt und aus dieser abgeführt werden kann. In diesem Beispiel ist der Reinmediumauslass 6 mittels der Reinmediumsperrarmatur 21 absperrbar, zum Beispiel, wenn die ionische Flüssigkeit 4 (mittels Heizen) aufbereitet wird. Weiterhin ist auch der Wasserauslass 9 mittels einer Wassersperrarmatur 22 absperrbar, zum Beispiel während der Abscheidephase wenn das wasserhaltige Arbeitsmedium 2 getrocknet wird. Weiterhin ist in diesem bevorzugten Beispiel ein Koaleszenzfilter 14 stromab der Reaktionskammer 3 mit dem Reinmediumauslass 6 strömungsverbunden, welcher zum Feinabscheiden vom Restwasseranteil im getrockneten Arbeitsmedium 7 eingerichtet und vorgesehen ist. Hiernach ist ein Reinmedium 20 einem nachfolgenden Prozess oder einer Speicherung zuführbar. Das Totvolumen der Reaktionskammer 3 ist hierbei sehr gering und insbesondere lediglich auf einen Sicherheitsabstand 19 zwischen dem
Flüssigkeitsspiegel 18 und dem Deckel 29 beschränkt. Somit ist das Totvolumen in der Reaktionskammer 3 deutlich geringer als dies zum Beispiel bei Schüttungen der Fall ist. Der hier dargestellte Wasserabscheider 1 ist besonders kompakt und erlaubt eine kontinuierliche Durchführung des Wasserabscheidens vom gasförmigen
Arbeitsmedium. In Fig. 2 ist ein Wasserabscheidersystem 15 mit einem Wasserabscheider 1 und einer separaten Aufbereitungsvorric tung 16 vorgesehen, wobei der Wasserabscheider 1 ähnlich wie in Fig. 1 dargestellt aufgebaut ist und auch hier bevorzugt die
Kammerwandung 8 für einen Überdruck gegenüber der umgebenden Atmosphäre ausgelegt ist. Hierbei ist nun im Unterschied zur Fig. 1 ein Einlass 12 und ein Auslass 13 an der Reaktionskammer 3 vorgesehen, welche somit zwei Austauschanschlüsse 11 bilden. Der Einlass 12 erlaubt die Zufuhr von ionischer Flüssigkeit 4, welche aufbereitet aus der Aufbereitungsvorrichtung 16 zuführbar ist. Der Auslass 13 verbindet den Wasserabscheider 1 und die Aufbereitungsvorrichtung 16, so dass die ionische Flüssigkeit 4, hier zum Beispiel mittels einer Pumpe 24, der Aufbereitung in der Aufbereitungsvorrichtung 16 zuführbar ist. Hierbei ist insbesondere ein Partikelfilter 17 stromab der Reaktionskammer 3 oder in dem Auslass 13 vorgesehen, womit vom wasserhaltigen Arbeitsmedium 2 eingetragene Partikel aus der ionischen Flüssigkeit 4 abtrennbar sind. In der Aufbereitungsvorrichtung 16 ist ein Heizelement 10
vorgesehen, über welches die über den Aufbereitungseinlass 25 einleitbare ionische Flüssigkeit 4 erwärmbar ist, so dass Wasser dampfförmig abgegeben wird und als Wasserdampf 28 über einen Wasserauslass 9 der Aufbereitungseinrichtung 16 abführbar ist. Die getrocknete ionische Flüssigkeit wird dann über den
Aufbereitungsauslass 26 abgeführt und wiederum über eine Rückführleitung 27 und den Einlass 12 der Reaktionskammer 3 zugeführt. Im Unterschied zur Fig. 1 ist hiermit ein kontinuierliches Abscheide- und Regenerationsverfahren ausführbar, so dass sich dieses Wasserabscheidersystem 15 insbesondere für kontinuierliche Prozesse eignet, bei denen im Normalfall eine Unterbrechung der Wasserabscheidung nicht vorgesehen ist.
Das Verfahren wird dabei möglichst derart durchgeführt, dass ein wasserhaltiges, gasförmiges Arbeitsmedium 2 der Reaktionskammer 3 von unten über den
Arbeitsmediumeinlass 5 zugeführt wird und in Folge der geringeren Dichte oder eines vorgehaltenen Drucks in der Reaktionskammer 3 nach oben steigt und dabei seinen Wasseranteil an die ionische Flüssigkeit abgibt. Anschließend steigt das getrocknete, gasförmige Arbeitsmedium aus der ionischen Flüssigkeit 4 auf und wird über den Reinmediumauslass 6 abgeführt. Die ionische Flüssigkeit 4 hingegen wird
kontinuierlich oder abwechselnd abgeführt, erwärmt und somit der Wasseranteil dampfförmig abgeschieden und die regenerierte ionische Flüssigkeit der
Reaktionskammer 3 wieder, bevorzugt gekühlt, zugeführt.
Gemäß einem ersten Beispiel der Erfindung wird Wasser aus einem erdgashaltigen Arbeitsmedium 2 unter Verwendung einer der oben beschriebenen ionischen Flüssigkeiten abgeschieden, wobei die Abscheidung von Wasser aus dem
Arbeitsmedium bei einer Temperatur in der Reaktionskammer im Bereich von +60°C bis +150°C sowie einem Druck in der Reaktionskammer 3 im Bereich von 20 bar bis 330 bar durchgeführt wird.
Gemäß einem zweiten Beispiel der Erfindung wird Wasser aus einem
wasserstoffhaltigen Arbeitsmedium 2 unter Verwendung einer der oben beschriebenen ionischen Flüssigkeiten abgeschieden, wobei die Abscheidung von Wasser aus dem Arbeitsmedium bei einer Temperatur in der Reaktionskammer 3 im Bereich von +60°C bis +160°C sowie einem Druck in der Reaktionskammer im Bereich von 16 bar bis 250 bar durchgeführt wird.
Mit dem hier vorgeschlagenen Wasserabscheider und dem entsprechenden Verfahren ist es möglich, mit einem verringerten Bauvolumen und mit überatmosphärischem Druck ein wasserhaltiges Arbeitsmedium ggf. kontinuierlich zu trocknen.
Bezuqszeichen liste
Wasserabscheider
wasserhaltiges Arbeitsmedium
Reaktionskammer
ionische Flüssigkeit
Arbeitsmediumeinlass
Reinmediumauslass
getrocknetes Arbeitsmedium
Kammerwandung
Wasserauslass
Heizelement
Austauschanschluss
Einlass
Auslass
Koaleszenzfilter
Wasserabscheidersystem
Aufbereitungsvorrichtung
Partikelfilter
Flüssigkeitsspiegel
Sicherheitsabstand
Reinmedium
Reinmediumsperrarmatur
Wassersperrarmatur
Verschraubungsbohrungen
Pumpe
Aufbereitungseinlass
Aufbereitungsauslass
Rückführleitung
Wasserdampf
Deckel (versch raubbarer Zylinderkopf)

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Abscheiden von Wasser aus einem gasförmigem
Arbeitsmedium (2), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die folgenden Schritte durchgeführt werden:
a. Bereithalten einer hygroskopischen ionischen Flüssigkeit (4) in einer
Reaktionskammer (3);
b. Zuführen des wasserhaltigen Arbeitsmediums (2) in die Reaktionskammer (3) und Durchleiten des Arbeitsmediums (2) durch die ionische Flüssigkeit (4), wobei Wasser von der ionischen Flüssigkeit (4) gebunden wird und dadurch aus dem Arbeitsmedium (2) abgeschieden wird;
c. Abführen des getrockneten Arbeitsmediums (7).
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren als Durchlaufverfahren ausgeführt ist, wobei ein Arbeitsmediumeinlass (5) zum Einlassen des wasserhaltigen Arbeitsmediums (2) in die Reaktionskammer (3) und ein Reinmediumauslass (6) zum Auslassen des getrockneten Arbeitsmediums (2) aus der Reaktionskammer (3) an der Reaktionskammer (3) vorgesehen sind, wobei bevorzugt das zu trocknende Arbeitsmedium (2) entgegen dem Schwerefeld durch die ionische Flüssigkeit (4) in der Reaktionskammer (3) nach oben geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur
Aufbereitung der ionischen Flüssigkeit (4) die Reaktionskammer (3) beheizt wird und das dampfförmig abgeschiedene Wasser mittels eines Wasserauslasses (9) abgeführt wird, wobei bevorzugt die ionische Flüssigkeit (4) solange beheizt wird, bis sich der Wasseranteil auf einen vordefinierten Wert verringert hat, wobei insbesondere hierzu die ionische Flüssigkeit über eine empirisch ermittelte Heizdauer beheizt wird oder der Wasseranteil mittels zumindest einer der folgenden Maßnahmen bestimmt wird:
- Bestimmen des Füllstands der ionischen Flüssigkeit (4);
- Bestimmen der Masse der ionischen Flüssigkeit (4);
- Bestimmen der Masse des abgeschiedenen Wassers; und
- Bestimmen des elektrischen Leitwerts der ionischen Flüssigkeit (4). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeit (4) zur Aufbereitung ausgetauscht wird, wobei insbesondere mit Wasser beladene ionische Flüssigkeit (4) aus der Reaktionskammer (3) abgezogen und aufbereitete ionische Flüssigkeit (4) in die Reaktionskammer (3) eingespeist wird, und wobei bevorzugt die ionische Flüssigkeit (4) kontinuierlich ausgetauscht wird, wobei besonders bevorzugt dabei beim Abscheideverfahren aufgefangene Partikel herausgefiltert werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Aufbereitung gewonnene destillierte Wasser aufgefangen wird, wobei bevorzugt zuvor die ionische Flüssigkeit (4) mittels zumindest eines Filters von Partikeln befreit wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Totraum in der Reaktionskammer (3) mittels Anhebens des Flüssigkeitsspiegels (18) der ionischen Flüssigkeit (4) bis auf ein gewünschtes Maß reduziert wird, insbesondere bis auf einen vordefinierten Sicherheitsabstand (19) zu dem Reinmediumauslass (6) und/oder dem Wasserauslass (9).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das abzuführende, getrocknete Arbeitsmedium (2) über zumindest einen Koaleszenzfilter (14) geführt wird, um ein Feinabscheiden von Wasseranteilen auszuführen, bevor es als Reinmedium (20) abgeführt und insbesondere einem nachfolgenden Prozess zur Verfügung gestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass im Schritt b) die Abscheidung von Wasser aus dem Arbeitsmedium (2) in der Reaktionskammer (3) bei Drücken in der
Reaktionskammer (3) im Bereich von 1 bar bis 551 bar, insbesondere im Bereich von 20 bar bis 330 bar, insbesondere im Bereich von 16 bar bis 250 bar, und/oder bei Temperaturen in der Reaktionskammer (3) im Bereich von +60°C bis +250°C, insbesondere +60°C bis +160°C, insbesondere +60°C bis +150°C, durchgeführt wird.
Wasserabscheider (1) für ein zu trocknendes, gasförmiges Arbeitsmedium (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserabscheider (1 ) zumindest die folgenden Komponenten umfasst: - eine flüssigkeitsdichte Reaktionskammer (3) zur Aufnahme einer
hygroskopischen ionischen Flüssigkeit (4), wobei insbesondere die
Reaktionskammer (3) mit der hygroskopischen ionischen Flüssigkeit (4) gefüllt ist, und wobei insbesondere die Reaktionskammer (3) zum Tragen eines
Überdrucks relativ zu der die Reaktionskammer (3) umgebenden Atmosphäre ausgelegt ist;
- einen absperrbaren Arbeitsmediumeinlass (5) zum Einleiten des zu
trocknenden, gasförmigen sowie wasserhaltigen Arbeitsmediums (2) in die Reaktionskammer (3), wobei insbesondere der Arbeitsmediumeinlass (5) unterhalb der Reaktionskammer (3) angeordnet ist; und
- einen absperrbaren Reinmediumauslass (6) zum Abführen des getrockneten Arbeitsmediums (7) aus der Reaktionskammer (3), wobei insbesondere der Reinmediumauslass (6) oberhalb der Reaktionskammer (3) angeordnet ist.
10. Wasserabscheider (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
weiterhin zumindest ein bevorzugt absperrbarer Wasserauslass (9) oberhalb der Reaktionskammer (3) angeordnet ist, wobei ausdampfendes Wasser über den Wasserauslass (9), insbesondere beim Aufbereiten der ionischen Flüssigkeit (4) in der Reaktionskammer (3), aus der Reaktionskammer (3) abführbar ist, und wobei die Reaktionskammer (3) bevorzugt zumindest ein Heizelement (10) zum
Auskochen des Wassers aufweist.
1 1. Wasserabscheider (1 ) nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass weiterhin zumindest ein Austauschauslass (1 1 ), bevorzugt unterhalb der Reaktionskammer (3), zum Zuführen von ionischer Flüssigkeit (4) in die Reaktionskammer sowie zum Abführen von ionischer Flüssigkeit aus der Reaktionskammer (3) vorgesehen ist. 12. Wasserabscheider (1 ) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest ein Einlass (12) und zumindest ein dazu separater Auslass (13) an der Reaktionskammer (3) für die ionische Flüssigkeit vorgesehen sind, so dass insbesondere die ionische Flüssigkeit in der
Reaktionskammer (3) kontinuierlich austauschbar ist.
13. Wasserabscheider (1 ) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass der Reinmediumauslass (6) mit einem Koaleszenzfilter (14) in Strömungsverbindung steht oder bringbar ist, der zum Feinabscheiden von Wasseranteilen aus dem getrockneten Arbeitsmedium (7) ausgebildet ist.
14. Wasserabscheidersystem (15) zum Trocknen von einem Arbeitsmedium (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserabscheidersystem (15) zumindest einen Wasserabscheider (1 ) nach einem der Ansprüche 9 bis 13 und zumindest eine Aufbereitungsvorrichtung (16) zum Aufbereiten der ionischen Flüssigkeit (4) für die Reaktionskammer (3) aufweist, wobei die Aufbereitungsvorrichtung (16) bevorzugt zumindest einen Partikelfilter (17) zum Ausfiltern von partikelförmigen Verunreinigungen aufweist, und bevorzugt zumindest ein Heizelement (10) zum
Verdampfen von abgeschiedenem Wasser sowie bevorzugt zumindest einen Wasserauslass (9) zum Abführen von verdampftem Wasser aufweist.
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