EP4003571A1 - Separating method for alternative gas mixtures for use as insulating media - Google Patents

Separating method for alternative gas mixtures for use as insulating media

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EP4003571A1
EP4003571A1 EP20732108.4A EP20732108A EP4003571A1 EP 4003571 A1 EP4003571 A1 EP 4003571A1 EP 20732108 A EP20732108 A EP 20732108A EP 4003571 A1 EP4003571 A1 EP 4003571A1
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pressure vessel
pressure
useful
purification
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Sebastian GLOMB
Mathias GESTLE
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Definitions

  • the invention relates to a method for recovering a useful gas from a gas mixture consisting of a useful gas and at least one secondary gas, the gas mixture first being compressed and transferred to a pressure vessel, where cooling takes place. A secondary gas phase is then removed from the pressure vessel and liquefied useful gas is transferred to a purification vessel. The liquefied useful gas is then heated in the purification container and purified by sucking off a further gas phase.
  • the invention also relates to a system for recovering a useful gas from a gas mixture.
  • the invention relates to the use of a system for carrying out a method for recovering a useful gas from a gas mixture.
  • Gas mixtures are often used in technical applications. After using these mixtures, it is usually necessary to break them down again into their individual gas components in order to dispose of the components or to reuse them.
  • Gas mixtures are used, for example, as protective gas for electrical switchgear.
  • a very common protective gas was SF6, which has very good insulating properties.
  • SF6 is harmful to the climate, so that in the recent past other protective or insulating gases have been developed that have technically similar properties to SF6 and are more environmentally friendly at the same time.
  • These alternative protective or insulating gases are formed by gas mixtures.
  • gas mixtures are based on C4-nitrile (2,3,3,3-tetrafiuoro-2- (trifluoromethyl) propanenitrile) or C5-ketone (1, 1, 1, 3,4,4,4-heptafluoro-3 - (trifluoromethyl) butan-2-one).
  • useful gases These gases, on which gas mixtures are based to form a protective or insulating gas, are referred to below as useful gases.
  • One or more so-called secondary gases are added to the useful gas to form a gas mixture as a protective or insulating gas.
  • These secondary gases can be nitrogen or carbon dioxide, for example.
  • the mixing ratios between useful gas and secondary gas are adapted to the application in which the gas mixture is used.
  • a gas mixture for example as an insulating gas in a switchgear, it can happen that these gas mixtures are contaminated, for example if air is inadvertently mixed in. In this case, a gas mixture is created with other, unwanted components, which are also referred to as secondary gases.
  • the object of the invention is therefore to propose solutions to be able to reliably separate gas mixtures into their individual components.
  • This object of the invention is achieved by a method for recovering a useful gas from a gas mixture consisting of a useful gas and at least one secondary gas, comprising at least the steps
  • the method according to the invention is intended to separate a gas mixture and to recover a useful gas from it.
  • the gas mixture consists of a useful gas and at least one secondary gas.
  • the gas mixture usually has several secondary gases.
  • the gas mixture is compressed, for which a compressor is used.
  • the gas mixture is compressed to a suitable pressure.
  • the aim of the method according to the invention is to liquefy the useful gas, but to keep the secondary gas or gases in the gaseous phase. A separation by removing either the gaseous secondary gas or the liquid useful gas is particularly simple.
  • a suitable pressure which is set by the compression in the first process step, is therefore to be selected so that the useful gas is suitably liquefied in a later process step, but the secondary gas or gases are not.
  • a suitable pressure is set exclusively by the initial compression in the compressor.
  • an additional adjustment of the pressure can be provided between the compressor and the pressure vessel or in the pressure vessel, for example by means of further compression or relaxation.
  • the compressed gas mixture is transferred to a pressure vessel.
  • the pressure vessel is the place where the gas mixture is first broken down into its individual components.
  • the gas mixture is transferred to the pressure vessel under the pressure previously generated during compression and is initially stored there.
  • valves and devices for cleaning the gas mixture, such as filters are provided.
  • the pressure vessel comprises a cooling unit with which the pressure vessel and the gas mixture located therein can be cooled.
  • the gas mixture in the pressure vessel is now cooled.
  • a combination of pressure and temperature is set in the pressure vessel at which the useful gas, which usually has a significantly lower vapor pressure than the secondary gas, liquefies. At the same time, the combination of pressure and temperature is set so that the secondary gas remains gaseous in the pressure vessel.
  • vapor pressure Decisive for whether a gas is gaseous or liquid, whether the prevailing pressure is above or below the vapor pressure of the corresponding gas.
  • the vapor pressure depends on the prevailing temperature.
  • the condition or the state from which a gas changes from the liquid to the gaseous state can on the one hand be referred to as the vapor pressure of this gas. In other words, this condition also corresponds to the condensation point from which a gas changes from a gaseous to a liquid state in the other direction.
  • vapor pressure is commonly used when a liquid and a gaseous phase coexist in one environment. Below the vapor pressure a gas is in gaseous form in such an environment, above the vapor pressure it is in liquid form.
  • a mixture of liquid and gaseous phases is not absolutely necessary for the use of the term condensation point.
  • a gas Above the condensation point, a gas is always in a gaseous state. In this case there does not have to be a phase of liquid gas.
  • the property below the vapor pressure can thus be equated with the property above the condensation point when a purely gaseous phase is present.
  • the gas mixture present in gaseous form is compressed by the compression in the first step to a pressure which, at the prevailing temperature, is below the vapor pressure of all gas components.
  • the gas mixture is introduced into the pressure vessel, all components of the gas mixture being in gaseous form.
  • the temperature is then reduced in the pressure vessel. This reduction in temperature reduces the vapor pressure of the gas components.
  • the temperature in the pressure vessel is reduced until the pressure prevailing in the pressure vessel is significantly higher than the vapor pressure of the useful gas at the set temperature.
  • the useful gas changes to the liquid state.
  • the pressure vessel is set so that it is at least twice as high as the gas pressure of the useful gas under the prevailing conditions in the pressure vessel.
  • the pressure in the pressure vessel is therefore set significantly higher than the gas pressure of the useful gas to ensure that the useful gas is actually completely liquefied. In practice it has been found that this complete liquefaction can be achieved particularly well at pressures in the pressure vessel that are 3-5 times as high as the vapor pressure of the useful gas.
  • the combination of pressure and temperature in the pressure vessel is set at the same time so that it is at least 5% lower than the vapor pressure of the secondary gas. This distance from the vapor pressure of the secondary gas ensures that this secondary gas remains safely and completely in the gaseous phase and does not already partially liquefy. Depending on the type of secondary gas, it may not have any vapor pressure under the prevailing conditions in the pressure vessel. This is the case, for example, with a secondary gas which is formed by nitrogen. If such a secondary gas has no vapor pressure under the prevailing conditions, the pressure in the pressure vessel is low enough to ensure that the secondary gas remains in the gaseous phase. Other secondary gases, such as carbon dioxide, have a vapor pressure under the prevailing conditions in the pressure vessel.
  • the pressure inside the pressure vessel is preferably set between 5 and 40%, particularly preferably between 10 and 30% lower than the vapor pressure of the secondary gas.
  • the pressure inside the pressure vessel is preferably set between 5 and 40%, particularly preferably between 10 and 30% lower than the vapor pressure of the secondary gas.
  • the secondary gas-containing gas phase is removed from the pressure vessel.
  • a corresponding extraction line provided with a valve is expediently provided in the upper region of the pressure vessel.
  • the liquefied useful gas is transferred from the pressure vessel to a purification vessel.
  • a second purification of the useful gas is carried out in this purification tank with the aim of removing residues of the secondary gas still contained therein.
  • This transfer of the useful gas into the purification vessel is usually driven by the pressure prevailing in the pressure vessel.
  • the purification container comprises at least one heating device which heats the purification container and the liquefied useful gas located therein.
  • the vapor pressure of the gases contained therein increases relative to the conditions in the pressure vessel.
  • the residues of the secondary gas still contained in the liquefied useful gas pass into the gaseous phase and thus escape from the liquefied useful gas.
  • the increasing temperature in the purification tank reduces the solubility of the secondary gas or gases in the liquid useful gas, so that they pass into the gas phase, leave the liquid useful gas and the useful gas is thus purified.
  • the gas phase with the removed residues of the secondary gas is then sucked out of the purification container.
  • the pressure in the purification tank can be reduced.
  • the suction is carried out until the internal pressure in the purification tank corresponds as a minimum value to the vapor pressure of the useful gas at the current temperature.
  • the prevailing pressure in the purification container is therefore always greater than or equal to the vapor pressure of the useful gas at the current temperature in the container.
  • the internal pressure in the purification tank is reduced during the suction down to the vapor pressure of the useful gas. In this way, residues of secondary gas are also effectively separated from the useful gas.
  • the useful gas also begins to change into the gaseous state.
  • the gas phase sucked out of the purification container can thus also contain a proportion of useful gas.
  • setting an internal pressure in the purification vessel very close to the vapor pressure of the useful gas is essential for good purity of the useful gas which has been separated out or recovered and which is collected in liquefied form in the purification vessel.
  • the useful gas is in liquid form with a very high purity in the purification tank. A recovery of the residues of the useful gas, which are sucked off from the purification container, is possible by means of optional embodiments of the method, as described further below.
  • the method according to the invention is carried out precisely in the sequence of the individual method steps as described above.
  • the gas mixture is sucked off by means of a suction pump from a container in which the gas mixture is in use, prior to compression A).
  • a suction pump before compression, the gas mixture is withdrawn from the container in which it is used technically.
  • a container can be the housing of an electrical switchgear, in which the gas mixture is used as a protective or insulating gas.
  • a suction pump enables a very low suction pressure.
  • Such a low suction pressure ensures that the useful gas, which usually has a very low vapor pressure, remains safely in the gaseous phase during suction.
  • filters can be installed upstream or downstream of the suction pump to clean the extracted gas mixture.
  • Gas mixtures used in a switchgear which are used as protective or insulating gas, can be sucked off directly from the switchgear and then fed to the compression for carrying out the method according to the invention.
  • the suction from the switchgear or the container can also take place in a buffer container by means of the suction pump.
  • the gas mixture can be supplied to compression for the method according to the invention in this buffer container.
  • the advantage of the intermediate storage of the gas mixture in a buffer container is that the system for carrying out the method according to the invention can be located at a different location than where the gas mixture is used.
  • the suction pump can be structurally combined with the buffer container or it can also be designed separately from it.
  • the gas mixture is cleaned, in particular filtered, after the suction, which takes place by the suction pump.
  • the gas mixture is cleaned before the compression by the compressor, after the suction.
  • filters can be provided for cleaning.
  • the purified useful gas remaining in the purification container in the liquid phase is filled.
  • the purified useful gas which collects at the bottom of the purification container after the gas phase has been suctioned off, is removed from the purification container and filled.
  • Such filling can take place in storage containers, such as gas bottles.
  • the recovered useful gas can then be supplied to a new application in the storage container.
  • the storage container can be connected to a mixing system in which the recovered useful gas is mixed with a new gas mixture.
  • the gas mixture between the compression A) and the transfer B) is dried and / or cleaned, in particular filtered.
  • the gas mixture is cleaned and / or dried between the compression and the pressure vessel.
  • This cleaning and / or drying can be carried out before or during transfer B) into the pressure vessel. Drying is understood to mean that moisture or moisture contained in the gas mixture is removed. Cleaning is usually done with the help of filters. It is also possible to carry out a two-stage cleaning in which a first cleaning step takes place before the compression and a second cleaning step takes place after the compression.
  • the gas mixture is compressed to a pressure of 5-20 bar, in particular 10 bar, during compression A).
  • This pressure range is particularly suitable for carrying out a process in which C4 or C5 is to be recovered from a gas mixture as useful gas. At the temperatures prevailing in the pressure vessel, this pressure is significantly higher than the vapor pressure of the useful gas, but well below the vapor pressure of the secondary gas. This pressure range is therefore particularly suitable for a first separation of useful gas and secondary gas.
  • the gas mixture is cooled to a temperature of -30 to -60 ° C, in particular to a temperature of -45 to -50 ° C, during cooling C) in the pressure vessel.
  • This temperature range when cooling in the pressure vessel is particularly suitable in combination with the preferred pressure range described above for the recovery of C4 or C5 from a gas mixture.
  • these parameters create conditions in which the pressure is significantly higher than the vapor pressure of the useful gas, but at the same time the pressure is lower than the vapor pressure of the secondary gas. Under these conditions, the useful gas safely turns into the liquid state of aggregation, whereas the secondary gas assumes a gaseous state.
  • the cooling C) is carried out between 5 and 20 minutes, in particular 10 minutes.
  • the cooling in the pressure vessel takes place periodically. This means that the gas mixture is first transferred from the compression to the pressure vessel. This transfer is then interrupted and cooling is initiated. A period of time between 5 and 20 minutes has proven to be particularly good at generating states in the pressure vessel in which the useful gas is liquid, but the secondary gas is in gaseous form.
  • cooling can also be carried out for a shorter or longer period than the mentioned range.
  • the transfer B) of the gas mixture into the pressure vessel takes place periodically and a settling time is waited for before the removal of D) of the secondary gas-containing gas phase from the pressure vessel.
  • the transfer of the gas mixture into the pressure vessel is not carried out continuously, but periodically. This means that in a first step the gas mixture is transferred from the compression to the pressure vessel. In a second step, the transfer is interrupted and the pressure vessel is cooled without further filling the pressure vessel. After setting the desired parameters in the pressure vessel, a settling time is awaited. During this settling time, the secondary gas contained in the liquefied useful gas escapes upwards and collects in gaseous form above the liquid useful gas. Without a settling time, larger residues of gaseous secondary gas would be contained in the liquid useful gas. After waiting for the settling time and the outgassing of the secondary gas, the secondary gas-containing gas phase is then withdrawn from the pressure vessel.
  • the secondary gas-containing gas phase removed during removal D) is disposed of or destroyed.
  • the secondary gas is not harmful to the environment or the climate and, at the same time, can be obtained inexpensively. In this case in particular, it is not profitable to reuse the secondary gas for other applications. Disposal or destruction is easier and cheaper here.
  • the transfer E) of the liquefied useful gas takes place when the pressure vessel is filled with a gas mixture above 0.75 +/- 20% kg / L.
  • the filling and also the emptying or the transfer of the liquefied useful gas into the purification container preferably takes place periodically.
  • the transfer of the liquefied useful gas takes place advantageously when the pressure vessel has a filling density of 0.75 +/- 20% kg / L, 0.75 kg / L with a tolerance of plus or minus 20%. With a higher filling density, there is not enough space left in the pressure vessel to collect the secondary gas-containing gas phase. At a lower filling density, the pressure vessel only contains a small amount of liquid useful gas phase and the transfer is therefore not efficient.
  • the mentioned filling densities have proven to be suitable in practice. If the shape or size of the pressure vessel is changed, however, other areas of the filling density can also be optimal for initiating the transfer of the liquefied useful gas.
  • the purification container is evacuated before the transfer E) of the liquefied useful gas.
  • the purification container is emptied or evacuated before the liquid useful gas phase is transferred from the pressure container.
  • the heating F) of the liquefied useful gas in the purification container takes place by an electrically operated heater.
  • the heating is carried out by an electrical or electronic heater.
  • Such heating devices are particularly easy to regulate in terms of their output, which makes it particularly easy to design the conditions inside the purification container.
  • one or more temperature sensors are provided in the interior of the purification container, which are integrated into a control loop for controlling the heater.
  • the heating F) of the liquefied useful gas in the purification vessel is carried out by a heat exchanger as a heating device which uses the waste heat generated during cooling C) of the compressed gas mixture in the pressure vessel and feeds it to the purification vessel.
  • a heat pump is usually used to cool the gas mixture in the pressure vessel. This creates waste heat outside the pressure vessel, which in turn can be used in a favorable manner to heat the useful gas in the purification vessel.
  • Such a heat exchanger significantly reduces the total energy consumption for carrying out the method according to the invention and makes a system for carrying out this method very energy-efficient.
  • the heating takes place on the one hand by the heat exchanger and on the other hand additionally by the electrical heater.
  • the heating takes place by a combination of a heat exchanger with an electrical heater.
  • a basic proportion of the heating is advantageously carried out by the particularly energy-efficient heat exchanger.
  • the fine control of the temperature in the purification container is carried out by an electric heater, which can be controlled almost in real time and very precisely. This fine control is important in order to set conditions in the purification tank at which the prevailing pressure is very close to the vapor pressure of the useful gas.
  • a combination of heat exchanger and electric heater is therefore energy-efficient on the one hand and very effective for a pure separation or recovery of the useful gas.
  • the gas phase removed from the purification container during the suction G is returned to the pressure container.
  • the gas phase sucked out of the purification container consists largely of secondary gas, but also contains residues of useful gas.
  • the gas phase is advantageously fed back into the process. This is preferably done in that the gas phase is fed back to the pressure vessel via a compressor or a pump. Any useful gas still contained in the gas phase is then recovered in a second process run. This return of the gas phase from the purification tank into the process results in a particularly effective recovery of the useful gas.
  • the suction G) of the gas phase from the purification container is carried out by a compressor.
  • the suction from the purification tank by a compressor that additionally compresses the extracted gas phase.
  • a compressor that additionally compresses the extracted gas phase.
  • Either the same compressor that is used for the initial compression A) can be used for this suction, or a different or additional compressor can alternatively be used.
  • This is used twice, which simplifies the design of a system for carrying out the method.
  • the vapor pressure curve of the useful gas runs below the vapor pressure curve of the secondary gas.
  • the process according to the invention is particularly suitable for the separation of gas mixtures in which the useful gas to be recovered has a lower vapor pressure and / or a higher condensation point than the secondary gas.
  • the recovery or separation of the gas mixture is based on this difference in vapor pressure.
  • protective or insulating gases often use gas mixtures that contain C4 or C5 as useful gas. These two gases both have a very low vapor pressure, which is significantly lower than the vapor pressure of commonly used secondary gases such as nitrogen or carbon dioxide. Nitrogen has no vapor pressure at all above the critical temperature. In this case, the condensation point of the useful gas is higher than the condensation point of nitrogen.
  • the internal pressure and the temperature in the processing container are continuously measured by sensors and a control, based on the measured values of these sensors, ends the suction G) as soon as the vapor pressure of the useful gas in the purification tank is reached.
  • the gas phase is sucked out of the purification container until the internal pressure in the container corresponds to the vapor pressure of the useful gas under the conditions there.
  • Automatic, electronic regulation of the internal pressure is therefore advantageous.
  • one or more pressure and / or temperature sensors are provided in the treatment container. The measured values of these sensors are used for an electronic regulation of the extraction of the gas phase as well as to regulate the heater and the temperature in the treatment tank.
  • the transfer B) of the compressed gas mixture into the pressure vessel takes place periodically or continuously. As already shown, this transfer is advantageously carried out periodically.
  • the pressure vessel is filled at one time and the contents of the pressure vessel are cooled at another time when no filling takes place, thus separating the gas mixture.
  • the transfer E) is driven by the pressure prevailing in the pressure vessel.
  • the liquefied useful gas is transferred from the pressure vessel to the purification vessel, driven by the pressure prevailing in the pressure vessel.
  • This embodiment is particularly effective in combination with a previously performed evacuation of the purification container. No additional system components, such as pumps or the like, have to be provided for the transfer of the liquid useful gas phase.
  • the vapor pressure of the useful gas increases there compared to the vapor pressure at room temperature. In this way, the useful gas can be transferred in the liquid phase from the cooled pressure vessel to the heated purification vessel.
  • the compressor that is already present could be used to support the transfer of the liquid phase into the purification container.
  • the object of the invention is also achieved by a system for recovering a useful gas from a gas mixture, the system having at least the following components:
  • the pressure vessel has a cooling unit for cooling the compressed gas mixture, and the pressure vessel has an extraction line for the secondary gas-containing gas phase, and the pressure vessel is connected via a transfer line to a purification vessel which is used to transfer the liquefied useful gas,
  • purified useful gas can be filled via the filling line.
  • a system according to the invention is suitable for and intended to carry out the method according to the invention and thereby to recover a useful gas from a gas mixture.
  • the system according to the invention has a compressor which is provided to compress the gas mixture and to supply it to the pressure vessel.
  • the compressor is connected to the pressure vessel via at least one connecting line.
  • the first separation of the gas mixture takes place in the pressure vessel.
  • the pressure vessel includes a cooling unit, which is provided for the content of the To cool the pressure vessel.
  • the pressure vessel comprises a removal line, which is provided to remove the secondary gas-containing gas phase from the pressure vessel.
  • the extraction line is connected in the upper area of the pressure vessel, this connection being located above the liquid level of the liquefied useful gas phase.
  • the pressure vessel comprises a transfer line which leads to the purification vessel. The transfer line is provided to remove the liquid useful gas phase from the pressure vessel and to transfer it into the purification vessel.
  • the transfer line is connected to the pressure vessel in the lower area below the liquid level of the useful gas phase.
  • the system according to the invention further comprises the already mentioned purification container, which is intended to perform a second separation of the gas mixture.
  • the useful gas transferred from the pressure vessel still contains residues of secondary gas, most of which are removed from the useful gas in the purification vessel.
  • the purification container comprises a heater which is provided to heat the contents of the purification container. This heater can also have several components, for example an electrically operated component and a component that is connected to a heat exchanger that uses the waste heat of the cooling from the pressure vessel.
  • the purification container comprises at least one suction unit with at least one suction line. The suction unit is intended to remove the secondary gas-containing gas phase from the purification container.
  • At least one filling line is connected to the purification tank to remove the recovered, purified useful gas. The recovered useful gas is removed from the system according to the invention via this filling line.
  • a system according to the invention consists of reliable technical components and has a simple structure.
  • a system according to the invention is very reliable and enables useful gas to be recovered with a very high degree of purity.
  • a control unit is provided on the suction unit which sucks the gas phase from the purification container until the internal pressure in the purification container corresponds to the vapor pressure of the useful gas at the current temperature in the purification container.
  • an electronic or computer-controlled control unit is provided which controls the conditions, in particular pressure and temperature, in the purification container.
  • This control unit uses, as input, measured values from sensors arranged inside the purification container.
  • the control unit influences the extraction of the gas phase from the purification container.
  • the control unit can, for example, influence the opening of a valve in the suction line.
  • An analog control unit can also be provided on the pressure vessel in order to regulate the withdrawal of the secondary gas-containing gas phase there.
  • the control unit can be formed by a system control or it can also be part of a system control.
  • At least one pressure or temperature sensor is arranged on the pressure vessel, which is / are connected to a system control.
  • at least one pressure or temperature sensor is arranged at least on the pressure vessel, but advantageously also on the purification vessel, which with a system control or a Control unit is connected.
  • a number of pressure and temperature sensors are advantageously provided, which forward their measured values as input into an automatic regulation of the conditions in the pressure vessel and / or in the purification vessel.
  • a system for recovering a useful gas from a gas mixture can be operated particularly efficiently using a system control.
  • This system control is intended to operate the system at least partially automatically.
  • further sensors are optionally provided for this purpose.
  • flow sensors can be provided in the lines from the compressor to the pressure vessel, from the pressure vessel to the purification vessel and / or from the purification vessel back to the compressor, which determine the mass flows flowing through and communicate them to the system control.
  • sensors can be provided to determine the mass or weight of the gas mixture in the pressure vessel and in the purification vessel. The system control can then automatically determine the density in the containers using the measured values of these sensors.
  • the system control is also intended to calculate the vapor pressures of the individual components in real time, especially in the pressure vessel and in the purification vessel, and to regulate the internal pressures and temperatures according to the specifications of the method.
  • the system control can act on the various valves that are required when the gas mixture is passed through the system or when the separate components are removed.
  • sensors can be provided which determine the humidity and the contamination of the gas mixture by particles. Based on the signals from these sensors, the system can then automatically regulate whether drying or cleaning of the gas mixture should take place and, for this purpose, influence the filter and / or drying units.
  • sensors can be arranged in the withdrawal line for withdrawing the secondary gas-containing gas phase from the pressure vessel, which monitor the remaining amount of useful gas in this withdrawn gas phase. Based on the signals from these sensors, if the useful gas concentration is low, the withdrawn gas phase can be released into the atmosphere for disposal. If the useful gas concentration is too high, the gas phase can also be fed back into the process in order to remove or at least reduce the remaining useful gas residues.
  • sensors can be arranged in the flow direction after the connection via which the gas mixture to be separated is fed to the system or the method, which determine the composition of the gas mixture, in particular the proportion of the useful gas, the proportion of the secondary gas and the purity of these gases. Based on the signals from these sensors, the system control can then determine the maximum amount of gas mixture that can be fed to the system or the purification process. This determination of the gas composition can of course also be carried out continuously and the system control can also continuously regulate the amount of gas mixture taken up based on the signals determined.
  • the object of the invention is also achieved by using a system according to one of the embodiments described above for recovering the useful gas C4-nitrile (2,3,3,3-tetrafluoro-2- (trifluoromethyl) propanenitrile) and / or C5-ketone (1, 1, 1, 3,4,4,4-heptafluoro-3- (trifluoromethyl) butan-2-one) from a gas mixture with at least one or more of the following secondary gases: oxygen, nitrogen and / or carbon dioxide, in particular below Implementation or use of the method according to one of the embodiments described above.
  • a plant according to the invention is particularly well suited for carrying out a method according to the invention.
  • This vapor pressure is significantly lower than the vapor pressure of typical secondary gases in gas mixtures that are used as protective or insulating gas, such as nitrogen or carbon dioxide.
  • a system according to the invention is made up of simple components and is very well suited for separating gas mixtures in which the individual components have differing vapor pressures efficiently and with great purity.
  • a system according to the invention can also be constructed very compactly so that it can be operated as a mobile system.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a system according to the invention
  • FIG. 2 shows a block diagram of an embodiment of a method according to the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a system according to the invention.
  • a connection 101 can be seen at the very bottom right, via which a gas mixture to be separated can be fed to the system.
  • connection 101 can be connected directly to an application, for example an electrical switchgear.
  • a transport container for a gas mixture for example a gas bottle, can also be connected to the connection 101.
  • a connecting line leads from the connection 101 to the suction pump 21.
  • This connecting line can be opened and closed by the valve 132.
  • a bypass line leads past the suction pump 21.
  • the suction pump 21 can be bypassed via this bypass line.
  • the bypass line can be opened and closed by the valve 131.
  • the system thus offers the possibility of sucking in the gas mixture from the connection 101 with the aid of the suction pump 21 or, alternatively, of feeding the gas mixture to the next system components or process steps via the bypass line, driven by pressure outside the system.
  • connection 101 The setting of which route should be selected starting from connection 101 can be made via valves 132 and 131.
  • a filter 122 can be seen in the direction of flow after the suction pump 21 or the bypass line.
  • the gas mixture can be cleaned in this filter and, for example, suspended matter in the gas mixture can be removed.
  • the compressor 11 is arranged in the direction of flow after the filter 122. This compressor 11 sucks in gas mixture from the line in front of it in the flow direction and compresses it.
  • the compressor 11 is preferably regulated in such a way that the pressure downstream of the compressor 11 is already set so that the desired liquefaction of the useful gas takes place after the gas mixture has been continued into the pressure vessel 93.
  • a set output pressure of the compressor 11 of 5-20 bar, preferably 10 bar, has proven to be particularly suitable.
  • a further valve 201 and a further filter 121 are arranged in a connecting line.
  • the valve 201 enables the line leading away from the compressor 11 to be opened and closed.
  • the filter 121 is provided to clean the already compressed gas mixture.
  • a drying unit can additionally be provided with which moisture is removed from the gas mixture.
  • a connecting line to the pressure vessel 93 which can be opened and closed by the valve 139, runs from the filter 121.
  • This valve 139 can thus be used to determine whether or not the gas mixture is supplied to the pressure vessel 93.
  • the pressure vessel is usually filled periodically, that is to say the valve 139 is opened at times and closed at times.
  • This valve 139 can be controlled by a system controller. Of course, the valve 139 can also be opened or closed manually.
  • the pressure vessel 93 is elongated, the longest dimension of which is oriented essentially vertically.
  • the line running from the valve 139 to the pressure vessel 93 is connected to the pressure vessel 93 in the upper region, in particular in the upper third thereof.
  • the pressure vessel 93 is designed to be pressure-tight and pressure-resistant.
  • the pressure vessel 93 comprises a cooling unit 931, which cools the pressure vessel and the gas mixture located therein.
  • the cooling unit 931 is shown in a zigzag shape. In reality, helically or spirally running cooling lines are advantageously arranged in the pressure vessel 93 over a large area of the length of the pressure vessel 93. This ensures that the pressure vessel 93 and its contents are cooled uniformly and effectively.
  • the cooling unit 931 cools the contents of the pressure vessel 93 preferably to a temperature between -30 and -60 ° C., particularly preferably to a range from -45 to -50 ° C.
  • a removal line 1401 is also connected in the upper third to the pressure vessel 93.
  • This removal line 1401 serves to remove the secondary gas-containing gas phase forming in the pressure vessel 93 from the pressure vessel 93.
  • the valve 140 is arranged in the extraction line 1401.
  • the extraction line 1401 ends at the connection 105.
  • the connection 105 is provided to be connected to a container via which the secondary gas-containing gas phase can be removed from the system.
  • the withdrawn secondary gas-containing gas phase can then either be disposed of or reused.
  • a transfer line 1351 is connected, which can be opened and closed via the two valves 135 and 134.
  • the transfer line 1351 connects the pressure vessel 93 with the purification vessel 95 shown to the right.
  • the purification vessel 95 is shown smaller than the pressure vessel 93. In practice, however, it has been found that the system works optimally when pressure vessels and purification vessel 95 are approximately the same size.
  • the liquefied useful gas is transferred from the pressure vessel 93 into the purification vessel 95 via the transfer line 1351.
  • a first separation step for separating useful gas and secondary gas is carried out in the pressure vessel 93.
  • the useful gas removed from the pressure vessel 93 still has residues of secondary gas, which are removed in the purification vessel 95.
  • a second separation step of useful gas and secondary gas thus takes place in the purification container 95.
  • the purification container 95 comprises a heater 951 which heats the purification container 95 and the gas contained therein.
  • the heater 951 is preferably controlled or regulated via a system control.
  • the heater 951 is designed as an electrical heater.
  • other types of heating devices 951 can also be used, such as a heat exchanger that uses the waste heat from the cooling unit 931 of the pressure vessel 93.
  • the already pre-cleaned, liquid useful gas is heated in the purification tank 95.
  • the pressure in the purification container 95 is regulated in such a way that this internal pressure is very close to the vapor pressure of the useful gas under the conditions prevailing in the purification container 95.
  • the internal pressure is selected to be slightly higher than this vapor pressure.
  • a suction line 1331 is connected to the top of the purification container 95 to remove this collected secondary gas. This suction line 1331 can be opened and closed via the valve 133. When the gaseous secondary gas is sucked out of the purification container 95, the pressure inside the purification container 95 is reduced. The system is regulated so that the internal pressure in the purification container 95 corresponds minimally to the vapor pressure of the useful gas.
  • a filling line 1361 which can be opened and closed via the valve 136, is connected to the bottom of the purification container 95.
  • connection 103 is provided at the end of this filling line 1361.
  • the useful gas previously recovered and cleaned in two stages is removed from the system.
  • a pressure vessel for example, into which the liquid useful gas is filled, can be connected to the connection 103. With the help of this pressure vessel, the recovered useful gas can then be used for further use.
  • the suction line 1331 connects the purification container 95 to the line which connects the suction pump 21 and the bypass line around the suction pump 21 to the compressor 11.
  • the gas phase drawn off from the purification container 95 can be fed back to the compressor 11 via the suction line 1331.
  • the extracted gas phase contains residues of useful gas.
  • this gas phase which also represents a gas mixture, is again fed to the separation steps in the pressure container 93 and in the purification container 95.
  • This recycling ensures that the residues of useful gas that remain in the gas phase after a first purification are also recovered in a further process run. This enables almost complete recovery of the useful gas from the gas mixture.
  • the valves 133, 131 and 132 can be used to set whether the compressor 11 sucks in gas mixture supplied via connection 101, gas phase returned via suction line 1331 or a mixture of both, compresses it and supplies it to pressure vessel 93.
  • This setting, which gas mixtures are compressed and conveyed by the compressor 11, is advantageously made automatically by a system control.
  • the system control uses the signals from several different sensors that are located at different points in the system.
  • FIG. 2 shows a block diagram of an embodiment of a method according to the invention.
  • an embodiment of the method according to the invention is shown as a flow chart.
  • a suction 30 from the application in which the gas mixture to be separated is located.
  • This suction can either take place directly from the application or from a buffer container with the aid of which the gas mixture is transported from the actual application to the system in which the method according to the invention is carried out.
  • the suction 30 can, for example, as described above, take place via a suction pump 21.
  • cleaning 31 is provided in which dirt and moisture are removed from the gas mixture. This purification
  • compression A took place, which is preferably carried out by a compressor.
  • the gas mixture is compressed, preferably to a pressure of about 10 bar.
  • all the components that is to say useful gas and secondary gas (s) leave the compressor 11 in gaseous form and no liquefaction takes place yet.
  • parts of the useful gas are already liquefied and reach the pressure vessel 93 already liquefied.
  • This drying / cleaning 32 can also be omitted with a correspondingly pure gas mixture.
  • the purity of the gas mixture is determined via sensors during the suction 30 and before or after the compression A and, based on the sensor signals, the cleaning 31 and drying / cleaning 32 steps are only carried out when required.
  • the gas mixture is then transferred B into the pressure vessel 93, in which the gas mixture is first separated. This separation is carried out via the cooling system C in the pressure vessel 93.
  • the gas mixture in the pressure vessel 93 is cooled to a preferred temperature between -45 ° and -50 ° C. At this temperature and the pressure previously set by compression A, the useful gas is then liquefied.
  • the useful gas can be, for example, C4-nitrile or C5-ketone, both of which have a very low vapor pressure.
  • the internal pressure in pressure vessel 93 is set or regulated in such a way that it is significantly greater, in particular at least twice as great like the vapor pressure of the useful gas and at the same time significantly lower, in particular 5-40% lower than the vapor pressure of the secondary gas.
  • the vast majority of the secondary gas already changes into the gaseous phase, while the useful gas liquefies and collects in the pressure vessel 93.
  • the gas phase containing the secondary gas is removed from the pressure vessel 93 by the withdrawal D. As a result, most of the gas is separated from the gas mixture as secondary gas.
  • the withdrawn phase containing secondary gas is then withdrawn from the process by disposal / destruction 33.
  • the liquid useful gas is transferred E from the pressure vessel 93 to the purification vessel 95.
  • This transfer E is preferably carried out solely by the pressure prevailing in the pressure vessel 93, which drives the liquid useful gas further into the purification vessel 95.
  • the subsequent heating F of the liquid useful gas takes place by a heater 951 in the purification container 95.
  • the liquid useful gas is heated to a temperature of approximately 0 to 20 ° C. After or during the heating F, the gas phase is sucked out of the purification container 95.
  • the heating F and the suction G are regulated so that the internal pressure in the purification container 95 is slightly higher than the vapor pressure of the useful gas under the conditions prevailing in the purification container 95.
  • the internal pressure in the purification tank 95 is thus significantly closer to the vapor pressure of the useful gas than the internal pressure in the pressure vessel 93.
  • This internal pressure in the purification container 95 which is close to the vapor pressure, effectively removes the last residues of secondary gas, which is still present in the useful gas in liquid form the gaseous phase is transferred and removed from the gas mixture by the suction system F.
  • the useful gas with a very high purity thus remains in liquid form at the bottom in the purification container 95. A purity of> 99% can be achieved using the process according to the invention.
  • the purified, liquid useful gas is removed from the purification container 95 by the filling H.
  • the gas phase removed from the purification container 95 during the suction G still contains residues of useful gas.
  • the gas phase is fed back to compression A and the subsequent process steps through return 34. The last residues of useful gas are thus recovered in a second process run, whereby the process has a very high degree of recovery.

Abstract

The invention relates to a method for recovering a useful gas from a gas mixture consisting of a useful gas and at least one secondary gas, wherein the gas mixture is first compressed and transferred into a pressure vessel. Then, from the pressure vessel, a secondary-gas containing gas phase is removed and condensed useful gas is transferred into a purification vessel. In the purification vessel, the condensed useful gas is then purified. The invention further relates to a plant for recovering a useful gas from a gas mixture. Finally, the invention relates to the use of a plant to carry out a method for recovering a useful gas from a gas mixture.

Description

Trennverfahren für alternative Gasgemische für die Verwendung als Isolationsmedien Separation process for alternative gas mixtures for use as insulation media
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung eines Nutzgases aus einem Gasgemisch, bestehend aus einem Nutzgas und zumindest einem Sekundärgas, wobei das Gasgemisch zunächst komprimiert und in einen Druckbehälter überführt wird, wo eine Kühlung erfolgt. Aus dem Druckbehälter wird dann eine sekundärhaltige Gasphase entnommen und verflüssigtes Nutzgas in einen Aufreinigungsbehälter überführt. In dem Aufreinigungsbehälter wird dann das verflüssigte Nutzgas erwärmt und durch Absaugung einer weiteren Gasphase aufgereinigt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anlage zur Rückgewinnung eines Nutzgases aus einem Gasgemisch. Schließlich betrifft die Erfindung die Verwendung einer Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zur Rückgewinnung eines Nutzgases aus einem Gasgemisch. The invention relates to a method for recovering a useful gas from a gas mixture consisting of a useful gas and at least one secondary gas, the gas mixture first being compressed and transferred to a pressure vessel, where cooling takes place. A secondary gas phase is then removed from the pressure vessel and liquefied useful gas is transferred to a purification vessel. The liquefied useful gas is then heated in the purification container and purified by sucking off a further gas phase. The invention also relates to a system for recovering a useful gas from a gas mixture. Finally, the invention relates to the use of a system for carrying out a method for recovering a useful gas from a gas mixture.
In technischen Anwendungen kommen oftmals Gasgemische zum Einsatz. Nach dem Einsatz dieser Gemische ist es meist erforderlich, diese wieder in ihre einzelnen Gasbestandteile zu zerlegen, um die Bestandteile zu entsorgen oder weiterzuverwenden. Gas mixtures are often used in technical applications. After using these mixtures, it is usually necessary to break them down again into their individual gas components in order to dispose of the components or to reuse them.
Gasgemische kommen beispielsweise als Schutzgas für elektrische Schaltanlagen zum Einsatz. In der Vergangenheit war ein sehr gängiges Schutzgas SF6, welches sehr gute isolierende Eigenschaften aufweist. Allerdings ist SF6 klimaschädlich, so dass in jüngerer Vergangenheit andere Schutz- oder Isoliergase entwickelt wurden, die technisch ähnliche Eigenschaften wie SF6 aufweisen und gleichzeitig umweltfreundlicher sind. Diese alternativen Schutz- oder Isoliergase werden durch Gasgemische gebildet. Beispielsweise basieren solche Gasgemische auf C4-Nitril (2,3,3,3-Tetrafiuoro-2-(trif!uoromethyl)propannitril) oder C5-Keton (1 ,1 ,1 ,3,4,4,4-Heptafluoro-3-(trifluoromethyl)butan-2-on). Diese Gase, auf welchen Gasgemische zur Bildung eines Schutz- oder Isoliergases basieren, werden im Folgenden als Nutzgase bezeichnet. Für die Bildung eines Gasgemisches als Schutz- oder Isoliergas werden dem Nutzgas ein oder mehrere sogenannte Sekundärgase beigemischt. Bei diesen Sekundärgasen kann es sich beispielsweise um Stickstoff oder Kohlenstoffdioxid handeln. Die Mischungsverhältnisse zwischen Nutzgas und Sekundärgas werden an die Anwendung, in der das Gasgemisch zum Einsatz kommt angepasst. Bei dem Einsatz eines solchen Gasgemisches, beispielsweise als Isoliergas in einer Schaltanlage, kann es Vorkommen, dass diese Gasgemische verunreinigt werden, beispielsweise wenn ungewollt eine Beimischung von Luft entsteht. In diesem Fall entsteht ein Gasgemisch mit weiteren, ungewollten Komponenten, welche auch als Sekundärgase bezeichnet werden. Gas mixtures are used, for example, as protective gas for electrical switchgear. In the past, a very common protective gas was SF6, which has very good insulating properties. However, SF6 is harmful to the climate, so that in the recent past other protective or insulating gases have been developed that have technically similar properties to SF6 and are more environmentally friendly at the same time. These alternative protective or insulating gases are formed by gas mixtures. For example, such gas mixtures are based on C4-nitrile (2,3,3,3-tetrafiuoro-2- (trifluoromethyl) propanenitrile) or C5-ketone (1, 1, 1, 3,4,4,4-heptafluoro-3 - (trifluoromethyl) butan-2-one). These gases, on which gas mixtures are based to form a protective or insulating gas, are referred to below as useful gases. One or more so-called secondary gases are added to the useful gas to form a gas mixture as a protective or insulating gas. These secondary gases can be nitrogen or carbon dioxide, for example. The mixing ratios between useful gas and secondary gas are adapted to the application in which the gas mixture is used. When using such a gas mixture, for example as an insulating gas in a switchgear, it can happen that these gas mixtures are contaminated, for example if air is inadvertently mixed in. In this case, a gas mixture is created with other, unwanted components, which are also referred to as secondary gases.
Es besteht somit Bedarf an Lösungen, Gasgemische bestehend aus einem Nutzgas und zumindest einem Sekundärgas wieder in ihre einzelnen Gaskomponenten zu zerlegen. Zum einen ist es erforderlich, unbeabsichtigt verunreinigte Gasgemische von den Verunreinigungen zu befreien. Darüber hinaus besteht auch Bedarf, nicht verunreinigte Gasgemische wieder in ihre einzelnen Komponenten zu zerlegen um aus den einzelnen Komponenten neue Gasgemische, beispielsweise unter anderen Mischungsverhältnissen der einzelnen Komponenten zueinander zu erzeugen. Ein großer Bedarf an solchen Lösungen besteht insbesondere im Bereich der Schutz- und Isoliergase für elektrische Schaltanlagen. Allerdings müssen auch in anderen technischen Bereichen Gasgemische zuverlässig getrennt und Nutzgase aus Gasmischungen rückgewonnen werden. There is thus a need for solutions to break down gas mixtures consisting of a useful gas and at least one secondary gas back into their individual gas components. On the one hand, it is necessary to unintentionally free contaminated gas mixtures from the contaminants. In addition, there is also a need to break down uncontaminated gas mixtures again into their individual components in order to generate new gas mixtures from the individual components, for example with different mixing ratios of the individual components to one another. There is a great need for such solutions in particular in the field of protective and insulating gases for electrical switchgear. However, in other technical areas too, gas mixtures must be reliably separated and useful gases recovered from gas mixtures.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, Lösungen vorzuschlagen Gasgemische zuverlässig in ihre einzelnen Komponenten auftrennen zu können. The object of the invention is therefore to propose solutions to be able to reliably separate gas mixtures into their individual components.
Diese Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Rückgewinnung eines Nutzgases aus einem Gasgemisch, bestehend aus einem Nutzgas und zumindest einem Sekundärgas, umfassend zumindest die Schritte, This object of the invention is achieved by a method for recovering a useful gas from a gas mixture consisting of a useful gas and at least one secondary gas, comprising at least the steps
A) Kompression des Gasgemisches in einem Kompressor, A) Compression of the gas mixture in a compressor,
B) Überführung des komprimierten Gasgemisches in einen Druckbehälter, B) transferring the compressed gas mixture into a pressure vessel,
C) Kühlen des komprimierten Gasgemisches im Druckbehälter bis das Nutzgas in die flüssige Phase übergeht und eine sekundärgashaltige Gasphase verbleibt, wobei der Druck im Druckbehälter so eingestellt wird, dass er zumindest doppelt so hoch wie der Dampfdruck des Nutzgases bei der aktuellen Temperatur im Druckbehälter liegt und der Druck im Druckbehälter mindestens 5 % niedriger als der Dampfdruck des Sekundärgases bei der aktuellen Temperatur im Druckbehälter liegt, C) Cooling of the compressed gas mixture in the pressure vessel until the useful gas changes into the liquid phase and a secondary gas-containing gas phase remains, the pressure in the pressure vessel being set so that it is at least twice as high as the vapor pressure of the useful gas at the current temperature in the pressure vessel and the pressure in the pressure vessel is at least 5% lower than the vapor pressure of the secondary gas at the current temperature in the pressure vessel,
D) Entnahme der sekundärgashaltigen Gasphase aus dem Druckbehälter, D) Removal of the secondary gas-containing gas phase from the pressure vessel,
E) Überführung des verflüssigten Nutzgases vom Druckbehälter in einen Aufreinigungsbehälter, E) transferring the liquefied useful gas from the pressure vessel to a purification vessel,
F) Erwärmung des verflüssigten Nutzgases im Aufreinigungsbehälter, F) heating of the liquefied useful gas in the purification tank,
G) Absaugung der Gasphase aus dem Aufreinigungsbehälter solange, bis der Innendruck im Aufreinigungsbehälter dem Dampfdruck des Nutzgases bei der aktuellen Temperatur im Aufreinigungsbehälter entspricht. G) suction of the gas phase from the purification container until the internal pressure in the purification container corresponds to the vapor pressure of the useful gas at the current temperature in the purification container.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dazu vorgesehen ein Gasgemisch aufzutrennen und ein Nutzgas daraus zurückzugewinnen. Das Gasgemisch besteht aus einem Nutzgas und zumindest einem Sekundärgas. Üblicherweise weist das Gasgemisch jedoch mehrere Sekundärgase auf. Durch die Rückgewinnung des Nutzgases aus dem Gemisch bleibt das zumindest eine Sekundärgas übrig, sodass eine Auftrennung des Gasgemisches erfolgt. ln einem ersten Verfahrensschritt erfolgt eine Kompression des Gasgemisches, wofür ein Kompressor verwendet wird. Das Gasgemisch wird dabei auf einen geeigneten Druck verdichtet. Das erfindungsgemäße Verfahren zielt darauf ab, das Nutzgas zu verflüssigen, das oder die Sekundärgase jedoch in der gasförmigen Phase zu erhalten. So ist eine Auftrennung durch Entnahme entweder des gasförmigen Sekundärgases oder des flüssigen Nutzgases besonders einfach. Ein geeigneter Druck, der im ersten Verfahrensschritt durch die Kompression eingestellt wird, ist somit so zu wählen, dass geeigneter Weise das Nutzgas in einem späteren Verfahrensschritt verflüssigt wird, das oder die Sekundärgase jedoch nicht. Idealerweise erfolgt die Einstellung eines solchen geeigneten Druckes ausschließlich durch die initiale Kompression im Kompressor. Alternativ kann zwischen dem Kompressor und dem Druckbehälter oder im Druckbehälter eine zusätzliche Anpassung des Druckes, beispielsweise durch eine weitere Kompression oder eine Entspannung vorgesehen werden. The method according to the invention is intended to separate a gas mixture and to recover a useful gas from it. The gas mixture consists of a useful gas and at least one secondary gas. However, the gas mixture usually has several secondary gases. By recovering the useful gas from the mixture, the at least one secondary gas remains, so that the gas mixture is separated. In a first process step, the gas mixture is compressed, for which a compressor is used. The gas mixture is compressed to a suitable pressure. The aim of the method according to the invention is to liquefy the useful gas, but to keep the secondary gas or gases in the gaseous phase. A separation by removing either the gaseous secondary gas or the liquid useful gas is particularly simple. A suitable pressure, which is set by the compression in the first process step, is therefore to be selected so that the useful gas is suitably liquefied in a later process step, but the secondary gas or gases are not. Ideally, such a suitable pressure is set exclusively by the initial compression in the compressor. Alternatively, an additional adjustment of the pressure can be provided between the compressor and the pressure vessel or in the pressure vessel, for example by means of further compression or relaxation.
In einem zweiten Verfahrensschritt wird das komprimierte Gasgemisch in einen Druckbehälter überführt. Der Druckbehälter ist der Ort, an dem eine erste Zerlegung des Gasgemisches in seine einzelnen Komponenten erfolgt. Das Gasgemisch wird unter dem zuvor bei der Kompression erzeugten Druck in den Druckbehälter überführt und dort zunächst zwischengespeichert. Auf dem Weg zwischen dem Kompressor zum Druckbehälter sind Ventile und Einrichtungen zur Reinigung des Gasgemisches, wie beispielsweise Filter vorgesehen werden. Der Druckbehälter umfasst eine Kühleinheit, mit der der Druckbehälter und das darin befindliche Gasgemisch gekühlt werden können. Das im Druckbehälter befindliche Gasgemisch wird nun abgekühlt. Im Druckbehälter wird eine Kombination aus Druck und Temperatur eingestellt, bei der sich das Nutzgas, welches üblicherweise einen deutlich niedrigeren Dampfdruck aufweist als das Sekundärgas, verflüssigt. Gleichzeitig wird die Kombination aus Druck und Temperatur so eingestellt, dass das Sekundärgas im Druckbehälter gasförmig bleibt. Entscheidend dafür, ob ein Gas gasförmig oder flüssig vorliegt ist, ob der vorherrschende Druck oberhalb oder unterhalb des Dampfdrucks des entsprechenden Gases liegt. Der Dampfdruck wiederum ist abhängig von der vorherrschenden Temperatur. Die Bedingung oder der Zustand, ab dem ein Gas vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht kann zum einen als der Dampfdruck dieses Gases bezeichnet werden. Anders formuliert entspricht dieser Bedingung auch der Kondensationspunkt, ab dem in die andere Richtung ein Gas vom gasförmigen in den flüssigen Zustand übergeht. Die Bezeichnung Dampfdruck wird üblicherweise verwendet, wenn eine flüssige und eine gasförmige Phase in einer Umgebung zusammen vorliegen. Unterhalb des Dampfdruckes liegt ein Gas in einer solchen Umgebung gasförmig, oberhalb des Dampfdruckes in flüssiger Form vor. Für die Verwendung des Begriffes Kondensationspunkt ist nicht zwingend ein Gemisch aus flüssiger und gasförmige Phase nötig. Oberhalb des Kondensationspunktes liegt ein Gas stets im gasförmigen Zustand vor. In diesem Fall muss keine Phase von flüssigem Gas vorhanden sein. Die Eigenschaft unterhalb des Dampfdrucks kann somit beim Vorliegen einer rein gasförmigen Phase gleichgesetzt werden mit der Eigenschaft oberhalb des Kondensationspunktes. Erfmdungsgemäß wird das gasförmig vorliegende Gasgemisch durch die Kompression im ersten Schritt auf einen Druck verdichtet, der bei der vorherrschenden Temperatur unterhalb des Dampfdrucks sämtlicher Gaskomponenten liegt. In diesem Zustand wird das Gasgemisch in den Druckbehälter eingebracht, wobei sämtliche Komponenten des Gasgemisches in gasförmiger Form vorliegen. Im Druckbehälter wird dann die Temperatur reduziert. Durch diese Reduzierung der Temperatur sinkt der Dampfdruck der Gaskomponenten. Im Druckbehälter wird die Temperatur so weit reduziert, bis der im Druckbehälter vorherrschende Druck deutlich höher ist als der Dampfdruck des Nutzgases bei der einge- stellten Temperatur. Bei dieser Kombination aus Druck und Temperatur im Druckbehälter geht das Nutzgas in den flüssigen Zustand über. Der Druckbehälter wird so eingestellt, dass er zumindest doppelt so hoch ist wie der Gasdruck des Nutzgases bei den vorherrschenden Bedingungen im Druckbehälter. Der Druck im Druckbehälter wird deswegen deutlich höher als der Gasdruck des Nutzgases eingestellt, dass sichergestellt ist, dass sich das Nutzgas tatsächlich komplett verflüssigt. In der Praxis hat sich herausgestellt, dass diese komplette Verflüssigung bei Drücken im Druckbehälter besonders gut zu erzielen ist, die 3-5 mal so hoch wie der Dampfdruck des Nutzgases liegen. Die Kombination aus Druck und Temperatur im Druckbehälter wird gleichzeitig so eingestellt, dass dieser mindestens 5 % niedriger als der Dampfdruck des Sekundärgases ist. Durch diesen Abstand vom Dampfdruck des Sekundärgases ist sichergestellt, dass dieses Sekundärgas sicher und komplett in der gasförmigen Phase verbleibt und sich nicht bereits teilweise verflüssigt. Je nach Art des Sekundärgases, kann dieses bei den vorherrschenden Zuständen im Druckbehälter auch gar keinen Dampfdruck aufweisen. Dies ist beispielsweise bei einem Sekundärgas der Fall, welches durch Stickstoff gebildet wird. Falls ein solches Sekundärgas bei den vorherrschenden Bedingungen keinen Dampfdruck hat, ist der Druck im Druckbehälter niedrig genug, um sicherzustellen dass das Sekundärgas in der gasförmigen Phase verbleibt. Andere Sekundärgase, wie beispielsweise Kohlenstoffdioxid weisen bei den vorherrschenden Bedingungen im Druckbehälter einen Dampfdruck auf. Für solche Sekundärgase wird der Druck im Inneren des Druckbehälters bevorzugt zwischen 5 und 40 %, besonders bevorzugt zwischen 10 und 30 % niedriger als der Dampfdruck des Sekundärgases eingestellt. Durch diesen eingestellten Zustand wird bereits ein sehr großer Teil des Sekundärgases aus dem Gasgemisch herausgetrennt. Allerdings verbleiben in der gasförmigen Phase im Druckbehälter auch noch Reste des Nutzgases, umgekehrt verbleiben in der flüssigen Phase, welche größtenteils aus Nutzgas besteht, noch Reste des Sekundärgases. In a second process step, the compressed gas mixture is transferred to a pressure vessel. The pressure vessel is the place where the gas mixture is first broken down into its individual components. The gas mixture is transferred to the pressure vessel under the pressure previously generated during compression and is initially stored there. On the way between the compressor and the pressure vessel, valves and devices for cleaning the gas mixture, such as filters, are provided. The pressure vessel comprises a cooling unit with which the pressure vessel and the gas mixture located therein can be cooled. The gas mixture in the pressure vessel is now cooled. A combination of pressure and temperature is set in the pressure vessel at which the useful gas, which usually has a significantly lower vapor pressure than the secondary gas, liquefies. At the same time, the combination of pressure and temperature is set so that the secondary gas remains gaseous in the pressure vessel. Decisive for whether a gas is gaseous or liquid, whether the prevailing pressure is above or below the vapor pressure of the corresponding gas. The vapor pressure, in turn, depends on the prevailing temperature. The condition or the state from which a gas changes from the liquid to the gaseous state can on the one hand be referred to as the vapor pressure of this gas. In other words, this condition also corresponds to the condensation point from which a gas changes from a gaseous to a liquid state in the other direction. The term vapor pressure is commonly used when a liquid and a gaseous phase coexist in one environment. Below the vapor pressure a gas is in gaseous form in such an environment, above the vapor pressure it is in liquid form. A mixture of liquid and gaseous phases is not absolutely necessary for the use of the term condensation point. Above the condensation point, a gas is always in a gaseous state. In this case there does not have to be a phase of liquid gas. The property below the vapor pressure can thus be equated with the property above the condensation point when a purely gaseous phase is present. According to the invention, the gas mixture present in gaseous form is compressed by the compression in the first step to a pressure which, at the prevailing temperature, is below the vapor pressure of all gas components. In this state, the gas mixture is introduced into the pressure vessel, all components of the gas mixture being in gaseous form. The temperature is then reduced in the pressure vessel. This reduction in temperature reduces the vapor pressure of the gas components. The temperature in the pressure vessel is reduced until the pressure prevailing in the pressure vessel is significantly higher than the vapor pressure of the useful gas at the set temperature. With this combination of pressure and temperature in the pressure vessel, the useful gas changes to the liquid state. The pressure vessel is set so that it is at least twice as high as the gas pressure of the useful gas under the prevailing conditions in the pressure vessel. The pressure in the pressure vessel is therefore set significantly higher than the gas pressure of the useful gas to ensure that the useful gas is actually completely liquefied. In practice it has been found that this complete liquefaction can be achieved particularly well at pressures in the pressure vessel that are 3-5 times as high as the vapor pressure of the useful gas. The combination of pressure and temperature in the pressure vessel is set at the same time so that it is at least 5% lower than the vapor pressure of the secondary gas. This distance from the vapor pressure of the secondary gas ensures that this secondary gas remains safely and completely in the gaseous phase and does not already partially liquefy. Depending on the type of secondary gas, it may not have any vapor pressure under the prevailing conditions in the pressure vessel. This is the case, for example, with a secondary gas which is formed by nitrogen. If such a secondary gas has no vapor pressure under the prevailing conditions, the pressure in the pressure vessel is low enough to ensure that the secondary gas remains in the gaseous phase. Other secondary gases, such as carbon dioxide, have a vapor pressure under the prevailing conditions in the pressure vessel. For such secondary gases, the pressure inside the pressure vessel is preferably set between 5 and 40%, particularly preferably between 10 and 30% lower than the vapor pressure of the secondary gas. As a result of this set state, a very large part of the secondary gas is already separated from the gas mixture. However, residues of the useful gas also remain in the gaseous phase in the pressure vessel; conversely, residues of the secondary gas still remain in the liquid phase, which largely consists of useful gas.
Nach der ersten Auftrennung des Gasgemisches im Druckbehälter wird die sekundärgashaltige Gasphase aus dem Druckbehälter entnommen. Günstiger weise ist dazu eine entsprechende mit einem Ventil versehene Entnahmeleitung im oberen Bereich des Druckbehälters vorgesehen. After the first separation of the gas mixture in the pressure vessel, the secondary gas-containing gas phase is removed from the pressure vessel. For this purpose, a corresponding extraction line provided with a valve is expediently provided in the upper region of the pressure vessel.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird das verflüssigte Nutzgas von dem Druckbehälter in einen Aufreinigungsbehälter überführt. In diesem Aufreinigungsbehälter wird eine zweite Reinigung des Nutzgases durchgeführt mit dem Ziel, darin noch enthaltene Reste des Sekundärgases zu entfernen. Diese Überführung des Nutzgases in den Aufreinigungsbehälter erfolgt üblicherweise getrieben durch den im Druckbehälter vorherrschenden Druck. In a further process step, the liquefied useful gas is transferred from the pressure vessel to a purification vessel. A second purification of the useful gas is carried out in this purification tank with the aim of removing residues of the secondary gas still contained therein. This transfer of the useful gas into the purification vessel is usually driven by the pressure prevailing in the pressure vessel.
Der Aufreinigungsbehälter umfasst dabei zumindest ein Heizgerät, welches den Aufreinigungsbehälter und das darin befindliche, verflüssigte Nutzgas erwärmt. Durch diese Erwärmung im Aufreinigungsbehälter steigt der Dampfdruck der darin befindlichen Gase relativ zu den Bedingungen im Druckbehälter an. Durch den steigenden Dampfdruck gehen die im verflüssigten Nutzgas noch enthaltenen Reste des Sekundärgases in die gasförmige Phase über und treten dadurch aus dem verflüssigten Nutzgas aus. Gleichzeitig wird durch die steigende Temperatur im Aufreinigungsbehälter die Löslichkeit des Sekundärgases oder der Sekundärgase im flüssigen Nutzgas reduziert, sodass diese in die Gasphase übergehen, das flüssige Nutzgas verlassen und das Nutzgas somit aufgereinigt wird. ln einem weiteren Verfahrensschritt wird dann die Gasphase, mit den herausgetrennten Resten des Sekundärgases aus dem Aufreinigungsbehälter abgesaugt. Bei dieser Absaugung kann eine Druckreduzierung im Aufreinigungsbehälter erfolgen. Die Absaugung wird so lange durchgeführt, bis der Innendruck im Aufreinigungsbehälter als Minimalwert dem Dampfdruck des Nutzgases bei der aktuellen Temperatur entspricht. Der vorherrschende Druck im Aufreinigungsbehälter ist somit stets größer oder gleich wie der Dampfdruck des Nutzgases bei der aktuellen Temperatur im Behälter. Um eine gründliche Auftrennung von Nutzgas und Sekundärgas sicherzustellen, wird im Aufreinigungsbehälter der Innendruck bei der Absaugung bis zum Dampfdruck des Nutzgases reduziert. Dadurch werden auch Reste von Sekundärgas wirkungsvoll aus dem Nutzgas herausgetrennt. Bei Drücken, die sehr nahe an Dampfdruck des Nutzgases liegen, beginnt bereits auch das Nutzgas in den gasförmigen Zustand überzugehen. Die aus dem Aufreinigungsbehälter abgesaugte Gasphase kann somit auch anteilig Nutzgas enthalten. Erfindungsgemäß ist jedoch eine Einstellung eines Innendrucks im Aufreinigungsbehälter sehr nahe am Dampfdruck des Nutzgases essenziell für eine gute Reinheit des herausgetrennten oder rückgewonnen Nutzgases, welches in verflüssigter Form im Aufreinigungsbehälter gesammelt wird. Nach Abschluss dieses Verfahrensschrittes liegt im Aufreinigungsbehälter das Nutzgas in flüssiger Form mit einer sehr hohen Reinheit vor. Eine Rückgewinnung der Reste des Nutzgases, die aus dem Aufreinigungsbehälter abgesaugt werden, ist durch optionale Ausführungsformen des Verfahrens, wie weiter unten beschrieben, möglich. The purification container comprises at least one heating device which heats the purification container and the liquefied useful gas located therein. As a result of this heating in the purification vessel, the vapor pressure of the gases contained therein increases relative to the conditions in the pressure vessel. As a result of the increasing vapor pressure, the residues of the secondary gas still contained in the liquefied useful gas pass into the gaseous phase and thus escape from the liquefied useful gas. At the same time, the increasing temperature in the purification tank reduces the solubility of the secondary gas or gases in the liquid useful gas, so that they pass into the gas phase, leave the liquid useful gas and the useful gas is thus purified. In a further process step, the gas phase with the removed residues of the secondary gas is then sucked out of the purification container. With this suction, the pressure in the purification tank can be reduced. The suction is carried out until the internal pressure in the purification tank corresponds as a minimum value to the vapor pressure of the useful gas at the current temperature. The prevailing pressure in the purification container is therefore always greater than or equal to the vapor pressure of the useful gas at the current temperature in the container. In order to ensure a thorough separation of the useful gas and the secondary gas, the internal pressure in the purification tank is reduced during the suction down to the vapor pressure of the useful gas. In this way, residues of secondary gas are also effectively separated from the useful gas. At pressures that are very close to the vapor pressure of the useful gas, the useful gas also begins to change into the gaseous state. The gas phase sucked out of the purification container can thus also contain a proportion of useful gas. According to the invention, however, setting an internal pressure in the purification vessel very close to the vapor pressure of the useful gas is essential for good purity of the useful gas which has been separated out or recovered and which is collected in liquefied form in the purification vessel. After completing this process step, the useful gas is in liquid form with a very high purity in the purification tank. A recovery of the residues of the useful gas, which are sucked off from the purification container, is possible by means of optional embodiments of the method, as described further below.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren genau in der Abfolge der einzelnen Verfahrensschritte wie zuvor beschrieben durchgeführt. Es ist aber auch möglich, die Reihenfolge der Verfahrensschritte abzuändern, falls dies im Anwendungsfall zu günstigeren Ergebnissen führt. In a particularly preferred embodiment, the method according to the invention is carried out precisely in the sequence of the individual method steps as described above. However, it is also possible to change the sequence of the process steps if this leads to more favorable results in the application.
Des Weiteren ist in dem Vorschlag vorteilhafter Weise vorgesehen, dass das Gasgemisch vor der Kompression A) mittels einer Säugpumpe aus einem Behälter abgesaugt wird, in dem sich das Gasgemisch im Anwendungsfall befindet. In dieser Ausführungsform erfolgt vor der Kompression eine Entnahme des Gasgemisches aus dem Behälter, in dem es technisch eingesetzt wird. Beispielsweise kann ein solcher Behälter das Gehäuse einer elektrischen Schaltanlage sein, in dem das Gasgemisch als Schutz- oder Isoliergas eingesetzt wird. Eine Säugpumpe ermöglicht einen sehr niedrigen Absaugdruck. Durch einen solchen niedrigen Absaugdruck ist sichergestellt, dass das Nutzgas, welches üblicherweise einen sehr niedrigen Dampfdruck aufweist, bei der Absaugung sicher in der gasförmigen Phase verbleibt. Bei der Absaugung des Gasgemisches aus dem Behälter können vor oder nach der Säugpumpe Filter zur Reinigung des abgesaugten Gasgemisches eingebaut werden. In einer Schaltanlage eingesetzte Gasgemische, die als Schutz-oder Isoliergas eingesetzt werden, können direkt aus der Schaltanlage abgesaugt und dann der Kompression zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zugeführt werden. Alternativ kann die Absaugung aus der Schaltanlage oder dem Behälter mittels der Säugpumpe auch in einen Pufferbehälter erfolgen. Das Gasgemisch kann in diesem Fall in diesem Pufferbehälter der Kompression für das erfindungsgemäße Verfahren zugeführt werden. Vorteilhaft am Zwischenspeicher des Gasgemisches in einem Pufferbehälter ist, dass die Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sich an einem anderen Ort als die Anwendung des Gasgemisches befinden kann. In diesem Fall kann die Säugpumpe baulich mit dem Pufferbehälter kombiniert oder aber auch separat zu diesem ausgeführt sein. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Vorschlags ist vorgesehen, dass das Gasgemisch nach der Absaugung, welche durch die Säugpumpe erfolgt, gereinigt, insbesondere gefiltert wird. In dieser Ausführungsform wird das Gasgemisch bereits vor der Kompression durch den Kompressor, nach der Absaugung gereinigt. Zur Reinigung können verschiedene Arten von Filtern vorgesehen werden. Furthermore, it is advantageously provided in the proposal that the gas mixture is sucked off by means of a suction pump from a container in which the gas mixture is in use, prior to compression A). In this embodiment, before compression, the gas mixture is withdrawn from the container in which it is used technically. For example, such a container can be the housing of an electrical switchgear, in which the gas mixture is used as a protective or insulating gas. A suction pump enables a very low suction pressure. Such a low suction pressure ensures that the useful gas, which usually has a very low vapor pressure, remains safely in the gaseous phase during suction. When the gas mixture is sucked out of the container, filters can be installed upstream or downstream of the suction pump to clean the extracted gas mixture. Gas mixtures used in a switchgear, which are used as protective or insulating gas, can be sucked off directly from the switchgear and then fed to the compression for carrying out the method according to the invention. Alternatively, the suction from the switchgear or the container can also take place in a buffer container by means of the suction pump. In this case, the gas mixture can be supplied to compression for the method according to the invention in this buffer container. The advantage of the intermediate storage of the gas mixture in a buffer container is that the system for carrying out the method according to the invention can be located at a different location than where the gas mixture is used. In this case, the suction pump can be structurally combined with the buffer container or it can also be designed separately from it. In a preferred embodiment of the proposal it is provided that the gas mixture is cleaned, in particular filtered, after the suction, which takes place by the suction pump. In this embodiment, the gas mixture is cleaned before the compression by the compressor, after the suction. Various types of filters can be provided for cleaning.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass nach der Absaugung G) der Gasphase aus dem Aufreinigungsbehälter eine Abfüllung des im Aufreinigungsbehälter in flüssiger Phase verbleibenden, aufgereinigten Nutzgases erfolgt. In dieser Ausführungsform wird das aufgereinigte Nutzgas, welches sich nach der Absaugung der Gasphase unten im Aufreinigungsbehälter sammelt, aus dem Aufreinigungsbehälter entnommen und abgefüllt. Eine solche Abfüllung kann in Speicherbehälter, wie beispielsweise Gasflaschen erfolgen. Das rückgewonnene Nutzgas kann dann in dem Speicherbehälter einem neuen Anwendungsfall zugeführt werden. Beispielsweise kann der Speicherbehälter an eine Mischanlage angeschlossen werden, in der das rückgewonnene Nutzgas einer neuen Gasmischung beigemischt wird. Furthermore, it is provided that after the suction G) of the gas phase from the purification container, the purified useful gas remaining in the purification container in the liquid phase is filled. In this embodiment, the purified useful gas, which collects at the bottom of the purification container after the gas phase has been suctioned off, is removed from the purification container and filled. Such filling can take place in storage containers, such as gas bottles. The recovered useful gas can then be supplied to a new application in the storage container. For example, the storage container can be connected to a mixing system in which the recovered useful gas is mixed with a new gas mixture.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Gasgemisch zwischen der Kompression A) und der Überführung B) getrocknet und/oder gereinigt, insbesondere gefiltert wird. In dieser Ausführungsform erfolgt eine Reinigung und/oder Trocknung des Gasgemisches zwischen der Kompression und dem Druckbehälter. Diese Reinigung und/oder Trocknung kann dabei vor oder während der Überführung B) in den Druckbehälter vorgenommen werden. Unter Trocknung ist zu verstehen, dass im Gasgemisch enthaltene Feuchte oder Feuchtigkeit entfernt wird. Eine Reinigung erfolgt üblicherweise mit der Hilfe von Filtern. Es ist auch möglich eine zweistufige Reinigung vorzunehmen, bei der ein erster Reinigungsschritt vor der Kompression und ein zweiter Reinigungsschritt nach der Kompression erfolgt. In an advantageous embodiment it is provided that the gas mixture between the compression A) and the transfer B) is dried and / or cleaned, in particular filtered. In this embodiment, the gas mixture is cleaned and / or dried between the compression and the pressure vessel. This cleaning and / or drying can be carried out before or during transfer B) into the pressure vessel. Drying is understood to mean that moisture or moisture contained in the gas mixture is removed. Cleaning is usually done with the help of filters. It is also possible to carry out a two-stage cleaning in which a first cleaning step takes place before the compression and a second cleaning step takes place after the compression.
Geschickter Weise ist vorgesehen, dass das Gasgemisch bei der Kompression A) auf einen Druck von 5- 20 bar, insbesondere 10 bar komprimiert wird. Dieser Druckbereich ist besonders zur Durchführung eines Verfahrens geeignet, bei dem als Nutzgas C4 oder C5 aus einem Gasgemisch rückgewonnen werden soll. Dieser Druck liegt bei den im Druckbehälter vorherrschenden Temperaturen deutlich höher als der Dampfdruck des Nutzgases, jedoch deutlich unter dem Dampfdruck des Sekundärgases. Somit ist dieser Druckbereich besonders geeignet für eine erste Auftrennung von Nutzgas und Sekundärgas. It is cleverly provided that the gas mixture is compressed to a pressure of 5-20 bar, in particular 10 bar, during compression A). This pressure range is particularly suitable for carrying out a process in which C4 or C5 is to be recovered from a gas mixture as useful gas. At the temperatures prevailing in the pressure vessel, this pressure is significantly higher than the vapor pressure of the useful gas, but well below the vapor pressure of the secondary gas. This pressure range is therefore particularly suitable for a first separation of useful gas and secondary gas.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das beim Kühlen C) im Druckbehälter das Gasgemisch auf eine Temperatur von -30 bis -60 °C, insbesondere auf eine Temperatur von -45 bis - 50 °C abgekühlt wird. Dieser Temperaturbereich beim Kühlen im Druckbehälter ist insbesondere in Kombination mit dem zuvor beschriebenen bevorzugten Druckbereich besonders geeignet zur Rückgewinnung von C4 oder C5 aus einem Gasgemisch. Wie bereits zuvor beschrieben, entstehen bei diesen Parametern beim Kühlen im Druckbehälter Bedingungen, in denen der Druck deutlich höher liegt als der Dampfdruck des Nutzgases, jedoch der Druck gleichzeitig niedriger liegt als der Dampfdruck des Sekundärgases. Unter diesen Bedingungen geht das Nutzgas sicher in den flüssigen Aggregatzustand über, dass Sekundärgas dagegen nimmt einen gasförmigen Zustand an. In a further preferred embodiment it is provided that the gas mixture is cooled to a temperature of -30 to -60 ° C, in particular to a temperature of -45 to -50 ° C, during cooling C) in the pressure vessel. This temperature range when cooling in the pressure vessel is particularly suitable in combination with the preferred pressure range described above for the recovery of C4 or C5 from a gas mixture. As already described above, when cooling in the pressure vessel, these parameters create conditions in which the pressure is significantly higher than the vapor pressure of the useful gas, but at the same time the pressure is lower than the vapor pressure of the secondary gas. Under these conditions, the useful gas safely turns into the liquid state of aggregation, whereas the secondary gas assumes a gaseous state.
Des Weiteren ist günstiger Weise vorgesehen, dass das Kühlen C) zwischen 5 und 20 Minuten, insbesondere 10 Minuten lang durchgeführt wird. Üblicherweise erfolgt das Kühlen im Druckbehälter periodisch. Das bedeutet, dass zunächst Gasgemisch von der Kompression in den Druckbehälter überführt wird. Anschließend wird diese Überführung unterbrochen und die Kühlung eingeleitet. Eine Zeitspanne zwischen 5 und 20 Minuten hat sich dabei als besonders gut herausgestellt im Druckbehälter Zustände zu erzeugen, in denen das Nutzgas flüssig, dass Sekundärgas jedoch gasförmig vorliegt. Selbstverständlich kann eine Kühlung auch kürzer oder länger als der genannte Bereich vorgenommen werden. Furthermore, it is advantageously provided that the cooling C) is carried out between 5 and 20 minutes, in particular 10 minutes. Usually, the cooling in the pressure vessel takes place periodically. This means that the gas mixture is first transferred from the compression to the pressure vessel. This transfer is then interrupted and cooling is initiated. A period of time between 5 and 20 minutes has proven to be particularly good at generating states in the pressure vessel in which the useful gas is liquid, but the secondary gas is in gaseous form. Of course, cooling can also be carried out for a shorter or longer period than the mentioned range.
Vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass die Überführung B) des Gasgemisches in den Druckbehälter periodisch erfolgt und vor der Entnahme D) der sekundärgashaltigen Gasphase aus dem Druckbehälter eine Beruhigungszeit abgewartet wird. Günstiger Weise wird die Überführung des Gasgemisches in den Druckbehälter nicht kontinuierlich, sondern periodisch vorgenommen. Das bedeutet, dass in einem ersten Schritt eine Überführung des Gasgemisches von der Kompression in den Druckbehälter erfolgt. In einem zweiten Schritt wird die Überführung unterbrochen und die Kühlung im Druckbehälter ohne weitere Befüllung des Druckbehälters vorgenommen. Nach der Einstellung der gewünschten Parameter im Druckbehälter wird eine Beruhigungszeit abgewartet. Innerhalb dieser Beruhigungszeit entweicht das gasförmig im verflüssigten Nutzgas enthaltene Sekundärgas nach oben und sammelt sich gasförmig oberhalb des flüssigen Nutzgases. Ohne Beruhigungszeit wären größere Reste von gasförmigem Sekundärgas in dem flüssigen Nutzgas enthalten. Nach dem Abwarten der Beruhigungszeit und dem Ausgasen des Sekundärgases erfolgt dann die Entnahme der sekundärgashaltigen Gasphase aus dem Druckbehälter. It is advantageously provided that the transfer B) of the gas mixture into the pressure vessel takes place periodically and a settling time is waited for before the removal of D) of the secondary gas-containing gas phase from the pressure vessel. Advantageously, the transfer of the gas mixture into the pressure vessel is not carried out continuously, but periodically. This means that in a first step the gas mixture is transferred from the compression to the pressure vessel. In a second step, the transfer is interrupted and the pressure vessel is cooled without further filling the pressure vessel. After setting the desired parameters in the pressure vessel, a settling time is awaited. During this settling time, the secondary gas contained in the liquefied useful gas escapes upwards and collects in gaseous form above the liquid useful gas. Without a settling time, larger residues of gaseous secondary gas would be contained in the liquid useful gas. After waiting for the settling time and the outgassing of the secondary gas, the secondary gas-containing gas phase is then withdrawn from the pressure vessel.
Des Weiteren ist in dem Vorschlag vorteilhafter Weise vorgesehen, dass die bei der Entnahme D) entnommene sekundärgashaltige Gasphase entsorgt oder vernichtet wird. Insbesondere bei Schutz-oder Isoliergasen ist das Sekundärgas nicht umweit- oder klimaschädlich und gleichzeitig kostengünstig zu beschaffen. Gerade in diesem Fall ist es nicht rentabel, das Sekundärgas für weitere Anwendungen wiederzuverwenden. Eine Entsorgung oder Vernichtung ist hier einfacher und kostengünstiger vorzunehmen. Furthermore, it is advantageously provided in the proposal that the secondary gas-containing gas phase removed during removal D) is disposed of or destroyed. In the case of protective or insulating gases in particular, the secondary gas is not harmful to the environment or the climate and, at the same time, can be obtained inexpensively. In this case in particular, it is not profitable to reuse the secondary gas for other applications. Disposal or destruction is easier and cheaper here.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Vorschlags ist vorgesehen, dass die Überführung E) des verflüssigten Nutzgases dann erfolgt, wenn der Druckbehälterüber 0,75 +/- 20 % kg/L mit Gasgemisch befüllt ist. Die Befüllung und auch die Entleerung bzw. die Überführung des verflüssigten Nutzgases in den Aufreinigungsbehälter erfolgt bevorzugt periodisch. Die Überführung des verflüssigten Nutzgases erfolgt günstiger Weise dann, wenn in dem Druckbehälter eine Fülldichte von 0,75 +/- 20 % kg/L, 0,75 kg/L mit einer Toleranz von plus oder minus 20%, vorliegt. Bei einer höheren Fülldichte verbleibt nicht genügend Raum im Druckbehälter zur Sammlung der sekundärgashaltigen Gasphase. Bei einer niedrigeren Fülldichte ist im Druckbehälter nur wenig flüssige Nutzgasphase enthalten und die Überführung somit nicht effizient. Die genannten Fülldichten haben sich in der Praxis als geeignet herausgestellt. Bei Veränderung der Form oder der Größe des Druckbehälters können allerdings auch andere Bereiche der Fülldichte optimal zur Einleitung der Überführung des verflüssigten Nutzgases sein. In a preferred embodiment of the proposal it is provided that the transfer E) of the liquefied useful gas takes place when the pressure vessel is filled with a gas mixture above 0.75 +/- 20% kg / L. The filling and also the emptying or the transfer of the liquefied useful gas into the purification container preferably takes place periodically. The transfer of the liquefied useful gas takes place advantageously when the pressure vessel has a filling density of 0.75 +/- 20% kg / L, 0.75 kg / L with a tolerance of plus or minus 20%. With a higher filling density, there is not enough space left in the pressure vessel to collect the secondary gas-containing gas phase. At a lower filling density, the pressure vessel only contains a small amount of liquid useful gas phase and the transfer is therefore not efficient. The mentioned filling densities have proven to be suitable in practice. If the shape or size of the pressure vessel is changed, however, other areas of the filling density can also be optimal for initiating the transfer of the liquefied useful gas.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Aufreinigungsbehälter vor der Überführung E) des verflüssigten Nutzgases evakuiert wird. In dieser Ausführungsform wird der Aufreinigungsbehälter entleert oder evakuiert, bevor die flüssige Nutzgasphase aus dem Druckbehälter überführt wird. Dadurch ist im Aufreinigungsbehälter kein oder ein nur sehr geringer Gegendruck vorhanden und die flüssige Nutzgasphase kann un- gehindert in den Aufreinigungsbehälter überführt werden. Darüber hinaus wird so sichergestellt, dass die überführte Nutzgasphase nicht durch im Aufreinigungsbehälter befindliches Restgas verunreinigt wird. It is also provided that the purification container is evacuated before the transfer E) of the liquefied useful gas. In this embodiment, the purification container is emptied or evacuated before the liquid useful gas phase is transferred from the pressure container. As a result, there is no or only very little counterpressure in the purification tank and the liquid useful gas phase can prevented from being transferred into the purification tank. This also ensures that the transferred useful gas phase is not contaminated by residual gas in the purification tank.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Erwärmung F) des verflüssigten Nutzgases im Aufreinigungsbehälter durch ein elektrisch betriebenes Heizgerät erfolgt. In dieser Ausführungsform wird die Erwärmung durch ein elektrisches oder elektronisches Heizgerät vorgenommen. Solche Heizgeräte sind besonders einfach in ihrer Leistung regelbar, was eine Gestaltung der Bedingungen im Inneren des Aufreinigungsbehälters besonders einfach macht. Üblicherweise sind im Inneren des Aufreinigungsbehälters ein oder mehrere Temperatursensoren vorgesehen, die in einen Regelkreis zur Steuerung des Heizgerätes eingebunden sind. In an advantageous embodiment it is provided that the heating F) of the liquefied useful gas in the purification container takes place by an electrically operated heater. In this embodiment, the heating is carried out by an electrical or electronic heater. Such heating devices are particularly easy to regulate in terms of their output, which makes it particularly easy to design the conditions inside the purification container. Usually, one or more temperature sensors are provided in the interior of the purification container, which are integrated into a control loop for controlling the heater.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Erwärmung F) des verflüssigten Nutzgases im Aufreinigungsbehälter durch einen Wärmetauscher als Heizgerät erfolgt, der die beim Kühlen C) des komprimierten Gasgemisches im Druckbehälter entstehende Abwärme nutzt und dem Aufreinigungsbehälter zuführt. Bei der Kühlung des Gasgemisches im Druckbehälter kommt üblicherweise eine Wärmepumpe zum Einsatz. Dabei entsteht außerhalb des Druckbehälters Abwärme, die wiederum günstiger Weise zur Erwärmung des Nutzgases im Aufreinigungsbehälter eingesetzt werden kann. Ein solcher Wärmetauscher reduziert den gesamten Energieverbrauch für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens signifikant und gestaltet eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens sehr energieeffizient. In a further preferred embodiment, it is provided that the heating F) of the liquefied useful gas in the purification vessel is carried out by a heat exchanger as a heating device which uses the waste heat generated during cooling C) of the compressed gas mixture in the pressure vessel and feeds it to the purification vessel. A heat pump is usually used to cool the gas mixture in the pressure vessel. This creates waste heat outside the pressure vessel, which in turn can be used in a favorable manner to heat the useful gas in the purification vessel. Such a heat exchanger significantly reduces the total energy consumption for carrying out the method according to the invention and makes a system for carrying out this method very energy-efficient.
Des Weiteren ist günstiger Weise vorgesehen, dass die Erwärmung einerseits durch den Wärmetauscher und andererseits zusätzlich durch das elektrische Heizgerät erfolgt. In dieser Ausführungsform erfolgt die Erwärmung durch eine Kombination eines Wärmetauschers mit einem elektrischen Heizgerät. Günstiger Weise wird ein Grundanteil der Erwärmung durch den besonders energieeffizienten Wärmetauscher vorgenommen. Die Feinregelung der Temperatur im Aufreinigungsbehälter wird durch ein elektrisches Heizgerät vorgenommen, welches nahezu in Echtzeit und sehr fein regelbar ist. Diese Feinregelung ist wichtig um im Aufreinigungsbehälter Bedingungen einzustellen, bei denen der vorherrschende Druck sehr nahe am Dampfdruck des Nutzgases liegt. Eine Kombination aus Wärmetauscher und elektrischem Heizgerät ist somit zum einen energieeffizient wie auch sehr wirkungsvoll für eine reine Abtrennung oder Rückgewinnung des Nutzgases. Furthermore, it is advantageously provided that the heating takes place on the one hand by the heat exchanger and on the other hand additionally by the electrical heater. In this embodiment, the heating takes place by a combination of a heat exchanger with an electrical heater. A basic proportion of the heating is advantageously carried out by the particularly energy-efficient heat exchanger. The fine control of the temperature in the purification container is carried out by an electric heater, which can be controlled almost in real time and very precisely. This fine control is important in order to set conditions in the purification tank at which the prevailing pressure is very close to the vapor pressure of the useful gas. A combination of heat exchanger and electric heater is therefore energy-efficient on the one hand and very effective for a pure separation or recovery of the useful gas.
Vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass die bei der Absaugung G) aus dem Aufreinigungsbehälter entnommene Gasphase in den Druckbehälter zurückgeführt wird. Die aus dem Aufreinigungsbehälter abgesaugte Gasphase besteht größtenteils aus Sekundärgas, enthält aber auch noch Reste von Nutzgas. Zur Rückgewinnung dieser Reste von Nutzgas wird die Gasphase günstiger Weise erneut dem Verfahren zugeführt. Bevorzugt geschieht dies dadurch, dass die Gasphase über einen Kompressor oder eine Pumpe erneut dem Druckbehälter zugeführt wird. In der Gasphase noch enthaltenes Nutzgas wird dann in einem zweiten Verfahrensdurchlauf rückgewonnen. Diese Rückführung der Gasphase aus dem Aufreinigungsbehälter ins Verfahren bewirkt eine besonders effektive Rückgewinnung des Nutzgases. It is advantageously provided that the gas phase removed from the purification container during the suction G) is returned to the pressure container. The gas phase sucked out of the purification container consists largely of secondary gas, but also contains residues of useful gas. To recover these residues of useful gas, the gas phase is advantageously fed back into the process. This is preferably done in that the gas phase is fed back to the pressure vessel via a compressor or a pump. Any useful gas still contained in the gas phase is then recovered in a second process run. This return of the gas phase from the purification tank into the process results in a particularly effective recovery of the useful gas.
Des Weiteren ist in dem Vorschlag vorteilhafter Weise vorgesehen, dass die Absaugung G) der Gasphase aus dem Aufreinigungsbehälter durch einen Kompressor erfolgt. In dieser Ausführungsform erfolgt die Ab- saugung aus dem Aufreinigungsbehälter durch einen Kompressor, der die abgesaugte Gasphase zusätzlich komprimiert. Für diese Absaugung kann entweder der gleiche Kompressor verwendet werden, der zur initialen Kompression A) eingesetzt wird oder es kann alternativ ein anderer oder weiterer Kompressor verwendet werden. Durch die Verwendung des gleichen Kompressors wie bei der initialen Kompression A) Wird dieser zweifach genutzt, was die Gestaltung einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens vereinfacht. Furthermore, it is advantageously provided in the proposal that the suction G) of the gas phase from the purification container is carried out by a compressor. In this embodiment, the suction from the purification tank by a compressor that additionally compresses the extracted gas phase. Either the same compressor that is used for the initial compression A) can be used for this suction, or a different or additional compressor can alternatively be used. By using the same compressor as for the initial compression A) This is used twice, which simplifies the design of a system for carrying out the method.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Vorschlags ist vorgesehen, dass bei der Abfüllung H) des im Aufreinigungsbehälter in flüssiger Phase verbleibenden, aufgereinigten Nutzgases dieses in einen evakuierten Druckbehälter abgefüllt wird. Durch die vorherige Evakuierung des Druckbehälters, in den das aufgereinigte Nutzgas abgefüllt werden soll, ist sichergestellt, dass das Nutzgas nicht wieder verunreinigt wird. Gleichzeitig herrscht in dieser Ausführungsform in dem zur Abfüllung vorgesehenen Druckbehälter kein oder nur ein sehr geringer Gegendruck, wodurch die Abfüllung einfach und effizient ist. In a preferred embodiment of the proposal, it is provided that during the filling H) of the purified useful gas remaining in the liquid phase in the purification container, this is filled into an evacuated pressure container. The previous evacuation of the pressure vessel into which the purified useful gas is to be filled ensures that the useful gas is not contaminated again. At the same time, in this embodiment there is no or only a very low counterpressure in the pressure vessel provided for filling, which makes filling simple and efficient.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Dampfdruckkurve des Nutzgases unterhalb der Dampfdruckkurve des Sekundärgases verläuft. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet zur Auftrennung von Gasgemischen, bei denen das rückzugewinnende Nutzgas einen niedrigeren Dampfdruck und/oder einen höheren Kondensationspunkt aufweist als das Sekundärgas. Die Rückgewinnung bzw. Trennung des Gasgemisches beruht auf diesem Unterschied im Dampfdruck. Im Bereich elektrischer Schaltanlagen kommen als Schutz- oder Isoliergase oftmals Gasmischungen zum Einsatz, die als Nutzgas C4 oder C5 enthalten. Diese beiden Gase weisen beide einen sehr niedrigen Dampfdruck auf, der deutlich niedriger ist als der Dampfdruck üblicherweise verwendeter Sekundärgase wie Stickstoff oder Kohlenstoffdioxid. Stickstoff weist oberhalb der kritischen Temperatur gar keinen Dampfdruck auf. Der Kondensationspunkt des Nutzgases ist in diesem Fall höher als der Kondensationspunkt von Stickstoff. It is also provided that the vapor pressure curve of the useful gas runs below the vapor pressure curve of the secondary gas. The process according to the invention is particularly suitable for the separation of gas mixtures in which the useful gas to be recovered has a lower vapor pressure and / or a higher condensation point than the secondary gas. The recovery or separation of the gas mixture is based on this difference in vapor pressure. In the field of electrical switchgear, protective or insulating gases often use gas mixtures that contain C4 or C5 as useful gas. These two gases both have a very low vapor pressure, which is significantly lower than the vapor pressure of commonly used secondary gases such as nitrogen or carbon dioxide. Nitrogen has no vapor pressure at all above the critical temperature. In this case, the condensation point of the useful gas is higher than the condensation point of nitrogen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass während der Absaugung G) der Gasphase aus dem Aufreinigungsbehälter der Innendruck und die Temperatur im Aufbereitungsbehälter kontinuierlich durch Sensoren gemessen werden und eine Steuerung, basierend auf den Messwerten dieser Sensoren, die Absaugung G) beendet, sobald der Dampfdruck des Nutzgases im Aufreinigungsbehälter erreicht ist. Die Absaugung der Gasphase aus dem Aufreinigungsbehälter erfolgt so lange, bis der Innendruck im Behälter dem Dampfdruck des Nutzgases unter den dort vorliegenden Bedingungen entspricht. Für eine Rückgewinnung eines möglichst reinen Nutzgases ist es wichtig, dass der Innendruck im Aufreinigungsbehälter möglichst nahe an den Dampfdruck des Nutzgases herangeführt wird. Vorteilhaft ist somit eine automatische, elektronische Regelung des Innendrucks. Dazu sind im Aufbereitungsbehälter einer oder mehrere Druck- und/oder Temperatursensoren vorgesehen. Die Messwerte dieser Sensoren werden für eine elektronische Regelung der Absaugung der Gasphase sowie zur Regelung des Heizgerätes und der Temperatur im Aufbereitungsbehälter verwendet. In an advantageous embodiment it is provided that during the suction G) of the gas phase from the purification container, the internal pressure and the temperature in the processing container are continuously measured by sensors and a control, based on the measured values of these sensors, ends the suction G) as soon as the vapor pressure of the useful gas in the purification tank is reached. The gas phase is sucked out of the purification container until the internal pressure in the container corresponds to the vapor pressure of the useful gas under the conditions there. For the recovery of a useful gas that is as pure as possible, it is important that the internal pressure in the purification tank is brought as close as possible to the vapor pressure of the useful gas. Automatic, electronic regulation of the internal pressure is therefore advantageous. For this purpose, one or more pressure and / or temperature sensors are provided in the treatment container. The measured values of these sensors are used for an electronic regulation of the extraction of the gas phase as well as to regulate the heater and the temperature in the treatment tank.
Geschickter Weise ist vorgesehen, dass die Überführung B) des komprimierten Gasgemisches in den Druckbehälter periodisch oder kontinuierlich erfolgt. Wie bereits zuvor dargestellt, erfolgt diese Überführung günstiger Weise periodisch. Dabei wird zu einer Zeit der Druckbehälter befüllt und zu einer anderen Zeit, in der keine Befüllung stattfindet, der Inhalt des Druckbehälters gekühlt und so das Gasgemisch getrennt. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Befüllung des Druckbehälters und damit auch die Entnahme der aufgetrennten Gasphasen kontinuierlich zu gestalten. Ein solch kontinuierlicher Prozess erhöht den zeitlichen Wirkungsgrad entsprechender Anlagen. Da ein kontinuierlicher Prozess zusätzlichen Aufwand erzeugt ist dieser hauptsächlich bei Großanlagen wirtschaftlich rentabel. It is cleverly provided that the transfer B) of the compressed gas mixture into the pressure vessel takes place periodically or continuously. As already shown, this transfer is advantageously carried out periodically. The pressure vessel is filled at one time and the contents of the pressure vessel are cooled at another time when no filling takes place, thus separating the gas mixture. Alternatively, however, it is also possible to make the filling of the pressure vessel and thus also the removal of the separated gas phases continuous. Such a continuous process increases the temporal efficiency of corresponding systems. Since a continuous process generates additional effort, it is economically profitable mainly for large systems.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Überführung E) durch den im Druckbehälter vorherrschenden Druck getrieben wird. In dieser Ausführungsform erfolgt die Überführung des verflüssigten Nutzgases vom Druckbehälter in den Aufreinigungsbehälter getrieben durch den im Druckbehälter vorherrschenden Druck. Besonders wirkungsvoll ist diese Ausführungsform in Kombination mit einer zuvor vorgenommenen Evakuierung des Aufreinigungsbehälters. Für die Überführung der flüssigen Nutzgasphase müssen so keine zusätzlichen Anlagenkomponenten, wie Pumpen oder dergleichen vorgesehen werden. Durch die Erwärmung im Aufreinigungsbehälter steigt der Dampfdruck des Nutzgases dort gegenüber dem Dampfdruck bei Raumtemperatur an. Somit kann das Nutzgas in der flüssigen Phase vom gekühlten Druckbehälter in den erwärmten Aufreinigungsbehälter überführt werden. Alternativ ist es selbstverständlich möglich, insbesondere auch unterstützend Anlagenkomponenten vorzusehen, welche die Überführung in den Aufreinigungsbehälter vornehmen. Beispielsweise könnte der sowieso vorhandene Kompressor zur Unterstützung der Überführung der flüssigen Phase in den Aufreinigungsbehälter eingesetzt werden. In a further preferred embodiment it is provided that the transfer E) is driven by the pressure prevailing in the pressure vessel. In this embodiment, the liquefied useful gas is transferred from the pressure vessel to the purification vessel, driven by the pressure prevailing in the pressure vessel. This embodiment is particularly effective in combination with a previously performed evacuation of the purification container. No additional system components, such as pumps or the like, have to be provided for the transfer of the liquid useful gas phase. As a result of the heating in the purification tank, the vapor pressure of the useful gas increases there compared to the vapor pressure at room temperature. In this way, the useful gas can be transferred in the liquid phase from the cooled pressure vessel to the heated purification vessel. Alternatively, it is of course possible, in particular, to provide support system components which carry out the transfer into the purification container. For example, the compressor that is already present could be used to support the transfer of the liquid phase into the purification container.
Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls gelöst durch eine Anlage zur Rückgewinnung eines Nutzgases aus einem Gasgemisch, wobei die Anlage zumindest folgende Komponenten aufweist: The object of the invention is also achieved by a system for recovering a useful gas from a gas mixture, the system having at least the following components:
einem Kompressor für Kompression des Gasgemisches, a compressor for compressing the gas mixture,
einen Druckbehälter zur Aufnahme des komprimierten Gasgemisches, a pressure vessel for receiving the compressed gas mixture,
wobei der Druckbehälter eine Kühleinheit zur Kühlung des komprimierten Gasgemisches aufweist, und der Druckbehälter eine Entnahmeleitung für die sekundärgashaltige Gasphase aufweist, und der Druckbehälter über eine Überführungsleitung mit einem Aufreinigungsbehälter verbunden ist, die der Überführung des verflüssigten Nutzgases dient, wherein the pressure vessel has a cooling unit for cooling the compressed gas mixture, and the pressure vessel has an extraction line for the secondary gas-containing gas phase, and the pressure vessel is connected via a transfer line to a purification vessel which is used to transfer the liquefied useful gas,
wobei an dem Aufreinigungsbehälter ein Heizgerät zur Erwärmung des verflüssigten Nutzgases, eine Absaugeinheit an einer Absaugleitung, die die Gasphase aus dem Aufreinigungsbehälter absaugt, with a heater on the purification tank for heating the liquefied useful gas, a suction unit on a suction line that sucks the gas phase out of the purification tank,
sowie eine Abfüllleitung vorgesehen ist und and a filling line is provided and
über die Abfüllleitung aufgereinigtes Nutzgas abfüllbar ist. purified useful gas can be filled via the filling line.
Eine erfindungsgemäße Anlage ist dafür geeignet und dazu vorgesehen das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen und dabei ein Nutzgas aus einem Gasgemisch zurückzugewinnen. An dieser Stelle sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass Offenbarungen, die zu den Anlagenkomponenten im Rahmen der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemacht werden auch in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anlage offenbart sind. A system according to the invention is suitable for and intended to carry out the method according to the invention and thereby to recover a useful gas from a gas mixture. At this point it should be expressly pointed out that disclosures that are made about the system components in the context of the description of the method according to the invention are also disclosed in connection with the system according to the invention.
Die erfindungsgemäße Anlage weist einen Kompressor auf, der dazu vorgesehen ist das Gasgemisch zu komprimieren und dem Druckbehälter zuzuführen. Der Kompressor ist über zumindest eine Verbindungsleitung mit dem Druckbehälter verbunden. In dem Druckbehälter findet die erste Trennung des Gasgemisches statt. Der Druckbehälter umfasst dabei eine Kühleinheit, die dazu vorgesehen ist den Inhalt des Druckbehälters zu kühlen. Darüber hinaus umfasst der Druckbehälter eine Entnahmeleitung, die dazu vorgesehen ist die sekundärgashaltige Gasphase aus dem Druckbehälter zu entfernen. Die Entnahmeleitung ist dabei im oberen Bereich des Druckbehälters angeschlossen, wobei sich dieser Anschluss oberhalb des Flüssigkeitsspiegels der verflüssigten Nutzgasphase befindet. Darüber hinaus umfasst der Druckbehälter eine Überführungsleitung die zudem Aufreinigungsbehälter führt. Die Überführungsleitung ist dazu vorgesehen, die flüssige Nutzgasphase aus dem Druckbehälter zu entnehmen und in den Aufreinigungsbehälter zu überführen. Die Überführungsleitung ist am Druckbehälter im unteren Bereich angeschlossen unterhalb des Flüssigkeitsspiegels der Nutzgasphase. Die erfindungsgemäße Anlage umfasst weiterhin den bereits erwähnten Aufreinigungsbehälter, der dazu vorgesehen ist eine zweite Trennung des Gasgemisches vorzunehmen. Das aus dem Druckbehälter überführte Nutzgas enthält noch Reste an Sekundärgas, die im Aufreinigungsbehälter zum allergrößten Teil aus dem Nutzgases entfernt werden. Mit einer erfindungsgemäßen Anlage ist eine Reinheit des rückgewonnenen Nutzgases von mehr als 99 % möglich. Der Aufreinigungsbehälter umfasst ein Heizgerät welches dazu vorgesehen ist den Inhalt des Aufreinigungsbehälters zu erwärmen. Dieses Heizgerät kann auch mehrere Komponenten aufweisen beispielsweise eine elektrisch betriebene Komponente und eine Komponente, die mit einem Wärmetauscher verbunden ist, welcher die Abwärme der Kühlung aus dem Druckbehälter nutzt. Weiterhin umfasst der Aufreinigungsbehälter zumindest eine Absaugeinheit mit zumindest einer Absaugleitung. Die Absaugeinheit ist dazu vorgesehen, die sekundärgashaltige Gasphase aus dem Aufreinigungsbehälter zu entnehmen. Zur Entnahme des rückgewonnenen, gereinigten Nutzgases ist verbunden mit dem Aufreinigungsbehälter zumindest eine Abfüllleitung. Über diese Abfüllleitung wird das rückgewonnene Nutzgas aus der erfindungsgemäßen Anlage entnommen. The system according to the invention has a compressor which is provided to compress the gas mixture and to supply it to the pressure vessel. The compressor is connected to the pressure vessel via at least one connecting line. The first separation of the gas mixture takes place in the pressure vessel. The pressure vessel includes a cooling unit, which is provided for the content of the To cool the pressure vessel. In addition, the pressure vessel comprises a removal line, which is provided to remove the secondary gas-containing gas phase from the pressure vessel. The extraction line is connected in the upper area of the pressure vessel, this connection being located above the liquid level of the liquefied useful gas phase. In addition, the pressure vessel comprises a transfer line which leads to the purification vessel. The transfer line is provided to remove the liquid useful gas phase from the pressure vessel and to transfer it into the purification vessel. The transfer line is connected to the pressure vessel in the lower area below the liquid level of the useful gas phase. The system according to the invention further comprises the already mentioned purification container, which is intended to perform a second separation of the gas mixture. The useful gas transferred from the pressure vessel still contains residues of secondary gas, most of which are removed from the useful gas in the purification vessel. With a system according to the invention, a purity of the recovered useful gas of more than 99% is possible. The purification container comprises a heater which is provided to heat the contents of the purification container. This heater can also have several components, for example an electrically operated component and a component that is connected to a heat exchanger that uses the waste heat of the cooling from the pressure vessel. Furthermore, the purification container comprises at least one suction unit with at least one suction line. The suction unit is intended to remove the secondary gas-containing gas phase from the purification container. At least one filling line is connected to the purification tank to remove the recovered, purified useful gas. The recovered useful gas is removed from the system according to the invention via this filling line.
Eine erfindungsgemäße Anlage besteht aus zuverlässigen technischen Komponenten und ist einfach aufgebaut. Somit ist eine erfindungsgemäße Anlage sehr zuverlässig und ermöglicht dabei die Rückgewinnung von Nutzgas mit sehr hoher Reinheit. A system according to the invention consists of reliable technical components and has a simple structure. Thus, a system according to the invention is very reliable and enables useful gas to be recovered with a very high degree of purity.
Vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass an der Absaugeinheit eine Regeleinheit vorgesehen ist, die solange die Gasphase aus dem Aufreinigungsbehälter absaugt, bis der Innendruck im Aufreinigungsbehälter dem Dampfdruck des Nutzgases bei der aktuellen Temperatur im Aufreinigungsbehälter entspricht. In dieser Ausführungsform der Anlage ist eine elektronische oder computergesteuerte Regeleinheit vorgesehen, die die Bedingungen, insbesondere Druck und Temperatur im Aufreinigungsbehälter regelt. Diese Regeleinheit verwendet als In put Messwerte von im Inneren des Aufreinigungsbehälters angeordneten Sensoren. Als Output beeinflusst die Regeleinheit die Absaugung der Gasphase aus dem Aufreinigungsbehälter. Dazu kann die Regeleinheit beispielsweise die Öffnung eines Ventils in der Absaugleitung beeinflussen. Eine analoge Regeleinheit kann auch am Druckbehälter vorgesehen werden um die dortige Entnahme der sekundärgashaltigen Gasphase zu regeln. Die Regeleinheit kann durch eine Anlagensteuerung gebildet werden oder auch Teil einer Anlagensteuerung sein. It is advantageously provided that a control unit is provided on the suction unit which sucks the gas phase from the purification container until the internal pressure in the purification container corresponds to the vapor pressure of the useful gas at the current temperature in the purification container. In this embodiment of the system, an electronic or computer-controlled control unit is provided which controls the conditions, in particular pressure and temperature, in the purification container. This control unit uses, as input, measured values from sensors arranged inside the purification container. As an output, the control unit influences the extraction of the gas phase from the purification container. For this purpose, the control unit can, for example, influence the opening of a valve in the suction line. An analog control unit can also be provided on the pressure vessel in order to regulate the withdrawal of the secondary gas-containing gas phase there. The control unit can be formed by a system control or it can also be part of a system control.
Des Weiteren ist günstiger Weise vorgesehen, dass am Druckbehälter mindestens ein Druck- oder Temperatursensor angeordnet ist, der bzw. die mit einer Anlagensteuerung verbunden ist/sind. In dieser Ausführungsform, ist zumindest am Druckbehälter, günstiger Weise jedoch auch am Aufreinigungsbehälter mindestens ein Druck- oder Temperatursensor angeordnet, der mit einer Anlagensteuerung oder einer Regeleinheit verbunden ist. Günstiger Weise sind mehrere Druck- und Temperatursensoren vorgesehen, die ihre Messwerte als Input in eine automatische Regelung der Bedingungen im Druckbehälter und oder im Aufreinigungsbehälter weiterleiten. Furthermore, it is advantageously provided that at least one pressure or temperature sensor is arranged on the pressure vessel, which is / are connected to a system control. In this embodiment, at least one pressure or temperature sensor is arranged at least on the pressure vessel, but advantageously also on the purification vessel, which with a system control or a Control unit is connected. A number of pressure and temperature sensors are advantageously provided, which forward their measured values as input into an automatic regulation of the conditions in the pressure vessel and / or in the purification vessel.
Eine Anlage zur Rückgewinnung eines Nutzgases aus einem Gasgemisch kann besonders effizient unter Verwendung einer Anlagensteuerung betrieben werden. Diese Anlagensteuerung ist dazu vorgesehen, die Anlage zumindest teilweise automatisch zu betreiben. Neben den bereits beschriebenen Sensoren zur Ermittlung von Druck oder Temperatur werden dazu optional weitere Sensoren vorgesehen. So können beispielsweise in den Leitungen vom Kompressor zum Druckbehälter, vom Druckbehälter zum Aufreinigungsbehälter und/oder vom Aufreinigungsbehälter zurück zum Kompressor Durchflusssensoren vorgesehen werden, welche die durchfließenden Massenströme ermitteln und an die Anlagensteuerung kommunizieren. Darüber hinaus können Sensoren zur Ermittlung der Masse oder des Gewichtes der Gasmischung im Druckbehälter und im Aufreinigungsbehälter vorgesehen werden. Über die Messwerte dieser Sensoren kann die Anlagensteuerung dann automatisch auch die Dichte in den Behältern ermitteln. Die Anlagensteuerung ist ebenfalls dazu vorgesehen, insbesondere im Druckbehälter und im Aufreinigungsbehälter in Echtzeit die Dampfdrücke der einzelnen Komponenten zu berechnen und die Regelung der Innendrücke und die Temperaturen entsprechend den Vorgaben des Verfahrens zu regeln. Darüber hinaus kann die Anlagensteuerung auf die verschiedenen Ventile einwirken, welche bei der Durchleitung des Gasgemisches durch die Anlage oder bei der Entnahme der auf getrennten Komponenten benötigt werden. Schließlich können Sensoren vorgesehen werden, die die Feuchtigkeit und die Verschmutzung des Gasgemisches durch Partikel ermitteln. Basierend auf den Signalen dieser Sensoren kann die Anlage dann automatisch regeln, ob eine Trocknung oder eine Reinigung des Gasgemisches erfolgen soll und dazu Einfluss auf Filter und/oder Trocknungseinheiten nehmen. A system for recovering a useful gas from a gas mixture can be operated particularly efficiently using a system control. This system control is intended to operate the system at least partially automatically. In addition to the sensors already described for determining pressure or temperature, further sensors are optionally provided for this purpose. For example, flow sensors can be provided in the lines from the compressor to the pressure vessel, from the pressure vessel to the purification vessel and / or from the purification vessel back to the compressor, which determine the mass flows flowing through and communicate them to the system control. In addition, sensors can be provided to determine the mass or weight of the gas mixture in the pressure vessel and in the purification vessel. The system control can then automatically determine the density in the containers using the measured values of these sensors. The system control is also intended to calculate the vapor pressures of the individual components in real time, especially in the pressure vessel and in the purification vessel, and to regulate the internal pressures and temperatures according to the specifications of the method. In addition, the system control can act on the various valves that are required when the gas mixture is passed through the system or when the separate components are removed. Finally, sensors can be provided which determine the humidity and the contamination of the gas mixture by particles. Based on the signals from these sensors, the system can then automatically regulate whether drying or cleaning of the gas mixture should take place and, for this purpose, influence the filter and / or drying units.
In einer weiteren Ausführungsform können Sensoren in der Entnahmeleitung zur Entnahme der sekundärgashaltigen Gasphase aus dem Druckbehälter angeordnet werden, welche die verbleibende Menge an Nutzgas in dieser entnommenen Gasphase überwachen. Basierend auf den Signalen dieser Sensoren kann dann bei niedriger N utzgaskonzentration die entnommene Gasphase zur Entsorgung in die Atmosphäre abgelassen werden. Ist die Nutzgaskonzentration zu hoch, kann die Gasphase auch erneut dem Verfahren zugeführt werden, um die verbleibenden Reste an Nutzgas zu entfernen oder zumindest zu reduzieren. In a further embodiment, sensors can be arranged in the withdrawal line for withdrawing the secondary gas-containing gas phase from the pressure vessel, which monitor the remaining amount of useful gas in this withdrawn gas phase. Based on the signals from these sensors, if the useful gas concentration is low, the withdrawn gas phase can be released into the atmosphere for disposal. If the useful gas concentration is too high, the gas phase can also be fed back into the process in order to remove or at least reduce the remaining useful gas residues.
Weiterhin können Sensoren in Flussrichtung nach dem Anschluss, über den das zu trennende Gasgemisch der Anlage oder dem Verfahren zugeführt wird, angeordnet werden, welche die Zusammensetzung des Gasgemisches, insbesondere den Anteil des Nutzgases, den Anteil des Sekundärgases und die Reinheit dieser Gase ermitteln. Basierend auf den Signalen dieser Sensoren kann die Anlagensteuerung dann ermitteln, wie viel Gasgemisch maximal der Anlage oder dem Verfahren zur Aufreinigung zugeführt werden kann. Diese Bestimmung der Gaszusammensetzung kann selbstverständlich auch kontinuierlich erfolgen und die Anlagensteuerung basierend auf den ermittelten Signalen ebenfalls kontinuierlich die aufgenommene Menge an Gasgemisch regeln. Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls gelöst durch die Verwendung einer Anlage nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, zur Rückgewinnung des Nutzgases C4-Nitril (2,3,3,3-Tetrafluoro-2- (trifluoromethyl)propannitril) und/oder C5-Keton (1 ,1 ,1 ,3,4,4,4-Heptafluoro-3-(trifluoromethyl)butan-2-on) aus einem Gasgemisch mit mindestens einem oder mehreren der folgenden Sekundärgase: Sauerstoff, Stickstoff und/ oder Kohlenstoffdioxid, insbesondere unter Durchführung oder Verwendung des Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Eine erfindungsgemäße Anlage ist besonders gut geeignet zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Nutzgase C4-Nitril, auch bezeichnet mit der CAS-Nummer 42532-60-5, und C5-Keton, auch bezeichnet mit der CAS-N ummer 756-12- 7, weisen beide einen sehr niedrigen Dampfdruck auf. Dieser Dampfdruck ist deutlich niedriger als der Dampfdruck typischer Sekundärgase bei Gasmischungen, die als Schutz- oder Isoliergas verwendet werden, wie beispielsweise Stickstoff oder Kohlenstoffdioxid. Eine erfindungsgemäße Anlage ist aus einfachen Komponenten aufgebaut und sehr gut geeignet, Gasmischungen bei denen die einzelnen Komponenten voneinander abweichende Dampfdrücke aufweisen, effizient und mit großer Reinheit zu trennen. Eine erfindungsgemäße Anlage kann darüber hinaus sehr kompakt aufgebaut werden, so dass sie als mobile Anlage betrieben werden kann. Furthermore, sensors can be arranged in the flow direction after the connection via which the gas mixture to be separated is fed to the system or the method, which determine the composition of the gas mixture, in particular the proportion of the useful gas, the proportion of the secondary gas and the purity of these gases. Based on the signals from these sensors, the system control can then determine the maximum amount of gas mixture that can be fed to the system or the purification process. This determination of the gas composition can of course also be carried out continuously and the system control can also continuously regulate the amount of gas mixture taken up based on the signals determined. The object of the invention is also achieved by using a system according to one of the embodiments described above for recovering the useful gas C4-nitrile (2,3,3,3-tetrafluoro-2- (trifluoromethyl) propanenitrile) and / or C5-ketone (1, 1, 1, 3,4,4,4-heptafluoro-3- (trifluoromethyl) butan-2-one) from a gas mixture with at least one or more of the following secondary gases: oxygen, nitrogen and / or carbon dioxide, in particular below Implementation or use of the method according to one of the embodiments described above. A plant according to the invention is particularly well suited for carrying out a method according to the invention. The useful gases C4-nitrile, also designated with the CAS number 42532-60-5, and C5-ketone, also designated with the CAS number 756-12-7, both have a very low vapor pressure. This vapor pressure is significantly lower than the vapor pressure of typical secondary gases in gas mixtures that are used as protective or insulating gas, such as nitrogen or carbon dioxide. A system according to the invention is made up of simple components and is very well suited for separating gas mixtures in which the individual components have differing vapor pressures efficiently and with great purity. A system according to the invention can also be constructed very compactly so that it can be operated as a mobile system.
In diesem Zusammenhang wird insbesondere darauf hingewiesen, dass alle in Bezug auf die Anlage beschriebenen Merkmale und Eigenschaften aber auch Verfahrensweisen sinngemäß auch bezüglich der Formulierung des erfindungsgemäßen Verfahrens übertragbar und im Sinne der Erfindung ersetzbar und als mitoffenbart gelten. Gleiches gilt auch in umgekehrter Richtung, das bedeutet, nur in Bezug auf das Verfahren genannte, bauliche also vorrichtungsgemäße Merkmale können auch im Rahmen der Vorrich- tungs- oder Anlagenansprüche berücksichtigt und beansprucht werden und zählen ebenfalls zur Offenbarung. In this context, it is pointed out in particular that all the features and properties described in relation to the system, but also procedures, can also be applied analogously with regard to the formulation of the method according to the invention and are replaceable in the sense of the invention and are also disclosed. The same also applies in the opposite direction, that is, structural features, ie features according to the device, only mentioned in relation to the method can also be taken into account and claimed within the scope of the device or system claims and are also included in the disclosure.
In den Zeichnungen ist die Erfindung insbesondere in einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Es zeigen: In the drawings, the invention is shown schematically in particular in one embodiment. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage, 1 shows a schematic representation of an embodiment of a system according to the invention,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 2 shows a block diagram of an embodiment of a method according to the invention.
In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden daher, sofern nicht zweckmäßig, nicht erneut beschrieben. Die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sind sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragbar. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiterhin können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage. Ganz unten rechts ist ein Anschluss 101 zu sehen, über den ein zu trennendes Gasgemisch der Anlage zugeführt werden kann. Der Anschluss 101 kann direkt mit einer Anwendung, beispielsweise einer elektrischen Schaltanlage verbunden werden. Alternativ kann an den Anschluss 101 aber auch ein Transportbehälter für eine Gasmischung, beispielsweise eine Gasflasche angeschlossen werden. Vom Anschluss 101 aus führt eine Verbindungsleitung zur Säugpumpe 21. Diese Verbindungsleitung kann durch das Ventil 132 geöffnet und geschlossen werden. Ausgehend vom Anschluss 101 führt eine Bypassleitung an der Säugpumpe 21 vorbei. Über diese Bypassleitung kann die Säugpumpe 21 umgangen werden. Die Bypassleitung kann durch das Ventil 131 geöffnet und geschlossen werden. Die Anlage bietet somit die Möglichkeit, Gasgemisch vom Anschluss 101 mithilfe der Säugpumpe 21 anzusaugen oder alternativ das Gasgemisch getrieben durch außerhalb der Anlage vorliegenden Druck über die Bypassleitung den nächsten Anlagenkomponenten bzw. Verfahrensschritten zuzuführen. Die Einstellung, welcher Weg ausgehend von dem Anschluss 101 gewählt werden soll, kann über die Ventile 132 und 131 vorgenommen werden. In Flussrichtung nach der Säugpumpe 21 oder der Bypassleitung ist ein Filter 122 zu sehen. In diesem Filter kann das Gasgemisch gereinigt werden und dabei beispielsweise im Gasgemisch befindliche Schwebstoffe entfernt werden. In Flussrichtung nach dem Filter 122 ist der Kompressor 1 1 angeordnet. Dieser Kompressor 11 saugt Gasgemisch aus der in Flussrichtung davorliegenden Leitung an und verdichtet dieses. Bei Betrieb der Anlage wird der Kompressor 11 bevorzugt so geregelt, dass der Druck nach dem Kompressor 11 bereits so eingestellt ist, dass nach Weiterführung des Gasgemisches in den Druckbehälter 93 die gewünschte Verflüssigung des Nutzgases erfolgt. In der Praxis hat sich ein eingestellter Ausgangsdruck des Kompressors 11 von 5-20 bar, bevorzugt 10 bar als besonders geeignet herausgestellt. In Flussrichtung nach dem Kompressor ist in einer Verbindungsleitung ein weiteres Ventil 201 und eine weiter Filter 121 angeordnet. Das Ventil 201 ermöglicht ein Öffnen und Schließen der vom Kompressor 11 wegführenden Leitung. Der Filter 121 ist dazu vorgesehen, dass bereits komprimierte Gasgemisch zu reinigen. In der in Flussrichtung nach dem Kompressor 11 verlaufenden Leitung kann zusätzlich eine Trocknungseinheit vorgesehen werden, mit der Feuchtigkeit aus dem Gasgemisch entfernt wird. In the figures, elements that are the same or that correspond to one another are each designated by the same reference symbols and are therefore not described again unless appropriate. The disclosures contained in the entire description can be applied analogously to the same parts with the same reference symbols or the same component names. The position details chosen in the description, such as for example above, below, to the side, etc., refer to the figure immediately described and shown and are to be transferred accordingly to the new position in the event of a change in position. Furthermore, individual features or combinations of features from the different exemplary embodiments shown and described can also represent independent, inventive or inventive solutions. Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a system according to the invention. A connection 101 can be seen at the very bottom right, via which a gas mixture to be separated can be fed to the system. The connection 101 can be connected directly to an application, for example an electrical switchgear. Alternatively, a transport container for a gas mixture, for example a gas bottle, can also be connected to the connection 101. A connecting line leads from the connection 101 to the suction pump 21. This connecting line can be opened and closed by the valve 132. Starting from connection 101, a bypass line leads past the suction pump 21. The suction pump 21 can be bypassed via this bypass line. The bypass line can be opened and closed by the valve 131. The system thus offers the possibility of sucking in the gas mixture from the connection 101 with the aid of the suction pump 21 or, alternatively, of feeding the gas mixture to the next system components or process steps via the bypass line, driven by pressure outside the system. The setting of which route should be selected starting from connection 101 can be made via valves 132 and 131. A filter 122 can be seen in the direction of flow after the suction pump 21 or the bypass line. The gas mixture can be cleaned in this filter and, for example, suspended matter in the gas mixture can be removed. The compressor 11 is arranged in the direction of flow after the filter 122. This compressor 11 sucks in gas mixture from the line in front of it in the flow direction and compresses it. When the system is in operation, the compressor 11 is preferably regulated in such a way that the pressure downstream of the compressor 11 is already set so that the desired liquefaction of the useful gas takes place after the gas mixture has been continued into the pressure vessel 93. In practice, a set output pressure of the compressor 11 of 5-20 bar, preferably 10 bar, has proven to be particularly suitable. In the direction of flow after the compressor, a further valve 201 and a further filter 121 are arranged in a connecting line. The valve 201 enables the line leading away from the compressor 11 to be opened and closed. The filter 121 is provided to clean the already compressed gas mixture. In the line running in the direction of flow after the compressor 11, a drying unit can additionally be provided with which moisture is removed from the gas mixture.
Ausgehend vom Filter 121 verläuft eine Verbindungsleitung zum Druckbehälter 93, welche durch das Ventil 139 geöffnet und geschlossen werden kann. Über dieses Ventil 139 kann somit bestimmt werden, ob Gasgemisch dem Druckbehälter 93 zugeführt wird oder nicht. Üblicherweise erfolgt die Befüllung des Druckbehälters periodisch, d.h. das Ventil 139 ist zeitweise geöffnet und zeitweise geschlossen. Die Steuerung dieses Ventils 139 kann durch eine Anlagensteuerung erfolgen. Selbstverständlich kann das Ventil 139 auch manuell geöffnet oder geschlossen werden. Der Druckbehälter 93 ist länglich ausgeführt, wobei dessen längste Abmessung im Wesentlichen vertikal orientiert ist. Die vom Ventil 139 zum Druckbehälter 93 verlaufende Leitung ist im oberen Bereich, insbesondere im oberen Drittel des Druckbehälters 93 mit diesem verbunden. Der Druckbehälter 93 ist druckdicht und druckfest ausgeführt. Der Druckbehälter 93 umfasst eine Kühleinheit 931 , welche den Druckbehälter und das darin befindliche Gasgemisch abkühlt. In der Darstellung ist die Kühleinheit 931 zickzackförmig dargestellt. In der Realität werden günstigerweise im Druckbehälter 93 Wendel- oder spiralförmig verlaufende Kühlleitungen über einen großen Bereich der Länge des Druckbehälters 93 angeordnet. Dadurch ist sichergestellt, dass der Druckbehälter 93 und dessen Inhalt gleichmäßig und wirkungsvoll gekühlt werden. Die Kühleinheit 931 kühlt den Inhalt des Druckbehälters 93 bevorzugt auf eine Temperatur zwischen -30 und -60 °C, besonders bevorzugt auf einen Bereich von -45 bis -50 °C ab. Ebenfalls im oberen Drittel mit dem Druckbehälter 93 verbunden ist eine Entnahmeleitung 1401. Diese Entnahmeleitung 1401 dient dazu, die sich im Druckbehälter 93 bildende sekundärgashaltige Gasphase aus dem Druckbehälter 93 zu entnehmen. Zur Steuerung oder Regelung dieser Entnahme ist das Ventil 140 in der Entnahmeleitung 1401 angeordnet. Die Entnahmeleitung 1401 endet an dem Anschluss 105. Der Anschluss 105 ist dazu vorgesehen mit einem Behälter verbunden zu werden, über den die sekundärgashaltige Gasphase aus der Anlage entfernt werden kann. Die entnommene sekundärgashaltige Gasphase kann danach entweder entsorgt oder weiterverwendet werden. Am untersten Punkt des Druckbehälters 93 ist eine Überführungsleitung 1351 angeschlossen, welche über die beiden Ventile 135 und 134 geöffnet und geschlossen werden kann. Die Überführungsleitung 1351 verbindet den Druckbehälter 93 mit dem rechts daneben dargestellten Aufreinigungsbehälter 95. in der schematischen Ansicht in Fig. 1 ist der Aufreinigungsbehälter 95 kleiner dargestellt als der Druckbehälter 93. In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, dass die Anlage optimal funktioniert, wenn Druckbehälter und Aufreinigungsbehälter 95 in etwa die gleiche Größe aufweisen. Über die Überführungsleitung 1351 wird das verflüssigte Nutzgas aus dem Druckbehälter 93 in den Aufreinigungsbehälter 95 überführt. Im Druckbehälter 93 wird ein erster Trennschritt zur Trennung von Nutzgas und Sekundärgas vorgenommen. Das aus dem Druckbehälter 93 entnommene Nutzgas weist jedoch noch Reste von Sekundärgas auf, welche im Aufreinigungsbehälter 95 entfernt werden. Im Aufreinigungsbehälter 95 findet somit ein zweiter Trennschritt von Nutzgas und Sekundärgas statt. A connecting line to the pressure vessel 93, which can be opened and closed by the valve 139, runs from the filter 121. This valve 139 can thus be used to determine whether or not the gas mixture is supplied to the pressure vessel 93. The pressure vessel is usually filled periodically, that is to say the valve 139 is opened at times and closed at times. This valve 139 can be controlled by a system controller. Of course, the valve 139 can also be opened or closed manually. The pressure vessel 93 is elongated, the longest dimension of which is oriented essentially vertically. The line running from the valve 139 to the pressure vessel 93 is connected to the pressure vessel 93 in the upper region, in particular in the upper third thereof. The pressure vessel 93 is designed to be pressure-tight and pressure-resistant. The pressure vessel 93 comprises a cooling unit 931, which cools the pressure vessel and the gas mixture located therein. In the illustration, the cooling unit 931 is shown in a zigzag shape. In reality, helically or spirally running cooling lines are advantageously arranged in the pressure vessel 93 over a large area of the length of the pressure vessel 93. This ensures that the pressure vessel 93 and its contents are cooled uniformly and effectively. The cooling unit 931 cools the contents of the pressure vessel 93 preferably to a temperature between -30 and -60 ° C., particularly preferably to a range from -45 to -50 ° C. A removal line 1401 is also connected in the upper third to the pressure vessel 93. This removal line 1401 serves to remove the secondary gas-containing gas phase forming in the pressure vessel 93 from the pressure vessel 93. In order to control or regulate this extraction, the valve 140 is arranged in the extraction line 1401. The extraction line 1401 ends at the connection 105. The connection 105 is provided to be connected to a container via which the secondary gas-containing gas phase can be removed from the system. The withdrawn secondary gas-containing gas phase can then either be disposed of or reused. At the lowest point of the pressure vessel 93, a transfer line 1351 is connected, which can be opened and closed via the two valves 135 and 134. The transfer line 1351 connects the pressure vessel 93 with the purification vessel 95 shown to the right. In the schematic view in FIG. 1, the purification vessel 95 is shown smaller than the pressure vessel 93. In practice, however, it has been found that the system works optimally when pressure vessels and purification vessel 95 are approximately the same size. The liquefied useful gas is transferred from the pressure vessel 93 into the purification vessel 95 via the transfer line 1351. A first separation step for separating useful gas and secondary gas is carried out in the pressure vessel 93. The useful gas removed from the pressure vessel 93, however, still has residues of secondary gas, which are removed in the purification vessel 95. A second separation step of useful gas and secondary gas thus takes place in the purification container 95.
Der Aufreinigungsbehälter 95 umfasst ein Heizgerät 951 , welches den Aufreinigungsbehälter 95 und das darin enthaltene Gas erwärmt. Die Steuerung oder Regelung des Heizgerätes 951 erfolgt bevorzugt über eine Anlagensteuerung. In der dargestellten Ausführungsform ist das Heizgerät 951 als elektrisches Heizgerät ausgeführt. Alternativ können jedoch auch andere Typen von Heizgeräten 951 zum Einsatz kommen, wie beispielsweise ein Wärmetauscher, der die Abwärme der Kühleinheit 931 des Druckbehälters 93 nutzt. Im Aufreinigungsbehälter 95 wird das bereits vorgereinigte, flüssige Nutzgas erwärmt. Der Druck im Aufreinigungsbehälter 95 wird dabei so geregelt, dass sich dieser Innendruck sehr nahe am Dampfdruck des Nutzgases bei den im Aufreinigungsbehälter 95 vorherrschenden Bedingungen befindet. Der Innendruck wird dabei geringfügig größer gewählt als dieser Dampfdruck. Dadurch wird erreicht, dass sich Reste an Sekundärgas, welches sich im flüssigen Nutzgas befinden aufgrund ihres wesentlich höheren Dampfdruckes aus dem flüssigen Nutzgas ausgasen. Die Reste an Sekundärgas sammeln sich dann gasförmig im oberen Bereich des Aufreinigungsbehälters 95. Zur Entnahme dieses gesammelten Sekundärgases ist eine Absaugungsleitung 1331 oben am Aufreinigungsbehälter 95 angeschlossen. Diese Absaugungsleitung 1331 kann über das Ventil 133 geöffnet und geschlossen werden. Bei der Absaugung des gasförmigen Sekundärgases aus dem Aufreinigungsbehälter 95 reduziert sich der Druck im Inneren des Aufreinigungsbehälter 95. Die Anlage wird so geregelt, dass der Innendruck im Aufreinigungsbehälter 95 minimal dem Dampfdruck des Nutzgases entspricht. Unten am Aufreinigungsbehälter 95 ist eine Abfüllleitung 1361 angeschlossen, welche über das Ventil 136 geöffnet und geschlossen werden kann. Am Ende dieser Abfüllleitung 1361 ist der Anschluss 103 vorgesehen. Am Anschluss 103 wird das zuvor in zwei Stufen rückgewonnene und gereinigte Nutzgas aus der Anlage entfernt. Dazu kann am Anschluss 103 beispielsweise ein Druckbehälter angeschlossen werden, in den das flüssige Nutzgas abgefüllt wird. Mithilfe dieses Druckbehälters kann das rückgewonnene Nutzgas anschließend seiner weiteren Verwendung zugeführt werden. Die Absaugleitung 1331 verbindet den Aufreinigungsbehälter 95 mit der Leitung, die die Säugpumpe 21 und die Bypassleitung um die Säugpumpe 21 mit dem Kompressor 11 verbindet. Über die Absaugleitung 1331 kann die aus dem Aufreinigungsbehälter 95 abgesaugte Gasphase erneut dem Kompressor 11 zugeführt werden. Die abgesaugte Gasphase enthält Reste an Nutzgas. Durch die Rückführung der abgesaugte Gasphase aus dem Aufreinigungsbehälter 95 zum Kompressor 11 wird diese Gasphase, welche auch ein Gasgemisch darstellt, erneut den Trennschritten im Druckbehälter 93 und im Aufreinigungsbehälter 95 zugeführt. Durch diese Rückführung ist sichergestellt, dass auch die nach einem ersten Aufreinigen in der Gasphase verbleibenden Reste an Nutzgas in einem weiteren Verfahrensdurchlauf rückgewonnen werden. Somit ist eine nahezu komplette Rückgewinnung des Nutzgases aus der Gasmischung möglich. Durch die Ventile 133, 131 und 132 kann eingestellt werden, ob der Kompressor 11 entweder über den Anschluss 101 zugeführte Gasmischung, über die Absaugleitung 1331 rückgeführte Gasphase oder eine Mischung aus beidem ansaugt, komprimiert und dem Druckbehälter 93 zuführt. Günstiger Weise wird diese Einstellung, welche Gasmischungen vom Kompressor 11 komprimiert und befördert werden automatisch durch eine Anlagensteuerung vorgenommen. Die Anlagensteuerung greift dabei auf die Signale mehrerer, verschiedener Sensoren zurück, die an verschiedenen Stellen in der Anlage angeordnet sind. The purification container 95 comprises a heater 951 which heats the purification container 95 and the gas contained therein. The heater 951 is preferably controlled or regulated via a system control. In the embodiment shown, the heater 951 is designed as an electrical heater. Alternatively, however, other types of heating devices 951 can also be used, such as a heat exchanger that uses the waste heat from the cooling unit 931 of the pressure vessel 93. The already pre-cleaned, liquid useful gas is heated in the purification tank 95. The pressure in the purification container 95 is regulated in such a way that this internal pressure is very close to the vapor pressure of the useful gas under the conditions prevailing in the purification container 95. The internal pressure is selected to be slightly higher than this vapor pressure. This ensures that residues of secondary gas which are in the liquid useful gas are outgassed from the liquid useful gas due to their significantly higher vapor pressure. The residues of secondary gas then collect in gaseous form in the upper region of the purification container 95. A suction line 1331 is connected to the top of the purification container 95 to remove this collected secondary gas. This suction line 1331 can be opened and closed via the valve 133. When the gaseous secondary gas is sucked out of the purification container 95, the pressure inside the purification container 95 is reduced. The system is regulated so that the internal pressure in the purification container 95 corresponds minimally to the vapor pressure of the useful gas. A filling line 1361, which can be opened and closed via the valve 136, is connected to the bottom of the purification container 95. The connection 103 is provided at the end of this filling line 1361. At connection 103, the useful gas previously recovered and cleaned in two stages is removed from the system. For this purpose, a pressure vessel, for example, into which the liquid useful gas is filled, can be connected to the connection 103. With the help of this pressure vessel, the recovered useful gas can then be used for further use. The suction line 1331 connects the purification container 95 to the line which connects the suction pump 21 and the bypass line around the suction pump 21 to the compressor 11. The gas phase drawn off from the purification container 95 can be fed back to the compressor 11 via the suction line 1331. The extracted gas phase contains residues of useful gas. As the extracted gas phase is returned from the purification container 95 to the compressor 11, this gas phase, which also represents a gas mixture, is again fed to the separation steps in the pressure container 93 and in the purification container 95. This recycling ensures that the residues of useful gas that remain in the gas phase after a first purification are also recovered in a further process run. This enables almost complete recovery of the useful gas from the gas mixture. The valves 133, 131 and 132 can be used to set whether the compressor 11 sucks in gas mixture supplied via connection 101, gas phase returned via suction line 1331 or a mixture of both, compresses it and supplies it to pressure vessel 93. This setting, which gas mixtures are compressed and conveyed by the compressor 11, is advantageously made automatically by a system control. The system control uses the signals from several different sensors that are located at different points in the system.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In Fig. 2 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens als Flussdiagramm dargestellt. Zu Beginn des Verfahrens erfolgt eine Absaugung 30 aus der Anwendung, in der sich das zu trennende Gasgemisch befindet. Diese Absaugung kann entweder direkt aus der Anwendung erfolgen oder aus einem Pufferbehälter, mit dessen Hilfe das Gasgemisch von der eigentlichen Anwendung zur Anlage transportiert wird, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird. Die Absaugung 30 kann dabei beispielsweise, wie zuvor beschrieben, über eine Säugpumpe 21 erfolgen. Nach der Absaugung ist eine Reinigung 31 vorgesehen, bei der Verschmutzungen und Feuchtigkeit aus dem Gasgemisch entfernt werden. Diese Reinigung 2 shows a block diagram of an embodiment of a method according to the invention. In Fig. 2, an embodiment of the method according to the invention is shown as a flow chart. At the beginning of the process there is a suction 30 from the application in which the gas mixture to be separated is located. This suction can either take place directly from the application or from a buffer container with the aid of which the gas mixture is transported from the actual application to the system in which the method according to the invention is carried out. The suction 30 can, for example, as described above, take place via a suction pump 21. After the suction, cleaning 31 is provided in which dirt and moisture are removed from the gas mixture. This purification
31 stellt einen optionalen Verfahrensschritt dar, der bei entsprechend reiner Gasmischung auch weggelassen werden kann. Im nächsten Schritt erfolgte Kompression A, welche bevorzugt durch einen Kompressor vorgenommen wird. Bei der Kompression A wird die Gasmischung verdichtet, bevorzugt auf einen Druck von etwa 10 bar. Bei dieser Kompression A verlassen alle Komponenten, also Nutzgas und Sekundär- gas(e), den Kompressor 11 gasförmig und es findet noch keine Verflüssigung statt. In Flussrichtung nach dem Kompressor 11 , in dem sich Leitungen und Komponenten befinden, die Raumtemperatur aufweisen, ist es jedoch möglich, dass sich bereits Teile des Nutzgases verflüssigen und bereits verflüssigt in den Druckbehälter 93 gelangen. Nach der Kompression A findet eine weitere optionale Trocknung/Reinigung31 represents an optional process step which can also be omitted if the gas mixture is appropriately pure. In the next step, compression A took place, which is preferably carried out by a compressor. During compression A, the gas mixture is compressed, preferably to a pressure of about 10 bar. With this compression A, all the components, that is to say useful gas and secondary gas (s), leave the compressor 11 in gaseous form and no liquefaction takes place yet. In the direction of flow after the compressor 11, in which there are lines and components which are at room temperature, it is possible, however, that parts of the useful gas are already liquefied and reach the pressure vessel 93 already liquefied. After compression A, there is another optional drying / cleaning
32 statt. Auch diese T rocknung/Reinigung 32 kann bei entsprechend reiner Gasmischung weggelassen werden. Günstiger Weise wird bei der Absaugung 30 und vor oder nach der Kompression A die Reinheit des Gasgemisches über Sensoren festgestellt und basierend auf den Sensorsignalen die Schritte Reinigung 31 und Trocknung /Reinigung 32 nur bei Bedarf durchgeführt. Anschließend erfolgt die Überführung B der Gasmischung in den Druckbehälter 93, in dem eine erste Trennung des Gasgemisches erfolgt. Diese Trennung wird über die Kühlung C im Druckbehälter 93 vorgenommen. Das im Druckbehälter 93 befindliche Gasgemisch wird auf eine bevorzugte Temperatur zwischen -45° und -50 °C abgekühlt. Bei dieser Temperatur und dem zuvor durch die Kompression A eingestellten Druck erfolgt dann eine Verflüssigung des Nutzgases. Bei dem Nutzgas kann es sich beispielsweise um C4-Nitril oder C5-Keton handeln, welche beide einen sehr niedrigen Dampfdruck aufweisen. Während der Kühlung C wird der Innendruck im Druckbehälter 93 so eingestellt oder geregelt, dass er deutlich größer, insbesondere mindestens doppelt so groß wie der Dampfdruck des Nutzgases und gleichzeitig deutlich niedriger, insbesondere 5- 40 % niedriger als der Dampfdruck des Sekundärgases ist. Dadurch geht bereits der allergrößte Teil des Sekundärgases in die gasförmige Phase über, das Nutzgas dagegen verflüssigt sich und sammelt sich im Druckbehälter 93. Die sekundärgashaltige Gasphase wird durch die Entnahme D aus dem Druckbehälter 93 entfernt. Dadurch wird bereits der allergrößte Teil als Sekundärgas aus der Gasmischung herausgetrennt. Die entnommene sekundärgashaltige Phase wird anschließend durch die Entsorgung/Vernichtung 33 aus dem Verfahren entnommen. Anschließend oder parallel zur Entnahme D erfolgt eine Überführung E des flüssigen Nutzgases vom Druckbehälter 93 in den Aufreinigungsbehälter 95. Diese Überführung E erfolgt bevorzugt alleine durch den im Druckbehälter 93 vorherrschenden Druck, der das flüssige Nutzgas weiter in den Aufreinigungsbehälter 95 treibt. Die anschließende Erwärmung F des flüssigen Nutzgases erfolgt durch ein Heizgerät 951 im Aufreinigungsbehälter 95. Das flüssige Nutzgas wird dabei auf eine Temperatur von etwa 0 bis 20 °C erwärmt. Nach oder während der Erwärmung F erfolgt eine Absaugung G der Gasphase aus dem Aufreinigungsbehälter 95. Erwärmung F und Absaugung G werden dabei so geregelt, dass der Innendruck im Aufreinigungsbehälter 95 geringfügig größer ist als der Dampfdruck des Nutzgases unter den im Aufreinigungsbehälter 95 vorherrschenden Bedingungen. Der Innendruck im Aufreinigungsbehälter 95 liegt somit deutlich näher am Dampfdruck des Nutzgases als der Innendruck im Druckbehälter 93. Durch diesen in der Nähe des Dampfdruckes liegenden Innendruck im Aufreinigungsbehälter 95 werden wirkungsvoll die letzten Reste an Sekundärgas, welches noch in flüssiger Form im Nutzgas vorliegt, in die gasförmige Phase überführt und durch die Absaugung F aus dem Gasgemisch entfernt. Unten im Aufreinigungsbehälter 95 verbleibt somit in flüssiger Form das Nutzgas mit einer sehr hohen Reinheit. Über das erfindungsgemäße Verfahren ist eine Reinheit von >99 % erreichbar. Aus dem Aufreinigungsbehälter 95 wird das gereinigte, flüssige Nutzgas durch die Abfüllung H entnommen. Die aus dem Aufreinigungsbehälter 95 bei der Absaugung G entnommene Gasphase enthält noch Reste an Nutzgas. Zur Rückgewinnung dieser letzten Reste an Nutzgas wird die Gasphase durch die Rückführung 34 erneut der Kompression A und den darauffolgenden Verfahrensschritten zugeführt. Die letzten Reste an Nutzgas werden somit in einem zweiten Verfahrensdurchlauf rückgewonnen, wodurch das Verfahren einen sehr hohen Rückgewinnungsgrad aufweist. 32 instead. This drying / cleaning 32 can also be omitted with a correspondingly pure gas mixture. In a favorable manner, the purity of the gas mixture is determined via sensors during the suction 30 and before or after the compression A and, based on the sensor signals, the cleaning 31 and drying / cleaning 32 steps are only carried out when required. The gas mixture is then transferred B into the pressure vessel 93, in which the gas mixture is first separated. This separation is carried out via the cooling system C in the pressure vessel 93. The gas mixture in the pressure vessel 93 is cooled to a preferred temperature between -45 ° and -50 ° C. At this temperature and the pressure previously set by compression A, the useful gas is then liquefied. The useful gas can be, for example, C4-nitrile or C5-ketone, both of which have a very low vapor pressure. During cooling C, the internal pressure in pressure vessel 93 is set or regulated in such a way that it is significantly greater, in particular at least twice as great like the vapor pressure of the useful gas and at the same time significantly lower, in particular 5-40% lower than the vapor pressure of the secondary gas. As a result, the vast majority of the secondary gas already changes into the gaseous phase, while the useful gas liquefies and collects in the pressure vessel 93. The gas phase containing the secondary gas is removed from the pressure vessel 93 by the withdrawal D. As a result, most of the gas is separated from the gas mixture as secondary gas. The withdrawn phase containing secondary gas is then withdrawn from the process by disposal / destruction 33. Subsequently or parallel to the withdrawal D, the liquid useful gas is transferred E from the pressure vessel 93 to the purification vessel 95. This transfer E is preferably carried out solely by the pressure prevailing in the pressure vessel 93, which drives the liquid useful gas further into the purification vessel 95. The subsequent heating F of the liquid useful gas takes place by a heater 951 in the purification container 95. The liquid useful gas is heated to a temperature of approximately 0 to 20 ° C. After or during the heating F, the gas phase is sucked out of the purification container 95. The heating F and the suction G are regulated so that the internal pressure in the purification container 95 is slightly higher than the vapor pressure of the useful gas under the conditions prevailing in the purification container 95. The internal pressure in the purification tank 95 is thus significantly closer to the vapor pressure of the useful gas than the internal pressure in the pressure vessel 93. This internal pressure in the purification container 95, which is close to the vapor pressure, effectively removes the last residues of secondary gas, which is still present in the useful gas in liquid form the gaseous phase is transferred and removed from the gas mixture by the suction system F. The useful gas with a very high purity thus remains in liquid form at the bottom in the purification container 95. A purity of> 99% can be achieved using the process according to the invention. The purified, liquid useful gas is removed from the purification container 95 by the filling H. The gas phase removed from the purification container 95 during the suction G still contains residues of useful gas. In order to recover these last residues of useful gas, the gas phase is fed back to compression A and the subsequent process steps through return 34. The last residues of useful gas are thus recovered in a second process run, whereby the process has a very high degree of recovery.
Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes. The claims filed now with the application and later do not prejudice the attainment of further protection.
Sollte sich hier bei näherer Prüfung, insbesondere auch des einschlägigen Standes der Technik, ergeben, dass das eine oder andere Merkmal für das Ziel der Erfindung zwar günstig, nicht aber entscheidend wichtig ist, so wird selbstverständlich schon jetzt eine Formulierung angestrebt, die ein solches Merkmal, insbesondere im Hauptanspruch, nicht mehr aufweist. Auch eine solche Unterkombination ist von der Offenbarung dieser Anmeldung abgedeckt. If, on closer examination, in particular of the relevant prior art, it should be found that one or the other feature is favorable for the aim of the invention, but not crucially important, a formulation is of course already sought which has such a feature , in particular in the main claim, no longer has. Such a sub-combination is also covered by the disclosure of this application.
Es ist weiter zu beachten, dass die in den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung beliebig untereinander kombinierbar sind. Dabei sind einzelne oder mehrere Merkmale beliebig gegeneinander austauschbar. Diese Merkmalskombinationen sind ebenso mit offenbart. Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. It should also be noted that the configurations and variants of the invention described in the various embodiments and shown in the figures can be combined with one another as desired. Individual or multiple features can be interchanged with one another as required. These combinations of features are also disclosed. The references given in the dependent claims indicate the further development of the subject matter of the main claim through the features of the respective subclaim. However, these are not to be understood as a waiver of the achievement of an independent, objective protection for the features of the dependent claims.
Merkmale, die nur in der Beschreibung offenbart wurden oder auch Einzelmerkmale aus Ansprüchen, die eine Mehrzahl von Merkmalen umfassen, können jederzeit als von erfindungswesentlicher Bedeutung zur Abgrenzung vom Stande der Technik in den oder die unabhängigen Anspruch/Ansprüche übernommen werden, und zwar auch dann, wenn solche Merkmale im Zusammenhang mit anderen Merkmalen erwähnt wurden beziehungsweise im Zusammenhang mit anderen Merkmalen besonders günstige Ergebnisse erreichen. Features that were only disclosed in the description or also individual features from claims that comprise a plurality of features can at any time be adopted as being of essential importance for the invention to delimit them from the state of the art in the independent claim (s), even then, if such features are mentioned in connection with other features or if they achieve particularly favorable results in connection with other features.
Bezugszeichen liste List of reference symbols
11 Kompressor 11 compressor
21 Säugpumpe 21 suction pump
30 Absaugung 30 suction
31 Reinigung 31 Cleaning
32 T rocknung/Reinigung 32 Drying / cleaning
33 Entsorgung/Vernichtung 33 Disposal / destruction
34 Rückführung 34 repatriation
93 Druckbehälter 93 pressure vessels
95 Aufreinigungsbehälter 95 Purification container
101 Anschluss 101 connection
103 Anschluss 103 connection
105 Anschluss 105 connection
121 Filter 121 filters
122 Filter 122 filters
131 Ventil 131 valve
132 Ventil 132 valve
133 Ventil 133 valve
134 Ventil 134 valve
135 Ventil 135 valve
136 Ventil 136 valve
139 Ventil 139 valve
140 Ventil 140 valve
201 Ventil 201 valve
931 Kühleinheit 931 cooling unit
951 Heizgerät 951 heater
1331 Absaugleitung/Absaugungsleitung1331 suction line / suction line
1351 Überführungsleitung 1351 overpass line
1361 Abfüllleitung 1361 filling line
1401 Entnahmeleitung 1401 sampling line

Claims

Patenta ns prüche Patent claims
1. Verfahren zur Rückgewinnung eines Nutzgases aus einem Gasgemisch, bestehend aus einem Nutzgas und zumindest einem Sekundärgas, umfassend zumindest die Schritte,1. A method for recovering a useful gas from a gas mixture consisting of a useful gas and at least one secondary gas, comprising at least the steps
A) Kompression des Gasgemisches in einem Kompressor (11), A) Compression of the gas mixture in a compressor (11),
B) Überführung des komprimierten Gasgemisches in einen Druckbehälter (93), B) transferring the compressed gas mixture into a pressure vessel (93),
C) Kühlen des komprimierten Gasgemisches im Druckbehälter (93) bis das Nutzgas in die flüssige Phase übergeht und eine sekundärgashaltige Gasphase verbleibt, wobei der Druck im Druckbehälter (93) so eingestellt wird, dass er zumindest doppelt so hoch wie der Dampfdruck des Nutzgases bei der aktuellen Temperatur im Druckbehälter (93) liegt und der Druck im Druckbehälter (93) mindestens 5% niedriger als der Dampfdruck des Sekundärgases bei der aktuellen Temperatur im Druckbehälter (93) liegt, C) cooling the compressed gas mixture in the pressure vessel (93) until the useful gas changes into the liquid phase and a secondary gas-containing gas phase remains, the pressure in the pressure vessel (93) being set so that it is at least twice as high as the vapor pressure of the useful gas in the the current temperature in the pressure vessel (93) and the pressure in the pressure vessel (93) is at least 5% lower than the vapor pressure of the secondary gas at the current temperature in the pressure vessel (93),
D) Entnahme der sekundärgashaltigen Gasphase aus dem Druck-behälter (93), D) Removal of the secondary gas-containing gas phase from the pressure vessel (93),
E) Überführung des verflüssigten Nutzgases vom Druckbehälter (93) in einen Aufreinigungsbehälter (95), E) transferring the liquefied useful gas from the pressure vessel (93) to a purification vessel (95),
F) Erwärmung des verflüssigten Nutzgases im Aufreinigungsbehälter (95), F) heating of the liquefied useful gas in the purification tank (95),
G) Absaugung der Gasphase aus dem Aufreinigungsbehälter (95) solange, bis der Innendruck im Aufreinigungsbehälter (95) dem Dampfdruck des Nutzgases bei der aktuellen Temperatur im Aufreinigungsbehälter (95) entspricht, G) suction of the gas phase from the purification container (95) until the internal pressure in the purification container (95) corresponds to the vapor pressure of the useful gas at the current temperature in the purification container (95),
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Überführung B) des Gasgemisches in den Druckbehälter (93) periodisch erfolgt und vor der Entnahme D) der sekundärgashaltigen Gasphase aus dem Druckbehälter (93) eine Beruhigungszeit abgewartet wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the transfer B) of the gas mixture into the pressure vessel (93) takes place periodically and a settling time is awaited before the removal D) of the secondary gas-containing gas phase from the pressure vessel (93).
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überführung E) des verflüssigten Nutzgases dann erfolgt, wenn der Druckbehälterüber 0,75 +/- 20 % kg/L mit Gasgemisch befüllt ist. 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the transfer E) of the liquefied useful gas takes place when the pressure vessel is filled to over 0.75 +/- 20% kg / L with gas mixture.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung F) des verflüssigten Nutzgases im Aufreinigungsbehälter (95) durch einen Wärmetauscher als Heizgerät erfolgt, der die beim Kühlen C) des komprimierten Gasgemisches im Druckbehälter entstehende Abwärme nutzt und dem Aufreinigungsbehälter (95) zuführt. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the heating F) of the liquefied useful gas in the purification tank (95) takes place by a heat exchanger as a heating device, which uses the waste heat generated during cooling C) of the compressed gas mixture in the pressure vessel and the purification tank ( 95) supplies.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Absaugung G) aus dem Aufreinigungsbehälter (95) entnommene Gasphase in den Druckbehälter (93) zurückgeführt wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the gas phase removed from the purification container (95) during the suction G) is returned to the pressure container (93).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfdruckkurve des Nutzgases unterhalb der Dampfdruckkurve des Sekundärgases verläuft. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the vapor pressure curve of the useful gas runs below the vapor pressure curve of the secondary gas.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Absaugung G) der Gasphase aus dem Aufreinigungsbehälter (95) der Innendruck und die Temperatur im Aufbereitungsbehälter kontinuierlich durch Sensoren gemessen werden und eine Steuerung, basierend auf den Messwerten dieser Sensoren, die Absaugung G) beendet, sobald der Dampfdruck des Nutzgases im Aufreinigungsbehälter (95) erreicht ist. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that during the suction G) of the gas phase from the purification container (95), the internal pressure and the temperature in the processing container are continuously measured by sensors and a controller based on the measured values of these sensors, which Suction G) ends as soon as the vapor pressure of the useful gas in the purification tank (95) is reached.
8. Anlage zur Rückgewinnung eines Nutzgases aus einem Gasgemisch, wobei die Anlage zumindest folgende Komponenten aufweist: 8. Plant for the recovery of a useful gas from a gas mixture, the plant having at least the following components:
einen Kompressor (11) für Kompression des Gasgemisches, a compressor (11) for compressing the gas mixture,
einen Druckbehälter (93) zur Aufnahme des komprimierten Gasgemisches, a pressure vessel (93) for receiving the compressed gas mixture,
wobei der Druckbehälter (93) eine Kühleinheit (931) zur Kühlung des komprimierten Gas gemisches aufweist, wherein the pressure vessel (93) has a cooling unit (931) for cooling the compressed gas mixture,
und der Druckbehäiter (93) eine Entnahmeleitung (1401) für die sekundärgashaltigen Gasphase aufweist, and the pressure vessel (93) has a withdrawal line (1401) for the gas phase containing secondary gas,
und der Druckbehälter (93) über eine Überführungsleitung (1351) mit einem Aufreinigungsbehälter (95) verbunden ist, die der Überführung des verflüssigten Nutzgases dient, wobei an dem Aufreinigungsbehälter (95) ein Heizgerät (951) zur Erwärmung des verflüssigten Nutzgases, and the pressure vessel (93) is connected to a purification vessel (95) via a transfer line (1351), which is used to transfer the liquefied useful gas, a heater (951) on the purification vessel (95) for heating the liquefied useful gas,
eine Absaugeinheit an einer Absaugleitung (1331), die die Gasphase aus dem Aufreinigungsbehälter (95) absaugt, a suction unit on a suction line (1331) which sucks the gas phase out of the purification tank (95),
sowie eine Abfüllleitung (1361) vorgesehen ist und and a filling line (1361) is provided and
über die Abfüllleitung (1361) aufgereinigtes Nutzgas abfüllbar ist. purified useful gas can be filled via the filling line (1361).
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Absaugeinheit eine Re geleinheit vorgesehen ist, die solange die Gasphase aus dem Aufreinigungsbehälter (95) absaugt, bis der Innendruck im Aufreinigungsbehälter (95) dem Dampfdruck des Nutzgases bei der aktuellen Temperatur im Aufreinigungsbehälter (95) entspricht. 9. Plant according to claim 8, characterized in that a Re gel unit is provided on the suction unit, which sucks the gas phase out of the purification container (95) until the internal pressure in the purification container (95) equals the vapor pressure of the useful gas at the current temperature in the purification container (95) corresponds.
10. Verwendung einer Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 oder 9, zur Rück gewinnung des Nutzgases C4-Nitril (2,3,3,3-Tetrafluoro-2-(trifluoromethyl)propannitril) und/oder C5-Keton (1 ,1 ,1 ,3,4,4,4-Heptafluoro-3-(trifluoromethyl)butan-2-on) aus einem Gasgemisch mit mindestens einem oder mehreren der folgenden Sekundärgase: Sauerstoff, Stickstoff und/ oder Kohlenstoffdioxid, insbesondere unter Durchführung oder Verwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7. 10. Use of a plant according to one of the preceding claims 8 or 9 for recovering the useful gas C4-nitrile (2,3,3,3-tetrafluoro-2- (trifluoromethyl) propanenitrile) and / or C5-ketone (1, 1 , 1, 3,4,4,4-heptafluoro-3- (trifluoromethyl) butan-2-one) from a gas mixture with at least one or more of the following secondary gases: oxygen, nitrogen and / or carbon dioxide, in particular when carrying out or using the Method according to one of the preceding claims 1 to 7.
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