WO2010081716A1 - Vorrichtung zum sorptiven trennen eines gasstroms mit einem wirbelrohr zur regenerierung - Google Patents

Vorrichtung zum sorptiven trennen eines gasstroms mit einem wirbelrohr zur regenerierung Download PDF

Info

Publication number
WO2010081716A1
WO2010081716A1 PCT/EP2010/000207 EP2010000207W WO2010081716A1 WO 2010081716 A1 WO2010081716 A1 WO 2010081716A1 EP 2010000207 W EP2010000207 W EP 2010000207W WO 2010081716 A1 WO2010081716 A1 WO 2010081716A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
regeneration
sorbent
gas stream
gas
gas flow
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/000207
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Bongartz
Original Assignee
Donaldson Filtration Deutschland Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Donaldson Filtration Deutschland Gmbh filed Critical Donaldson Filtration Deutschland Gmbh
Priority to EP10702595A priority Critical patent/EP2387449A1/de
Publication of WO2010081716A1 publication Critical patent/WO2010081716A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • B01D53/261—Drying gases or vapours by adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40043—Purging
    • B01D2259/4005—Nature of purge gas
    • B01D2259/40052—Recycled product or process gas
    • B01D2259/40054—Recycled product or process gas treated before its reuse
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40083—Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40088—Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption by heating
    • B01D2259/4009—Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption by heating using hot gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/402—Further details for adsorption processes and devices using two beds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0462—Temperature swing adsorption

Definitions

  • the invention relates to a device for the sorptive separation of a gas stream and in particular to a sorption dryer for drying a gas.
  • Sorption dryer generally serve to moisture from a gas and in particular a compressed gas, such as. B. to remove compressed air.
  • a compressor draws in ambient air and compresses it.
  • the compression of the sucked ambient air leads to a moisture supersaturation of the compressed air.
  • Part of this moisture condenses the aftercooler of the compressor and is discharged via separation systems from the compressed air system.
  • the cooling of the compressed air in the piping system between the compressor and the consumer results in further formation of condensate. This can lead to negative side effects in the subsequent uses of the compressed air, which can cause a high maintenance or quality losses.
  • Known Sorptionstrockner generally have two containers in which desiccant (sorbent) - often in the form of a bed - is arranged. Adsorptive desiccants are frequently used, and absorptive desiccants are also used become.
  • the two containers are connected in parallel to each other by conduits and respectively to the inlet of the gas to be dried and the outlet of the dried gas.
  • the flow path of the gas is controlled by valves.
  • the control of the valves is handled by a control unit.
  • the control of the valves is designed so that always a container is traversed by the gas to be dried. In this, the gas is dried by means of the sorbent in the container. In this phase, this container is thus in a sorption phase.
  • the other container is (usually) flowed through in the opposite direction by a portion of the dried gas in order to dry, ie to regenerate, the sorbent saturated during a previous sorption phase.
  • This container is thus in the regeneration phase.
  • the sorbent is dried without external supply of heat energy, that is, only by a partial flow of the pre-dried gas, it is a so-called cold regeneration.
  • it is necessary to control the valves in the inlet and outlet lines so that the container that was previously in the sorption phase is regenerated and the container that has been previously regenerated, now is used for drying the gas.
  • the regeneration of the container is effected by a branched off from the flow of the dried gas substream.
  • the diversion of this partial flow is usually carried out by means of a throttle element, for example a throttle valve, by which the amount of the partial flow is regulated, at the same time the (regeneration) gas is lowered to the pressure prevailing in the container provided for the regeneration pressure level.
  • a throttle element for example a throttle valve
  • the (regeneration) gas is lowered to the pressure prevailing in the container provided for the regeneration pressure level.
  • a cold adsorbent can not be effectively regenerated, so that a residual load of moisture is generally retained.
  • the proportion of residual charge must be compensated by additional sorbent.
  • this can lead to an increase in production and maintenance costs.
  • the warm regeneration of a sorption dryer is known from the prior art.
  • the sorption container located in the regeneration phase is regenerated by air, which was heated by supplying external energy.
  • the air can either be the partial flow of the dried compressed air; however, ambient air can also be used.
  • electrical heaters are used regularly.
  • Devices for the sorptive separation of a gas stream are used not only for drying a gas and in particular compressed air, but also for the selective decomposition of gas mixtures under pressure by means of the pressure swing adsorption (PSA) method.
  • PSA pressure swing adsorption
  • the present invention seeks to provide an improved device for sorptiven separating a gas stream.
  • a device should be specified, which is characterized by an improved regeneration of the sorbent.
  • the basic idea of the invention is to use a vortex tube (according to Ranque and Hilsch) to preheat the regeneration gas stream in a device for sorptively separating a gas.
  • Vortex tubes (according to Ranque and Hilsch), which are also referred to as vortex tubes, are well known in the art with respect to their structure and operation.
  • a compressed gas flow is generally introduced tangentially into a tubular main body of the vortex tube, wherein a separation of the compressed gas flow into a hot gas flow and a cold gas flow takes place within the main body.
  • the two gas flows leave the tubular body of the vortex tube at its two open ends.
  • the physical background regarding the separation of the compressed gas stream into a hot gas and a cold gas stream are not fully understood.
  • a variety of vortex tubes are available from several suppliers, the function of which is secured and the interpretation of which is based essentially on empirical tests.
  • An apparatus for the sorptive separation of a gas accordingly has at least one sorption container, which is filled with a sorbent, as well as inlets and outlets, by means of which the gas stream to be separated is passed through the sorbent in a sorption phase of the sorption container for separation and by means of which a regeneration phase of the sorption container, a portion of the separated gas stream (regeneration gas stream) is passed through this for the regeneration of the sorbent.
  • the regeneration gas stream is converted into a hot regeneration gas stream and a cold regeneration gas stream before regeneration of the sorbent in a vortex tube. separated regeneration gas stream and at least the hot regeneration gas used to regenerate the sorbent.
  • the sorbent can be regenerated in the at least one sorption container with a regeneration gas stream whose temperature is above the temperature of a regeneration gas stream as used in the cold regeneration known from the prior art.
  • An increased temperature of the regeneration gas stream usually leads to a more effective regeneration of the sorbent, so that a total of less sorbent is needed to achieve a predetermined sorption potential.
  • the sorption container can be made smaller, whereby the device is more compact overall.
  • reducing the sorbent reduces production and maintenance costs.
  • the device according to the invention can be provided to mix the hot regeneration gas stream before the regeneration of the sorbent at least a portion of the cold regeneration gas flow again.
  • the average temperature of the regeneration gas stream is lowered, but at the same time the throughput of regeneration gas increases, whereby less of the gas previously extensively separated in the apparatus has to be diverted for the regeneration of the apparatus.
  • the proportion of the cold regeneration gas flow that should be remixed to the hot regeneration gas flow depends on the
  • Dispensing line for the cold regeneration gas flow with the aim to make on the way from the vortex tube to the mixing point, the heat absorption from the environment by the cold regeneration gas flow higher than the loss of thermal energy to the environment by the H adoptedregenerationsgas- ström.
  • a device according to the invention can consequently have the most effective possible insulation of the supply lines for the hot regeneration gas flow and as ineffective as possible isolation of the supply line for the cold regeneration gas flow.
  • the cold regeneration gas stream is preheated by the gas to be separated.
  • This is on the one hand associated with the advantage that a preheating of the KaIt regeneration gas stream can be done without a dependent on the supply of external energy heater.
  • the temperature of the gas stream to be separated can thereby be lowered, which can lead to condensation of the component of the gas stream to be separated already before it enters the sorption container. Due to the consequent relief of the sorbent, either the amount of sorbent in the sorption containers can be reduced or the amount of gas to be separated, which can be separated before regeneration of the sorption container, increased. This can in particular reduce the operating costs.
  • the device according to the invention is particularly suitable for separating water (vapor) from a gas (for example compressed air), i. for drying a gas or also for selective decomposition of gas mixtures under pressure by means of the pressure change
  • a gas for example compressed air
  • PSA Pressure Swing Adsorption
  • FIG. 1 in a greatly simplified illustration of the structure and the flow pattern in a device according to the invention
  • Fig. 2 is a vortex tube, as can be used in the apparatus of Fig. 1, in a sectional view.
  • Fig. 1 shows a greatly simplified representation of an inventive device for sorptiven separating a gas. Specifically, this is an adsorption dryer for compressed air.
  • the adsorption dryer comprises two adsorption tanks
  • adsorption vessel 1, 2 which are filled with an adsorbent (not shown). Furthermore, a heat exchanger 3, a vortex tube 4, a pre-5 and a post-filter 6 and a control unit 7 are provided.
  • the control unit 7 serves to control a multiplicity of valves which are integrated into a line system of the device.
  • the compressed air to be dried is fed to the adsorption dryer at position I.
  • this has an average temperature of about 35 ° C.
  • the compressed air then flows through the heat exchanger 3, the functions of which will be described below.
  • the compressed air then flows through the pre-filter 5, in which liquid aerosols (oil and water) and particles are filtered out of the compressed air and the compressed-air condensate is removed from the system.
  • the compressed air is fed via a first controllable shuttle valve 8 one of the two adsorption vessel 1, 2. In the case illustrated, this is the left of the two adsorption vessels 1, 2 shown in FIG. 1.
  • the compressed air flows through the adsorbent located in the left adsorption vessel 1, the moisture contained in the compressed air being adsorbed by the adsorbent.
  • the compressed air thus dried leaves the left adsorption vessel 1 at the position II and flows via a second controllable shuttle valve 9 to a branch IM.
  • a branch IM a (small) partial flow of the dried compressed air is branched off and supplied to the vortex tube 4.
  • the (larger) partial flow of the dried compressed air after he has passed the post-filter 6, from the
  • the postfilter serves to separate solid particles (e.g., sorbent abrasion) from the gas stream.
  • a separation of the regeneration air flow (shown by the light arrows) in a hot air flow (dotted arrows) and a cold air flow (black arrows) takes place.
  • the hot air flow (about 40% of the regeneration air flow) leaves the vortex tube 4 at the position V, whereas the cold air flow leaves the vortex tube at the position VI.
  • the cold air flow which accounts for about 60% of the total regeneration air flow, in this case has an average temperature of about -1O 0 C.
  • the cold air stream then flows through the heat exchanger, where it is heated to an average temperature of 25 ° C.
  • a second (closed) shut-off valve 11 prevents the regeneration air from flowing into the left adsorption vessel 1.
  • the regeneration air stream which now has an average temperature of approximately 47 ° C., flows through the saturated adsorbent from top to bottom, the water adsorbed on the adsorbent flowing from the adsorbent Received regeneration air flow and discharged through a third shut-off valve 12 and a shut-off valve downstream muffler 13.
  • the third shut-off valve is actuated by the control unit 7 on the basis of the measured values of a pressure sensor 14.
  • the operation of the illustrated adsorption dryer is such that one of the adsorption tanks is then regenerated while the other adsorption tank is used for drying the compressed air.
  • the compressed air to be dried is fed via the first shuttle valve 8 to the respective other adsorption vessel and the shut-off valves are switched over accordingly.
  • the pre-regenerated adsorption tank is then used for drying the compressed air while the saturated adsorption tank is being regenerated.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Drying Of Gases (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum sorptiven Trennen eines Gases (1) mit mindestens einem Sorptionsbehälter (1, 2), der mit einem Sorbens befüllt ist, sowie mit Zu- und Ableitungen, über die in einer Sorptionsphase des Sorptionsbehälters der zu trennende Gasstrom zum Trennen durch das Sorbens geleitet wird und über die in einer Regenerationsphase des Sorptionsbehälters ein Teil des getrennten Gasstroms (Regenerationsgasstrom) zur Regeneration des Sorbens durch diese geleitet wird, wobei der Regenerationsgasstrom vor der Regeneration des Sorbens in einem Wirbelrohr (4) in einen Heißregenerationsgasstrom (V) und einen Kaltregenerationsgasstrom (VI) getrennt wird und zumindest der Heißregenerationsgasstrom zur Regeneration des Sorbens verwendet wird.

Description

VORRICHTUNG ZUM SORPTIVEN TRENNEN EINES GASSTROMS MIT EINEM WIRBELROHR ZUR RENERIERUNG
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum sorptiven Trennen eines Gasstroms und insbesondere einen Sorptionstrockner zur Trocknung eines Gases.
Sorptionstrockner dienen im Allgemeinen dazu, Feuchtigkeit aus einem Gas und insbesondere einem komprimierten Gas, wie z. B. Druckluft zu entfernen. Bei der Erzeugung von Druckluft saugt ein Kompressor Umgebungsluft an und verdichtet diese. Die Verdichtung der angesaugten Umgebungsluft führt zu einer Feuchtigkeitsübersättigung der komprimierten Luft. Ein Teil dieser Feuchtigkeit kondensiert den Nachkühler des Kompressors aus und wird über Abscheidesysteme aus dem Druckluftsystem abgeleitet. Die Abkühlung der Druckluft im Rohrleitungssystem zwischen dem Kompressor und dem Verbraucher hat eine weitere Bildung von Kondensat zur Folge. Dies kann in den nachfolgenden Verwendungen der Druckluft zu negativen Begleiterscheinungen führen, die einen hohen Wartungsaufwand oder Qualitätseinbußen begründen können. Anwendungen, die hohe Anforderungen an die Reinheit der Druckluft stellen, wie beispielsweise Anwendungen in der Lebensmittelindustrie, der Pharmaindustrie oder in der Halbleitertechnik erfordern daher regelmäßig zusätzliche Anlagen zur Trocknung der komprimierten Luft, die in der Regel zwischen dem Nachkühler des Kompressors und dem Verbrauchernetz in das Druckluftsystem integriert werden. Diese Trock- nungsanlagen dienen dazu, die komprimierte Luft nahezu feuchtigkeitsfrei in das
Druckluftsystem einzuspeisen.
Bekannte Sorptionstrockner weisen in der Regel zwei Behälter auf, in denen Trockenmittel (Sorbens) - häufig in Form einer Schüttung - angeordnet ist. Häufig kommen adsorptive Trockenmittel zum Einsatz, wobei auch absorptive Trockenmittel verwendet werden. Die beiden Behälter sind durch Leitungen parallel miteinander und jeweils mit dem Einlass des zu trocknenden Gases und dem Auslass des getrockneten Gases verbunden. Der Strömungsweg des Gases wird über Ventile gesteuert. Die Steuerung der Ventile übernimmt eine Steuereinheit. Die Steuerung der Ventile ist dabei so aus- gelegt, dass stets ein Behälter von dem zu trocknenden Gas durchströmt wird. In diesem wird mittels des sich im Behälter befindlichen Sorbens das Gas getrocknet. In dieser Phase befindet sich dieser Behälter somit in einer Sorptionsphase. Während der Sorptionsphase des einen Behälters wird der andere Behälter (in der Regel) in entgegengesetzter Richtung von einem Teil des getrockneten Gases durchströmt, um das während einer vorherigen Sorptionsphase gesättigte Sorbens zu trocknen, d.h. zu regenerieren. Dieser Behälter befindet sich dabei folglich in der Regenerationsphase. Wenn das Sorbens ohne externe Zufuhr von Wärmeenergie, das heißt lediglich durch einen Teilstrom des vorab getrockneten Gases getrocknet wird, handelt es sich um eine sogenannte kalte Regeneration. Nach einer vorgegebenen, von der Belastung des Sorptionstrockners abhängigen Zeitspanne ist es erforderlich, die Ventile in den Zu- und Ableitungen so umzusteuern, dass derjenige Behälter, der sich bislang in der Sorptionsphase befand, regeneriert wird und der Behälter, der vorher regeneriert wurde, nunmehr zur Trocknung des Gases verwendet wird.
Bei bekannten Sorptionstrocknern erfolgt die Regeneration der Behälter durch einen aus dem Strom des getrockneten Gases abgezweigten Teilstrom. Die Abzweigung dieses Teilstroms erfolgt in der Regel mittels eines Drosselelements, zum Beispiel eines Drosselventils, durch das die Menge des Teilstroms reguliert wird, wobei gleichzeitig das (Regemations-)Gas auf das in dem für die Regeneration vorgesehenen Behälter herrschende Druckniveau gesenkt wird. Durch die Druckentspannung des Regenerationsgases über dem Drosselventil kühlt dieses ab. Dies führt dazu, dass zumindest der Teil des Sorbens, der zuerst von dem Regenerationsgas durchströmt wird, erheblich abkühlt. Dies kann eine erhebliche Auswirkung auf die Funktion des Sorbens in der nachfolgenden Sorptionsphase zur Folge haben. Kaltes Adsorbens kann nämlich nicht effektiv regeneriert werden, so dass in der Regel eine Restbeladung mit Feuchtigkeit erhalten bleibt. Dies führt dazu, dass, um eine effektive Adsorption zu gewährleisten, der Anteil der Restbeladung durch zusätzliches Sorbens ausgeglichen werden muss. Dies kann jedoch zu einer Erhöhung der Produktions- und Wartungskosten führen.
Aus dem Stand der Technik ist zudem die warme Regeneration eines Sorptionstrockners bekannt. Hierbei wird der sich in der Regenerationsphase befindliche Sorptionsbehälter durch Luft regeneriert, die durch Zufuhr externer Energie aufgeheizt wurde. Bei der Luft kann es sich entweder um den Teilstrom der getrockneten Druckluft handeln; es kann jedoch auch Umgebungsluft verwendet werden. Zum Aufheizen der Regenerationsluft im Zusammenhang mit der warmen Regeneration werden regelmäßig elektrische Heizvorrichtungen eingesetzt. Vorrichtungen zum sorptiven Trennen eines Gasstroms werden nicht nur zum Trocknen eines Gases und insbesondere von Druckluft verwendet, sondern u.a. auch zur selektiven Zerlegung von Gasgemischen unter Druck mittels des Druckwechseladsorp- tionsverfahrens (PSA: Pressure Swing Adsorption)
Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zum sorptiven Trennen eines Gasstroms anzugeben. Insbesondere soll eine solche Vorrichtung angegeben werden, die sich durch eine ver- besserte Regeneration des Sorbens auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, ein Wirbelrohr (nach Ranque und Hilsch) zu verwenden, um den Regenerationsgasstrom bei einer Vorrichtung zum sorptiven Trennen eines Gases vorzuwärmen.
Wirbelrohre (nach Ranque und Hilsch), die auch als Vortex-Rohre bezeichnet werden, sind im Stand der Technik hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise hinlänglich bekannt. Bei einem solchen Wirbelrohr wird eine Druckgasströmung in der Regel tangential in einen rohrförmigen Grundkörper des Wirbelrohrs eingeleitet, wobei innerhalb des Grundkörpers eine Separation der Druckgasströmung in eine Heißgasströ- mung und eine Kaltgasströmung erfolgt. Die zwei Gasströmungen verlassen hierbei den rohrförmigen Grundkörper des Wirbelrohrs an dessen zwei offenen Enden. Die physikalischen Hintergründe bezüglich der Separation des Druckgasstromes in einen Heißgas- und einen Kaltgasstrom sind bislang nicht vollständig geklärt. Auf dem Markt ist jedoch von mehreren Anbietern eine Vielzahl von Wirbelrohren erhältlich, deren Funktion gesichert ist und deren Auslegung im Wesentlichen auf empirischen Versuchen basiert.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum sorptiven Trennen eines Gases weist demnach mindestens einen Sorptionsbehälter auf, der mit einem Sorbens befüllt ist, sowie Zu- und Ableitungen, mittels derer in einer Sorptionsphase des Sorptionsbehälters der zu trennende Gasstrom zum Trennen durch das Sorbens geleitet wird und mittels derer in einer Regenerationsphase des Sorptionsbehälters ein Teil des getrennten Gasstroms (Regenerationsgasstrom) zur Regeneration des Sorbens durch dieses geleitet wird. Erfindungsgemäß wird dabei der Regenerationsgasstrom vor der Regeneration des Sorbens in einem Wirbelrohr in einen Heißregenerationsgasstrom und einem Kalt- regenerationsgasstrom getrennt und zumindest der Heißregenerationsgasstrom zur Regeneration des Sorbens verwendet.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum sorptiven Trennen eines Gases kann das Sorbens in dem zumindest einen Sorptionsbehälter mit einem Regenerationsgasstrom regeneriert werden, dessen Temperatur über der Temperatur eines Regenerationsgasstroms, wie er bei der aus dem Stand der Technik bekannten kalten Regeneration zum Einsatz kommt, liegt. Eine erhöhte Temperatur des Regenerationsgasstroms führt in der Regel zu einer effektiveren Regeneration des Sorbens, so dass insgesamt zur Erzielung eines vorbestimmten Sorptionspotenzials weniger Sorbens benötigt wird.
Durch die dadurch ermöglichte Verringerung des Sorbens kann zum einen der Sorptionsbehälter kleiner ausgeführt werden, wodurch die Vorrichtung insgesamt kompakter wird. Zum anderen ist mit der Verringerung des Sorbens eine Verringerung der Her- stellungs- und der Wartungskosten verbunden.
Im Vergleich zu der aus dem Stand der Technik bekannten warmen Regeneration kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein erhöhtes Temperaturniveau des Regenerationsgasstroms auch ohne ein Aufheizen des Regenerationsgasstroms durch Zufuhr externer Energie erreicht werden. Hierdurch kann die Energieaufnahme des Systems verringert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dem Heißregenerationsgasstrom vor der Regeneration des Sorbens zumindest einen Teil des Kaltregenerationsgasstroms wieder zuzumischen. Durch ein Zumischen (eines Teils) des Kaltregenerationsgasstroms in den Heißregenerationsgasstrom wird zwar die mittlere Temperatur des Regenerationsgasstroms abgesenkt, gleichzeitig erhöht sich jedoch der Durchsatz an Regenerationsgas, wodurch weniger von dem zuvor in der Vorrichtung aufwändig getrennten Gases für die Regeneration der Vorrichtung abgezweigt werden muss. Der Anteil des Kaltregenerationsgasstroms, der dem Heißregenerationsgasstrom wieder zugemischt werden sollte, hängt von den
Umständen der jeweiligen Anwendung ab; diese Größe kann vom Fachmann unter einer Berücksichtigung einer möglichst hohen Wirtschaftlichkeit der Vorrichtung problemlos mittels seines Fachwissens ermittelt werden.
Grundsätzlich ist es möglich, den Kaltregenerationsgasstrom vollständig, d.h. zu 100% wieder dem Heißregenerationsgasstrom zuzumischen. Bei einem adiabaten System würde sich wieder die gleiche mittlere Temperatur des Regenerationsgasstroms vor dessen Separation in dem Wirbelrohr ergeben. Bei einer realen Vorrichtung handelt es sich jedoch nicht um ein adiabates sondern um ein geschlossenes System, bei dem zwar keine (zumindest nicht in relevanten Mengen) Materie, jedoch thermische Energie mit der Umgebung ausgetauscht wird. Dies führt dazu, dass der Heißregenerations- gasstrom, dessen Temperatur erheblich über der Umgebungstemperatur liegen kann (z.B. 80° C), beispielsweise in den Zuleitungen thermische Energie an die Umgebung abgibt, und der Kaltregenerationsgasstrom, dessen Temperatur erheblich unter der Umgebungstemperatur liegen kann (z. B. -10° C) thermische Energie aus der Umge- bung aufnimmt. Dies ermöglicht nun, beispielsweise bewusst auf eine Isolierung der
Zuleitung für den Kaltregenerationsgasstrom zu verzichten, mit dem Ziel, auf dem Weg von dem Wirbelrohr bis zu der Vermischungsstelle die Wärmeaufnahme aus der Umgebung durch den Kaltregenerationsgasstrom höher ausfallen zu lassen als den Verlust an thermischer Energie an die Umgebung durch den Heißregenerationsgas- ström.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann folglich eine möglichst effektive Isolierung der Zuleitungen für den Heißregenerationsgasstrom und eine möglichst ineffektive Isolierung der Zuleitung für den Kaltregenerationsgasstrom aufweisen.
Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, den Kaltregenerationsgasstrom vor der Zumischung zu erwärmen, indem mittels einer Heizvorrichtung Wärmeenergie zugeführt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, den Kaltregenerationsgasstrom von dem zu trennenden Gas vorwärmen zu lassen. Dies ist zum einen mit dem Vorteil verbunden, dass eine Vorwärmung des KaIt- regenerationsgasstroms ohne eine auf die Zufuhr externer Energie angewiesene Heizvorrichtung erfolgen kann. Weiterhin kann dadurch die Temperatur des zu trennenden Gasstroms gesenkt werden, was zu einem Auskondensieren der zu trennenden Komponente des Gasstroms bereits vor dem Eintritt in den Sorptionsbehälter führen kann. Durch die dadurch bedingte Entlastung des Sorbens kann entweder die Menge des Sorbens in den Sorptionsbehältern reduziert oder die Menge des zu trennenden Gases, die vor einer Regeneration des Sorptionsbehälters in diesem getrennt werden kann, erhöht werden. Dadurch können sich insbesondere die Betriebskosten verringern.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Trennen von Was- ser(dampf) aus einem Gas (z.B. Druckluft), d.h. zum Trocknen eines Gases oder auch zur selektiven Zerlegung von Gasgemischen unter Druck mittels des Druckwechsel-
Adsorptionsverfahrens (PSA: Pressure Swing Adsorption).
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt: Fig. 1 in einer stark vereinfachten Darstellung den Aufbau und den Strömungsverlauf in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 2 ein Wirbelrohr, wie es bei der Vorrichtung der Fig. 1 zum Einsatz kommen kann, in einer Schnittdarstellung.
Die Fig. 1 zeigt in stark vereinfachter Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum sorptiven Trennen eines Gases. Konkret handelt es sich hierbei um einen Adsorp- tionstrockner für Druckluft. Der Adsorptionstrockner umfasst zwei Adsorptionsbehälter
1 , 2, die mit einem Adsorbens (nicht dargestellt) befüllt sind. Weiterhin sind ein Wärmetauscher 3, ein Wirbelrohr 4, ein Vor- 5 sowie ein Nachfilter 6 und eine Steuereinheit 7 vorgesehen. Die Steuereinheit 7 dient der Ansteuerung einer Vielzahl von Ventilen, die in ein Leitungssystem der Vorrichtung integriert sind. Mittels des Leitungssystems werden die Adsorptionsbehälter 1 , 2 entweder mit zu trocknender Druckluft oder mit
Regenerationsluft versorgt.
Die zu trocknende Druckluft wird dem Adsorptionstrockner an der Position I zugeführt. Hierbei weist diese eine mittlere Temperatur von ca. 35° C auf. Die Druckluft durch- strömt daraufhin den Wärmetauscher 3, dessen Funktionen nachfolgend noch beschrieben werden wird. Hierbei erfolgt eine Absenkung der mittleren Temperatur der Druckluft auf ca. 30° C. Daraufhin durchströmt die Druckluft den Vorfilter 5, in dem Flüssigaerosole (Öl und Wasser) und Partikel aus der Druckluft herausgefiltert und das Druckluftkondensat aus dem System entfernt wird. Daraufhin wird die Druckluft über ein erstes steuerbares Wechselventil 8 einem der beiden Adsorptionbehälter 1 , 2 zugeleitet. Im dargestellten Fall ist dies der linke der zwei in der Fig. 1 dargestellten Adsorptionsbehälter 1 , 2.
Die Druckluft durchströmt das in dem linken Adsorptionsbehälter 1 befindliche Adsor- bens, wobei die in der Druckluft enthaltene Feuchtigkeit von dem Adsorbens adsorbiert wird. Die so getrocknete Druckluft verlässt den linken Adsorptionsbehälter 1 an der Position Il und strömt über ein zweites steuerbares Wechselventil 9 zu einer Verzweigung IM. An dieser Verzweigung IM wird ein (kleiner) Teilstrom der getrockneten Druckluft abgezweigt und dem Wirbelrohr 4 zugeführt. Der (größere) Teilstrom der getrockneten Druckluft wird, nachdem er den Nachfilter 6 passiert hat, aus dem
Adsorptionstrockner abgeführt und kann für die vorgesehene Anwendung eingesetzt werden. Der Nachfilter dient dazu, Feststoffpartikel (z.B. Sorbensabrieb) aus dem Gasstrom abzuscheiden.
Der als Regenerationsluft dienende Teilstrom der getrockneten Druckluft wird an der
Position IV in tangentialer Richtung in das Wirbelrohr 4 eingeleitet. Innerhalb des Wir- belrohrs 4 ergibt sich der in der Fig. 2 dargestellte Strömungsverlauf, wobei eine Separation des Regenerationsluftstroms (dargestellt anhand der hellen Pfeile) in einen Heißluftstrom (gepunktete Pfeile) sowie einen Kaltluftstrom (schwarze Pfeile) erfolgt. Der Heißluftstrom (ca. 40% des Regenerationsluftstroms) verlässt das Wirbelrohr 4 an der Position V, wohingegen der Kaltluftstrom das Wirbelrohr an der Position VI verlässt. Der Kaltluftstrom, der ca. 60% des gesamten Regenerationsluftstroms ausmacht, weist hierbei eine mittlere Temperatur von ca. -1O0C auf. Der Kaltluftstrom durchströmt daraufhin den Wärmetauscher, in dem dieser auf eine mittlere Temperatur von 25°C erhitzt wird.
An der Position VII werden der Heißluft- sowie der Kaltluftstrom wieder vermischt und über ein geöffnetes erstes Absperrventil 10 dem rechten Adsorptionsbehälter 2 zugeführt. Hierbei verhindert ein zweites (verschlossenes) Absperrventil 11 ein Einströmen der Regenerationsluft in den linken Adsorptionsbehälter 1. Der nunmehr eine mittlere Temperatur von ca. 47°C aufweisende Regenerationsluftstrom durchströmt das gesättigte Adsorbens von oben nach unten, wobei das an dem Adsorbens adsorbierte Wasser von der Regenerationsluftstrom aufgenommen und über ein drittes Absperrventil 12 und einem diesem Absperrventil nachgeschalteten Schalldämpfer 13 abgeführt wird. Das dritte Absperrventil wird hierbei von der Steuereinheit 7 anhand der Messwerte eines Drucksensors 14 angesteuert.
Die Funktionsweise des dargestellten Adsorptionstrockners ist derart, dass einer der Adsorptionsbehälter dann regeneriert wird, während der andere Adsorptionsbehälter für das Trocknen der Druckluft verwendet wird. Sobald der für das Trocknen der Druckluft verwendete Adsorptionsbehälter die Sättigungsgrenze erreicht, wird über das erste Wechselventil 8 die zu trocknende Druckluft dem jeweils anderen Adsorptionsbehälter zugeleitet und die Absperrventile entsprechend umgeschaltet. Dadurch wird der vorab regenerierte Adsorptionsbehälter dann für das Trocknen der Druckluft verwendet, während der gesättigte Adsorptionsbehälter regeneriert wird.

Claims

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum sorptiven Trennen eines Gases mit mindestens einem Sorptionsbehälter, der mit einem Sorbens befüllt ist, sowie mit Zu- und Ableitungen, über die in einer Sorptionsphase des Sorptionsbehälters der zu trennende Gasstrom zum Trennen durch das Sorbens geleitet wird und über die in einer Regenerationsphase des Sorptionsbehälters ein Teil des getrennten Gasstroms (Regenerationsgasstrom) zur Regeneration des Sorbens durch diese geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Regenerationsgasstrom vor der Regeneration des Sor- bens in einem Wirbelrohr (4) in einen Heißregenerationsgasstrom und einen KaIt- regenerationsgasstrom getrennt wird und zumindest der Heißregenerationsgasstrom zur Regeneration des Sorbens verwendet wird.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dem Heißregenerationsgasstrom vor der Regeneration des Sorbens der Kaltregenerati- onsgasstrom zumindest teilweise wieder zugemischt wird.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltregenerationsgasstrom vor dem Zumischen erwärmt wird.
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung für den Heißregenrationsgasstrom isoliert und die Zuleitung für den Kaltregenerations- strom nicht isoliert ist.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der
Kaltregenerationsgasstrom von dem zu trennenden Gas erwärmt wird.
6. Verwendung eines Wirbelrohrs (4) zur Vorwärmung eines Regenerationsgasstroms für die Regeneration einer Vorrichtung zum sorptiven Trennen eines Gases.
PCT/EP2010/000207 2009-01-15 2010-01-15 Vorrichtung zum sorptiven trennen eines gasstroms mit einem wirbelrohr zur regenerierung WO2010081716A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP10702595A EP2387449A1 (de) 2009-01-15 2010-01-15 Vorrichtung zum sorptiven trennen eines gasstroms mit einem wirbelrohr zur regenerierung

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009005156.2 2009-01-15
DE200910005156 DE102009005156A1 (de) 2009-01-15 2009-01-15 Vorrichtung zum sorptiven Trennen eines Gasstroms

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010081716A1 true WO2010081716A1 (de) 2010-07-22

Family

ID=42027678

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/000207 WO2010081716A1 (de) 2009-01-15 2010-01-15 Vorrichtung zum sorptiven trennen eines gasstroms mit einem wirbelrohr zur regenerierung

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2387449A1 (de)
DE (1) DE102009005156A1 (de)
WO (1) WO2010081716A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107349758A (zh) * 2015-03-21 2017-11-17 石家庄四药有限公司 医药级洁净压缩空气制备系统及方法
CN111790362A (zh) * 2020-07-17 2020-10-20 杭州临安汉克森过滤设备有限公司 具有冷热切换涡流管换热机构的再生干燥机

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL2626125T3 (pl) * 2012-02-10 2016-12-30 Urządzenie do osuszania i filtrowania gazu
CN109173575A (zh) * 2018-09-14 2019-01-11 铜陵市天峰汽车维修服务有限责任公司 一种用于汽车喷漆室的空气净化器
EP3626327B1 (de) * 2018-09-19 2023-11-01 Wagner Group GmbH Inertisierungsverfahren und inertisierungsanlage, insbesondere zur brandvermeidung, sowie verwendung einer inertisierungsanlage

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1679054A1 (ru) * 1988-09-28 1991-09-23 Всесоюзное научно-производственное объединение турбохолодильной, газоперекачивающей и газотурбинной техники Установка дл адсорбционной осушки газа
FR2726896A1 (fr) * 1994-11-10 1996-05-15 Air Liquide Installation et procede de separation des composants de l'air par distillation cryogenique
RU2157722C2 (ru) * 1997-10-30 2000-10-20 Открытое акционерное общество криогенного машиностроения (ОАО "Криогенмаш") Способ очистки и осушки газа и устройство для его осуществления

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1679054A1 (ru) * 1988-09-28 1991-09-23 Всесоюзное научно-производственное объединение турбохолодильной, газоперекачивающей и газотурбинной техники Установка дл адсорбционной осушки газа
FR2726896A1 (fr) * 1994-11-10 1996-05-15 Air Liquide Installation et procede de separation des composants de l'air par distillation cryogenique
RU2157722C2 (ru) * 1997-10-30 2000-10-20 Открытое акционерное общество криогенного машиностроения (ОАО "Криогенмаш") Способ очистки и осушки газа и устройство для его осуществления

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DATABASE WPI Week 199226, Derwent World Patents Index; AN 1992-214701 *
DATABASE WPI Week 200110, Derwent World Patents Index; AN 2001-089519 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107349758A (zh) * 2015-03-21 2017-11-17 石家庄四药有限公司 医药级洁净压缩空气制备系统及方法
CN111790362A (zh) * 2020-07-17 2020-10-20 杭州临安汉克森过滤设备有限公司 具有冷热切换涡流管换热机构的再生干燥机

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009005156A1 (de) 2010-07-22
EP2387449A1 (de) 2011-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60318171T2 (de) Vorrichtung zur Regeneration von Adsorptionsmitteln
DE102006022293B4 (de) Trocknung von Druckluft unter Nutzung der Verdichterwärme mit geschlossenem Regenerationskreislauf
DE2454801B2 (de) Vorrichtung zur adsorptiven, isothermen Trennung eines Gasgemisches
WO2015197418A1 (de) Luftaufbereitungsverfahren und -vorrichtung mit kohlendioxidadsorption und sauerstoffanreicherung
CH673233A5 (de)
DE1619851B2 (de) Vorrichtung zum trocknen von komprimiertem gas
EP2387449A1 (de) Vorrichtung zum sorptiven trennen eines gasstroms mit einem wirbelrohr zur regenerierung
DE102014108977A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Trocknen von Gasen
DE102012112040B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Trocknen von Gasen
DE2419177C2 (de) Ventilanordnung für Vorrichtungen zum Erzeugen von trockener Druckluft od.dgl.
DE102006023161B4 (de) Trocknung von Druckluft unter Nutzung externer Wärme mit geschlossenem Regenerationskreislauf
DE2803038C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Dampf aus einem zugeführten heißen komprimierten Gas
EP2626125B1 (de) Vorrichtung zur Trocknung und Filterung eines Gases
WO2017174561A1 (de) Luftaufbereitungsvorrichtung und -verfahren
WO2013072195A1 (de) Verfahren zur trocknung eines rohrleitungssystems
EP3227002A1 (de) Verfahren zum abscheiden von wasser aus einem gasförmigen arbeitsmedium sowie ein wasserabscheider für ein arbeitsmedium
EP1991338A1 (de) Trockenvorrichtung für druckluft und andere gasförmige medien und verfahren zum betreiben einer solchen
EP3260185A1 (de) Vorrichtung zur temperaturwechsel-adsorption und verfahren zur temperaturwechsel-adsorption für die reinigung von gasen
WO2010054846A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum adsorptiven trennen eines gasstroms
DE3150624A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum auftrennen eines rohgasgemisches
EP3260186B1 (de) Verfahren zum betreiben einer verfahrenstechnischen anlage mit einer adsorptionsvorrichtung
DE2531633A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum trocknen von gas
DE10252148B3 (de) Entwässerung einer Hydraulikflüssigkeit durch Spülgaspervaporation
DE102013005370A1 (de) "Wechselventil für eine Trocknungsanlage für Gas, Trocknungsanlage für Gas mit einem solchen Wechselventil, Verwendung eines solchen Wechselventils und System mit einem solchen Wechselventil"
DE102017000518A1 (de) Aufbereitungsbehälter, Kartusche und Vorrichtung zur Aufbereitung eines Fluids mit zwei Aufbereitungsbehältern

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10702595

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010702595

Country of ref document: EP