WO2014090461A1 - Vorrichtung und verfahren zum trocknen von gasen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum trocknen von gasen Download PDF

Info

Publication number
WO2014090461A1
WO2014090461A1 PCT/EP2013/071926 EP2013071926W WO2014090461A1 WO 2014090461 A1 WO2014090461 A1 WO 2014090461A1 EP 2013071926 W EP2013071926 W EP 2013071926W WO 2014090461 A1 WO2014090461 A1 WO 2014090461A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
adsorption
line
adsorption chamber
regeneration
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/071926
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Timmler
Elena Kochendörfer
Kilian Stein
Ralf Winkler
Original Assignee
Parker Hannifin Manufacturing Germany GmbH & Co. KG Hiross Zander Division
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 Parker Hannifin Manufacturing Germany GmbH & Co. KG Hiross Zander Division filed Critical Parker Hannifin Manufacturing Germany GmbH & Co. KG Hiross Zander Division
Priority to EP13779821.1A priority Critical patent/EP2928584A1/de
Publication of WO2014090461A1 publication Critical patent/WO2014090461A1/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
    • 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
    • B01D53/265—Drying gases or vapours by refrigeration (condensation)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/24—Hydrocarbons
    • B01D2256/245—Methane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/05—Biogas
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a device for drying gases, in particular for drying methane, comprising: a gas inlet, a gas outlet, at least two adsorption chambers for receiving desiccant, a condenser, which is arranged in the flow direction between the gas inlet and the adsorption chambers, a condensate outlet, which is arranged in the flow direction between the gas inlet and the adsorption chambers, and a heater, wherein the adsorption chambers are connected to the gas inlet and to the gas outlet.
  • the invention also relates to a process for drying gases, in particular for drying methane, comprising the following steps: a) adsorbing moisture from the gas by desiccant in a first adsorption chamber; b) heating the gas prior to introduction into the second adsorption chamber; and c)
  • Ambient air - can react.
  • different devices, or dryers are used for the drying of gases.
  • Refrigeration dryers are known. Refrigeration dryers regularly have two heat exchangers, an evaporator and a condenser and extract moisture from the gas to be dried by cooling it below its dew point and then reheating it. For this purpose, moist gas is sucked in and passed through a cooling element (the so-called evaporator). In the evaporator, the gas is cooled down so far that the dew point of the gas is exceeded. Since cold gas can store much less moisture than warm gas, the moisture condenses and can be drained off.
  • adsorption dryers are known.
  • the moisture to be dried is removed by a desiccant.
  • the gas to be dried is regularly passed for this purpose in an adsorption chamber which is filled with the desiccant. Due to the hygroscopic, so water attracting mode of action of the desiccant, the moisture is removed from the gas. After the adsorption process, the moisture must be removed from the desiccant again; This step is called regeneration.
  • air is sucked in from the environment on a regular basis, heated to high temperatures and passed through the desiccant. Due to the high temperature, the moisture stored in the desiccant evaporates and is in the form of heated
  • Adsorption dryers regularly require more energy than refrigeration dryers, they have the advantage over these that gases can be dried to a very low pressure dew point.
  • Adsorption dryers can in turn be divided into two types:
  • Adsorption where the regeneration “cold” (ie by pressure change) and adsorption, where the regeneration, as described above, “warm” (ie by temperature change) takes place.
  • PSA pressure swing adsorption
  • TSA temperature swing adsorption
  • Adsorption dryers are known, for example, from EP 0 382 937 A1 or WO 02/05931 A1.
  • the dryers described there are characterized by a relatively simple construction and an associated robustness.
  • a disadvantage is the limited efficiency, which is mainly due to the fact that the removal of moisture must be done solely by the desiccant. This results in relatively long regeneration times.
  • Adsorption dryers can be combined with each other; Such dryers are often referred to as hybrid dryers.
  • EP 2 263 778 A1 relates to such a hybrid dryer, ie a dryer in which a refrigerant dryer is combined with an adsorption dryer.
  • a refrigerant dryer is connected upstream of the adsorption dryer. This is done in such a way that the gas inlet of the adsorption dryer does not suck in a moist gas, but is fed with gas which has already been pre-cooled by the refrigeration dryer and predried. Part of the moisture is thus already eliminated in the refrigerant dryer.
  • This has the advantage that the gas enters the adsorption dryer in a state in which many desiccants have a better absorption capacity than in the case of not
  • the hybrid dryer shown in FIG. 5 of EP 2 263 778 A1 is therefore distinguished from pure adsorption dryers by an increased efficiency.
  • the disadvantage is the higher complexity of the system and the associated costs.
  • the efficiency of Although described plant higher than pure adsorption dryers nevertheless can be achieved with the illustrated system no efficiencies that are expected of modern drying plants without Regenerationsgaslag.
  • Dryers without regeneration gas loss are also referred to as "zero purge dryers”.
  • the invention is therefore based on the object, the above-described and previously described apparatus for drying gases in such a way and further develop that a higher efficiency is achieved.
  • this object is achieved by a blower, which with a suction line and a line to
  • one of the chambers must be supplied with gas for adsorption, while the other chamber must be supplied with gas for the adsorption chamber
  • the regeneration must be supplied.
  • the regeneration may comprise several steps, in particular the steps “heating up” and “cooling down".
  • the adsorption chamber is not heated itself, but by gas, which was heated before flowing into the adsorption chamber, heated.
  • the regeneration gas is sucked by a blower in at least one of the regeneration steps and fed to the corresponding adsorption chamber.
  • pre-cooled and pre-dried gas is sucked through the blower and used for regeneration.
  • dried gas is passed through according to the invention sucked in the blower and used it for regeneration.
  • pre-cooled gas is meant gas which is colder than the gas flowing into the device.
  • Pre-cooled gas does not necessarily have to be cooled down to the final temperature.
  • Pre-dried gas is accordingly understood to mean gas that has less moisture than that into the device
  • pre-dried gas does not necessarily have to be completely dry.
  • the use of precooled and pre-dried gas for regeneration can achieve a higher efficiency than systems in which untreated gas, in particular moist gas (e.g.
  • the gas is pre-cooled to a temperature of 5 ° C or less.
  • the claimed device for drying methane especially of bio-methane, can be used.
  • An advantage of a dryer according to the invention is that due to the minimal pressure differences in the system, no regeneration gas is lost (so-called "Zero Purge dryers".)
  • the dryers are preferably operated at a slight overpressure Ambient air can lead to a risk of explosion, especially in the case of a methane dryer due to the oxygen contained in the ambient air.
  • Flow direction is arranged behind the radiator and the condensate outlet.
  • the fan may be arranged in a bypass.
  • Flow direction is referred to that direction that the gas from the
  • Gas inlet travels to the gas outlet.
  • the condensate outlet is arranged, it is achieved that the sucked gas is pre-cooled by the cooler and is pre-dried by the condensate outlet.
  • the condensate outlet may be equipped with a demister for drying purposes, and the blower may be located immediately after the radiator and the demister
  • Adsorption chambers may be arranged.
  • the suction duct of the blower divides into two ducts, whereby gas can be sucked through the one duct, which is pre-cooled by the radiator and pre-dried by the condensate outlet and whereby gas can be sucked through the other duct and exits from an adsorption chamber and already completely dried.
  • a further teaching of the invention provides that the device comprises a return line for returning the regeneration gas stream into the line connected to the gas inlet.
  • the regeneration gas so the gas, which from the
  • regenerating adsorption chamber should be returned and upstream upstream be introduced into the main line.
  • the introduction takes place in the flow direction behind the prefilter and before the radiator and the condensate outlet. In this way, the energy of the
  • Regeneration gas stream can be used to promote the entering into the device gas stream.
  • a further embodiment of the teaching last described provides that the return line at least in the region of the meeting with the line has a smaller cross-sectional area than the line.
  • Cross-sectional area has - according to the law of Bernoulli - a higher
  • the kinetic energy of the regeneration gas flow flowing through the return line is increased.
  • the kinetic energy may be transferred to the gas stream entering the device through the gas inlet to promote it.
  • This operating principle is - as such - known from jet pumps, such as water jet pumps.
  • jet pumps such as water jet pumps.
  • the recycled regeneration gas flow is thus used as a propellant while the entering through the gas inlet into the device gas flow is the suction medium.
  • the advantage of such a conveying mechanism is its simple construction and its robust and low-maintenance operation.
  • the pressure drop that occurs during the delivery of the gas over the entire system can be reduced.
  • the device comprises a pre-filter for cleaning the gas flowing into the device and / or a post-filter for cleaning the gas flowing out of the device.
  • the prefilter is preferably arranged directly behind the gas inlet.
  • the post-filter can purify the already dried gas before leaving the device and, for example, free from residues of the desiccant.
  • the secondary filter is preferably arranged directly in front of the gas outlet.
  • a further embodiment of the invention provides that the device comprises a second cooler, which is arranged downstream of the fan in the flow direction. If necessary, the cooler can provide cooling of the gas leaving the blower. Additional cooling may be desired or required to lower the exit temperature of the gas or to limit it to a certain limit.
  • the above-described object is achieved in that a fan through a suction line and a line precooled and pre-dried gas and / or by a
  • the suction line sucks gas from a point at which the gas has already been pre-cooled and pre-dried or already completely dried.
  • a further embodiment of the method according to the invention provides the following further steps: d) Adsorbing moisture from the gas
  • Steps a] to c) describe an adsorption in the first adsorption chamber and a regeneration in the second adsorption chamber while steps d) to f) describe an adsorption into describe the second adsorption chamber and a regeneration in the first adsorption chamber.
  • Steps a) to c] represent half a cycle; The steps a] to f) accordingly form a full cycle.
  • the implementation of all process steps has the advantage of optimal utilization of both adsorption chambers, since at any time at least one chamber adsorbs moisture.
  • a heater pre-cooled by the condenser and heated by the condensate outlet gas. This step serves to regenerate the desiccant.
  • a warm regeneration can be performed that is more effective than a cold regeneration. This is particularly due to the fact that warm gas can absorb more moisture than cold gas and therefore warm gas is better suited to extract moisture from the desiccant.
  • the fan directs dry gas from one of the adsorption chambers into the respective other adsorption chamber. This step also serves to regenerate the desiccant.
  • the effluent from the one adsorption chamber gas is completely dried and is therefore even better for the regeneration of the other adsorption chamber as gas, which was only pre-dried.
  • the fully dried gas is at the same time the desired end product of the drying process, preferably only a portion of the completely dried gas is diverted and used to regenerate the other adsorption chamber.
  • the amount of gas supplied can be controlled more accurately than when supplied due to a pressure difference between both adsorption chambers.
  • a further teaching of the invention provides that a second cooler cools the dry gas leaving one of the adsorption chambers before it is conducted into the respective other adsorption chamber.
  • the dry, used for the regeneration of the other adsorption gas can be cooled. This may be desired or necessary to lower the exit temperature of the gas and to comply with limits.
  • a further embodiment of the method provides that the from the
  • Adsorption chamber emerging regeneration gas flow is returned and enters a line connected to a gas inlet line.
  • This conveying mechanism works on the principle of a jet pump and was already in the
  • a further embodiment of the invention provides that at least one temperature sensor measures the temperature of the gas entering and / or leaving the device. By measuring the temperatures, the process can be better controlled.
  • the measurement of the temperature of the incoming gas preferably takes place directly behind the gas inlet; the measurement of the temperature of the exiting gas is preferably carried out directly in front of the gas outlet.
  • Embodiment illustrative drawing described in more detail.
  • the drawing shows an embodiment of a device according to the invention for
  • FIG. 4 shows the device of FIG. 1 in the execution of a third step of the method according to the invention for drying gases
  • FIG. 5 shows the device of FIG. 1 in carrying out a fourth step of the method according to the invention for drying gases
  • Fig. 6 shows the apparatus of Fig. 1 in the execution of a fifth step of the method for drying gases
  • Fig. 7 shows the device of Fig. 1 in the execution of a sixth step of the method according to the invention for drying gases.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a device 1 according to the invention for drying gases.
  • the device 1 comprises a gas inlet 2 and a gas outlet 3, as well as two adsorption chambers 4, 5.
  • the gas inlet 3 is connected via a line LI a pre-filter 6 and an optional temperature sensor 7 connected. Behind the prefilter 6 and, if present, behind the optional temperature sensor 7 opens a return line L2 in the line LI.
  • the line LI further leads to a condenser 8 and a condensate outlet 9.
  • the condensate outlet 9 comprises a demister for drying:
  • a line L3 branches off the line LI behind the condensate outlet 9.
  • the line LI then divides into the line LI Lines L4 and L5
  • the line L4 leads via a valve 10 to the lower end of the adsorption chamber 4, while the line L5 via a valve 11 in
  • the aforementioned return line L2 is formed by a confluence of
  • Lines L6 and L7 The line L6 passes through a valve 12 and ends in the line L4.
  • the line L7 passes through a valve 13 and ends in the line L5.
  • a line L8 passes through a valve 14;
  • a line L9 leads from the top of the adsorption chamber 5 through a valve 15. Behind the valves 14, 15, the lines L8, L9 combine to form a line L10 which is connected to an optional one
  • Temperature sensor 16 and connected to a likewise optional post-filter 17 and finally leads to the gas outlet 3.
  • the aforementioned line L3 leads through a valve 18 into a suction line LH.
  • a line L14 branching off from the line L10 leads through a valve 19 into the suction line LH.
  • the suction line LH is connected to a blower 20, an optional radiator 21 and a heater 22, before entering the
  • Lines L12 and L13 divides.
  • the line L12 passes through a valve 23 and ends in the line L8 while the line L13 passes through a valve 24 and ends in the line L9.
  • the valves 10, 11, 12, 13 can by a not shown in Fig. 1
  • valves 14, 15, 23, 24 can be replaced by a likewise not shown in Fig. 1 four-way valve.
  • All lines LI to L14 Depending on the position of the valves are basically suitable to be flowed through by gases and / or liquids in both directions. All valves can be adjusted continuously between a fully open position and a fully closed position.
  • Fig. 2 shows the device 1 of Fig. 1 in the execution of a first step of the inventive method for drying gases.
  • Fig. 2 shows the device 1 of Fig. 1 in the execution of a first step of the inventive method for drying gases.
  • valves 10, 13, 14, 18 and 24 are at least partially opened while the valves 11, 12, 15, 19 and 23 are closed (solid representation)
  • Moist gas in particular moist methane, enters the line LI of the device 1 through the gas inlet 2 and flows through the pre-filter 6, the cooler 8 and the condensate outlet 9. If an optional
  • Temperature sensor 7 is present, the temperature of the incoming gas is measured by this sensor. Since the valve 10 is opened while the valves 11 and 12 are closed, the now pre-dried and precooled gas continues to flow through the line L4 into the adsorption chamber 4. There, moisture is removed from the moist gas by a hygroscopic desiccant disposed in the adsorption chamber 4 ; this process step is therefore referred to as "adsorption".
  • the gas flows out of the device 1 in a dry state through the line L8 and the line L10 and finally through the gas outlet 3. This is achieved by opening the valve 14 while the valves 15, 19 and 23 are closed. If an optional temperature sensor 16 and an optional post-filter 17 are present, a measurement of the temperature and a cleaning of the effluent, dry gas takes place. While in the adsorption chamber 4 shown on the left in FIG.
  • the "adsorption” takes place, in the adsorption chamber 5 shown on the right in FIG
  • the blower 20 draws in through the intake line LH a partial flow of the pre-dried, pre-cooled gas, this partial flow being diverted from the line LI carrying the main flow is passed by the blower 20 through an optional radiator 21 and through a heater 22 and is strongly heated in the heater 22. Heating the gas greatly increases its ability to absorb moisture since the valves 15 and 23 are closed while the blower 20 is closed Valve 24 is open, the heated gas is then passed through line L13 into the adsorption chamber 5.
  • the heated gas removes moisture from the desiccant
  • This step is also referred to as "heating" and is part of a desiccant regeneration. Since the absorption capacity of the desiccant is limited, a regeneration phase must follow an adsorption phase before the desiccant can absorb moisture again.
  • the moist, warm regeneration gas flows through the line L7 and the return line L2 and flows into the line LI before it enters the cooler 8. This is achieved by closing the valves 11, 12 while the valve 13 is open.
  • Fig. 3 shows the device 1 of Fig. 1 in the execution of a second step of the method according to the invention for drying gases. In the in Fig. 3rd
  • valves 10, 13, 14, 19 and 24 are at least partially open, while the valves 11, 12, 15, 18 and 23 are closed. Because of this adjustment of the valves, the following mode of operation of the device 1 results:
  • the adsorption chamber 4 shown on the left in FIG. 3 flows through in the same way as was described in connection with FIG. 2.
  • the process step "adsorption” thus still takes place in the adsorption chamber 4.
  • Adsorption chamber 5 with respect to the situation shown in Fig. 2 changed.
  • the fan 20 sucks through the suction line LH no pre-dried, pre-cooled gas through valve 18 and the line L3; it sucks completely dry instead Gas through the valve 19 and the line L14. In this case, the sucked air is not heated.
  • the dry gas is a partial stream which is branched off from the main flow lines L8, L10. The illustrated in Fig. 3, in the
  • Adsorption chamber 5 taking place process step is referred to as "cooling" and is also a partial step of a regeneration.
  • Fig. 4 shows the device 1 of Fig. 1 in the execution of a third step of the method according to the invention for drying gases.
  • Fig. 4 shows the device 1 of Fig. 1 in the execution of a third step of the method according to the invention for drying gases.
  • the adsorption chamber 5 shown on the right on the right is thus shut off and not flowed through This is achieved by closing the valves 11, 13, 15 and 24.
  • the adsorption chamber 5 is in the situation shown in Fig. 4 thus at rest, which is also referred to as "stand by” and can also be regarded as a partial step of a regeneration.
  • Fig. 5 shows the device of Fig. 1 in the execution of a fourth step of the method according to the invention for drying gases.
  • Fig. 5th shows the device of Fig. 1 in the execution of a fourth step of the method according to the invention for drying gases.
  • valves 11, 12, 15, 18 and 23 are at least partially open, while the valves 10, 13, 14, 19 and 24 are closed.
  • a situation arises which is symmetrical to the situation described in FIG. 2, wherein the functions of the two adsorption chambers 4, 5 have been reversed.
  • the process step in the adsorption chamber 4, the process step
  • FIG. 6 shows the device of Fig. 1 in the execution of a fifth step of the method according to the invention for drying gases. In the in Fig. 6
  • valves 11, 12, 15, 19 and 23 are at least partially open, while the valves 10, 13, 14, 18 and 24 are closed.
  • the process step "cooling" takes place in the adsorption chamber 4, while in the adsorption chamber 5 the process step "adsorption" takes place.
  • Fig. 7 shows the device of Fig. 1 in the execution of a fifth step of the inventive method for drying gases.
  • Fig. 7 shows the device of Fig. 1 in the execution of a fifth step of the inventive method for drying gases.
  • valves 11 and 15 are at least partially open, while all other valves are closed.
  • a situation arises which is symmetrical to the situation described in FIG. 4, wherein the functions of the two adsorption chambers 4, 5 have been reversed.
  • the process step "stand by” takes place in the adsorption chamber 4, while in the adsorption chamber 5 the process step "adsorption” takes place.
  • the method steps illustrated in FIGS. 2 to 7 overall form a cyclical method, so that the sixth one shown in FIG.

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)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Drying Of Gases (AREA)
  • Drying Of Solid Materials (AREA)

Abstract

Dargestellt und beschrieben sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Trocknen von Gasen, insbesondere zum Trocknen von Methan, umfassend: einen Gaseinlass (2), einen Gasauslass (3), wenigstens zwei Adsorptionskammern (4, 5) zur Aufnahme von Trockenmittel, einen Kühler (8), der in Strömungsrichtung zwischen dem Gaseinlass (2) und den Adsorptionskammern (4, 5) angeordnet ist, einen Kondensatauslass (9), der in Strömungsrichtung zwischen dem Gaseinlass (2) und den Adsorptionskammern (4, 5) angeordnet ist, und einen Erhitzer (22), wobei die Adsorptionskammern (4, 5) mit dem Gaseinlass (2) und mit dem Gasauslass (3) verbunden sind. Um einen höheren Wirkungsgrad zu erreichen, wird vorgeschlagen, ein Gebläse (20) vorzusehen, das mit einer Ansaugleitung (L11) und einer Leitung (L3) zum Ansaugen von vorgekühltem und vorgetrocknetem Gas und/oder mit einer Ansaugleitung (L11) und einer Leitung (L14) zum Ansaugen von trockenem Gas für die Regeneration verbunden ist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Trocknen von Gasen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trocknen von Gasen, insbesondere zum Trocknen von Methan, umfassend: einen Gaseinlass, einen Gasauslass, wenigstens zwei Adsorptionskammern zur Aufnahme von Trockenmittel, einen Kühler, der in Strömungsrichtung zwischen dem Gaseinlass und den Adsorptionskammern angeordnet ist, einen Kondensatauslass, der in Strömungsrichtung zwischen dem Gaseinlass und den Adsorptionskammern angeordnet ist, und einen Erhitzer, wobei die Adsorptionskammern mit dem Gaseinlass und mit dem Gasauslass verbunden sind.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Trocknen von Gasen, insbesondere zum Trocknen von Methan, umfassend die folgenden Schritte: a) Adsorbieren von Feuchtigkeit aus dem Gas durch Trockenmittel in einer ersten Adsorptionskammer; b) Aufheizen des Gases vor Einleitung in die zweite Adsorptionskammer; und c)
Abkühlen des Gases in der zweiten Adsorptionskammer.
Aus der Praxis sind zahlreiche Vorrichtungen und Verfahren zum Trocknen von Gasen bekannt Die Notwendigkeit der Trocknung von Gasen liegt unter anderem darin begründet dass Gase in vielen industriellen Verfahren als Arbeitsmedium eingesetzt werden und eine zu hohe Feuchtigkeit zu Korrosion der Rohrleitungen führen kann.
Aufgrund der steigenden Nachfrage nach erneuerbaren Energien gewinnt die
Trocknung von Biogas, insbesondere von Bio-Methan an Bedeutung. Die Trocknung von Methan stellt jedoch besondere Anforderungen an die Sicherheit der
Trocknungsanlage, da Methan explosionsartig mit Sauerstoff - etwa aus der
Umgebungsluft - reagieren kann. Zur Trocknung von Gasen werden unterschiedliche Vorrichtungen, kurz Trockner, eingesetzt.
Beispielsweise sind Kältetrockner bekannt. Kältetrockner weisen regelmäßig zwei Wärmetauscher, einen Verdampfer und einen Kondensator auf und entziehen dem zu trocknenden Gas Feuchtigkeit, indem dieses unter seinen Taupunkt abgekühlt wird und anschließend wieder erwärmt wird. Hierzu wird feuchtes Gas angesaugt und durch ein Kühlelement (den sogenannten Verdampfer) geführt. In dem Verdampfer wird das Gas so weit abgekühlt, dass der Taupunkt des Gases unterschritten wird. Da kaltes Gas wesentlich weniger Feuchtigkeit speichern kann als warmes Gas, kondensiert die Feuchtigkeit und kann abgeleitet werden.
Zudem sind Adsorptionstrockner bekannt. Bei Adsorptionstrocknern wird dem zu trocknenden Gas die Feuchtigkeit durch ein Trockenmittel entzogen. Das zu trocknende Gas wird hierzu regelmäßig in eine Adsorptionskammer geleitet, die mit dem Trockenmittel befüllt ist. Durch die hygroskopische, also Wasser anziehende Wirkungsweise des Trockenmittels wird dem Gas die Feuchtigkeit entzogen. Nach dem Adsorptionsvorgang muss die Feuchtigkeit wieder aus dem Trockenmittel entfernt werden; dieser Schritt wird als Regeneration bezeichnet. Hierzu wird regelmäßig Luft aus der Umgebung angesaugt, auf hohe Temperaturen erhitzt und durch das Trockenmittel geleitet. Durch die hohe Temperatur verdampft die in dem Trockenmittel gespeicherte Feuchtigkeit und wird in Form von erwärmtem
Wasserdampf abgeleitet. Damit die beiden Schritte Adsorption und Regeneration gleichzeitig erfolgen können, haben sich Adsorptionstrockner mit zwei oder mehr Adsorptionskammer durchgesetzt: Während in einer Kammer die Adsorption erfolgt, kann in der anderen Kammer die Regeneration erfolgen.
Adsorptionstrockner benötigen zwar regelmäßig mehr Energie als Kältetrockner, haben gegenüber diesen jedoch den Vorteil, dass Gase auf einen sehr niedrigen Drucktaupunkt getrocknet werden können. Adsorptionstrockner können wiederum in zwei Arten eingeteilt werden:
Adsorptionstrockner, bei denen die Regeneration„kalt" (also durch Druckwechsel) erfolgt und Adsorptionstrockner, bei denen die Regeneration, wie zuvor beschrieben, „warm" (also durch Temperaturwechsel) erfolgt. Die beiden beschriebenen Verfahren sind auch als„PSA" (pressure swing adsorption = Druckwechseladsorption) und„TSA" (temperature swing adsorption = Temperaturwechseladsorption) bekannt.
Adsorptionstrockner sind beispielsweise aus der EP 0 382 937 AI oder der WO 02/05931 AI bekannt. Die dort beschriebenen Trockner zeichnen sich durch einen relativ einfachen Aufbau und eine damit verbundene Robustheit aus. Nachteilig ist jedoch der begrenzte Wirkungsgrad, der vor allem darin begründet liegt, dass der Entzug der Feuchtigkeit allein durch das Trockenmittel erfolgen muss. Dies hat relativ lange Regenerationszeiten zur Folge. Die zuvor dargestellten Funktionsweisen von Kältetrocknern und
Adsorptionstrocknern können miteinander kombiniert werden; derartige Trockner werden häufig als hybride Trockner bezeichnet.
Die EP 2 263 778 AI betrifft einen derartigen hybriden Trockner, also einen Trockner, bei dem ein Kältetrockner mit einem Adsorptionstrockner kombiniert wird. Bei dem in Fig. 5 der EP 2 263 778 AI beschriebenen Trockner wird dem Adsorptionstrockner ein Kältetrockner vorgeschaltet. Dies geschieht derart, dass der Gaseinlass des Adsorptionstrockners kein feuchtes Gas ansaugt, sondern mit Gas gespeist wird, das bereits durch den Kältetrockner vorgekühlt und vorgetrocknet worden ist. Ein Teil der Feuchtigkeit wird also bereits in dem Kältetrockner ausgeschieden. Dies hat den Vorteil, dass das Gas in einem Zustand in den Adsorptionstrockner eintritt, in dem viele Trockenmittel eine bessere Aufnahmekapazität haben, als bei nicht
vorbehandelten, also feuchten Gasen. Der in Fig. 5 der EP 2 263 778 AI gezeigte, hybride Trockner zeichnet sich daher gegenüber reinen Adsorptionstrocknern durch einen erhöhten Wirkungsgrad aus. Nachteilig sind jedoch die höhere Komplexität der Anlage und die damit verbundenen Kosten. Zudem ist der Wirkungsgrad der beschriebenen Anlage zwar höher als bei reinen Adsorptionstrocknern, gleichwohl lassen sich mit der dargestellten Anlage keine Wirkungsgrade erreichen, die von modernen Trocknungsanlagen ohne Regenerationsgasverlust erwartet werden.
Trockner ohne Regenerationsgasverlust werden auch als„Zero Purge-Trockner" bezeichnet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene und zuvor näher dargestellte Vorrichtung zum Trocknen von Gasen derart auszugestalten und weiterzubilden, dass ein höherer Wirkungsgrad erreicht wird.
Bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 wird diese Aufgabe gelöst durch ein Gebläse, das mit einer Ansaugleitung und einer Leitung zum
Ansaugen von vorgekühltem und vorgetrocknetem Gas und/oder mit einer
Ansaugleitung und einer Leitung zum Ansaugen von trockenem Gas für die
Regeneration verbunden ist.
Bei Trocknern mit zwei Adsorptionskammern muss eine der Kammern mit Gas für die Adsorption versorgt werden, während die andere Kammer mit Gas für die
Regeneration versorgt werden muss. Die Regeneration kann mehrere Schritte umfassen, insbesondere die Schritte„Aufheizen" und„Abkühlen". Bevorzugt wird die Adsorptionskammer nicht selbst aufgeheizt, sondern durch Gas, welches vor dem Einströmen in die Adsorptionskammer erhitzt wurde, aufgeheizt. Erfindungsgemäß wird das Gas für die Regeneration bei wenigstens einem der Regenerationsschritte durch ein Gebläse angesaugt und der entsprechenden Adsorptionskammer zugeführt. Dies hat den Vorteil, dass sich die zugeführte Gasmenge und der daraus resultierende Druck deutlich besser kontrollieren lassen, als wenn das Gas für die Regeneration beispielsweise ohne Gebläse lediglich aufgrund eines Druckunterschieds aus einer Adsorptionskammer in die andere Adsorptionskammer geleitet wird (vgl. Leitung 180 in Fig. 5 der EP 2 263 778 AI). Zudem wird erfindungsgemäß vorgekühltes und vorgetrocknetes Gas durch das Gebläse angesaugt und für die Regeneration eingesetzt. Alternativ oder zusätzlich wird erfindungsgemäß getrocknetes Gas durch das Gebläse angesaugt und für die Regeneration eingesetzt. Unter vorgekühltem Gas wird Gas verstanden, das kälter ist als das in die Vorrichtung einströmende Gas.
Vorgekühltes Gas muss jedoch nicht zwingend bereits bis auf die Endtemperatur gekühlt worden sein. Unter vorgetrocknetem Gas wird dementsprechend Gas verstanden, dass weniger Feuchtigkeit aufweist als das in die Vorrichtung
einströmende Gas. Auch das vorgetrocknete Gas muss jedoch nicht zwingend bereits vollständig trocken sein. Durch den Einsatz von vorgekühltem und vorgetrockneten Gas zur Regeneration lässt sich ein höherer Wirkungsgrad erreichen als bei Anlagen, bei denen unvorbehandeltes Gas, insbesondere feuchtes Gas (z.B. feuchte
Umgebungsluft), für die Regeneration eingesetzt wird. Durch den geringeren
Wassereintrag in den Adsorptionsbehälter sind längere Zykluszeiten möglich, bevor eine Regeneration erfolgen muss. Zudem können kleinere Behälter eingesetzt werden, was zu geringeren Investitionskosten führt. Schließlich können die Heizphasen verkürzt werden, was die Betriebskosten verringert. Bevorzugt wird das Gas auf eine Temperatur von 5°C oder weniger vorgekühlt. Besonders vorteilhaft kann die beanspruchte Vorrichtung zur Trocknung von Methan, insbesondere von Bio-Methan, eingesetzt werden.
Ein Vorteil eines erfindungsgemäßen Trockners liegt darin, dass aufgrund der minimalen Druckunterschiede in der Anlage kein Regenerationsgas verloren wird (sog.„Zero Purge-Trockner"). Bevorzugt werden die Trockner bei einem leichten Überdruck betrieben. Dies hat den Vorteil, dass im Falle einer undichten Stelle keine Umgebungsluft in den Trockner eintreten kann. Eintretende Umgebungsluft kann insbesondere bei einem Methan-Trockner aufgrund des in der Umgebungsluft enthaltenen Sauerstoffs zu einer Explosionsgefahr führen.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gebläse in
Strömungsrichtung hinter dem Kühler und dem Kondensatauslass angeordnet ist. Insbesondere kann das Gebläse in einem Bypass angeordnet sein. Mit der
Strömungsrichtung wird diejenige Richtung bezeichnet, die das Gas von dem
Gaseinlass bis zum Gasauslass zurücklegt. Indem das Gebläse hinter dem Kühler und
AC/cj 121378WO 21. Oktober 2013 dem Kondensatauslass angeordnet ist, wird erreicht, dass das angesaugte Gas durch den Kühler vorgekühlt ist und durch den Kondensatauslass vorgetrocknet ist. Der Kondensatauslass kann zur Trocknung einen Tropfenabscheider („Demister") umfassen. Das Gebläse kann unmittelbar hinter dem Kühler und dem
Kondensatauslass angeordnet sein oder sogar erst hinter den beiden
Adsorptionskammern angeordnet sein. Vorzugsweise teilt sich die Ansaugleitung des Gebläses in zwei Leitungen auf, wobei durch die eine Leitung Gas angesaugt werden kann, das durch den Kühler vorgekühlt ist und durch den Kondensatauslass vorgetrocknet ist und wobei durch die andere Leitung Gas angesaugt werden kann, das aus einer Adsorptionskammer austritt und bereits vollständig getrocknet ist.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung eine Rückleitung zur Rückführung des Regenerationsgasstromes in die mit dem Gaseinlass verbundene Leitung umfasst. Das Regenerationsgas, also das Gas, welches aus der
regenerierenden Adsorptionskammer austritt, soll zurückgeleitet werden und stromaufwärts wieder in die Hauptleitung eingeleitet werden. Vorzugsweise erfolgt die Einleitung in Strömungsrichtung hinter dem Vorfilter und vor dem Kühler und dem Kondensatauslass. Auf diese Weise kann die Energie des
Regenerationsgasstromes genutzt werden, um den in die Vorrichtung eintretenden Gasstrom zu fördern.
Eine weitere Ausgestaltung der zuletzt beschriebenen Lehre sieht vor, dass die Rückleitung wenigstens im Bereich des Zusammentreffens mit der Leitung eine geringere Querschnitts fläche als die Leitung aufweist. Eine verringerte
Querschnitts fläche hat - nach dem Gesetz von Bernoulli - eine höhere
Strömungsgeschwindigkeit und einen verringerten Strömungsdruck in der
Rückleitung zur Folge. Durch die höhere Strömungsgeschwindigkeit wird die kinetische Energie des durch die Rückleitung strömenden Regenerationsgasstromes erhöht. Die kinetische Energie kann auf den durch den Gaseinlass in die Vorrichtung eintretenden Gasstrom übertragen werden, um diesen zu fördern. Dieses Wirkprinzip ist - als solches - aus Strahlpumpen, etwa aus Wasserstrahlpumpen bekannt. Der zurückgeleitete Regenerationsgasstrom wird also als Treibmedium eingesetzt während der durch den Gaseinlass in die Vorrichtung eintretende Gasstrom das Saugmedium darstellt. Der Vorteil an einem derartigen Fördermechanismus ist sein einfacher Aufbau und sein robuster und wartungsarmer Betrieb. Zudem kann der Druckabfall verringert werden, der bei der Förderung des Gases über die gesamte Anlage auftritt.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Vorfilter zur Reinigung des in die Vorrichtung einströmenden Gases und/oder einen Nachfilter zur Reinigung des aus der Vorrichtung ausströmenden Gases umfasst.
Durch den Vorfilter kann das einströmende Gas von Staub, Sand und weiteren
Verunreinigungen befreit werden. Der Vorfilter ist vorzugsweise direkt hinter dem Gaseinlass angeordnet. Der Nachfilter kann das bereits getrocknete Gas vor dem Austritt aus der Vorrichtung reinigen und beispielsweise von Rückständen des Trockenmittels befreien. Der Nachfilter ist vorzugsweise direkt vor dem Gasauslass angeordnet.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung einen zweiten Kühler umfasst, der in Strömungsrichtung hinter dem Gebläse angeordnet ist. Der Kühler kann bei Bedarf für eine Kühlung des aus dem Gebläse austretenden Gases sorgen. Eine zusätzliche Kühlung kann gewünscht oder erforderlich sein, um die Austrittstemperatur des Gases abzusenken oder auf einen bestimmten Grenzwert zu begrenzen. Bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 8 wird die zuvor beschriebene Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Gebläse durch eine Ansaugleitung und eine Leitung vorgekühltes und vorgetrocknetes Gas und/oder durch eine
Ansaugleitung und eine Leitung trockenes Gas für die Regeneration ansaugt. Wie bereits zuvor für die Vorrichtung beschrieben wurde, liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, für die Regeneration des Trockenmittels kein Gas aus der - -
Umgebung, sondern zuvor getrocknetes und zuvor gekühltes Gas anzusaugen und in die entsprechende Adsorptionskammer zu leiten. Dies erfolgt erfindungsgemäß durch ein Gebläse, dessen Ansaugleitung Gas von einer Stelle ansaugt, an der das Gas bereits vorgekühlt und vorgetrocknet bzw. bereits vollständig getrocknet wurde. Die Vorteile des Ansaugens von vorbehandeltem Gas durch ein Gebläse liegen auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unter anderem in einer guten Regelbarkeit und in einem erhöhten Wirkungsgrad.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht die folgenden weiteren Schritte vor: d) Adsorbieren von Feuchtigkeit aus dem Gas durch
Trockenmittel in der zweiten Adsorptionskammer; e) Aufheizen des Gases vor Einleitung in die ersten Adsorptionskammer; und f) Abkühlen des Gases in der ersten Adsorptionskammer. Diese Schritte entsprechen den bereits zuvor beschriebenen Verfahrensschritten, wobei die Funktionen der beiden Adsorptionskammern vertauscht werden: Die Schritte a] bis c) beschreiben eine Adsorption in der ersten Adsorptionskammer und eine Regeneration in der zweiten Adsorptionskammer während die Schritte d) bis f) eine Adsorption in der zweiten Adsorptionskammer und eine Regeneration in der ersten Adsorptionskammer beschreiben. Die Schritte a) bis c] stellen einen halben Zyklus dar; die Schritte a] bis f) bilden dementsprechend einen vollen Zyklus. Die Durchführung sämtlicher Verfahrensschritte hat den Vorteil einer optimalen Ausnutzung beider Adsorptionskammern, da zu jeder Zeit wenigstens eine Kammer Feuchtigkeit adsorbiert.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Erhitzer durch den Kühler vorgekühltes und durch den Kondensatauslass vorgetrocknetes Gas erhitzt. Dieser Schritt dient der Regeneration des Trockenmittels. Durch den Einsatz eines Erhitzers kann eine warme Regeneration erfolgen, die wirksamer ist als eine kalte Regeneration. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass warmes Gas mehr Feuchtigkeit aufnehmen kann als kaltes Gas und daher warmes Gas besser geeignet ist, dem Trockenmittel Feuchtigkeit zu entziehen. Eine weitere Ausbildung des Verfahrens sieht vor, dass das Gebläse trockenes Gas aus einer der Adsorptionskammern in die jeweils andere Adsorptionskammer leitet. Dieser Schritt dient ebenfalls der Regeneration des Trockenmittels. Das aus der einen Adsorptionskammer ausströmende Gas ist vollständig getrocknet und eignet sich daher noch besser für die Regeneration der anderen Adsorptionskammer als Gas, welches lediglich vorgetrocknet wurde. Da das vollständig getrocknete Gas jedoch gleichzeitig das gewünschte Endprodukt des Trocknungsverfahrens ist, wird vorzugsweise nur ein Teil des vollständig getrockneten Gases abgezweigt und zur Regeneration der anderen Adsorptionskammer eingesetzt. Indem ein Gebläse eingesetzt wird, kann die zugeführte Gasmenge genauer geregelt werden, als bei einer Zufuhr aufgrund eines Druckunterschieds zwischen beiden Adsorptionskammern.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass ein zweiter Kühler das aus einer der Adsorptionskammern austretende trockene Gas kühlt, bevor es in die jeweils andere Adsorptionskammer geleitet wird. Durch den zweiten Kühler kann das trockene, zur Regeneration der anderen Adsorptionskammer eingesetzte Gas gekühlt werden. Dies kann gewünscht oder erforderlich sein, um die Austrittstemperatur des Gases abzusenken und um Grenzwerte einzuhalten. Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass der aus der
Adsorptionskammer austretende Regenerationsgasstrom zurückgeleitet wird und in eine mit einem Gaseinlass verbundene Leitung eintritt. Dieser Fördermechanismus funktioniert nach dem Prinzip einer Strahlpumpe und wurde bereits im
Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben. Seine Vorteile liegen in einem geringeren Druckabfall über die gesamte Anlage bei der Förderung des Gases.
Schließlich sieht eine weitere Ausbildung der Erfindung vor, dass wenigstens ein Temperatursensor die Temperatur des in die Vorrichtung eintretenden und/oder austretenden Gases misst. Durch Messung der Temperaturen kann das Verfahren besser kontrolliert werden. Die Messung der Temperatur des eintretenden Gases erfolgt vorzugsweise direkt hinter dem Gaseinlass; die Messung der Temperatur des austretenden Gases erfolgt vorzugsweise direkt vor dem Gasauslass.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum
Trocknen von Gasen, die Vorrichtung aus Fig. 1 bei der Ausführung eines ersten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen, die Vorrichtung aus Fig. 1 bei der Ausführung eines zweiten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen,
Fig. 4 die Vorrichtung aus Fig. 1 bei der Ausführung eines dritten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen, Fig. 5 die Vorrichtung aus Fig. 1 bei der Ausführung eines vierten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen,
Fig. 6 die Vorrichtung aus Fig. 1 bei der Ausführung eines fünften Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen und
Fig. 7 die Vorrichtung aus Fig. 1 bei der Ausführung eines sechsten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen.
Fig. 1 zeigt eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Trocknen von Gasen. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Gaseinlass 2 und einen Gasauslass 3, sowie zwei Adsorptionskammern 4, 5. Der Gaseinlass 3 ist über eine Leitung LI mit einem Vorfilter 6 sowie einem optionalen Temperatursensor 7 verbunden. Hinter dem Vorfilter 6 und, soweit vorhanden, hinter dem optionalen Temperatursensor 7 mündet eine Rückleitung L2 in die Leitung LI ein. Die Leitung LI führt weiter zu einem Kühler 8 und einem Kondensatauslass 9. Der Kondensatauslass 9 umfasst zur Trocknung einen Tropfenabscheider („Demister"]. Hinter dem Kondensatauslass 9 zweigt eine Leitung L3 von der Leitung LI ab. Anschließend teilt sich die Leitung LI in die Leitungen L4 und L5. Die Leitung L4 führt über ein Ventil 10 zum unteren Ende der Adsorptionskammer 4, während die Leitung L5 über ein Ventil 11 in
entsprechender Weise zum unteren Ende der Adsorptionskammer 5 führt.
Die zuvor erwähnte Rückleitung L2 entsteht durch einen Zusammenfluss der
Leitungen L6 und L7. Die Leitung L6 führt durch ein Ventil 12 und endet in der Leitung L4. In entsprechender Weise führt die Leitung L7 durch ein Ventil 13 und endet in der Leitung L5. Vom oberen Ende der Adsorptionskammer 4 führt eine Leitung L8 durch ein Ventil 14; entsprechend führt eine Leitung L9 vom oberen Ende der Adsorptionskammer 5 durch ein Ventil 15. Hinter den Ventilen 14, 15 vereinigen sich die Leitungen L8, L9 zu einer Leitung L10, die mit einem optionalen
Temperatursensor 16 und mit einem ebenfalls optionalen Nachfilter 17 verbunden ist und schließlich zum Gasauslass 3 führt.
Die zuvor erwähnte Leitung L3 führt durch ein Ventil 18 in eine Ansaugleitung LH. Zudem führt eine von der Leitung L10 abzweigende Leitung L14 durch ein Ventil 19 in die Ansaugleitung LH. Die Ansaugleitung LH ist mit einem Gebläse 20, einem optionalen Kühler 21 und einem Erhitzer 22 verbunden, bevor sie sich in die
Leitungen L12 und L13 aufteilt. Die Leitung L12 führt über ein Ventil 23 und endet in der Leitung L8 während die Leitung L13 über ein Ventil 24 führt und in der Leitung L9 endet. Die Ventile 10, 11, 12, 13 können durch ein in Fig. 1 nicht dargestelltes
Vierwegeventil ersetzt werden. In entsprechender Weise können die Ventile 14, 15, 23, 24 durch ein ebenfalls in Fig. 1 nicht dargestelltes Vierwegeventil ersetzt werden. Sämtliche Leitungen LI bis L14 sind je nach Stellung der Ventile grundsätzlich dazu geeignet, von Gasen und/oder Flüssigkeiten in beide Richtungen durchströmt zu werden. Sämtliche Ventile können stufenlos zwischen einer vollständig geöffneten Stellung und einer vollständig geschlossenen Stellung verstellt werden.
Fig. 2 zeigt die Vorrichtung 1 aus Fig. 1 bei der Ausführung eines ersten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen. In der in Fig. 2
dargestellten Situation sind die Ventile 10, 13, 14, 18 und 24 wenigstens teilweise geöffnet, während die Ventile 11, 12, 15, 19 und 23 geschlossen sind (ausgefüllte Darstellung]. Aufgrund dieser Einstellung der Ventile ergibt sich die folgende
Funktionsweise der Vorrichtung 1: Feuchtes Gas, insbesondere feuchtes Methan, tritt durch den Gaseinlass 2 in die Leitung LI der Vorrichtung 1 ein und durchströmt den Vorfilter 6, den Kühler 8 und den Kondensatauslass 9. Sofern ein optionaler
Temperatursensor 7 vorhanden ist, wird durch diesen Sensor die Temperatur des einströmenden Gases gemessen. Da das Ventil 10 geöffnet ist, während die Ventile 11 und 12 geschlossen sind, strömt das nunmehr vorgetrocknete und vorgekühlte Gas weiter durch die Leitung L4 in die Adsorptionskammer 4. Dort wird dem feuchten Gas durch ein in der Adsorptionskammer 4 angeordnetes, hygroskopisches Trockenmittel Feuchtigkeit entzogen; dieser Verfahrensschritt wird daher als„Adsorption" bezeichnet.
Nachdem dem feuchten Gas in der Adsorptionskammer 4 Feuchtigkeit entzogen wurde, strömt das Gas in einem trockenen Zustand durch die Leitung L8 und die Leitung L10 und schließlich durch den Gasauslass 3 aus der Vorrichtung 1 heraus. Dies wird erreicht, indem das Ventil 14 geöffnet ist, während die Ventile 15, 19 und 23 geschlossen sind. Sofern ein optionaler Temperatursensor 16 und ein optionaler Nachfilter 17 vorhanden sind, erfolgt eine Messung der Temperatur sowie eine Reinigung des ausströmenden, trockenen Gases. Während in der in Fig. 2 links dargestellten Adsorptionskammer 4 die„Adsorption" stattfindet, wird in der in Fig. 2 rechts dargestellten Adsorptionskammer 5 der Verfahrensschritt„Aufheizen" als Teilschritt einer Regeneration durchgeführt. Dies erfolgt durch den folgenden Ablauf: Das Gebläse 20 saugt durch die Ansaugleitung LH einen Teilstrom des vorgetrockneten, vorgekühlten Gases an, wobei dieser Teilstrom aus der den Hauptstrom führenden Leitung LI abgezweigt wird. Das angesaugte Gas wird von dem Gebläse 20 durch einen optionalen Kühler 21 und durch einen Erhitzer 22 geleitet und in dem Erhitzer 22 stark aufgeheizt. Durch das Erhitzen des Gases steigt dessen Fähigkeit, Feuchtigkeit aufzunehmen, stark an. Da die Ventile 15 und 23 geschlossen sind, während das Ventil 24 offen ist, wird das aufgeheizte Gas anschließend durch die Leitung L13 in die Adsorptionskammer 5 geleitet. In der Adsorptionskammer 5 entzieht das aufgeheizte Gas dem Trockenmittel Feuchtigkeit. Dieser Verfahrensschritt wird auch als„Aufheizen" bezeichnet und ist Teil einer Regeneration des Trockenmittels. Da die Aufnahmefähigkeit des Trockenmittels begrenzt ist, muss nach einer Adsorptionsphase eine Regenerationsphase folgen, bevor das Trockenmittel wieder Feuchtigkeit aufnehmen kann. Nachdem das aufgeheizte Gas in der Adsorptionskammer 5 Feuchtigkeit aufgenommen hat, strömt das feuchte, warme Regenerationsgas durch die Leitung L7 und die Rückleitung L2 und mündet in die Leitung LI bevor diese in den Kühler 8 eintritt. Dies wird erreicht, indem die Ventile 11, 12 geschlossen sind, während das Ventil 13 geöffnet ist. Fig. 3 zeigt die Vorrichtung 1 aus Fig. 1 bei der Ausführung eines zweiten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen. In der in Fig. 3
dargestellten Situation sind die Ventile 10, 13, 14, 19 und 24 wenigstens teilweise geöffnet, während die Ventile 11, 12, 15, 18 und 23 geschlossen sind. Aufgrund dieser Einstellung der Ventile ergibt sich die folgende Funktionsweise der Vorrichtung 1: Die in Fig. 3 links dargestellte Adsorptionskammer 4 wird auf die gleiche Weise durchströmt wie dies im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben wurde. In der Adsorptionskammer 4 findet also nach wie vor der Verfahrensschritt„Adsorption" statt. Demgegenüber ist die Arbeitsweise der in Fig. 3 rechts dargestellten
Adsorptionskammer 5 gegenüber der in Fig. 2 dargestellten Situation verändert. Das Gebläse 20 saugt durch die Ansaugleitung LH kein vorgetrocknetes, vorgekühltes Gas durch Ventil 18 und die Leitung L3 an; es saugt stattdessen vollständig getrockenes Gas durch das Ventil 19 und die Leitung L14 an. Hierbei wird die angesaugte Luft nicht erhitzt. Das trockene Gas ist ein Teilstrom, der aus den den Hauptstrom führenden Leitungen L8, L10 abgezweigt wird. Der in Fig. 3 dargestellte, in der
Adsorptionskammer 5 stattfindende Verfahrensschritt wird als„Kühlen" bezeichnet und ist ebenfalls ein Teilschritt einer Regeneration.
Fig. 4 zeigt die Vorrichtung 1 aus Fig. 1 bei der Ausführung eines dritten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen. In der in Fig. 4
dargestellten Situation sind lediglich die Ventile 10 und 14 wenigstens teilweise geöffnet, während alle anderen Ventile geschlossen sind. Aufgrund dieser Einstellung der Ventile ergibt sich die folgende Funktionsweise der Vorrichtung 1: Die in Fig. 4 links dargestellte Adsorptionskammer 4 wird auf die gleiche Weise durchströmt wie dies im Zusammenhang mit Fig. 2 und Fig. 3 beschrieben wurde. In der
Adsorptionskammer 4 findet daher nach wie vor der Verfahrensschritt„Adsorption" statt. Demgegenüber ist die in Fig. 4 rechts dargestellte Adsorptionskammer 5 abgesperrt und wird nicht durchströmt. Dies wird durch eine Schließung der Ventile 11, 13, 15 und 24 erreicht. Die Adsorptionskammer 5 befindet sich in der in Fig. 4 dargestellten Situation also im Ruhezustand, der auch als„Stand by" bezeichnet wird und ebenfalls als Teilschritt einer Regeneration angesehen werden kann.
Fig. 5 zeigt die Vorrichtung aus Fig. 1 bei der Ausführung eines vierten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen. In der in Fig. 5
dargestellten Situation sind die Ventile 11, 12, 15, 18 und 23 wenigstens teilweise geöffnet, während die Ventile 10, 13, 14, 19 und 24 geschlossen sind. Auf diese Weise ergibt sich eine Situation, die symmetrisch zu der in Fig. 2 beschriebenen Situation ist, wobei die Funktionen der beiden Adsorptionskammern 4, 5 vertauscht wurden. Mit anderen Worten findet in der Adsorptionskammer 4 der Verfahrensschritt
„Aufheizen" statt, während in der Adsorptionskammer 5 der Verfahrensschritt „Adsorption" stattfindet. Fig. 6 zeigt die Vorrichtung aus Fig. 1 bei der Ausführung eines fünften Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen. In der in Fig. 6
dargestellten Situation sind die Ventile 11, 12, 15, 19 und 23 wenigstens teilweise geöffnet, während die Ventile 10, 13, 14, 18 und 24 geschlossen sind. Auf diese Weise ergibt sich eine Situation, die symmetrisch zu der in Fig. 3 beschriebenen Situation ist, wobei die Funktionen der beiden Adsorptionskammern 4, 5 vertauscht wurden. Mit anderen Worten findet in der Adsorptionskammer 4 der Verfahrensschritt„Abkühlen" statt, während in der Adsorptionskammer 5 der Verfahrensschritt„Adsorption" stattfindet.
Fig. 7 zeigt die Vorrichtung aus Fig. 1 bei der Ausführung eines fünften Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen. In der in Fig. 7
dargestellten Situation sind die Ventile 11 und 15 wenigstens teilweise geöffnet, während alle anderen Ventile geschlossen sind. Auf diese Weise ergibt sich eine Situation, die symmetrisch zu der in Fig. 4 beschriebenen Situation ist, wobei die Funktionen der beiden Adsorptionskammern 4, 5 vertauscht wurden. Mit anderen Worten findet in der Adsorptionskammer 4 der Verfahrensschritt„Stand by" statt, während in der Adsorptionskammer 5 der Verfahrensschritt„Adsorption" stattfindet. Die in den Figuren 2 bis 7 dargestellten Verfahrensschritte bilden insgesamt ein zyklisches Verfahren, so dass auf den in Fig. 7 dargestellten, sechsten
Verfahrensschritt wieder der in Fig. 2 dargestellte, erste Verfahrensschritt folgt.

Claims

Patentansp rüche
1. Vorrichtung zum Trocknen von Gasen, insbesondere zum Trocknen von Methan, umfassend:
- einen Gaseinlass (2),
- einen Gasauslass (3),
- wenigstens zwei Adsorptionskammern (4, 5) zur Aufnahme von
Trockenmittel,
- einen Kühler (8), der in Strömungsrichtung zwischen dem Gaseinlass (2) und den Adsorptionskammern (4, 5] angeordnet ist,
- einen Kondensatauslass (9), der in Strömungsrichtung zwischen dem
Gaseinlass [2] und den Adsorptionskammern (4, 5) angeordnet ist, und
- einen Erhitzer (22),
wobei die Adsorptionskammern (4, 5) mit dem Gaseinlass (2) und mit dem Gasauslass (3) verbunden sind,
gekennzeichnet durch
ein Gebläse (20], das mit einer Ansaugleitung (LH] und einer Leitung (L3) zum Ansaugen von vorgekühltem und vorgetrocknetem Gas und/oder mit einer Ansaugleitung (LH) und einer Leitung (L14) zum Ansaugen von trockenem Gas für die Regeneration verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gebläse (20) in Strömungsrichtung hinter dem Kühler (8) und dem
Kondensatauslass (9) angeordnet ist
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Rückleitung (L2) zur Rückführung des
Regenerationsgasstromes in die mit dem Gaseinlass (2) verbundene Leitung (LI) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rückleitung (L2) wenigstens im Bereich des Zusammentreffens mit der Leitung (LI) eine geringere Querschnittsfläche als die Leitung (LI) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung (1) einen Vorfilter (6) zur Reinigung des in die Vorrichtung (1) einströmenden Gases umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung (1) einen Nachfilter (17) zur Reinigung des aus der Vorrichtung (1) ausströmenden Gases umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung (1) einen zweiten Kühler (21) umfasst, der in Strömungsrichtung hinter dem Gebläse (20) angeordnet ist.
Verfahren zum Trocknen von Gasen, insbesondere zum Trocknen von Methan, mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend die folgenden Schritte:
a) Adsorbieren von Feuchtigkeit aus dem Gas durch Trockenmittel in einer ersten Adsorptionskammer (4);
b) Aufheizen des Gases vor Einleitung in die zweite Adsorptionskammer (5); und c) Abkühlen des Gases in der zweiten Adsorptionskammer (5), dadurch gekennzeichnet, dass
ein Gebläse (20) durch eine Ansaugleitung (LH) und eine Leitung (L3) vorgekühltes und vorgetrocknetes Gas und/oder durch eine Ansaugleitung (LH) und eine Leitung (L14) trockenes Gas für die Regeneration ansaugt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, umfassend ferner die folgenden Schritte:
d) Adsorbieren von Feuchtigkeit aus dem Gas durch Trockenmittel in der zweiten Adsorptionskammer (5);
e) Aufheizen des Gases vor Einleitung in die erste Adsorptionskammer (4); f) Abkühlen des Gases in der ersten Adsorptionskammer (4).
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Erhitzer (22) durch einen Kühler (8) vorgekühltes und durch einen
Kondensatauslass (9) vorgetrocknetes Gas erhitzt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gebläse (20) trockenes Gas aus einer der Adsorptionskammern (4, 5) in die jeweils andere Adsorptionskammer (4, 5) leitet.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein zweiter Kühler (21) das aus einer der Adsorptionskammern (4, 5) austretende trockene Gas kühlt, bevor es in die jeweils andere
Adsorptionskammer (4, 5) geleitet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Adsorptionskammer (4, 5) austretende Regenerationsgasstrom zurückgeleitet wird und in eine mit einem Gaseinlass (2) verbundene Leitung (LI) eintritt. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Temperatursensor (7, 16) die Temperatur des in die Vorrichtung (1) eintretenden und/oder austretenden Gases misst.
PCT/EP2013/071926 2012-12-10 2013-10-21 Vorrichtung und verfahren zum trocknen von gasen WO2014090461A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP13779821.1A EP2928584A1 (de) 2012-12-10 2013-10-21 Vorrichtung und verfahren zum trocknen von gasen

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210112040 DE102012112040B4 (de) 2012-12-10 2012-12-10 Vorrichtung und Verfahren zum Trocknen von Gasen
DE102012112040.4 2012-12-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014090461A1 true WO2014090461A1 (de) 2014-06-19

Family

ID=49448153

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/071926 WO2014090461A1 (de) 2012-12-10 2013-10-21 Vorrichtung und verfahren zum trocknen von gasen

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2928584A1 (de)
DE (1) DE102012112040B4 (de)
WO (1) WO2014090461A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109432964A (zh) * 2018-10-09 2019-03-08 刘兆 一种便携式氢气除湿机
CN110106000A (zh) * 2019-05-13 2019-08-09 广东环球净化科技有限公司 一种天然气干燥设备及工艺

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014108977A1 (de) * 2014-06-26 2015-12-31 Parker Hannifin Manufacturing Germany GmbH & Co. KG Hiross Zander Division Vorrichtung und Verfahren zum Trocknen von Gasen
DE202019001609U1 (de) 2019-04-09 2019-05-14 Silica Verfahrenstechnik Gmbh Vorrichtung zum Trocknen und Reinigen von Wasserstoff enthaltenden Gasen
DE202019001610U1 (de) 2019-04-09 2019-05-08 Silica Verfahrenstechnik Gmbh Vorrichtung zum Trocknen und Reinigen von Wasserstoff enthaltenden Gasen

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4000990A (en) * 1975-04-16 1977-01-04 Nrg Nufuel Company Adsorption process
US4314828A (en) * 1979-02-14 1982-02-09 Hitachi, Ltd. Method and system for regenerating dehumidifier for use in charcoal adsorber
EP0382937A1 (de) 1989-02-17 1990-08-22 Zander Aufbereitungstechnik GmbH Warmregenerierende Adsorptionsanlage für feuchte, gasförmige Medien
DE19757537A1 (de) * 1997-12-23 1999-07-08 Wittmann Kunststoffgeraete Gmb Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen und Erhitzen von Luft zum Trocknen von Feststoffen
WO2002005931A1 (de) 2000-07-19 2002-01-24 Zander Aufbereitungstechnik Gmbh & Co. Kg Warmregenerierter adsorptionstrockner für gasförmige medien
DE102006023161A1 (de) * 2006-05-16 2007-11-22 Everair Technology Gmbh Trocknung von Druckluft unter Nutzung externer Wärme mit geschlossenem Regenerationskreislauf
EP2263778A1 (de) 2009-06-19 2010-12-22 Parker Hiross S.p.A. Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung komprimierter Gase
DE102010011347A1 (de) * 2010-03-12 2011-09-15 Dge Dr.-Ing. Günther Engineering Gmbh Verfahren zur adsorptiven Trocknung von gereinigtem Biogas und Regenerierung beladener Adsorptionsmittel
US20120024150A1 (en) * 2010-07-30 2012-02-02 David Moniot Biogas Conditioning System and Method

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2110832A1 (de) * 1970-03-11 1971-11-04 Al E & C Ltd Verfahren und Vorrichtung zur zyklischen Gasreinigung
US5204075A (en) * 1991-05-30 1993-04-20 The Boc Group, Inc. Process for the purification of the inert gases

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4000990A (en) * 1975-04-16 1977-01-04 Nrg Nufuel Company Adsorption process
US4314828A (en) * 1979-02-14 1982-02-09 Hitachi, Ltd. Method and system for regenerating dehumidifier for use in charcoal adsorber
EP0382937A1 (de) 1989-02-17 1990-08-22 Zander Aufbereitungstechnik GmbH Warmregenerierende Adsorptionsanlage für feuchte, gasförmige Medien
DE19757537A1 (de) * 1997-12-23 1999-07-08 Wittmann Kunststoffgeraete Gmb Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen und Erhitzen von Luft zum Trocknen von Feststoffen
WO2002005931A1 (de) 2000-07-19 2002-01-24 Zander Aufbereitungstechnik Gmbh & Co. Kg Warmregenerierter adsorptionstrockner für gasförmige medien
DE102006023161A1 (de) * 2006-05-16 2007-11-22 Everair Technology Gmbh Trocknung von Druckluft unter Nutzung externer Wärme mit geschlossenem Regenerationskreislauf
EP2263778A1 (de) 2009-06-19 2010-12-22 Parker Hiross S.p.A. Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung komprimierter Gase
DE102010011347A1 (de) * 2010-03-12 2011-09-15 Dge Dr.-Ing. Günther Engineering Gmbh Verfahren zur adsorptiven Trocknung von gereinigtem Biogas und Regenerierung beladener Adsorptionsmittel
US20120024150A1 (en) * 2010-07-30 2012-02-02 David Moniot Biogas Conditioning System and Method

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109432964A (zh) * 2018-10-09 2019-03-08 刘兆 一种便携式氢气除湿机
CN110106000A (zh) * 2019-05-13 2019-08-09 广东环球净化科技有限公司 一种天然气干燥设备及工艺
CN110106000B (zh) * 2019-05-13 2021-04-06 广东环球净化科技有限公司 一种天然气干燥设备及工艺

Also Published As

Publication number Publication date
EP2928584A1 (de) 2015-10-14
DE102012112040A1 (de) 2014-06-12
DE102012112040B4 (de) 2014-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3160618A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum trocknen von gasen
DE102006022293B4 (de) Trocknung von Druckluft unter Nutzung der Verdichterwärme mit geschlossenem Regenerationskreislauf
DE102012112040B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Trocknen von Gasen
DE1619851B2 (de) Vorrichtung zum trocknen von komprimiertem gas
EP2552568B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum abtrennen von kohlendioxid aus einem abgas einer fossil befeuerten kraftwerksanlage
DE3814175A1 (de) Verfahren und anordnung zum regenerieren von adsorptionsmaterial
DE102006054875A1 (de) Konditioniervorrichtung für den Zuluftstrom einer Trocknungskabine einer Lackieranlage und Verfahren zur Konditionierung des Zuluftstroms
DE102006023161B4 (de) Trocknung von Druckluft unter Nutzung externer Wärme mit geschlossenem Regenerationskreislauf
DE60220888T2 (de) System zur erzeugung und verteilung von druckluft
EP1676623B1 (de) Entfeuchtungsgerät und Verfahren zum Entfeuchten von Luft
WO2017055206A1 (de) Adsorptionstrockner mit wärmerückgewinnung
DE102009005156A1 (de) Vorrichtung zum sorptiven Trennen eines Gasstroms
DE102007062836A1 (de) Verfahren zum Entsorgen eines Kondensats in einem Hausgerät zur Pflege von Wäschestücken
DE102019202703A1 (de) Verfahren und System zum energieoptimierten Trocknen einer Brennstoffzelle
DE3150624A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum auftrennen eines rohgasgemisches
DE102012108992A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines luftgekühlten Kondensationsapparates
EP2397805B1 (de) Vorrichtung zur Rückkühlung von Wärmeträgern und Arbeitsstoffen aus der Kältetechnik und Flüssigkeitskühlern sowie Kälterückgewinnung in der Lüftungstechnik
DE2915336C2 (de) Kaltregenerierbarer Adsorptionstrockner
EP1994975A1 (de) Gesamtheit von mehreren Trocknern für ein Gas
EP2336696B1 (de) Modifizierte Hybrid Kühlanlage mit getrennten Kreisläufen
EP1701037B1 (de) Verfahren zur Entfeuchtung von Luft im Ansaugluftstrom eines Druckluftkompressors
DE102008018501A1 (de) Vorrichtung zur Gewinnung von Wärme aus Abluft
WO2017220211A1 (de) Verfahren zum betreiben einer verfahrenstechnischen anlage mit einer adsorptionsvorrichtung und verfahrenstechnische anlage mit einer adsorptionsvorrichtung
EP2025382B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur behandlung von produkten mit einem gasstrom
WO2015000701A1 (de) Anlage zur abscheidung von co2 und verfahren zum betrieb einer solchen anlage

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: 13779821

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013779821

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE