WO2018033255A1 - Verfahren, einrichtung und system zur abscheidung von wasser aus einer ionischen flüssigkeit - Google Patents

Verfahren, einrichtung und system zur abscheidung von wasser aus einer ionischen flüssigkeit Download PDF

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WO2018033255A1
WO2018033255A1 PCT/EP2017/025231 EP2017025231W WO2018033255A1 WO 2018033255 A1 WO2018033255 A1 WO 2018033255A1 EP 2017025231 W EP2017025231 W EP 2017025231W WO 2018033255 A1 WO2018033255 A1 WO 2018033255A1
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ionic liquid
water
gas
mixture
pressure
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PCT/EP2017/025231
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Sascha Dorner
Christoph Nagl
Werner Muchitsch
Johannes HELL
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Linde Aktiengesellschaft
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    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/0005—Evaporating devices suitable for floating on water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/0094—Evaporating with forced circulation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D—SEPARATION
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    • B01D19/0036—Flash degasification
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10N2020/00—Specified physical or chemical properties or characteristics, i.e. function, of component of lubricating compositions
    • C10N2020/01—Physico-chemical properties
    • C10N2020/077—Ionic Liquids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2040/00—Specified use or application for which the lubricating composition is intended
    • C10N2040/30—Refrigerators lubricants or compressors lubricants

Definitions

  • the invention relates to a method, a device and a system for separating water from an ionic liquid, in particular coupled to a method for increasing the pressure of a gas, in which the ionic liquid is used as a lubricant or coolant of a device for increasing the pressure of a gas (also referred to as a compressor) is used.
  • ionic liquids are often used as lubricants or cooling media, since these advantageous properties for the mentioned
  • the ionic liquid is circulated, i. introduced at the beginning of the process from a container in the compressor and deposited from the compressor at the end of the process.
  • the ionic liquid is filtered before being returned to the compressor and stored in the container. Gases to be compressed (working gases) often have aqueous impurities.
  • Embodiments of the device are specified in subclaims 10 and 11.
  • a first aspect of the invention relates to a method for separating water from an ionic liquid, wherein a mixture comprising the ionic liquid and the water is provided in a container, wherein the mixture is heated, so that at least a part of the Water of the mixture passes into the gaseous phase, and wherein the water present in the gaseous phase is withdrawn via a valve from the container, and in particular subsequently the ionic liquid is withdrawn from the container.
  • ionic liquid in the context of the present invention, a substance which has organic ions, and without the presence of water as the solvent has a melting temperature of less than 100 ° C.
  • ionic liquids are present as liquid at room temperature without water being present as solvent.
  • the inventive method is able to reversibly put the ionic liquid in the state before the water absorption, so that the ionic liquid can be used again in a device for increasing the pressure of a gas as a lubricant or cooling medium.
  • the life of devices that are lubricated or cooled by ionic liquids can be increased.
  • the complete replacement of the ionic liquid almost completely by the
  • inventive method to be replaced.
  • corresponding devices must be opened less frequently, which has a lower foreign particle load result and further maintenance, while saving Maintenance costs reduced.
  • environmental impact is reduced by lower requirements of ionic liquids.
  • the mixture is brought to a temperature which exceeds the boiling point of water at the pressure prevailing in the container.
  • the mixture is heated to a temperature of 60 ° C to 160 ° C, in particular 60 ° C to 140 ° C.
  • a pressure of -0.1 bar to 10 bar, in particular 0.1 bar to 0.5 bar, above atmospheric pressure prevails in the container during the heating.
  • the water can advantageously bring in the gaseous phase at a lower temperature, whereby energy costs can be saved.
  • the method according to the invention is carried out cyclically at defined intervals, in particular automatically.
  • Liquid in particular a water content of the ionic liquid, measured, wherein the inventive method is performed depending on the measured quantity measured.
  • the water content of the ionic liquid in the container of the drying apparatus is measured.
  • the moisture of the ionic liquid and the measured moisture are measured by means of a moisture meter transmitted as a controlled variable to a controller which regulates the method according to the invention, in particular the device according to the invention.
  • the method according to the invention is carried out continuously during the operation of a device for increasing the pressure of a gas.
  • the ionic liquid used as a lubricant or cooling medium is constantly replaced during operation of the device.
  • the valve is designed as a check valve with an opening pressure of 0.01 bar to 10 bar, preferably 0.1 to 2 bar.
  • the mixture between the ionic liquid and the water is separated from a gas by means of a gas separator before the said separation of water.
  • the mixture and the gas are cooled upstream of the gas separator, in particular by means of a cooling section.
  • the mixture and the gas are preferably cooled to a temperature of less than 100 ° C, more preferably less than 60 ° C.
  • the pressure of the gas before the said separation from the mixture is increased by means of a device for increasing the pressure of the gas, wherein the device for increasing the pressure by means of the ionic liquid is lubricated and / or cooled.
  • the pressure is in this case, for example, increased to 15 bar to 1200 bar, preferably 500 bar to 1200 bar.
  • the ionic liquid is filtered after said separation of the water.
  • particles present in the ionic liquid are advantageously separated off.
  • the ionic liquid is cooled after said separation of the water, preferably to a temperature of less than 100 ° C, more preferably less than 60 ° C.
  • Compressor is avoided by the heated in the drying step ionic liquid and compression energy is saved.
  • the ionic liquid is after said separation of the water as a lubricant and / or
  • Heat transfer medium introduced into a device for increasing the pressure of a gas is introduced into a device for increasing the pressure of a gas.
  • the pressure of the ionic liquid after said separation of the water and before it is introduced into the device for increasing the pressure of a gas by means of a pump is increased.
  • the ionic liquid is finely atomized when it is introduced into the device for increasing the pressure of a gas, in particular by means of a nozzle.
  • a second aspect of the invention relates to a device for separating water from an ionic liquid, in particular for use in a process according to the first aspect of the invention, wherein the device comprises at least the following components:
  • a drying device comprising a container for holding a mixture comprising an ionic liquid and water, the
  • Drying device comprises a heating device which is adapted to heat the mixture contained in the container, so that water can be converted into the gaseous phase, and wherein the drying device further comprises a valve, in particular a check valve, via which the gaseous phase from the Container is removable,
  • gas separator designed to separate the mixture from a gas, the gas separator being connected to the drying device in such a way
  • the device further comprises a downstream of the drying device arranged filter for filtering the means of
  • Drying device separated from the water ionic liquid.
  • the device further comprises a heat exchanger arranged downstream of the drying device for cooling the ionic liquid separated from the water by means of the drying device.
  • the device further comprises a pump arranged downstream of the drying device for increasing the pressure of the ionic liquid, so that the ionic liquid can be introduced into a device for increasing the pressure, in particular at elevated pressure.
  • the device further comprises an isenthalpic expansion device arranged upstream of the drying device and downstream of the gas separator, which device is designed to reduce the pressure of the mixture.
  • the device further comprises a cooling path arranged upstream of the gas separator, which is designed to cool the gas and the mixture.
  • a third aspect of the invention relates to a system for separating water from an ionic liquid.
  • the system comprises a device for increasing the pressure of a gas having a suction side, a compression chamber and a pressure side, wherein the compression chamber is in fluid communication with the suction side, so that via the suction side gas is sucked into the compression chamber, and wherein the compression chamber with the pressure side in flow connection can be brought, so that compressed over the pressure side of the gas from the
  • Compaction chamber can be dispensed.
  • the system further comprises a device for separating water from an ionic liquid according to the second aspect of the invention, wherein the
  • Gas separator can be brought into fluid communication with the pressure side of the device, so that the gas is introduced together with a mixture comprising an ionic liquid and water, from the pressure side of the device in the gas separator, and wherein the container of the drying device of the device with the
  • Suction side of the device can be brought into fluid communication, so that the separated by means of the device of the water ionic liquid in the suction side of the device can be introduced.
  • the system according to the invention may comprise a device known per se according to the prior art for increasing the pressure of a gas.
  • ionic liquids are often used as lubricants or cooling media.
  • the inventive system allows drying and
  • the system has a downstream of the
  • Drying device of the device and upstream of the suction side of the device for increasing pressure a valve, in particular a check valve, for preventing the backflow of the ionic liquid when introduced into the suction side.
  • the system has a nozzle which is in flow connection with the suction side of the pressure increase device, wherein the nozzle is adapted to be introduced into the suction side ionic
  • Fig. 1 shows a system comprising a device according to the invention for
  • Fig. 2 shows a device for increasing the pressure of a gas.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a system 1 for the separation of water W from an ionic liquid I, which is a
  • Device 20 for increasing the pressure of a gas G having, with a
  • Inventive device 10 for the separation of water W from an ionic liquid I is in flow communication.
  • a compressed by means of the device 20 gas G is output, which with a mixture M of an ionic liquid I and
  • the ionic liquid I can be used in particular as a lubricant or as a cooling medium of the device 20.
  • the mixture M is introduced together with the gas G after leaving the device 20 in a device 10 according to the invention.
  • the mixture M initially passes through a cooling section 18 together with the gas G, by means of which the mixture M and the gas G are cooled.
  • the mixture M is introduced together with the gas G in a running according to the prior art gas separator 15.
  • Gas separator 15 the mixture M is separated from the gas G.
  • the mixture M is introduced after the separation of the gas G in an apparatus 19 for isenthalp relaxation, by means of which the pressure of the mixture M is reduced in a further optional step. After reducing the pressure, the mixture M is introduced into a container 12 of a drying device 1 1.
  • the container 12 is at least partially enclosed by a heater 13. By means of the heating device 13, the mixture M is heated or heated so that at least part of the water W of the mixture M passes through boiling (when the boiling temperature is exceeded) or by evaporation in the gaseous phase.
  • the gaseous phase formed by the heating or heating is discharged from the container 12 through a valve 14, which is designed in particular as a check valve. After completion of the drying process, the water is W in
  • the remaining ionic liquid I is withdrawn from the container 12 and passed through a filter 16 in a further optional step.
  • a filter 16 By means of the filter 16, particles present in particular in the ionic liquid I can be removed.
  • the ionic liquid I is cooled by means of a heat exchanger 17. Subsequently, the ionic liquid I, in particular by a pump for
  • the device 20 in particular has a further non-return valve, which prevents the ionic liquid I from flowing back.
  • the ionic liquid I is finely atomized in a further optional step, in particular by means of a nozzle.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a known from the prior art device 20 for pressure increase of a gas G.
  • the device 20 has a suction side 21, in particular a suction channel, which is in fluid communication with a compression chamber 22 via a suction valve 25.
  • the compression chamber 22 is further connected via a pressure valve 26 to a pressure side 23, in particular a pressure channel, in flow communication.
  • volume of the compression chamber 22 is by means of a movement or deformation a displacer 24, which may be designed for example as a piston or diaphragm, changeable.
  • the volume of the compression chamber 22 is reduced by movement or deformation of the displacer 24, the pressure of the gas G increases in the compression chamber 22 and the gas G flows when exceeding one of the
  • Pressure side 23 of the device 20 In this way, the pressure of the gas G by means of the device 20 can be increased.
  • Flow connection can be brought, wherein the gas separator 15 of the device 10 is arranged downstream of the pressure side 23, so that the gas G together with the mixture M from the pressure side 23 into the gas separator 15 can be introduced, in particular via the cooling section 18. Furthermore, the mixture M in the device 19 is passed to the isenthalp relaxation.
  • the suction side 21 of the device 20 is connected to the drying device 1 1 in
  • Fluid connection can be brought, in particular via the filter 16 and the
  • Liquid I in particular as a lubricant or cooling medium in the suction side 21 of the device 20 can be introduced.
  • a check valve is arranged on the suction side 21.
  • the suction side 21 in particular a nozzle for fine atomization of the ionic liquid I, wherein the ionic liquid I in a finely atomized state in the suction side 21 can be introduced by means of the nozzle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abscheidung von Wasser (W) aus einer ionischen Flüssigkeit (I), wobei ein Gemisch (M), das die ionische Flüssigkeit (I) und Wasser (W) aufweist, in einem Behälter (12) zur Verfügung gestellt wird, wobei das Gemisch (M) erhitzt wird, wobei die beim Erhitzen erzeugte gasförmige Phase des Wassers (W) über ein Ventil (14) aus dem Behälter (12) abgezogen wird. Die Erfindung betrifft weiterhin - eine Einrichtung (10) zur Abscheidung von Wasser (W) aus einer ionischen Flüssigkeit (I) mit einer Trocknungsvorrichtung (11) zum Erhitzen eines in einem Behälter (12) befindlichen Gemisches (M), das eine ionische Flüssigkeit (I) und Wasser (W) aufweist, mit einem Ventil (14) zum Abziehen der gasförmigen Phase des Wassers (W) aus dem Behälter (12) und einem Gasabscheider (15) zur Trennung des Gemisches (M) von einem Gas (G) und - ein System (1) mit einer Einrichtung (10) und einer Vorrichtung (20) zur Druckerhöhung eines Gases (G).

Description

Beschreibung
Verfahren, Einrichtung und System zur Abscheidung von Wasser aus einer ionischen Flüssigkeit Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Einrichtung und ein System zur Abscheidung von Wasser aus einer ionischen Flüssigkeit, insbesondere gekoppelt mit einem Verfahren zur Druckerhöhung eines Gases, bei dem die ionische Flüssigkeit als Schmiermittel oder Kühlmittel einer Vorrichtung zur Druckerhöhung eines Gases (auch als Verdichter bezeichnet) dient.
Derartige Verdichter werden insbesondere nach dem Stand der Technik zur
Druckerhöhung bei Trailerbefüllungen oder Wasserstoff-Tankstellen eingesetzt.
Bei solchen Verdichtern werden häufig ionische Flüssigkeiten als Schmiermittel oder Kühlmedien verwendet, da diese vorteilhafte Eigenschaften für die genannten
Verwendungen aufweisen, insbesondere eine gute Wärmeleitfähigkeit und einen vernachlässigbar geringen Dampfdruck.
In mittels ionischen Flüssigkeiten geschmierten und/ oder gekühlten Verdichtern wird nach dem Stand der Technik die ionische Flüssigkeit im Kreis geführt, d.h. am Anfang des Prozesses aus einem Behälter in den Verdichter eingebracht und am Ende des Prozesses aus dem Verdichter abgeschieden. Optional wird die ionische Flüssigkeit vor der Rückführung in den Verdichter gefiltert und in dem Behälter gespeichert. Zu verdichtende Gase (Arbeitsgase) weisen häufig wässrige Verunreinigungen auf. Eine ionische Flüssigkeit, die bei der beschriebenen Verwendung bei der
Gasverdichtung in direktem Kontakt mit dem Arbeitsgas steht, nimmt durch ihre stark hygroskopischen Eigenschaften das mit dem Arbeitsgas vermischte Wasser auf. Dadurch kommt es zu einer Vermischung der ionischen Flüssigkeit mit Wasser, was nach dem Stand der Technik einen Austausch der ionischen Flüssigkeit erfordert, wenn entweder die ionische Flüssigkeit mit Wasser gesättigt ist oder die notwendige Schmierfähigkeit der ionischen Flüssigkeit durch einen zu hohen Wasseranteil beeinträchtigt ist. Daraus ergibt sich die Aufgabe, die bekannten Verfahren zur Druckerhöhung von Gasen, bei denen ionische Flüssigkeiten eingesetzt werden, im Hinblick auf die genannte Problematik zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 , eine Einrichtung nach
Anspruch 9 sowie ein System nach Anspruch 12 gelöst. Spezielle Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben und spezielle
Ausführungsformen der Einrichtung sind in den Unteransprüchen 10 und 1 1 angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abscheidung von Wasser aus einer ionischen Flüssigkeit, wobei ein Gemisch, das die ionische Flüssigkeit und das Wasser aufweist, in einem Behälter zur Verfügung gestellt wird, wobei das Gemisch erhitzt wird, so dass zumindest ein Teil des Wassers des Gemisches in die gasförmige Phase übergeht, und wobei das in der gasförmigen Phase vorliegende Wasser über ein Ventil aus dem Behälter abgezogen wird, und wobei insbesondere anschließend die ionische Flüssigkeit aus dem Behälter abgezogen wird.
Dabei bezeichnet der Begriff jonische Flüssigkeit' im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung eine Substanz, die organische Ionen aufweist, und ohne Vorhandensein von Wasser als Lösungsmittel eine Schmelztemperatur von unter 100°C aufweist.
Insbesondere liegen ionische Flüssigkeiten bei Raumtemperatur als Flüssigkeit vor, ohne dass Wasser als Lösungsmittel vorhanden sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der Lage, die ionische Flüssigkeit reversibel in den Zustand vor der Wasseraufnahme zu versetzen, so dass die ionische Flüssigkeit erneut in einer Vorrichtung zur Druckerhöhung eines Gases als Schmierstoff oder Kühlmedium genutzt werden kann. Somit lässt sich vorteilhafterweise die Standzeit von Vorrichtungen erhöhen, die mittels ionischer Flüssigkeiten geschmiert oder gekühlt sind. Darüber hinaus kann der komplette Austausch der ionischen Flüssigkeit fast vollständig durch das
erfindungsgemäße Verfahren ersetzt werden. Infolgedessen müssen entsprechende Vorrichtungen seltener geöffnet werden, was eine geringere Fremdpartikelbelastung zur Folge hat und den weiteren Wartungsaufwand unter Einsparung von Wartungskosten vermindert. Zusätzlich wird die Umweltbelastung durch geringeren Bedarf von ionischen Flüssigkeiten verringert.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Gemisch auf eine Temperatur gebracht, welche die Siedetemperatur von Wasser bei dem in dem Behälter herrschenden Druck übersteigt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Gemisch auf eine Temperatur von 60°C bis 160°C, insbesondere 60°C bis 140°C, erhitzt.
Da sich viele ionischen Flüssigkeiten bei einer Temperatur über 140°C zersetzen, stellt eine Maximaltemperatur von 140°C vorteilhafterweise sicher, dass die ionische
Flüssigkeit nach Durchführung des Verfahrens ihre Schmier- und/ oder
Wärmeübertragungseigenschaften beibehält.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens herrscht in dem Behälter während des Erhitzens ein Druck von - 0,1 bar bis 10 bar, insbesondere 0,1 bar bis 0,5 bar über Atmosphärendruck. Bei einem Unterdruck lässt sich das Wasser vorteilhafterweise bei einer geringeren Temperatur in die gasförmige Phase bringen, wodurch Energiekosten eingespart werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren in definierten Abständen zyklisch durchgeführt, insbesondere automatisch.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Messgröße der ionischen
Flüssigkeit, insbesondere ein Wasseranteil der ionischen Flüssigkeit, gemessen, wobei das erfindungsgemäße Verfahren in Abhängigkeit der gemessenen Messgröße durchgeführt wird. Insbesondere wird der Wasseranteil der ionischen Flüssigkeit in dem Behälter der Trocknungsvorrichtung gemessen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird mittels eines Feuchtigkeitsmessgeräts die Feuchtigkeit der ionischen Flüssigkeit gemessen und die gemessene Feuchtigkeit als Regelgröße an einen Regler übermittelt, der das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere die erfindungsgemäße Einrichtung, regelt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren während des Betriebs einer Vorrichtung zur Druckerhöhung eines Gases laufend durchgeführt. Hierbei wird die als Schmiermittel oder Kühlmedium verwendete ionische Flüssigkeit während des Betriebs der Vorrichtung ständig ausgetauscht.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens ist das Ventil als Rückschlagventil mit einem Öffnungsdruck von 0,01 bar bis 10 bar, bevorzugt 0,1 bis 2 bar ausgeführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Gemisch zwischen der ionischen Flüssigkeit und dem Wasser vor der besagten Abscheidung von Wasser mittels eines Gasabscheiders von einem Gas getrennt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden das Gemisch und das Gas stromauf des Gasabscheiders gekühlt, insbesondere mittels einer Kühlstrecke. Das Gemisch und das Gas werden bevorzugt auf eine Temperatur von weniger als 100 °C, besonders bevorzugt weniger als 60 °C abgekühlt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Druck des
Gemisches nach der Trennung von dem Gas reduziert, insbesondere mittels einer isenthalpen Entspannung, (hierdurch kann mit Vorteil eine Temperaturabsenkung zur Erreichung des Taupunkts bewirkt werden) wobei nach der Reduzierung des Drucks das Gemisch zur besagten Abscheidung des Wassers in den besagten Behälter eingeleitet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Druck des Gases vor der besagten Trennung von dem Gemisch mittels einer Vorrichtung zur Druckerhöhung des Gases erhöht, wobei die Vorrichtung zur Druckerhöhung mittels der ionischen Flüssigkeit geschmiert und/ oder gekühlt wird. Der Druck wird hierbei beispielsweise auf 15 bar bis 1200 bar, bevorzugt 500 bar bis 1200 bar erhöht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die ionische Flüssigkeit nach der besagten Abscheidung des Wassers filtriert. Hierdurch werden vorteilhafterweise in der ionischen Flüssigkeit vorhandene Partikel abgetrennt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die ionische Flüssigkeit nach der besagten Abscheidung des Wassers gekühlt, bevorzugt auf eine Temperatur von weniger als 100 °C, besonders bevorzugt weniger als 60 °C.
Durch diesen Schritt wird eine unnötige Erwärmung des Arbeitsgases in dem
Verdichter durch die bei dem Trocknungsschritt erhitzte ionische Flüssigkeit vermieden und Verdichtungsenergie wird gespart.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die ionische Flüssigkeit nach der besagten Abscheidung des Wassers als Schmierstoff und/ oder
Wärmeübertragungsmedium in eine Vorrichtung zur Druckerhöhung eines Gases eingeleitet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Druck der ionischen Flüssigkeit nach der besagten Abscheidung des Wassers und vor dem Einleiten in die Vorrichtung zur Druckerhöhung eines Gases mittels einer Pumpe erhöht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird beim Einleiten der ionischen Flüssigkeit in die Vorrichtung zur Druckerhöhung eines Gases das
Zurückströmen der ionischen Flüssigkeit mittels eines Rückschlagventils verhindert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die ionische Flüssigkeit beim Einleiten in die Vorrichtung zur Druckerhöhung eines Gases fein zerstäubt, insbesondere mittels einer Düse.
Mittels des Zerstäubens wird vorteilhafterweise eine bessere Verteilung der ionischen Flüssigkeit in der Vorrichtung zur Druckerhöhung erreicht, wodurch diese ihre Funktion als Schmiermittel und/ oder Kühlmedium besser ausüben kann.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Abscheidung von Wasser aus einer ionischen Flüssigkeit, insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei die Einrichtung zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
- eine Trocknungsvorrichtung, die einen Behälter zur Aufnahme eines Gemisches aufweist, das eine ionische Flüssigkeit und Wasser aufweist, wobei die
Trocknungsvorrichtung eine Heizvorrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, das in dem Behälter befindliche Gemisch zu erhitzen, so dass Wasser in die gasförmige Phase überführbar ist, und wobei die Trocknungsvorrichtung weiterhin ein Ventil, insbesondere ein Rückschlagventil, aufweist, über das die gasförmige Phase aus dem Behälter abziehbar ist,
- einen Gasabscheider, der dazu ausgebildet ist, das Gemisch von einem Gas zu trennen, wobei der Gasabscheider derart mit der Trocknungsvorrichtung in
Strömungsverbindung bringbar ist, dass das mittels des Gasabscheiders von dem Gas getrennte Gemisch in die Trocknungsvorrichtung einleitbar ist. Gemäß einer Ausführungsform weist die Einrichtung weiterhin einen stromab der Trocknungsvorrichtung angeordneten Filter zum Filtrieren der mittels der
Trocknungsvorrichtung von dem Wasser getrennten ionischen Flüssigkeit auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Einrichtung weiterhin einen stromab der Trocknungsvorrichtung angeordneten Wärmeübertrager zum Kühlen der mittels der Trocknungsvorrichtung von dem Wasser getrennten ionischen Flüssigkeit auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Einrichtung weiterhin eine stromab der Trocknungsvorrichtung angeordnete Pumpe zur Druckerhöhung der ionischen Flüssigkeit auf, so dass die ionische Flüssigkeit insbesondere bei erhöhtem Druck in eine Vorrichtung zur Druckerhöhung einleitbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Einrichtung weiterhin eine stromauf der Trocknungsvorrichtung und stromab des Gasabscheiders angeordnete Vorrichtung zur isenthalpen Entspannung auf, die dazu ausgebildet ist den Druck des Gemisches zu reduzieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Einrichtung weiterhin eine stromauf des Gasabscheiders angeordnete Kühlstrecke auf, die dazu ausgebildet ist das Gas und das Gemisch zu kühlen. Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein System zur Abscheidung von Wasser aus einer ionischen Flüssigkeit. Das System weist eine Vorrichtung zur Druckerhöhung eines Gases auf, das eine Saugseite, eine Verdichtungskammer und eine Druckseite aufweist, wobei die Verdichtungskammer mit der Saugseite in Strömungsverbindung bringbar ist, so dass über die Saugseite Gas in die Verdichtungskammer einsaugbar ist, und wobei die Verdichtungskammer mit der Druckseite in Strömungsverbindung bringbar ist, so dass über die Druckseite verdichtetes Gas aus der
Verdichtungskammer ausgebbar ist.
Das System weist weiterhin eine Einrichtung zur Abscheidung von Wasser aus einer ionischen Flüssigkeit nach dem zweiten Aspekt der Erfindung auf, wobei der
Gasabscheider mit der Druckseite der Vorrichtung in Strömungsverbindung bringbar ist, so dass das Gas gemeinsam mit einem Gemisch, das eine ionische Flüssigkeit und Wasser aufweist, aus der Druckseite der Vorrichtung in den Gasabscheider einleitbar ist, und wobei der Behälter der Trocknungsvorrichtung der Einrichtung mit der
Saugseite der Vorrichtung in Strömungsverbindung bringbar ist, so dass die mittels der Einrichtung von dem Wasser getrennte ionische Flüssigkeit in die Saugseite der Vorrichtung einleitbar ist.
Das erfindungsgemäße System kann eine an sich nach dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zur Druckerhöhung eines Gases aufweisen. Bei solchen
Vorrichtungen werden ionische Flüssigkeiten häufig als Schmierstoffe oder Kühlmedien verwendet. Das erfindungsgemäße System ermöglicht eine Trocknung und
Rückführung dieser ionischen Flüssigkeit in die Vorrichtung zur Druckerhöhung mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Abscheidung von Wasser aus einer ionischen Flüssigkeit.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das System ein stromab der
Trocknungsvorrichtung der Einrichtung und stromauf der Saugseite der Vorrichtung zur Druckerhöhung ein Ventil, insbesondere ein Rückschlagventil, zur Verhinderung des Zurückströmens der ionischen Flüssigkeit beim Einleiten in die Saugseite auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das System eine Düse auf, die in Strömungsverbindung mit der Saugseite der Vorrichtung zur Druckerhöhung steht, wobei die Düse dazu ausgebildet ist, in die Saugseite einzuleitende ionische
Flüssigkeit zu zerstäuben.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand von Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein System aufweisend eine erfindungsgemäße Einrichtung zur
Abscheidung von Wasser aus einer ionischen Flüssigkeit und eine Vorrichtung zur Druckerhöhung eines Gases,
Fig. 2 eine Vorrichtung zur Druckerhöhung eines Gases.
Im Einzelnen zeigt die Figur 1 eine schematische Darstellung eines Systems 1 zur Abscheidung von Wasser W aus einer ionischen Flüssigkeit I, welches eine
Vorrichtung 20 zur Druckerhöhung eines Gases G aufweist, die mit einer
erfindungsgemäßen Einrichtung 10 zur Abscheidung von Wasser W aus einer ionischen Flüssigkeit I in Strömungsverbindung steht.
Aus der Vorrichtung 20 wird ein mittels der Vorrichtung 20 verdichtetes Gas G ausgegeben, das mit einem Gemisch M aus einer ionischen Flüssigkeit I und
Wasser W vermischt ist. Bei dem Verdichtungsprozess durch die Vorrichtung 20 kann die ionische Flüssigkeit I insbesondere als Schmierstoff oder als Kühlmedium der Vorrichtung 20 verwendet werden.
Das Gemisch M wird gemeinsam mit dem Gas G nach Verlassen der Vorrichtung 20 in eine erfindungsgemäße Einrichtung 10 eingeleitet. Dabei durchläuft das Gemisch M in einem optionalen Schritt zunächst gemeinsam mit dem Gas G eine Kühlstrecke 18, mittels der das Gemisch M und das Gas G abgekühlt werden.
Anschließend wird das Gemisch M gemeinsam mit dem Gas G in einen nach dem Stand der Technik ausgeführten Gasabscheider 15 eingeleitet. In dem
Gasabscheider 15 wird das Gemisch M von dem Gas G getrennt.
Das Gemisch M wird nach der Abscheidung des Gases G in eine Vorrichtung 19 zur isenthalpen Entspannung eingeleitet, mittels der in einem weiteren optionalen Schritt der Druck des Gemisches M reduziert wird. Nach der Reduzierung des Drucks wird das Gemisch M in einen Behälter 12 einer Trocknungsvorrichtung 1 1 eingeleitet. Der Behälter 12 ist von einer Heizvorrichtung 13 zumindest teilweise umschlossen. Mittels der Heizvorrichtung 13 wird das Gemisch M erwärmt bzw. erhitzt, so dass zumindest ein Teil des Wassers W des Gemisches M durch Sieden (bei Überschreitung der Siedetemperatur) bzw. durch Verdampfen in die gasförmige Phase übergeht.
Die durch das Erhitzen oder Erwärmen entstandene gasförmige Phase wird durch ein Ventil 14, das insbesondere als Rückschlagventil ausgeführt ist, aus dem Behälter 12 ausgegeben. Nach Abschluss des Trocknungsprozesses ist das Wasser W im
Wesentlichen aus dem Gemisch M entfernt. Die verbleibende ionische Flüssigkeit I wird aus dem Behälter 12 abgezogen und in einem weiteren optionalen Schritt durch einen Filter 16 geleitet. Mittels des Filters 16 können insbesondere in der ionischen Flüssigkeit I vorhandene Partikel entfernt werden.
In einem weiteren optionalen Schritt wird die ionische Flüssigkeit I mittels eines Wärmeübertragers 17 gekühlt. Anschließend wird die ionische Flüssigkeit I, insbesondere von einer Pumpe zur
Druckerhöhung der ionischen Flüssigkeit I angetrieben, zurück zu der Vorrichtung 20 geleitet und insbesondere als Schmiermittel oder Kühlmedium in die Vorrichtung 20 eingeleitet. Dabei weist die Vorrichtung 20 insbesondere ein weiteres Rückschlagventil auf, welches die ionische Flüssigkeit I am Zurückströmen hindert. Vor dem Einleiten in die Vorrichtung 20 wird die ionische Flüssigkeit I in einem weiteren optionalen Schritt fein zerstäubt, insbesondere mittels einer Düse.
Die Figur 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung 20 zur Druckerhöhung eines Gases G.
Die Vorrichtung 20 weist eine Saugseite 21 , insbesondere einen Saugkanal, auf, der über ein Saugventil 25 mit einer Verdichtungskammer 22 in Strömungsverbindung steht. Die Verdichtungskammer 22 steht weiterhin über ein Druckventil 26 mit einer Druckseite 23, insbesondere einem Druckkanal, in Strömungsverbindung. Das
Volumen der Verdichtungskammer 22 ist mittels einer Bewegung bzw. Verformung eines Verdrängers 24, der beispielsweise als Kolben oder Membran ausgeführt sein kann, veränderbar.
Übersteigt ein erster Druck pi eines in die Saugseite 21 in die Vorrichtung 20 eingeleiteten Gases G den in der Verdichtungskammer 22 herrschenden Druck, strömt das Gas G über das Saugventil 25 in die Verdichtungskammer 22 ein. Wird
anschließend das Volumen der Verdichtungskammer 22 durch Bewegung oder Verformung des Verdrängers 24 verkleinert, erhöht sich der Druck des Gases G in der Verdichtungskammer 22 und das Gas G strömt bei Übersteigen eines an der
Druckseite 23 herrschenden zweiten Drucks P2 über das Druckventil 26 in die
Druckseite 23 der Vorrichtung 20. Auf diese Weise kann der Druck des Gases G mittels der Vorrichtung 20 erhöht werden.
In einem in Figur 1 gezeigten System 1 , in dem die Vorrichtung 20 wie in Figur 2 gezeigt ausgeführt ist, ist die Druckseite 23 der Vorrichtung 20 mit der Einrichtung 10 zur Abscheidung von Wasser W aus einer ionischen Flüssigkeit I in
Strömungsverbindung bringbar, wobei der Gasabscheider 15 der Einrichtung 10 stromab der Druckseite 23 angeordnet ist, so dass das Gas G gemeinsam mit dem Gemisch M aus der Druckseite 23 in den Gasabscheider 15 einleitbar ist, insbesondere über die Kühlstrecke 18. Weiterhin kann das Gemisch M in die Vorrichtung 19 zur isenthalpen Entspannung geleitet werden.
Die Saugseite 21 der Vorrichtung 20 ist mit der Trocknungsvorrichtung 1 1 in
Strömungsverbindung bringbar, insbesondere über den Filter 16 und den
Wärmeübertrager 17, so dass die getrocknete, weitgehend wasserfreie ionische
Flüssigkeit I, insbesondere als Schmiermittel oder Kühlmedium in die Saugseite 21 der Vorrichtung 20 eingebracht werden kann. Dabei ist an der Saugseite 21 insbesondere ein Rückschlagventil angeordnet. Weiterhin weist die Saugseite 21 insbesondere eine Düse zum feinen Zerstäuben der ionischen Flüssigkeit I auf, wobei mittels der Düse die ionische Flüssigkeit I in einem fein zerstäubten Zustand in die Saugseite 21 einbringbar ist. Bezuqszeichenliste
System zur Abscheidung von Wasser aus einer ionischen Flüssigkeit 1
Einrichtung zur Abscheidung von Wasser aus einer ionischen Flüssigkeit 1 0
Trocknungsvorrichtung 1 1
Behälter 1 2
Heizvorrichtung 1 3
Ventil 14
Gasabscheider 1 5
Filter 1 6
Wärmeübertrager 1 7
Kühlstrecke 1 8
Vorrichtung zur isenthalpen Entspannung 1 9
Vorrichtung zur Druckerhöhung eines Gases 20
Saugseite 21
Verdichtungskammer 22
Druckseite 23
Verdränger 24
Saugventil 25
Druckventil 26
Ionische Flüssigkeit I
Wasser W
Gemisch M
Gas G
Erster Druck Pi
Zweiter Druck P2

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Abscheidung von Wasser (W) aus einer ionischen Flüssigkeit (I), wobei ein Gemisch (M), das die ionische Flüssigkeit (I) und das Wasser (W) aufweist, in einem Behälter (12) zur Verfügung gestellt wird, wobei das
Gemisch (M) erhitzt wird, so dass Wasser (W) des Gemisches (M) in die gasförmige Phase übergeht, und wobei das in der gasförmigen Phase
vorliegende Wasser (W) über ein Ventil (14) aus dem Behälter (12) abgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Ventil (14) als Rückschlagventil ausgeführt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch (M) weniger als 30 Vol-% ionische Flüssigkeit, vorzugsweise weniger als 10 Vol- % ionische Flüssigkeit enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch (M) zwischen der ionischen Flüssigkeit (I) und dem
Wasser (W) vor der besagten Abscheidung von Wasser (W) mittels eines Gasabscheiders (15) von einem Gas (G) getrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Gemisches (M) nach der Trennung von dem Gas (G) reduziert wird,
insbesondere mittels einer isenthalpen Entspannung, und wobei nach der Reduzierung des Drucks das Gemisch (M) zur besagten Abscheidung des Wassers (W) in den besagten Behälter (12) eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Gases (G) vor der besagten Trennung von dem Gemisch (M) mittels einer Vorrichtung (20) zur Druckerhöhung des Gases (G) erhöht wird, wobei die Vorrichtung (20) zur Druckerhöhung mittels der ionischen Flüssigkeit (I) geschmiert und/ oder gekühlt wird. Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch auf eine Temperatur von 60°C bis insbesondere 60°C bis 140°C, erhitzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeit (I) nach der besagten Abscheidung des
Wassers (W) filtriert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeit (I) nach der besagten Abscheidung des
Wassers (W) gekühlt wird, vorzugsweise auf eine Temperatur von weniger als 100 °C, besonders bevorzugt auf eine Temperatur von weniger als 60 °C gekühlt wird. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeit (I) nach der besagten Abscheidung des
Wassers (W) als Schmierstoff und/ oder Wärmeübertragungsmedium in eine Vorrichtung (20) zur Druckerhöhung eines Gases (G) eingeleitet wird. 1 1 . Einrichtung (10) zur Abscheidung von Wasser (W) aus einer ionischen
Flüssigkeit (I), insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Einrichtung (10) zumindest die folgenden
Komponenten aufweist:
- eine Trocknungsvorrichtung (1 1 ), die einen Behälter (12) zur Aufnahme eines Gemisches (M) aufweist, das eine ionische Flüssigkeit (I) und Wasser (W) aufweist, wobei die Trocknungsvorrichtung (1 1 ) eine Heizvorrichtung (13) aufweist, die dazu ausgebildet ist, das in dem Behälter (12) befindliche
Gemisch (M) zu erhitzen, so dass Wasser (W) in die gasförmige Phase überführbar ist, und wobei die Trocknungsvorrichtung (1 1 ) weiterhin ein
Ventil (14), insbesondere ein Rückschlagventil, aufweist, über das die gasförmige
Phase aus dem Behälter (12) abziehbar ist,
- einen Gasabscheider (15), der dazu ausgebildet ist, das Gemisch (M) von einem Gas (G) zu trennen, wobei der Gasabscheider (15) derart mit der
Trocknungsvorrichtung (1 1 ) in Strömungsverbindung bringbar ist, dass das mittels des Gasabscheiders (15) von dem Gas (G) getrennte Gemisch (M) in die Trocknungsvorrichtung (1 1 ) einleitbar ist.
Einrichtung (10) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (10) weiterhin einen stromab der Trocknungsvorrichtung (1 1 ) angeordneten Filter (16) zum Filtrieren der mittels der
Trocknungsvorrichtung (1 1 ) von dem Wasser (W) getrennten ionischen
Flüssigkeit (I) aufweist.
Einrichtung (10) nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (10) weiterhin einen stromab der Trocknungsvorrichtung (1 1 ) angeordneten Wärmeübertrager (17) zum Kühlen der mittels der
Trocknungsvorrichtung (1 1 ) von dem Wasser (W) getrennten ionischen
Flüssigkeit (I) aufweist.
System (1 ) zur Abscheidung von Wasser (W) aus einer ionischen Flüssigkeit (I), aufweisend
- eine Vorrichtung (20) zur Druckerhöhung eines Gases (G), aufweisend eine Saugseite (21 ), eine Verdichtungskammer (22) und eine Druckseite (23), wobei die Verdichtungskammer (22) mit der Saugseite (21 ) in Strömungsverbindung bringbar ist, so dass über die Saugseite (21 ) Gas (G) in die
Verdichtungskammer (22) einsaugbar ist, und wobei die
Verdichtungskammer (22) mit der Druckseite (23) in Strömungsverbindung bringbar ist, so dass über die Druckseite (23) verdichtetes Gas (G) aus der Verdichtungskammer (22) ausgebbar ist, und
- eine Einrichtung (10) zur Abscheidung von Wasser (W) aus einer ionischen Flüssigkeit (I) nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, wobei der
Gasabscheider (15) mit der Druckseite (23) der Vorrichtung (20) in
Strömungsverbindung bringbar ist, so dass das Gas (G) gemeinsam mit einem Gemisch (M), das eine ionische Flüssigkeit (I) und Wasser (W) aufweist, aus der Druckseite (23) der Vorrichtung (20) in den Gasabscheider (15) einleitbar ist, und wobei der Behälter (12) der Trocknungsvorrichtung (1 1 ) der Einrichtung (10) mit der Saugseite (21 ) der Vorrichtung (20) in Strömungsverbindung bringbar ist, so dass die mittels der Einrichtung (10) von dem Wasser (W) getrennte ionische Flüssigkeit (I) in die Saugseite (21 ) der Vorrichtung (20) einleitbar ist.
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