DE102014108977A1

DE102014108977A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Trocknen von Gasen

Info

Publication number: DE102014108977A1
Application number: DE102014108977.4A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Timmler
Original assignee: Parker Hannifin Manufacturing Germany GmbH and Co KG
Current assignee: Parker Hannifin Manufacturing Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2015-12-31
Also published as: EP3160618A1; WO2015197233A1

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist eine Vorrichtung zum Trocknen von Gasen, insbesondere zum Trocknen von Erdgas, umfassend: einen Gaseinlass (2) zum Einströmen von feuchtem Gas in die Vorrichtung (1), einen Gasauslass (3) zum Ausströmen von getrocknetem Gas aus der Vorrichtung (1), wenigstens zwei Adsorptionskammern (4, 5) zur Aufnahme von Trockenmittel, eine Einlassleitung (L1) zur Verbindung des Gaseinlasses (2) mit den Adsorptionskammern (4, 5), eine Auslassleitung (L14) zur Verbindung des Gasauslasses (3) mit den Adsorptionskammern (4, 5), und wenigstens eine Regenerationsleitung (L15, L11) zur Rückleitung von trockenem Gas aus der Auslassleitung (L14) durch wenigstens eine der Adsorptionskammern (4, 5) in die Einlassleitung (L1). Dargestellt und beschrieben ist zudem ein Verfahren zum Trocknen von Gasen, insbesondere zum Trocknen von Erdgas, mit einer derartigen Vorrichtung (1). Um eine besonders energiesparende Kühlung des Regenerationsstromes zu erreichen, wird vorgeschlagen, wenigstens eine Kühlleitung (L3) zur Einleitung von feuchtem Gas aus der Einlassleitung (L1) in eine der Regenerationsleitungen (L15, L11) vorzusehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trocknen von Gasen, insbesondere zum Trocknen von Erdgas, umfassend: einen Gaseinlass zum Einströmen von feuchtem Gas in die Vorrichtung, einen Gasauslass zum Ausströmen von getrocknetem Gas aus der Vorrichtung, wenigstens zwei Adsorptionskammern zur Aufnahme von Trockenmittel, eine Einlassleitung zur Verbindung des Gaseinlasses mit den Adsorptionskammern, eine Auslassleitung zur Verbindung des Gasauslasses mit den Adsorptionskammern, und wenigstens eine Regenerationsleitung zur Rückleitung von trockenem Gas aus der Auslassleitung durch wenigstens eine der Adsorptionskammern in die Einlassleitung.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Trocknen von Gasen, insbesondere zum Trocknen von Erdgas, mit einer derartigen Vorrichtung.
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 zum Antrieb von Kraftfahrzeugen gewinnt die Trocknung von Erdgas an Bedeutung. Dabei kann es sich um Erdgas in komprimierter Form (CNG = Compressed Natural Gas) oder in verflüssigter Form (LNG = Liquified Natural Gas) handeln. Die Trocknung von Erdgas stellt jedoch besondere Anforderungen an die Trocknungsanlage, da Erdgas oftmals Verunreinigungen wie Staub oder Ö1 enthält.
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. Sei 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.
Klassische Adsorptionstrockner sind beispielsweise aus der EP 0 382 937 A1 oder der WO 02/05931 A1 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 für die Regeneration angesaugte, ungetrocknete Umgebungsluft eingesetzt wird. Dies hat relativ lange Regenerationszeiten zur Folge.
Bei dem aus der EP 0 382 937 A1 bekannten Trockner wird für die Regeneration angesaugte Umgebungsluft verwendet (strichpunktierte Linie in 1 der EP 0 382 937 A1 ). Die Umgebungsluft wird vor der Einleitung in den regenerierenden Adsorber während der ersten Phase der Regeneration („Trocknen”) aufgeheizt; während der zweiten Phase der Regeneration („Kühlen”) wird der Erhitzer hingegen abgeschaltet. Anschließend wird die Umgebungsluft wieder aus dem Trockner herausgeleitet, weshalb man von einem „offenen” Regenerationskreslauf sprechen kann. Ein offener Regenerationskreislauf erlaubt zwar einen relativ einfachen Aufbau des Trockners, hat jedoch den Nachteil, dass die Regeneration des Trockenmittels nicht sehr effektiv abläuft. Dies liegt insbesondere daran, dass die für die Regeneration angesaugte Umgebungsluft nicht getrocknet wurde. je feuchter die angesaugte Umgebungsluft ist, desto weniger Feuchtigkeit kann sie jedoch dem Trockenmittel in dem regenerierenden Adsorber entziehen.
Der aus der WO 02/05931 A1 bekannte Trockner weist bereits einige Verbesserungen auf. Die Regeneration soll wiederum zwei Phasen umfassen: zunächst wird die angesaugte Umgebungsluft vor der Einleitung in den regenerierenden Adsorber erhitzt, später wird der Erhitzer abgeschaltet. Anschließend wird die Umgebungsluft wieder aus dem Trockner herausgeleitet. Eine Verbesserung liegt darin, dass der zweite Teil der Regeneration („Kühlen”) in einem geschlossenen Kreislauf durchgeführt werden kann. Hierzu wird durch eine entsprechende Ventilstellung der Regenerationskreislauf geschlossen, der Erhitzer abgeschaltet und ein Kühler zugeschaltet, der in der zweiten Phase der Regeneration die zirkulierende Umgebungsluft kühlt. Nachteilig ist auch an diesem Trockner die eher geringe Effektivität der Regeneration des Trockenmittels, die insbesondere darin begründet ist, dass ungetrocknete Umgebungsluft für die Regeneration verwendet wird.
Neben diesen klassischen Adsorptionstrocknern, bei denen zur Regeneration Umgebungsluft angesaugt wird („offener Regenerationskreislauf”), sind auch Adsorptionstrockner bekannt, bei denen ein Teilstrom eines bereits getrockneten Mediums abgezweigt wird und für die Regeneration eingesetzt wird („geschlossener Regenerationskreislauf”). Derartige Trockner sind beispielsweise aus der DE 10 2010 011 347 A1 oder der DE 10 2006 023 161 A1 bekannt.
Bei dem aus der DE 10 2010 011 347 A1 bekannten Trockner wird das zu trocknende Biomethan zunächst durch zwei an der Einlassleitung angeordnete Wärmetauscher abgekühlt und das hierbei ausscheidende Wasser wird abgeleitet. Anschließend erfolgt die Trocknung des Biomethans in zwei parallel geschalteten Adsorbern, die jeweils mit Adsorbentien gefüllt sind. Das aus den Adsorbern austretende, getrocknete Biomethan kann nun aus dem Trockner herausgeleitet werden. Die Regeneration erfolgt, indem ein Teil des getrockneten Biomethans nach dem Austritt aus den Adsorbern aus der Auslassleitung abgezweigt wird und durch eine Abzweigleitung sowie durch zwei weitere Wärmetauscher wieder zu den zu regenerierenden Adsorbern geführt wird und anschließend wieder in die Einlassleitung geleitet wird. Der Regenerationsstrom wird durch den ersten Wärmetauscher in der ersten Phase der Regeneration aufgeheizt und durch den zweiten Wärmetauscher in der zweiten Phase der Regeneration gekühlt. Der Einsatz von bereits getrocknetem Biomethan für die Regeneration verbessert die Regeneration des Trockenmittels. Nachteilig ist gleichwohl die konstruktiv aufwändige und energieintensive Aufheizung bzw. Kühlung des Regenerationsstromes durch zwei Wärmetauscher. Ein Erhitzer ist zwar auch bei „offenen” Regenerationskreisläufen erforderlich; dort kann jedoch oftmals auf einen zusätzlichen Kühler verzichtet werden, da die zur Regeneration angesaugte Umgebungsluft bei entsprechender Aufstellung des Trockners bereits kühl genug ist.
Der aus der DE 10 2006 023 161 A1 bekannte Trockner weist eine vergleichbare Funktionsweise auf. Auch bei diesem Trockner wird vorgeschlagen, aus dem bereits getrockneten Medium einen Teilstrom abzuzweigen und für die Regeneration einzusetzen. Nach der Durchleitung durch den regenerierenden Adsorptionsbehälter soll der Regenerationsstrom wieder der feuchten, in den Trockner einströmenden Luft beigemischt werden. Auch bei diesem Trockner sind an der Regenerationsleitung zwei Wärmetauscher vorgesehen: ein Erhitzer und ein Kühler. Aufgrund der vergleichbaren Funktionsweise ergeben sich auch entsprechende Vor- und Nachteile: Einer verbesserten Regeneration stehen ein erhöhter konstruktiver Aufwand sowie ein erhöhter Energieaufwand zum Betrieb der beiden Wärmetauscher, insbesondere des zusätzlichen Kühlers, entgegen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene und zuvor näher dargestellte Vorrichtung zum Trocknen von Gasen derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine besonders energiesparende Kühlung des Regenerationsstromes erreicht wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich zunächst durch einen Gaseinlass und einen Gasauslass aus. Durch den Gaseinlass kann feuchtes Gas in die Vorrichtung einströmen, durch den Gasauslass kann getrocknetes Gas aus der Vorrichtung ausströmen. Weiterhin sind wenigstens zwei Adsorptionskammern zur Aufnahme von Trockenmittel vorgesehen. Indem zwei oder mehr Adsorptionskammern vorgesehen sind, kann in einer Adsorptionskammer die Trocknung des Gases ablaufen, während in einer anderen Adsorptionskammer gleichzeitig die Regeneration des Trockenmittels erfolgt. Nach einer bestimmten Zeit tauschen beide Adsorptionskammern ihre Funktion, so dass eine unterbrechungsfreie Trocknung möglich ist. Die Vorrichtung umfasst zudem eine Einlassleitung und eine Auslassleitung, wobei die Einlassleitung eine Verbindung zwischen dem Gaseinlass und den Adsorptionskammern herstellt und wobei die Auslassleitung eine Verbindung zwischen dem Gasauslass und den Adsorptionskammern herstellt. Die Einlassleitung und die Auslassleitung können die entsprechenden Verbindungen allein oder ergänzt durch weitere Leitungen herstellen. Für die Regeneration ist wenigstens eine Regenerationsleitung vorgesehen, durch welche trockenes Gas aus der Auslassleitung durch wenigstens eine der Adsorptionskammern hindurch und weiter in die Einlassleitung zurückgeleitet werden kann. Als „feuchtes Gas” wird ein Gas bezeichnet, das noch nicht durch eine der beiden Adsorptionskammern geströmt ist und somit auch noch nicht dort getrocknet wurde. Das in die Vorrichtung einströmende Gas wird demnach zunächst als „feuchtes Gas” bezeichnet. „Trockenes Gas” bezeichnet hingegen ein Gas, das bereits durch wenigstens eine Adsorptionskammer geströmt ist und dort getrocknet wurde.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, wenigsten eine Kühlleitung zur Einleitung von feuchtem Gas aus der Einlassleitung in eine der Regenerationsleitungen vorzusehen. Dieser konstruktiven Maßnahme liegt die Idee zugrunde, den Regenerationsstrom durch einen Teilstrom des in die Vorrichtung einströmenden, feuchten Gases zu Kühlen. Die Kühlung kann entweder dadurch erreicht werden, dass das feuchte Gas bereits eine ausreichend niedrige Temperatur aufweist oder dadurch erreicht werden, dass der durch die Kühlleitung geleitete Teilstrom durch geeignete Maßnahmen gekühlt wird. Bei diesen Maßnahmen kann es sich um Kühlung durch einen Wärmetauscher oder durch bestimmte thermodynamische Effekte (z. B. Joule-Thomson-Effekt) handeln. Der Vorteil der Nutzung des in die Vorrichtung einströmenden Gases zur Kühlung des Regenerationsstromes liegt darin, dass weniger (oder gar keine) Energie zur weiteren Kühlung des Regenerationsstromes eingesetzt werden muss. Ein weiterer Wärmetauscher zur Kühlung des Regenerationsstromes ist daher nicht zwingend erforderlich; er kann jedoch optional vorgesehen sein und im Bedarfsfall mit geringer Leistung zur ergänzenden Kühlung des Regenerationsstromes genutzt werden.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kühlleitung eine Drossel aufweist. Unter einer Drossel wird ein Mittel zur Drosselung der durch die Kühlleitung fließenden Strömung verstanden. Eine Drosselung der Strömung bewirkt eine Druckverringerung, die zu einer Expansion und einer Abkühlung des Gases führt („Joule-Thomson-Effekt”). Die Drosselung kann beispielsweise durch den Einbau einer Blende oder eines anderen Hindernisses in die Kühlleitung erfolgen. Der Joule-Thomson-Effekt setzt eine isenthalpe Druckminderung voraus, also eine Druckminderung, bei der sich die Enthalpie des Gases nicht ändert (H = const). Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Kühlleitung – jedenfalls im Bereich der Drossel – besonders gut thermisch isoliert wird. Um die erreichte Abkühlung des durch die Kühlleitung strömenden Gases nicht wieder zu verlieren und möglichst vollständig auf den Regenerationsstrom zu übertragen, ist die Drossel möglichst dicht vor der Einmündung der Kühlleitung in die Regenerationsleitung angeordnet. Vorzugsweise beträgt der Abstand der Drossel zu der Einmündung der Kühlleitung in die Regenerationsleitung 20 cm oder weniger.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Verdichter, einen Wärmetauscher, und/oder einen Abscheider, der in Strömungsrichtung des feuchten Gases zwischen dem Gaseinlass und den Adsorptionskammern angeordnet ist. Durch den Verdichter wird eine Kompression des einströmenden, feuchten Gases erreicht. Der Wärmetauscher kann sowohl zur Erwärmung als auch zu Kühlung des einströmenden, feuchten Gases genutzt werden. Vorzugsweise ist der Wärmetauscher in Strömungsrichtung des feuchten Gases hinter dem Verdichter angeordnet, um das infolge der Kompression erhitze Gas wieder abkühlen zu können. Durch den Abscheider kann eine Vortroknung des Gases erfolgen; das ausgeschiedene Kondensat kann abgeleitet werden. Vorzugsweise ist der Abscheider in Strömungsrichtung des feuchten Gases hinter dem Verdichter und dem Wärmetauscher angeordnet.
Zu dieser Ausbildung wird weiter vorgeschlagen, dass die Kühlleitung in Strömungsrichtung des feuchten Gases hinter dem Verdichter, dem Wärmetauscher, und/oder dem Abscheiden mit der Einlassleitung verbunden ist. Ein besonderer Vorteil wird erreicht, wenn die Kühlleitung in Strömungsrichtung des feuchten Gases hinter dem Verdichter aus der Einlassleitung abzweigt. Denn hinter dem Verdichter weist das feuchte Gas einen besonders hohen Druck auf, der in der Kühlleitung zur Entspannung des Gases genutzt werden kann. Der bereits zuvor beschriebene Joule-Thomson-Effekt führt bei einer großen Druckdifferenz zu einer besonders starken Abkühlung. Indem die Kühlleitung in Strömungsrichtung des feuchten Gases auch hinter dem Wärmetauscher und dem Abscheider aus der Einlassleitung abzweigt, kann zudem erreicht werden, dass das feuchte Gas bereits in einem vorgekühlten (durch den Wärmetauscher) und vorgetrockneten (durch den Abscheider) Zustand in die Kühlleitung eintritt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kühlleitung in Strömungsrichtung des Regenerationsgases hinter der regenerierenden Adsorptionskammer mit der Regenerationsleitung verbunden ist. In der zweiten Phase der Regeneration, die auch als „Kühlung” bezeichnet wird, kühlt das Regenerationsgas das Trockenmittel in dem regenerierenden Adsorptionsbehälter und erwärmt sich aus diesem Grund. Daher ist eine Kühlung des Regenerationsgases besonders sinnvoll, wenn sie erfolgt, nachdem das Regenerationsgas wieder aus dem regenerierenden Adsorptionsbehälter ausgetreten ist.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung zeichnet sich durch einen Erhitzer zum Aufheizen des Regenerationsgases aus. Zu dieser Ausbildung wird weiter vorgeschlagen, dass der Erhitzer in Strömungsrichtung des Regenerationsgases vor der regenerierenden Adsorptionskammer an der Regenerationsleitung angeordnet ist. In der ersten Phase der Regeneration, die auch als „Trocknung” bezeichnet wird, soll das Regenerationsgas dem Trockenmittel Feuchtigkeit entziehen um dieses auf einen erneuten Adsorptionsvorgang vorzubereiten. Die Fähigkeit von Gasen, Flüssigkeiten aufzunehmen, steigt mit der Temperatur der Gase. Aus diesem Grund kann durch eine Erhitzung des Regenerationsgases eine schnellere Trocknung des Trockenmittels erreicht werden. Ein Erhitzer sollte daher so angeordnet werden, das er Regenerationsgas aufheizen kann, bevor dieses in die regenerierende Adsorptionskammer geleitet wird.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich durch einen Wärmetauscher zum Kühlen des Regenerationsgases aus. Zu dieser Ausgestaltung wird weiter vorgeschlagen, dass der Wärmetauscher in Strömungsrichtung des Regenerationsgases hinter der regenerierenden Adsorptionskammer an der Regenerationsleitung angeordnet ist. Wie bereits zuvor beschrieben wurde, nimmt das Regenerationsgas Wasserdampf aus dem Trockenmittel in dem regenerierenden Adsorptionsbehälter auf. Eine Kühlung des Regenerationsgases ist nach dem Austritt aus dem regenerierenden Adsorptionsbehälter besonders sinnvoll, damit der von dem Regenerationsgas aufgenommene Wasserdampf kondensiert und abgeschieden werden kann, bevor der Trockner umgeschaltet wird und das Trockenmittel wieder zur Adsorption eingesetzt wird.
Die Vorrichtung kann schließlich vorteilhaft weitergebildet werden durch einen Vorfilter zur Reinigung des in die Vorrichtung einströmenden feuchten Gases und/oder einen Nachfilter zur Reinigung des aus der Vorrichtung ausströmenden trockenen Gases. Bei dem Vorfilter kann es sich beispielsweise um einen Tropfenabscheider bzw. Tropfenfilter handeln. Als Nachfilter kann beispielsweise ein Partkelfilter eingesetzt werden.
Die Erfindung betrifft neben der zuvor beschriebenen Vorrichtung auch ein Verfahren zum Trocknen von Gasen, insbesondere zum Trocknen von Erdgas, das die folgenden Schritte umfasst: a) Adsorbieren von Feuchtigkeit aus dem Gas durch Trockenmittel in der ersten Adsorptionskammer, b) Regenerieren des Trockenmittels in der zweiten Adsorptionskammer, und c) Druckaufbau in der zweiten Adsorptionskammer, wobei Schritt a) gleichzeitig mit Schritt b) oder Schritt c) stattfindet.
Bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 11 wird die zuvor beschriebene Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Teilstrom des feuchten Gases vor dessen Eintritt in die adsorbierende Adsorptionskammer durch eine Kühlleitung in den aus der regenerierenden Adsorptionskammer austretenden Regenerationsgasstrom eingeleitet wird.
Wie bereits zuvor für die Vorrichtung beschrieben wurde, soll der Regenerationsstrom durch einen Teilstrom des in die Vorrichtung einströmenden, feuchten, Gases gekühlt werden. Die Kühlung kann entweder dadurch erreicht werden, dass das feuchte Gas bereits eine ausreichend niedrige Temperatur aufweist oder dadurch erreicht werden, dass der durch die Kühlleitung geleitete Teilstrom durch geeignete Maßnahmen gekühlt wird. Der Volumenstrom, der durch die Kühlleitung strömt, kann beispielsweise 1% bis 10% und insbesondere etwa 5% des (Gesamt-)Volumenstromes der Einlassleitung betragen. Der Vorteil dieser Vorgehensweise liegt wiederum darin, dass aufgrund der Nutzung des in die Vorrichtung einströmenden Gases zur Kühlung des Regenerationsstromes weniger (oder gar keine) Energie zur weiteren Kühlung des Regenerationsstromes eingesetzt werden muss.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht die folgenden weiteren Schritte vor: d) Adsorbieren von Feuchtigkeit aus dem Gas durch Trockenmittel in der zweiten Adsorptionskammer, e) Regenerieren des Trockenmittels in der ersten Adsorptionskammer, und f) Druckaufbau in der ersten Adsorptionskammer, wobei Schritt d) gleichzeitig mit Schritt e) oder Schritt f) stattfindet. 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 sowie einen Druckaufbau in der zweiten Adsorptionskammer, während die Schritte d) bis f) eine Adsorption in der zweiten Adsorptionskammer und eine Regeneration sowie einen Druckaufbau in der ersten Adsorptionskammer beschreiben. Die Schritte a) bis c) steilen 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.
Nach einer weiteren Ausbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Teilstrom in der Kühlleitung gedrosselt wird. Wie bereits zuvor im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben wurde, kann durch eine Drosselung unter Ausnutzung einer ohnehin vorhandenen Druckdifferenz aufgrund des Joule-Thomson-Effektes eine besonders intelligente Kühlung erreicht werden. Eine zusätzliche Kühlung des Regenerationsstromes kann daher energiesparender erfolgen oder ganz ausbleiben.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass das in die Vorrichtung einströmende feuchte Gas vor Eintritt in die adsorbierende Adsorptionskammer verdichtet und/oder gekühlt und/oder vorgetrocknet wird. Auch dieser Maßnahmen sind bereits zuvor im Zusammenhang mit der Vorrichtung näher diskutiert worden. Die Verdichtung des einströmenden, feuchten Gases kann durch einen Verdichter erreicht werden. Ein Wärmetauscher kann die Kühlung des einströmenden, feuchten Gases erledigen. Vorzugsweise erfolgt die Kühlung im Anschluss an die Verdichtung des feuchten Gases, um das infolge der Kompression erhitze Gas wieder abzukühlen. Eine Vortrocknung des Gases kann durch einen Abscheider erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Vortrocknung nach der Verdichtung und der Kühlung des feuchten Gases.
Eine weitere Lehre sieht vor, dass der Regenerationsstrom vor Eintritt in die regenerierende Adsorptionskammer aufgeheizt wird. Alternativ oder zusätzlich hierzu wird schließlich vorgeschlagen, dass der Regenerationsstrom nach Austritt aus der regenerierenden Adsorptionskammer gekühlt wird. Die Aufheizung des Regenerationsstromes hat zur Folge, dass das Regenerationsgas mehr Feuchtigkeit aufnehmen kann und somit das in der regenerierenden Adsorptionskammer befindliche Trockenmittel schneller trocknen kann. Die anschließende Kühlung des Regenerationsstromes soll hingegen dafür sorgen, dass der von dem Regenerationsgas aufgenommene Wasserdampf kondensiert und abgeschieden werden kann, bevor der Trockner umgeschaltet wird und das Trockenmittel wieder zur Adsorption eingesetzt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen
1 eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Trocknen von Gasen,
2 die Vorrichtung aus 1 bei der Ausführung eines ersten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen,
3 die Vorrichtung aus 1 bei der Ausführung eines zweiten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen,
4 die Vorrichtung aus 1 bei der Ausführung eines dritten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen,
5 die Vorrichtung aus 1 bei der Ausführung eines vierten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen,
6 die Vorrichtung aus 1 bei der Ausführung eines fünften Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen,
7 die Vorrichtung aus 1 bei der Ausführung eines sechsten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen, und
8 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung.
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 2 ist über eine (Einlass)Leitung L1 mit einem Verdichter 6 sowie einem Wärmetauscher 7 verbunden. Hinter dem Verdichter 6 und dem Wärmetauscher 7 mündet die Leitung L1 in einen ersten Abscheider 8, aus dem Kondensat über eine Kondensatleitung L2, an der ein Ventil V1 und eine Drossel D1 vorgesehen sind, in einen zweiten Abscheider 9 geleitet werden und von dort über einen Kondensatablass 10 aus der Vorrichtung 1 herausgeleitet werden kann. Hinter dem ersten Abscheider 8 führt die Leitung L1 weiter in einen Vorfilter 11, aus dem eine Kühlleitung L3 abzweigt, durch die über ein Ventil V2 und eine Drossel D2 ein Teilstrom aus der Leitung L1 abgeleitet werden kann. Die Leitung L1 teilt sich hinter dem Vorfilter 11 in eine Leitung L4, eine Leitung L5 und eine Leitung L6. Die Leitung L4 führt über ein Ventil V3 weiter zum unteren Ende der Adsorptionskammer 4, während die Leitung L5 über ein Ventil V4 in entsprechender Weise zum unteren Ende der Adsorptionskammer 5 führt. In der Leitung L6 sind ein Ventil V5 und eine Drosselscheibe 12 vorgesehen. Die Leitung L6 teilt sich hinter der Drosselscheibe 12 in eine Leitung L7 und eine Leitung L8. Die Leitung 17 führt über ein Rückschlagventil V6 weiter zum unteren Ende der Adsorptionskammer 4, während die Leitung L8 über ein Rückschlagventil V7 in entsprechender Weise zum unteren Ende der Adsorptionskammer 5 führt.
Mit den unteren Enden der Adsorptionskammern 4, 5 sind weiterhin Leitungen L9, L10 verbundenen, die sich hinter Ventilen V8, V9 zu einer gemeinsamen ersten Regenerationsleitung 111 vereinigen. Die erste Regenerationsleitung L11 führt zu einem optionalen Wärmetauscher 13, der über einen ebenfalls optionalen Motor 14 luftgekühlt sein kann. Im weiteren Verlauf der Regenerationsleitung L11 mündet die Kühlleitung L3 in die Regenerationsleitung L11 und kann den zuvor aus der Leitung L1 abgezweigten Teilstrom feuchten Gases in die Regenerationsleitung L11 einleiten. Im Anschluss daran führt die Regenerationsleitung L11 zu dem bereits zuvor beschriebenen Abscheider 9, der mit dem ebenfalls bereits zuvor beschriebenen Kondensatablass 10 Kondensat aus der Vorrichtung 1 ableiten kann. Schließlich führt die Regenerationsleitung L11 zurück in die Einlassleitung L1. Die Regeneratonsleitung L11 führt direkt hinter dem Gaseinlass 2 und insbesondere vor dem Verdichter 6 zurück in die Einlassleitung L1.
Vom oberen Ende der Adsorptionskammer 4 führt eine Leitung L12 durch ein Rückschlagventil V10; entsprechend führt eine Leitung L13 vom oberen Ende der Adsorptionskammer 5 durch ein Rückschlagventil V11. Hinter den Rückschlagventilen V10, V11 vereinigen sich die Leitungen L12, L13 zu einer (Auslass)Leitung L14, an der ein Nachfilter 16 angeordnet ist und die schließlich zum Gasauslass 3 führt. Von der Leitung L14 zweigt eine zweite Regenerationsleitung L15 ab, die durch ein Entspannungsventil 17, eine Drosselscheibe 18 und einen Erhitzer 19 führt und sich anschließend in die Leitungen L16 und L17 aufteilt. Die Leitung 116 führt über ein Rückschlagventil V12 weiter zum oberen Ende der Adsorptionskammer 4, während die Leitung L17 über ein Rückschlagventil V13 in entsprechender Weise zum oberen Ende der Adsorptionskammer 5 führt.
Sämtliche Leitungen L1 bis L17 sind je nach Stellung der Ventile grundsätzlich dazu geeignet, von Gasen und/oder Flüssigkeiten in beide Richtungen durchströmt zu werden.
In 2 ist die Vorrichtung 1 aus 1 bei der Ausführung eines ersten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen gezeigt. In der in 2 dargestellten Situation sind die Ventile V1, V2, V3, V9, V10 und V13 geöffnet, während die Ventile V4, V5, V6, V7, V8, V11 und V12 geschlossen sind (ausgefüllte Darstellung). Aufgrund dieser Einstellung der Ventile ergibt sich die folgende Funktionsweise der Vorrichtung 1; Feuchtes Gas, insbesondere feuchtes Erdgas, tritt durch den Gaseinlass 2 in die Einlassleitung L1 der Vorrichtung 1 ein und durchströmt den Verdichter 6 und den Wärmetauscher 7. In dem Verdichter 6 erfolgt eine starke Kompression des Gases, bei der sich das Gas stark erwärmt. Um die Wärme – wenigstens teilweise – wieder abzuführen, wird das Gas in dem Wärmetauscher 7 wieder gekühlt, so dass das Gas hinter dem Wärmetauscher 7 beispielsweise einen Druck im Bereich von 200 bar bis 300 bar und eine Temperatur von 30°C bis 50°C aufweist.
In Strömungsrichtung gesehen ist hinter dem Wärmetauscher 7 der erste Abscheider 8 angeordnet, der Kondensat aus dem ihn durchströmenden Gas abscheidet und somit eine (Vor-)Trocknung des Gases vollzieht. Das Kondensat kann über das Ventil V1 und die Kondensatleitung L2 aus dem Abscheider 8 abgeleitet werden. Das Gas strömt nach dem Austritt aus dem Abscheider 8 weiter durch die Einlassleitung L1 und trifft auf den Vorfilter 11, bei dem es sich um einen Tropfenabscheider handeln kann. Der Vorfilter 11 hat nur einen Eingang, jedoch zwei Ausgänge und stellt daher zugleich einen Abzweig dar, durch welchen eine Teilströmung des Gases aus der Einlassleitung L1 abgezweigt werden kann und durch das Ventil V2 und die Kühlleitung L3 geleitet werden kann. Der Volumenstrom, welcher durch die Kühlleitung L3 strömt, kann beispielsweise etwa 5% des (Gesamt-)Volumenstromes der Einlassleitung L1 betragen. Das durch den Abscheider 8 und den Vorfilter 11 (vor-)getrocknete Gas strömt weiter durch die Einlassleitung L1 und das geöffnete Ventil V3 und tritt in die Adsorptionskammer 4 ein. 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 L12, das Ventil V10, die Auslassleitung L14, einen Nachfilter 16 – beispielsweise einen Partikelfilter – und schließlich durch den Gasauslass 3 aus der Vorrichtung 1 heraus. Dies wird erreicht, indem das Rückschlagventil V10 geöffnet ist, während die Rückschlagventile V11 und V12 geschlossen sind.
Während in der in 2 links dargestellten Adsorptionskammer 4 die „Adsorption” stattfindet, wird in der in 2 rechts dargestellten Adsorptionskammer 5 der Verfahrensschritt „Regeneration (warm)” als Teilschritt der Regeneration durchgeführt. Dies erfolgt durch den folgenden Ablauf: Ein Teilstrom des aus der Adsorptionskammer 4 austretenden – und somit trockenen – Gases wird aus der Auslassleitung L14 abgezweigt und in die zweite Regenerationsleitung L15 geleitet. Der Volumenstrom, welcher durch die zweite Regenerationsleitung L15 strömt, kann beispielsweise etwa 3% des (Gesamt-)Volumenstromes der Auslassleitung L14 betragen. Dort strömt das Gas durch das Entspannungsventil 17, die Drosselscheibe 18 und den Erhitzer 19. Durch das Entspannungsventil 17 wird eine Verringerung des Druckes erreicht; durch den Erhitzer 19 wird hingegen eine Erwärmung des Gases erreicht, so dass das Gas hinter dem Erhitzer 19 beispielsweise einen Druck im Bereich von 2 bar bis 20 bar und eine Temperatur von 70°C bis 80°C aufweist. Durch das Erhitzen des Gases steigt dessen Fähigkeit, Feuchtigkeit aufzunehmen, stark an. Das aus dem Erhitzer 19 austretende Gas strömt weiter in die Leitung L17, die durch das ebenfalls geöffnete Rückschlagventil V13 schließlich in die zweite Adsorptionskammer 5 führt.
In der Adsorptionskammer 5 entzieht das aufgeheizte Gas dem Trockenmittel Feuchtigkeit. Dieser Verfahrensschritt wird auch als „warme Regeneration” bezeichnet und ist Teil der 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 L10 und das geöffnete Ventil V9 in die erste Regenerationsleitung L11. Dort strömt das Regenerationsgas zunächst durch den (optionalen) Wärmetauscher 13, der eine durch den Motor 14 angetriebene Luftkühlung umfasst und das Regenerationsgas kühlen soll. Hinter dem Wärmetauscher 13 trifft die Kühlleitung L3 auf die Regenerationsleitung L11. Kurz vor dem Eintritt der Kühlleitung L3 in die Regenerationsleitung L11 ist in der Kühlleitung L3 eine Drossel D2 vorgesehen, die den Druck des durch die Kühlleitung L3 strömenden Gases stark reduziert. Die Druckreduzierung hat aufgrund des „Joule-Thomson-Effektes” eine starke Abkühlung des Gases im Bereich der Drossel D2 zur Folge. Der auf diese Weise gekühlte Teilstrom des durch die Kühlleitung L3 strömenden Gases wird mit dem durch die Regenerationsleitung L11 strömenden Regenerationsgas vermischt und dient somit zur Kühlung des Regenerationsgases. Das Regenerationsgas weist hinter der Einmündung der Kühlleitung L3 in die Regenerationsleitung L11 beispielsweise einen Druck im Bereich von 2 bar bis 20 bar und eine Temperatur von 20°C bis 30°C auf.
Im weiteren Verlauf der Regenerationsleitung L11 ist der zweite Abscheider 9 angeordnet, in den – hinter der Drossel D1 – auch die von dem ersten Abscheider 8 kommende Kondensatleitung L2 einmündet. Das in den beiden Abscheidern 8, 9 gewonnene Kondensat wird über den gemeinsamen Kondensatablass 10 aus der Vorrichtung 1 abgeleitet. Das Regenerationsgas strömt weiter durch die Regenerationsleitung L11, die wieder auf die Einlassleitung L1 trifft und in diese einmündet. Das aus der Regenerationsleitung L11 kommende. Regenerationsgas wird also unmittelbar hinter dem Einlass 2 und insbesondere vor dem Verdichter 6 wieder der Einlassleitung L1 zugeführt.
3 zeigt die Vorrichtung 1 aus 1 bei der Ausführung eines zweiten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen. In der in 3 dargestellten Situation ist die Stellung der Ventile gegenüber der in 2 dargestellten Situation unverändert. Es sind also die Ventile V1, V2, V3, V9, V10 und V13 geöffnet, während die Ventile V4, V5, V6, V7, V8, V11 und V12 geschlossen sind (ausgefüllte Darstellung). Der wesentliche Unterschied zu der in 2 dargestellten Situation liegt darin, dass der Erhitzer 19 bei der in 3 gezeigten Situation abgeschaltet ist. Aufgrund dieser Hinstellung der Ventile ergibt sich die folgende Funktionsweise der Vorrichtung 1: Die in 3 links dargestellte Adsorptionskammer 4 wird auf die gleiche Weise durchströmt wie dies im Zusammenhang mit 2 beschrieben wurde. In der Adsorptionskammer 4 findet also nach wie vor der Verfahrensschritt „Adsorption” statt. Demgegenüber ist die Arbeitsweise der in 3 rechts dargestellten Adsorptionskammer 5 gegenüber der in 2 dargestellten Situation verändert. Denn der aus der Auslassleitung L14 abgezweigte und durch die Regenerationsleitung L15 geleitete Teilstrom trockenen Gases wird in dem Erhitzer 19 nicht mehr erhitzt und strömt somit „kalt” in die Adsorptionskammer 5. Der in der zweiten Adsorptionskammer 5 durchgeführte Verfahrensschritt wird daher auch als „kalte Regeneration” bezeichnet und stellt ebenfalls einen Teilschritt der Regeneration des Trockenmittels dar.
4 zeigt die Vorrichtung 1 aus 1 bei der Ausführung eines dritten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen. In der in 4 dargestellten Situation sind die Ventile V1, V2, V3, V5, V7 und V10 geöffnet, während die Ventile V4, V6, V8, V9, V11, V12 und V13 geschlossen sind (ausgefüllte Darstellung). Im Vergleich zu der in 3 gezeigten Situation sind also bei der in 4 dargestellten Situation die Ventile V5 und V7 geöffnet worden, während die Ventile V9 und V13 geschlossen wurden Aufgrund dieser Einstellung der Ventile ergibt sich die folgende Funktionsweise der Vorrichtung 1: Die in 4 links dargestellte Adsorptionskammer 4 wird auf die gleiche Weise durchströmt wie dies im Zusammenhang mit 2 und 3 beschrieben wurde. In der Adsorptionskammer 4 findet also nach wie vor der Verfahrensschritt „Adsorption” statt. Demgegenüber Ist die Arbeitsweise der in 4 rechts dargestellten Adsorptionskammer 5 gegenüber den in 2 und 3 dargestellten Situationen verändert. Denn aufgrund der Absperrung Ventile V9 und V13 kann aus der Regenerationsleitung L15 kein Regerationsgas mehr in die Adsorptionskammer 5 eintreten und durch die Regenerationsleitung L11 kann kein Regenerationsgas mehr aus der Adsorptionskammer 5 austreten. Die Regeneration des Trockenmittels in der Adsorptionskammer 5 ist daher beendet. Stattdessen tritt aufgrund der Öffnung der Ventile V5 und V7 Gas aus der Eintrittsleitung L1 und die Leitungen L6 und L8 in die Adsorptionskammer 5 ein. Da das in die Adsorptionskammer 5 einströmende Gas aufgrund der in 4 gezeigten Ventilstellungen keine Austrittsmöglichkeit aus der Adsorptionskammer 5 hat, kommt es zu einem Druckanstieg in dieser Adsorptionskammer 5. Der in der zweiten Adsorptionskammer 5 durchgeführte Verfahrensschritt wird daher auch als „Druckaufbau” bezeichnet.
5 zeigt die Vorrichtung aus 1 bei der Ausführung eines vierten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen. In der in 5 dargestellten Situation sind die Ventile V1, V2, V4, V8, V11 und V12 geöffnet, während die Ventile V3, V5, V6, V7, V9, V10 und V13 geschlossen sind. Auf diese Weise ergibt sich eine Situation, die symmetrisch zu der in 2 beschriebenen Situation ist, wobei die Funktionen der beiden Adsorptionskammern 4, 5 vertauscht wurden. Mit anderen Worten findet in der Adsorptionskammer 4 der Verfahrensschritt „warme Regeneration” statt, während in der Adsorptionskammer 5 der Verfahrensschritt „Adsorption” stattfindet.
6 zeigt die Vorrichtung aus 1 bei der Ausführung eines fünften Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen. In der in 6 dargestellten Situation sind – wie in 5 – die Ventile V1, V2, V4, V8, V11 und V12 geöffnet, während die Ventile V3, V5, V6, V7, V9, V10 und V13 geschlossen sind. Der wesentliche Unterschied zu der in 5 dargestellten Situation liegt darin, dass der Erhitzer 19 bei der in 6 gezeigten Situation abgeschaltet ist. Auf diese Weise ergibt sich eine Situation, die symmetrisch zu der in 3 beschriebenen Situation ist, wobei die Funktionen der beiden Adsorptionskammern 4, 5 vertauscht wurden. Mit anderen Worten findet in der Adsorptionskammer 4 der Verfahrensschritt „kalte Regeneration” statt, während in der Adsorptionskammer 5 der Verfahrensschritt „Adsorption” stattfindet.
7 zeigt die Vorrichtung aus 1 bei der Ausführung eines fünften Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen von Gasen. In der in 7 dargestellten Situation sind die Ventile V1, V2, V3, V5, V7 und V10 geöffnet, während die Ventile V4, V6, V8, V9, V11, V12 und V13 geschlossen sind (ausgefüllte Darstellung). Auf diese Weise ergibt sich eine Situation, die symmetrisch zu der in 4 beschriebenen Situation ist, wobei die Funktionen der beiden Adsorptionskammern 4, 5 vertauscht wurden. Mit anderen Worten findet in der Adsorptionskammer 4 der Verfahrensschritt „Druckaufbau” statt, während in der Adsorptionskammer 5 der Verfahrensschritt „Adsorption” stattfindet.
Die in den 2 bis 7 dargestellten Verfahrensschritte bilden insgesamt ein zyklisches Verfahren, so dass auf den in 7 dargestellten, sechsten Verfahrensschritt wieder der in 2 dargestellte, erste Verfahrensschritt folgt.
In 8 ist schließlich ein Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung gezeigt. Zunächst wird das Ventil V3 der Adsorptionskammer 4 geöffnet, so dass dort der Verfahrensschritt „Adsorption” stattfinden kann. Die Dauer dieses Schrittes kann beispielsweise etwa 20 Minuten betragen. Während dieser Zeit bleibt das Ventil V4 der Adsorptionskammer 5 geschlossen und die Ventile V9 und V13 werden geöffnet, so dass in der Adsorptionskammer 5 der Verfahrensschritt „Regeneration” stattfinden kann. Der Verfahrensschritt „Regeneration” umfasst eine „warme Regeneration” (Erhitzer 19 eingeschaltet) und eine sich daran anschließende „kalte Regeneration” (Erhitzer 19 ausgeschaltet). Die Dauer der „warmen Regeneration” kann beispielsweise etwa 14 Minuten betragen; die Dauer der „kalten Regeneration” kann beispielsweise etwa 2 Minuten betragen. Im Anschluss an die beiden Teilschritte der Regeneration werden der Regenerationskreislauf durch Schließung der Ventile V9 und V13 unterbrochen und durch Öffnung der Ventile V5 und V7 wird in der Adsorptionskammer 5 der Verfahrensschritt „Druckaufbau” eingeleitet. Die Dauer dieses Schrittes kann beispielsweise etwa 4 Minuten betragen. Nachdem diese Schritte beendet sind, wird eine Umschaltung der Vorrichtung 1 vorgenommen, durch welche die beiden Adsorptionskammern 4, 5 ihre Funktionen vertauschen. Nun findet also in der Adsorptionskammer 5 eine etwa 20-minütge „Adsorption” statt, während in der Adsorptionskammer 4 zunächst eine „warme Regeneration” (etwa 14 Minuten; Erhitzer 19 eingeschaltet), anschließend eine „kalte Regeneration” (etwa 2 Minuten; Erhitzer 19 ausgeschaltet) und schließlich ein etwa 4 Minuten andauernder „Druckaufbau” stattfindet. Nachdem diese Schritte beendet sind, wird wiederum eine Umschaltung der Vorrichtung 1 vorgenommen, durch welche die beiden Adsorptionskammern 4, 5 erneut ihre Funktionen vertauschen.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Gaseinlass
3: Gasauslass
4, 5: Adsorptionskammer
6: Verdichter
7: Wärmetauscher
8, 9: Abscheider
10: Kondensatablass
11: Vorfilter
12, 18: Drosselscheibe
13: Wärmetauscher
14: Motor
16: Nachfilter
17: Entspannungsventil
19: Erhitzer
L1 L17: Leitung
V1–V13: Ventil
D1, D2: Drossel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0382937 A1 [0010, 0011, 0011]
WO 02/05931 A1 [0010, 0012]
DE 102010011347 A1 [0013, 0014]
DE 102006023161 A1 [0013, 0015]

Claims

1, Vorrichtung zum Trocknen von Gasen, insbesondere zum Trocknen von Erdgas, umfassend: – einen Gaseinlass (2) zum Einströmen von feuchtem Gas in die Vorrichtung (1), – einen Gasauslass (3) zum Ausströmen von getrocknetem Gas aus der Vorrichtung (1), – wenigstens zwei Adsorptionskammern (4, 5) zur Aufnahme von Trockenmittel, – eine Einlassleitung (L1) zur Verbindung des Gaseinlasses (2) mit den Adsorptionskammern (4, 5), – eine Auslassleitung (L14) zur Verbindung des Gasauslasses (3) mit den Adsorptionskammern (4, 5), und – wenigstens eine Regenerationsleitung (L15, L11) zur Rückleitung von trockenem Gas aus der Auslassleitung (L14) durch wenigstens eine der Adsorptionskammern (4, 5) in die Einlassleitung (L1), gekennzeichnet durch wenigstens eine Kühlleitung (L3) zur Einleitung von feuchtem Gas aus der Einlassleitung (L1) in eine der Regenerationsleitungen (L15, L11).

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlleitung (L3) eine Drossel (D2) aufweist.

Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Verdichter (6), einen Wärmetauscher (7), und/oder einen Abscheider (8), der in Strömungsrichtung des feuchten Gases zwischen dem Gaseinlass (2) und den Adsorptionskammern (4, 5) angeordnet ist.

Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlleitung (L3) in Strömungsrichtung des feuchten Gases hinter dem Verdichter (6), dem Wärmetauscher (7), und/oder dem Abscheider (8) mit der Einlassleitung (L1) verbunden ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlleitung (L3) in Strömungsrichtung des Regenerationsgases hinter der regenerierenden Adsorptionskammer (4, 5) mit der Regenerationsleitung (L11) verbunden ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Erhitzer (19) zum Aufheizen des Regenerationsgases.

Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Erhitzer (19) in Strömungsrichtung des Regenerationsgases vor der regenerierenden Adsorptionskammer (4, 5) an der Regenerationsleitung (L15) angeordnet ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher (13) zum Kühlen des Regenerationsgases.

Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (13) in Strömungsrichtung des Regenerationsgases hinter der regenerierenden Adsorptionskammer (4, 5) an der Regenerationsleitung (L11) angeordnet ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Vorfilter (11) zur Reinigung des in die Vorrichtung (1) einströmenden feuchten Gases und/oder einen Nachfilter (16) zur Reinigung des aus der Vorrichtung (1) ausströmenden trockenen Gases.

Verfahren zum Trocknen von Gasen, insbesondere zum Trocknen von Erdgas, mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend die folgenden Schritte: a) Adsorbieren von Feuchtigkeit aus dem Gas durch Trockenmittel in der ersten Adsorptionskammer (4), b) Regenerieren des Trockenmittels in der zweiten Adsorptionskammer (5), und c) Druckaufbau in der zweiten Adsorptionskammer (5), wobei Schritt a) gleichzeitig mit Schritt b) oder Schritt c) stattfindet, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilstrom des feuchten Gases vor dessen Eintritt in die adsorbierende Adsorptionskammer (4) durch eine Kühlleitung (L3) in den aus der regenerierenden Adsorptionskammer (5) austretenden Regenerationsgasstrom eingeleitet wird.

Verfahren nach Anspruch 11, umfassend ferner die folgenden Schritte: d) Adsorbieren von Feuchtigkeit aus dem Gas durch Trockenmittel in der zweiten Adsorptionskammer (5), e) Regenerieren des Trockenmittels in der ersten Adsorptionskammer (4), und f) Druckaufbau in der ersten Adsorptionskammer (4), wobei Schritt d) gleichzeitig mit Schritt e) oder Schritt f) stattfindet.

Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom in der Kühlleitung (L3) gedrosselt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Vorrichtung (1) einströmende feuchte Gas vor Eintritt in die adsorbierende Adsorptionskammer (4, 5) verdichtet und/oder gekühlt und/oder vorgetrocknet wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Regenerationsstrom vor Eintritt in die regenerierende Adsorptionskammer (4, 5) aufgeheizt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Regenerationsstrom nach Austritt aus der regenerierenden Adsorptionskammer (4, 5) gekühlt wird.