DE68901651T2

DE68901651T2 - Vorrichtung zum trocknen von gas.

Info

Publication number: DE68901651T2
Application number: DE8989400153T
Authority: DE
Inventors: Pierre Trepaud
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-01-21
Filing date: 1989-01-19
Publication date: 1992-12-24
Anticipated expiration: 2009-01-20
Also published as: EP0325536A1; FR2626195A1; ATE76775T1; US4919695A; EP0325536B1; DE68901651D1; ES2031692T3; GR3005084T3

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Trocknen von Gas, insbesondere von Druckluft.
Die Umgebungsluft enthält Wasserdampf, der so lange in gasförmigem Zustand verbleibt, wie sein Partialdruck kleiner ist als der Sättigungsdruck, wobei der letztere nur von der Temperatur abhängt. Bei industriellen Anlagen benötigt man oft Druckluft oder Luft unter Normaldruck, deren Wasserdampfgehalt klein ist. Hierzu wird die Luft in einer Trokkenvorrichtung oder einem Lufttrockner behandelt, wobei man die an Wasserdampf reiche Luft in Kontakt mit einem adsorbierenden Material bringt, welches die Eigenschaft hat, daß es Wasser zurückhält.
Hierzu wird das adsorbierende Material, das z.B. ein Siliciumoxid-Gel oder ein Aluminiumoxid-Gel oder auch ein Aktivkohlematerial sein kann, in einem Adsorber angeordnet, durch welchen man die Luft bewegt, der die Feuchtigkeit entzogen werden soll. Auf dem Weg durch das Innere des Behälters verliert die Luft den in ihr enthaltenen Wasserdampf in dem Maße, in dem letzterer auf dem adsorbierenden Material gebunden wird, ohne daß er chemisch mit diesem reagiert.
Je mehr zu trocknende Luft den Adsorber durchsetzt hat, umso mehr wird das adsorbierende Material mit Wasser beladen und wird gesättigt, und zwar zunächst in demjenigen Bereich, bei welchem die Luft eintritt, und dann bewegt sich diese Sättigungszone immer näher und näher an die Stelle heran, bei welcher die Luft austritt.
Nachdem ein bestimmtes Luftvolumen behandelt worden ist, muß das adsorbierende Material regeneriert werden, d.h. es muß einer Behandlung unterzogen werden, um das eingeschlossene Wasser wegzuschaffen. Diese Regenerationsbehandlung kann nach verschiedenen Verfahren durchgeführt werden, und eines dieser Verfahren besteht darin, daß man das adsorbierende Material auf eine so hohe Temperatur aufheizt, daß sein Adsorptionsvermögen praktisch Null ist, so daß das Wasser das adsorbierende Material verläßt. Es reicht also aus, ein gasförmiges Medium durchzuleiten, welches einen Regenerationsstrom bildet, um das nicht mehr durch das adsorbierende Material zurückgehaltene Wasser abzuführen.
Um ein derartiges Verfahren in einer industriellen Vorrichtung zu realisieren, die Druckluft mit einem vorgegebenen Feuchtigkeitsgehalt pro Einheitsvolumen abgibt, muß man zwei identische Adsorber bereitstellen, die ein adsorbierendes Material enthalten und durch Leitungen mit einem Einlaß und einem Auslaß der Trockenvorrichtung verbunden sind, derart, daß man die Adsorber alternierend zum Trocknen von Druckluft oder zum Regenerieren des adsorbierenden Materiales betreiben kann. Eine derartige Trockenvorrichtung enthält ferner eine Heizeinrichtung für das adsorbierende Material.
Die derzeit verfügbaren nach dem Adsorptionsprinzip arbeitenden Trockner verwenden zwei unterschiedliche Verfahren zum Regenerieren des adsorbierenden Materiales, die sich in dem gasförmigen Medium unterscheiden, welches als Regenerationsstrom verwendet wird, um Wasser aus dem adsorbierenden Material herauszubringen. (Siehe hierzu "Techniques de l'ingénieur/Méchanique et chaleur", B. 4230, 8.1985).
Bei dem ersten dieser Verfahren wird als gasförmiges Regenerationsmedium Luft verwendet, die aus dem Druckluftnetz abgezapft wird, und zwar am Ausgang desjenigen Adsorbers, der zum Trocknen dient. Die verwendete elektrische Heizeinrichtung umfaßt normalerweise elektrische Heizwiderstände, die in den Adsorbern angeordnet sind. Die abgezapfte Druckluft ist somit trockene Luft, und aus diesem Grunde ist es von Interesse, nur die kleinstmögliche Menge abzuzweigen.
Bei dem zweiten Verfahren wird als gasförmiges Regenerationsmedium die Umgebungsluft verwendet. Man darf deshalb Umgebungsluft, also feuchte Luft zum Regenerieren des Trokkenmittels verwenden, weil bei hoher Temperatur das Trockenmittel kein Wasser absorbiert. Trotzdem sind die so erhaltenen Taupunkte nicht sehr nieder. Bei den Trocknern, die nach diesem Verfahren arbeiten, wird ein Gebläse verwendet, das Umgebungsluft in den Adsorber drückt, welcher das zu regenerierende adsorbierende Material enthält. Die verwendete Heizeinrichtung ist in der Regel stromab des Gebläses angeordnet und dient somit für beide Adsorber.
Bevor man das adsorbierende Material nach dem Regenerieren wieder verwenden kann, ist es bei diesen beiden Verfahren notwendig, das Adsorbermaterial abzukühlen. Beim ersten Verfahren reicht es aus, die Heizeinrichtung abzuschalten und einen Strom trockener Druckluft aufrechtzuerhalten, der weiterhin am Ausgang der Trockenvorrichtung abgezweigt wird. Bei dem zweiten Verfahren ist es dagegen notwendig, beim Abkühlen des adsorbierenden Materiales ausschließlich trockene Luft zu verwenden. Die letztere wird im allgemeinen am Ausgang der Trockenvorrichtung abgegriffen, damit die Luft nicht Feuchtigkeit in das regenerierte adsorbierende Material hineinträgt. Man kann zum Kühlen auch einen Strom aus Umgebungsluft verwenden, vorausgesetzt, diese wird in der gleichen Richtung bewegt, in der auch die zu trocknende Luft geführt wird, um so sicherzustellen, daß die Austrittsfläche des Trockenmittels nicht mit Wasser aufgeladen wird.
Bei der Vorrichtung zum Umsetzen des ersten vorgenannten Verfahrens kann man nur mit verhältnismäßig kleinen Durchsätzen für den Regenerationsstrom arbeiten, wenn man nicht eine zu große Menge an trockener Druckluft am Ausgang der Vorrichtung abzweigen will. Bei dem Verfahren, bei welchem ein Gebläse verwendet wird, kann man zwar an sich mit verhältnismäßig großen Durchsätzen arbeiten, man benötigt aber eine ziemlich große Energiemenge, da man die Gesamtmenge des Trockenmittels auf maximale Temperatur erhitzen muß.
In der FR-B 1 524 313 ist eine Vorrichtung beschrieben, wie sie im Oberbegriff des Hauptanspruches angegeben ist.
Darüber hinaus wird ein Ausführungsbeispiel vorgeschlagen, bei welchem ein hier nicht interessierendes Ansaugen durch einen Ejektor erfolgt, ferner ein Ausführungsbeispiel (Figur 1), bei welchem ein Ejektor eine Mischung aus Umgebungsluft und komprimierter Luft abgibt. Auf diese Weise kann man den zu regenerierenden Adsorber unter unveränderten Verbrauch an unter Druck stehendem Gas mit einer Gasmischung beaufschlagen, deren Wärmekapazität ausreichend ist, um in den Adsorber diejenige Wärmemenge hineinzutragen, welche zum Regenerieren notwendig ist, ohne daß man diese Gasmischung auf eine so hohe Temperatur aufzuheizen bräuchte, daß dies für das Aufrechterhalten der Qualität des Adsorptionsmittels nachteilig wäre. Um jedoch die Vorrichtung von derjenigen Phase, in welcher das Aufheizen des zu regenerierenden Adsorptionsmittels erfolgt, in die Phase zu bringen, in der das Adsorptionsmittel abgekühlt wird, müssen drei Ventile betätigt werden (9, 12 und 14 in Figur 1), wobei ein Ventil ein kompliziertes Vierwegeventil ist, das umso anfälliger ist, weil es gleichzeitig bei den sehr unterschiedlichen Temperaturen arbeiten muß, welche das erzeugte getrocknete Gas und das zum Regenerieren verwendete erhitzte Gasgemisch haben.
Durch die Erfindung werden diese Nachteile durch eine Vorrichtung ausgeräumt, die unter Beibehaltung derjenigen Vorteile, die darin liegen, daß man nur einen geringen Verbrauch an trockenem Gas für das Regenerieren hat und daß die Temperaturen des trockenen Regeriergases nur klein zu sein brauchen, nunmehr nur noch die Betätigung eines einzigen Ventiles erfordert, um von der Phase des Aufheizens zur Phase der Kühlung überzugehen, wobei dieses einzige Ventil im übrigen ein Einwegventil ist und durch dieses Ventil immer nur Gas unter Raumtemperatur strömt. Die Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist somit verbessert, ihre Steuerung ist vereinfacht, und, obwohl sie weniger kompliziert ist und preiswerter herzustellen ist, gestattet sie das Verhältnis zwischen feuchter Luft und trockenem Gas in der erzeugten Mischung einzustellen und ohne Schwierigkeit die geeigneten Schritte zu ergreifen, um - falls erforderlich - den Taupunkt des Regenerationsgemisches abzusenken.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 aufgeführten Maßnahmen.
Nachdem es sich bei einem Ejektor um eine Maschine ohne bewegte Teile handelt, erhält man durch seine Verwendung eine hervorragende Standfestigkeit der Vorrichtung, was das Regenerieren betrifft. Und da das antreibende Betriebsfluid für den Ejektor vom Auslaß der Vorrichtung her bereitgestellt wird, da mit anderen Worten trockene Druckluft verwendet wird, kann man beim Abkühlen des adsorbierenden Materiales ein Spülen mit trockener Luft durchführen, was sich ganz einfach durchführen läßt, indem man den Umgebungsluft-Einlaß des Ejektors verschließt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beiliegende Figur erläutert die einen Längsschnitt durch einen Adsorptionstrockner für ein gasförmiges Medium zeigt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegende Figur näher beschrieben, die einen vereinfachten Längsschnitt durch einen Adsorptionstrockner für ein gasförmiges Medium zeigt.
Diese Trockenvorrichtung für Luft umfaßt zwei identische Adsorber 1 und 2, die die Form von rotationssymmetrischen Zylindern mit kreisförmigem transversalem Querschnitt haben. Jeder dieser Zylinder ist an seinen Enden durch halbkugelförmige Kalotten verschlossen und ist z.B. vertikal ausgerichtet aufgestellt. Untenliegende Öffnungen 3 und 4 sind durch Leitungen 7 und 8 mit einem Einlaß 9 für zu trocknende Druckluft verbunden. Zwischen einer jeden dieser Öffnungen 3 und 4 sowie dem Einlaß für Druckluft befindet sich in jeder der Leitungen 7 und 8 ein Ventil 10 bzw. 11, wobei diese Ventile dazu dienen, denjenigen Adsorber auszuwählen, in welchem Druckluft getrocknet werden soll. Eine jede der Leitungen 7 und 8 enthält ein Ventil 12 bzw. 13, welches dazu dient, eine Druckentlastung in jedem der Adsorber durchzuführen, und enthält ferner ein Ventil 14 bzw. 15, durch welches beim Regenerieren Luft strömt.
Obenliegende Öffnungen 5 und 6, die durch Gitter 20 und 21 geschützt sind, um ein Entweichen des adsorbierenden Materiales a zu verhindern, welches in jedem der Adsorber enthalten ist, sind durch Leitungen 16 bzw. 17 mit einem Auslaß 33 der Vorrichtung verbunden, an welchem die trockene Druckluft abgegeben wird. Eine jede der Leitungen ist mit einem Rückschlagventil 18 bzw. 19 versehen, welches eine Strömung in der der Richtung zum Auslaß 33 entgegengesetzten Richtung verhindert. Um jedes Entweichen von adsorbierendem Material durch die untenliegenden Öffnungen 3 und 4 zu verhindern, sind letztere durch Gitter 22 bzw. 23 geschützt.
Vom Leitungsknoten, bei welchem sich die Leitungen 5 und 6 und der Auslaß 33 für die trockene Druckluft treffen, geht eine weitere Leitung 24 aus, deren Ende mit einem Einlaßanschluß eines Ejektors 25 verbunden ist, der mit antreibendem Betriebsfluid beaufschlagt wird. Ein Anschluß des Ejektors, der zum Ansaugen von Umgebungsluft dient, wird durch ein Ventil 26 gesteuert. Ein Auslaßanschluß des Ejektors, an dem eine Mischung aus Druckluft und Umgebungsluft abgegeben wird, ist mit einer Leitung 27 verbunden, die zu einem Heizer 28 führt. Letzterer ist außerhalb der Adsorber 1, 2 angeordnet, und sein Ausgang ist einerseits über eine Leitung 29 mit der Leitung 16, andererseits über eine Leitung 30 mit der Leitung 17 verbunden. Die Leitungen 29 und 30 sind mit Rückschlagventilen 31 und 32 versehen, die eine Strömung in derjenigen Strömungsrichtung verhindern, welche von den Rohren 16, 17 zu dem Rohr 27 führt. Die Rückschlagventile 18, 19 sind zwischen demjenigen Punkt, von welchem die Leitung 24 ausgeht, und denjenigen Punkten, von welchem die Leitungen 29, 30 ausgehen, in den Leitungen 16 und 17 vorgesehen.
Die Trockenvorrichtung arbeitet folgendermaßen: Die Druckluft tritt durch den Einlaß 9 ein und verläßt die Vorrichtung durch den Auslaß 33. Bei dem Betriebszustand der Vorrichtung, der in der Figur wiedergegeben ist, wird der Adsorber 1 als Druckluft-Trockner betrieben, während der Adsorber 2 als Regenerator für das adsorbierende Material arbeitet.
Bei diesem Zustand ist das Ventil 10 offen und das Ventil 11 geschlossen, so daß Druckluft in Richtung nach oben durch das im Adsorber 1 enthaltene adsorbierende Material strömt und getrocknet von der Leitung 16 abgegeben ist. Der Adsorber 2 arbeitet in Regeneration. In einer ersten Phase wird der Druck des Adsorbers 2 abgebaut, indem das Ventil 13 geöffnet wird. Hierdurch werden die Rückschlagventile 19 und 31 geschlossen.
Ist der Druckabbau beendet, so wird das Ventil 15 geöffnet, so daß in dieser Regenerationsphase eine größere Luftmenge abströmen kann, und man schließt das zum Druckabbau dienende Ventil 13.
In einer zweiten Phase wird das Ventil 26 geöffnet, so daß der Ejektor 25 eine Luftmenge aus der Umgebung ansaugt, wozu die Entspannung des komprimierten Gases verwendet wird. Die Luftmischung wird so zu dem Adsorber 2 geführt, wie dies in der Figur durch die Pfeile dargestellt ist, und sie durchquert das adsorbierende Material in diesem Adsorber in Abwärtsrichtung, bevor sie nach außen über das Ventil abgegeben wird.
In einer dritten Phase und fast sofort, wird der Heizer 28 in Betrieb genommen, so daß der Regenerationsstrom eine ausreichend große Wärmemenge in das adsorbierende Material hinein trägt, damit dieses das Wasser wieder abgibt, das in es zuvor eingeschlossen wurde.
In einer vierten Phase wird das Ventil 26 geschlossen. Es besteht dann nur noch eine Strömung aus trockener Druckluft, und man setzt die Leistung des Heizers herab, so daß der Adsorber 2 mit vollständig trockener heißer Luft regeneriert wird. Hierdurch wird die Trocknung des in dem oberen Abschnitt des Adsorbers befindlichen adsorbierenden Materiales vervollkommnet.
In einer fünften Phase wird der Heizer 28 abgeschaltet. Die Druckluft, die dann in den Adsorber 2 strömt, ist kalt und bewerkstelligt so die Abkühlung des adsorbierenden Materiales.
In einer sechsten Phase wird das Ventil 15 geschlossen, damit der Adsorber 2 wieder unter Druck gesetzt wird. Ist das Unterdrucksetzen beendet, öffnet man das Ventil 11, wobei das Ventil 10 offengelassen wird, um nun parallel geschaltet durch die beiden Adsorber 1 und 2 zu trocknende Druckluft hindurchzuführen und um auf diese Weise, falls notwendig, die Abkühlung des in dem Adsorber 2 befindlichen adsorbierenden Materiales zu Ende zu bringen, wobei möglicherweise noch heiße Luft auf diese Weise mit der kalten Luft gemischt wird, welche den Adsorber 1 verläßt.
Schließlich wird das Ventil 10 geschlossen, damit der Adsorber 1 in Regeneration betrieben wird und der Adsorber 2 Druckluft trocknet, welche in die Vorrichtung eintritt.
Das Regenerieren des adsorbierenden Materiales, welches sich im Adsorber 1 befindet, wird auf analoge Weise durchgeführt, wie obenstehend für den Adsorber 2 beschrieben.
Das Verfahren bleibt dasselbe, wenn man die Strömungsrichtungen in den Behältern umkehrt, welche das Trocknungsmittel enthalten. Dies bedeutet, daß das Trocknen im Abwärtssinne erfolgt und das Spülen für die Regeneration mit aufsteigender Strömungsrichtung.
Die trockene Druckluft, die durch die in der Zeichnung wiedergegebene Leitung 24 strömt, beträgt im allgemeinen 2 bis 6 Vol.% der Menge, welche durch die Leitung 5 strömt.

Claims

1. Vorrichtung zum Trocknen von Gas, mit zwei Adsorbern (1, 2), die durch Einlaßleitungen (7, 8) und Auslaßleitungen (16, 17) in Parallelschaltung zwischen einem Einlaß (9) und einem Auslaß (33) angeordnet sind, mit einem Ejektor (25), der einen Einlaßanschluß, einen Ansauganschluß und einen mit einem Heizer (28) verbundenen Auslaßanschluß (27) aufweist, und mit Mitteln (29, 30, 31, 32), durch welche wahlweise eine einzige der Auslaßleitungen (17) mit der Auslaßöffnung (27) des Ejektors (25) verbindbar ist, gekennzeichnet durch Mittel (18, 19), durch welche der Ansauganschluß (24) nur mit der anderen (16) der Auslaßleitungen verbindbar ist, und durch ein Ventil (26), das am Ansauganschluß angebracht ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, durch welche der Einlaßanschluß (24) nur mit der anderen (16) der Auslaßleitung verbindbar ist, zwei Rückschlagventil (18, 19) umfassen, die in den Auslaßleitungen (16, 17) so angeordnet sind, daß sie jegliches Strömen von Medium in derjenigen Richtung verhindern, die von dem Einlaßanschluß (24) zu den Auslaßleitungen (16, 17) führt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die dazu dienen, wahlweise nur eine (17) der Auslaßleitungen mit dem Auslaßanschluß (27) zu verbinden, zwei Rückschlagventile (31, 32) aufweisen, die in denjenigen Leitungen (29, 30) angeordnet sind, über welche der Auslaßanschluß (27) mit den Auslaßleitungen (16, 17) verbunden ist, das Ganze derart, daß jegliche Strömung in derjenigen Richtung verhindert wird, die von den Auslaßleitungen (16, 17) zum Auslaßanschluß (27) führt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß die genannten beiden Mittel als die Strömungsverbindung unterbrechende Organe nur Rückschlagventile umfassen.