EP-4736985-A1 - APPARATUS FOR GASEOUS PROCESS FLUIDS WITH HEAT EXCHANGER AND COALESCING FILTER

Abstract

2. Vorrichtung zur Behandlung von gashaltigen oder gasförmigen Prozessfluiden, die nach ihrer Verdichtung einer Wärmetauscheinrichtung, wie einer Kühleinrichtung (10), zugeführt werden, die das jeweilige Prozessfluid zumindest teilweise in eine flüssige Phase überführt und mit einer sich in Strömungsrichtung des Fluids gesehen anschließenden Abscheideeinrichtung (12), die die flüssige Phase aus dem Prozessfluid derart entfernt, dass eine gasförmige Phase verbleibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscheinrichtung (10) und die Abscheideeinrichtung (12) gemeinsam in einem Vorrichtungsgehäuse (14) in der Art eines Druckbehälters angeordnet sind, das voneinander getrennte Anschlussstellen aufweist für die - Zufuhr (16) des gashaltigen Prozessfluids, - Abfuhr (18) der gasförmigen Phase, - Abfuhr (20) der flüssigen Phase sowie - Zu- und Abfuhr (22) eines Wärmetauschmediums für die Wärmetauscheinrichtung.

Inventors

• SCHMITZ, ANDREAS
• SCHÖNEBERGER, Alex Manfred
• Kögel, Michael
• Graw, Anselm Tobias

Assignees

• FUNKE Wärmeaustauscher Apparatebau GmbH
• Hydac Filtertechnik GmbH

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20251023

Claims (17)

1. Vorrichtung zur Behandlung von gashaltigen oder gasförmigen Prozessfluiden, die nach ihrer Verdichtung einer Wärmetauscheinrichtung, wie einer Kühleinrichtung (10), zugeführt werden, die das jeweilige Prozessfluid zumindest teilweise in eine flüssige Phase überführt und mit einer sich in Strömungsrichtung des Fluids gesehen anschließenden Abscheideeinrichtung (12), die die flüssige Phase aus dem Prozessfluid derart entfernt, dass eine gasförmige Phase verbleibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscheinrichtung (10) und die Abscheideeinrichtung (12) gemeinsam in einem Vorrichtungsgehäuse (14) in der Art eines Druckbehälters angeordnet sind, das voneinander getrennte Anschlussstellen aufweist für die - Zufuhr (16) des gashaltigen Prozessfluids, - Abfuhr (18) der gasförmigen Phase, - Abfuhr (20) der flüssigen Phase sowie - Zu- und Abfuhr (22) eines Wärmetauschmediums für die Wärmetauscheinrichtung.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscheinrichtung als Kühleinrichtung (10) konzipiert ist, deren jeweiliger Kühlkörper (26) von einem Kühlmittel als dem Wärmetauschmedium durchströmt ist, das über die Zu- und Abfuhr (22) im Vorrichtungsgehäuse (14) ein- und ausbringbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Kühlkörper (26) im Zufuhrbereich des Prozessfluides liegt, das über die Anschlussstelle (16) in Form eines Einganges in das Vorrichtungsgehäuse (14) einbringbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheideeinrichtung (12) mindestens eine, vorzugsweise zwei Abscheidestufen (36, 38) aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Abscheidestufe (36) aus einem Demister (40) und die in Strömungsrichtung des Fluids gesehen nachfolgende Abscheidestufe (38) ein Koaleszer (42) ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Koaleszer (42) eine Vielzahl von einzelnen Koaleszerelementen (44) aufweist, die sich mit ihren Längsachsen parallel zueinander verlaufend zwischen zwei Aufnahmeplatten (58, 60) erstrecken, von denen die eine Aufnahmeplatte (58) den fußseitigen Bereich und die andere Aufnahmeplatte (60) den kopfseitigen Bereich der Koaleszerelemente (44) derart aufnimmt, dass die Koaleszerelemente (44) von innen nach außen mit Prozessfluid durchströmbar sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die eine fußseitige Aufnahmeplatte (58) eine Vielzahl von Durchlassöffnungen (62) aufweist, die mit hülsenförmigen Schiebeführungen (64) versehen sind, auf denen jeweils zuordenbar eine Dichteinrichtung (70) eines Koaleszerelementes (44) verschiebbar geführt ist, die Teil einer fußseitigen Endkappe (54) dieses Koaleszerelementes (44) ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die andere kopfseitige Aufnahmeplatte (60) mit Ausnehmungen (90) versehen ist, die jeweils koaxial zu einer gegenüberliegend angeordneten Durchlassöffnung (62) in der einen fußseitigen Aufnahmeplatte (58) verlaufen und die dem zumindest teilweisen Durchgriff einer geschlossen ausgeführten, kopfseitigen Endkappe (56) eines jeden Koaleszerelementes (44) dienen.
9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fußseitige Aufnahmeplatte (58) als Festlager im Innern (32) des Vorrichtungsgehäuses (14) ausgebildet ist und dass die kopfseitige Aufnahmeplatte (60) als Loslager im Innern (32) des Vorrichtungsgehäuses (14) längsverschiebbar geführt ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über ein Koppelstück (94) zwischen einer stirnseitigen Flanschplatte (30) des Vorrichtungsgehäuses (14) und der längsverschiebbaren kopfseitigen Aufnahmeplatte (60) mit zunehmendem Festlegen dieser Flanschplatte (30) am Vorrichtungsgehäuse (14) eine hierüber ausgeübte Festlegekraft über das Koppelteil (94) auf die kopfseitige Aufnahmeplatte (60) ausgeübt ist, die die Koaleszerelemente (44) gleichzeitig mit ihrer jeweiligen fußseitigen Endkappe (54) auf der Schiebeführung (64) der fußseitigen Aufnahmeplatte (58) zumindest in radialer Position halten.
11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Demister (40) sich mit seinem tropfen- und/oder aerosolabscheidenden Wirkmedium (100) an einer Anlageplatte (102) mit Fluid-Durchlassstellen abstützt, die im Innern (32) des Vorrichtungsgehäuses (14) stationär angeordnet ist und die der fußseitigen, stationär im Innern (32) des Ventilgehäuses (14) angeordneten Aufnahmeplatte des Koaleszers (44) benachbart gegenüberliegt.
12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wirkmedium (100) des Demisters (40) ein Gestrick, Gewirk oder Gewebe aufweist, das sich mit seiner einen Seite, vorzugsweise vollflächig, an der stationären Anlageplatte (102) abstützt, die einzelne Durchgriffselemente aufweist, insbesondere in Form von vorstehenden Durchgriffsstäben (104), die das Wirkmedium (100) durchgreifen und die auf ihrer jeweils freien Seite mit einzelnen Halteelementen (106) versehen auf die freie Oberseite Weise des Wirkmediums (100) in festlegender Weise einwirken.
13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscheinrichtung und die Abscheideeinrichtung (12) das Vorrichtungsgehäuse (14) in zwei Funktionsbereiche (46, 48) unterteilen, von denen jeder mindestens einen Ablauf, vorzugsweise bodenseitig im Vorrichtungsgehäuse (14) angeordnet, als weitere Anschlussstelle (20) im Vorrichtungsgehäuse (14) zur Abfuhr einer flüssigen Phase aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsbereich (48) mit der Abscheideeinrichtung (12), vorzugsweise im Bereich des Koaleszers (42), die zusätzliche Anschlussstelle (18), vorzugsweise im deckenseitigen Bereich des Vorrichtungsgehäuses (14) angeordnet, für die Abfuhr der gasförmigen Phase aufweist.
15. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das als Druckbehälter konzipierte Vorrichtungsgehäuse (14) mit seinen beiden Funktionsbereichen (46, 48) im Betrieb eine liegende, horizontale Ausrichtung einnimmt und dass sowohl der Demister (40) als auch der Koaleszer (42) als zylindrische, koaxial zueinander angeordnete Funktionseinheiten zumindest teilweise bündig in Hintereinanderanordnung unter Einhalten eines vorgebbaren Abstandes im hohlzylindrischen Vorrichtungsgehäuse (14) aufgenommen sind.
16. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Demister (40) eine Abtrennung größerer Tropfen, vorzugsweise größer als 5 µm, als Teil der flüssigen Phase ermöglicht und bevorzugt dabei einen Flüssigkeitsdurchbruch in Richtung des Koaleszers (42) verhindert.
17. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Koaleszer (42), insbesondere der Abscheidung von feinsten Aerosolen, vorzugsweise mit einer Tröpfchengröße kleiner 5 µm, als Teil der flüssigen Phase dient.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von gashaltigen oder gasförmigen Prozessfluiden, die nach ihrer Verdichtung einer Wärmetauscheinrichtung, wie einer Kühleinrichtung, zugeführt werden, die das jeweilige Prozessfluid zumindest teilweise in eine flüssige Phase überführt und mit einer sich in Strömungsrichtung des Fluids gesehen anschließenden Abscheideeinrichtung, die die flüssige Phase aus dem Prozessfluid derart entfernt, dass eine gasförmige Phase verbleibt. Durch DE 10 2018 004 096 A1 ist eine Phasentrennvorrichtung bekannt, mit einem zumindest ein Koaleszenzelement aufnehmenden Vorrichtungsgehäuse, zumindest bestehend aus einem Einlass für die Zufuhr einer Emulsion, die das jeweilige Koaleszenzelement zum Auftrennen in mindestens zwei seiner Bestandteile durchströmt,einem Auslass für einen abgetrennten Bestandteil, undeinem weiteren Auslass für einen weiteren abgetrennten Bestandteil, der mit einer geringeren Dichte gegenüber dem einen Bestandteil auf diesem aufschwimmt. Dadurch ist im gleichen Vorrichtungsgehäuse eine Kombination aus Koaleszenz- und Schwerkraftabscheider realisiert, so dass neben einer hohen Effizienz der Abscheiderate, die aufgetrennten Bestandteile vollständig voneinander entmischt austragbar sind. Durch DE 10 2014 012 094 A1 ist eine Vorrichtung zur Behandlung von gashaltigen Prozessfluiden respektive Fluidgemischen bekannt, die Gase, wie insbesondere Wasserstoff, Luft, Stickstoff oder Erdgas, sowie Flüssigkeiten, wie insbesondere ionische Flüssigkeiten, Hydrauliköle oder Prozesswässer, enthalten, mit mindestens einer ersten Abscheidestufe zum Auftrennen des Prozessfluides in eine flüssige und eine gasförmige Phase, die mit einem verbleibenden Flüssigkeitsanteil versetzt respektive verunreinigt ist, der in mindestens einer weiteren Abscheidestufe aus dem Prozessgas abschließend entfernt wird. Wasserstoff wird in neuerer Zeit zusehends an Tankstellen für wasserstoffbetriebene Fahrzeuge mit hohem Druck von ca. 700 bar bis 1000 bar für eine Tankentnahme bereitgehalten. Mit Vorteil werden zur Verdichtung des Wasserstoffgases sogenannte lonenverdichter eingesetzt, wobei es sich um einen Verdichter ähnlich einem Kolbenverdichter handelt, der jedoch anstelle eines Kolbens eine ionische Flüssigkeitssäule für die Verdichtung nutzt. Die als Verdrängerelement wirkende Flüssigkeit hat gegenüber einem Verdrängerkolben den Vorteil, dass sie die entstehende Wärme besser ableiten kann, da sie zu einem gewissen Anteil mit dem komprimierten Gas aus dem Verdichter gefördert wird. Bei den ionischen Flüssigkeiten handelt es sich bekanntermaßen um organische Salze, die bei Temperaturen unter 100°C flüssig sind, ohne dass das Salz dabei in einem Lösungsmittel, wie Wasser, gelöst ist. Bei dem hohen Druckniveau kommt es beim Betrieb der ionischen Verdichter zu einem Eintrag von Flüssigkeitsanteilen in Form einer flüssigen Phase in deren gasförmige Phase. Dieser Eintrag wird fachsprachlich auch als Verschleppung bezeichnet und macht grundsätzlich eine weitere Behandlung des gashaltigen Prozessfluides erforderlich. Dadurch, dass gemäß der vorstehend genannten, bekannten Vorrichtungslösung der Trennvorgang in mehreren Stufen stattfindet, lässt sich nach Durchführen eines ersten Trennvorganges, in einer zweiten Abscheidestufe eine weitere Feinabtrennung durchführen, so dass ein betreffender Flüssigkeitsanteil, wie ionische Flüssigkeit, in für die Verwendung erforderlicher Reinheit wieder für die Verdichtung zur Verfügung steht und die hierbei erhaltene gasförmige Phase als Endprodukt frei von dieser flüssigen Phase respektive diesem Flüssigkeitsanteil ist. Neben solchen lonenverdichtern sind wie bereits erwähnt auch Kolbenkompressoren im Einsatz und vergleichbar zu diesen Schraubenkompressoren sowie Membrankompressoren, die jeweils auch mehrstufig ausgelegt sein können. Anschließend wird das seitens des jeweiligen Kompressors erhaltene komprimierte, gashaltige Prozessfluid einer Wärmetausch- oder Kühleinrichtung zugeführt. Dabei geht die jeweilige gasförmige Phase des Prozessfluides, insbesondere diejenige mit dem niedrigsten Siedepunkt, unmittelbar in die flüssige Phase über, die unter Einsatz einer zusätzlichen, in Fluidströmungsrichtung gesehen nachfolgenden Abscheideeinrichtung unter Verwendung eines Demisters und eines sich anschließenden Koaleszers vom Prozessfluid abgetrennt und dergestalt von der gasförmigen Phase in Form eines Prozessgases separiert wird. Dabei erfolgt in der Praxis regelmä-ßig die Kühlung in einem eigenständigen Druckbehälter, der von der eigentlichen Flüssigkeitsabtrennung in einem weiteren Druckbehälter räumlich getrennt ist. Der Einsatz von zwei Druckbehältern benötigt regelmäßig viel Bau- oder Aufstellraum und generiert entsprechend hohe Kosten. Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde unter Beibehalten der Vorteile der bekannten Lösungen, nämlich unter anderem eine gute Phasenauftrennung zwischen flüssigen und gasförmigen