-
Verfahren zum Abtauen einer Einrichtung zur Kühlung von Gasen zwecks
Ausscheidung von Fremdkomponenten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtauen
einer Einrichtung zur Kühlung von Gasen zwecks Ausscheidung von Fremdkomponenten
unter Verwendung zweier abwechselnd kalt und warm geblasener, Festabscheidung herbeiführender
Kühler, sowie eines Vorkühlers zur Verflüssigung von schon bei höheren Temperaturen
ausfallenden Komponenten.
-
Es sind bereits Einrichtungen der erwähnten Art bekannt, welche entweder
unter Verwendung von Naßluftkühlern oder von Bündelrohr-Wärmeaustauschern arbeiten,
die mit Sole oder verdampfendem Kältemittel beschickt sind. Naßluftkühler sind baulich
sehr aufwendig, teuer in derAnschaffung und stellen hohe Anforderungen bezüglich
Wartung und Betrieb. Mit Solekühlung oder direkter Kältemittelverdampfung arbeitende
Bündelrohr-Wärmeaustauscher sind in dieser Hinsicht günstiger.
-
Sofern zu den durch Kondensation auszuscheidenden Fremdkomponenten
Wasserdampf gehört, können sie jedoch nur periodisch betrieben werden.
-
Infolge der für einen niedrigen Restgehalt ankondensierbaren Komponenten
im Abgas erforderlichen tiefen Temperatur scheidet sich der Wasserdampf nämlich
in Form von Reif ab, der periodisch entfernt werden muß. Da das abzukühlende Gas
in der Regel jedoch kontinuierlich anfällt, ist es nicht möglich, die Anlage stillzusetzen,
um den Reif abzutauen. Es müssen vielmehr zwei Kühler vorgesehen werden, die abwechselnd
betrieben werden. Dabei ist es üblich, das abzukühlende Gas zuerst durch den abzutauenden
Gaskühler zu leiten, der sich dabei erwärmt, so daß die auf den Rohren befindliche
keifschicht schmilzt.
-
Infolge seines Wärmespeichervermögens erreicht nach dem Umschalten
der neu in Betrieb genommene Kühler seine normale Betriebstemperatur erst allmählich,
ebenso wie der abgeschaltete Kühler erst allmählich warm wird. Zu irgendeinem Zeitpunkt
nach der erfolgten Umschaltung ist die Temperatur der Rohroberfläche in beiden Kühlern
gleich, jedoch höher als bei normalem Betrieb. Bei jedem Umschaltvorgang steigt
daher die Temperatur des den Kühler verlassenden Gases an, ebenfalls der Restgehalt
an zu kondensierenden Gasen bzw. Dämpfen. Das ist ein erheblicher Nachteil solcher
Anlagen. Zur Verringerung dieses Nachteils ist man auch schon so vorgegangen, daß
den beiden umschaltbaren Kühlern für Festabscheidung der bei tiefen Temperaturen
ausfallenden Komponenten ein gemeinsamer, an sich bekannter Vorkühler zur Verflüssigung
von schon bei höheren Temperaturen ausfallenden Komponenten vorgeschaltet wurde.
Hierbei wird bereits der größte Teil der zu kondensierenden Komponenten ausgeschieden.
In der zweiten Stufe wird dann das Gasgemisch auf die dem gewünschten Restgehalt
an Komponenten entsprechende Sättigungstemperatur abgekühlt.
-
Die Kühler werden zweckmäßig als stehende Behälter mit eingebautem
Verdrängungszylinder und mehreren zwischen Behälterwandung und Verdrängerzylinder
angeordneten schraubenförmig parallel gewundenen als Kältemittelverdampfer dienenden
Rohren ausgebildet, wobei die Zwischenräume zwischen den Rohren einen schraubenförmig
gewundenen Kanal für das abzukühlende Gas bilden.
-
Durch diese Bauart wird eine zur Erzielung einer guten Wärmeübergangszahl
ausreichend hohe Gasgeschwindigkeit erreicht.
-
Das Abtauen der Kühler kann zwar bei Vorabscheidung der Hauptmenge
an Kondensaten in verhältnismäßig großen Zeitabständen erfolgen, aber es war bisher
mit dem Abtauen entsprechend der Wärmekapazität der Kühler immer noch ein Temperaturanstieg
des Abgases und damit eine Erhöhung des Restgehalts an zu kondensierenden Bestandteilen
verbunden.
-
Ziel der Erfindung ist die Beseitigung dieses Nachteils, die dadurch
erreicht wird, daß durch den jeweils nicht in Betrieb befindlichen Kühler zunächst
Warmluft
bis zum Ab schmelzen der abgeschiedenen Fremdkomponenten und anschließend das aus
dem jeweils in Betrieb befindlichen Kühler austretende kalte Gas geleitet wird.
-
Das kalte Gas wird dabei zwar wieder etwas angewärmt, doch hat diese
Anwärmung keinen Einfluß mehr auf den Restgehalt an zu kondensierenden Bestandteilen,
da diese schon vorher in dem gewünschten Maße ausgeschieden waren. In vielen Fällen
ist eine Anwärmung für die weitere Verwendung des gereinigten Gases ohnedies notwendig
und deshalb erwünscht.
-
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann auch so verfahren
werden, daß durch den jeweils nicht in Betrieb befindlichen Kühler zunächst das
zu kühlende Gas vor seinem Eintritt in den Vorkühler bis zur Beendigung des Abschmelzens
der abgeschiedenen Fremdkomponenten und anschließend das aus dem jeweils in Betrieb
befindlichen Kühler austretende kalte Gas geleitet wird.
-
Diese Ausführungsform hat vor allem dann Bedeutung, wenn die Zumischung
von Fremdluft zu dem zu reinigenden Gas unerwünscht ist.
-
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt die Umschaltung
der Gaswege über die einzelnen Kühler durch automatische Programmsteuerung. Ein
Bedienungsaufwand für die Anlage wird dadurch praktisch überflüssig. Im Rahmen einer
Automatisierung der Betriebe hat diese Maßnahme daher besondere Bedeutung.
-
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens soll nun
im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 3 beschrieben werden. Es zeigt Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel
einer Anlage zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung
und im Schnitt, wobei die Gasführung so gerichtet ist, daß einer der beiden Nachkühler
abgetaut wird, Fig. 2 die Anlage von Fig. 1, wobei die Gasführung so gerichtet ist,
daß eine Kühlung des gerade abgetauten Nachkühlers erfolgt, Fig. 3 die Anlage von
Fig. 1 und 2, wobei die Gasführung so gerichtet ist, daß der andere Nachkühler abgetaut
wird.
-
Die in Fig. 1 gezeigte Anlage umfaßt drei Gaskühler 13, 14 und 15,
wobei 13 als Vorkühler, 14 und 15 als Nachkühler benutzt werden. Uber nicht dargestellte
Leitungen und Absperrventile sind die Gaskühler 13, 14 und 15 an eine ebenfalls
nicht dargestellte Kältemaschine angeschlossen. Die Absperrventile in den Verbindungsleitungen
zwischen Gaskühler 15 und Kältemaschine seien geschlossen. Dieser Kühler sei also
nicht in Betrieb.
-
Das abzukühlende Gas tritt durch eine Leitung 16 in den Gaskühler
13 ein und wird darin nur so weit abgekühlt, daß die auszuscheidenden Fremdkomponenten
ausschließlich in flüssiger Form anfallen und durch eine als Siphon ausgebildete
Leitung 17 abgeführt werden können. Dies wird dadurch erreicht, daß die Verdampfungstemperatur
des durch die Rohrschlangen des Kühlers strömenden Kältemittels durch geeignete,
nicht dargestellte Mittel, z. B. einen Saugdruckregler, auf einem entsprechend hohen
Wert gehalten wird. Durch eine Leitung 18, einen Vierwegehahn 20 und eine Leitung
21 strömt das vorgekühlte Gas in den Gaskühler 14, in welchem es bis auf seine endgültige
Temperatur abgekühlt wird. Der Rest der noch auszuscheidenden
Komponenten setzt sich
dabei auf der Oberfläche der von verdampfendem Kältemittel durchströmten Rohrschlangen
des Gaskühlers 14 in fester Form ab.
-
Das abgekühlte Gas wird aus dem Gaskühler 14 über Leitungen 22 und
23, einen Dreiwegehahn 24 und eine Leitung 25 von einem Gebläse 26 angesaugt und
durch eine Leitung 27 ins Freie oder zu einer Verbraucherstelle gefördert.
-
Der nicht in Betrieb befindliche Gaskühler 15 ist über Leitungen
28 und 23, das Dreiwegeventil 24 und die Leitung 25 ebenfalls an die Saugseite des
Gebläses 26 angeschlossen. Durch eine Leitung 29, ein Dreiwegeventil 30, gegebenenfalls
über eine Heizvorrichtung 31, Leitungen 32 und 33, den Vierwegehahn 20 und eine
Leitung 34 wird Umgebungsluft in den Gaskühler 15 hineingesaugt und durchströmt
diesen. Dabei wird der Gaskühler erwärmt, die auf seinen Rohrschlangen abgeschiedenen
festen Bestandteile schmelzen und können durch eine als Siphon ausgebildete Leitung
35 abgeführt werden.
-
Wenn alle im Gaskühler 15 abgeschiedenen festen Bestandteile geschmolzen
sind, werden die Dreiwegehähne 24 und 30 in die in Fig. 2 eingezeichnete Stellung
gebracht. Nun strömt das im Gaskühler 14 abgekühlte Gas durch die Leitungen 22 und
28 in den Gaskühler 15, durchläuft diesen, kühlt ihn dabei wieder ab und wird über
die Leitung 34, den Vierwegehahn 20, die Leitung 33, den Dreiwegehahn 24 und die
Leitung 25 von dem Gebläse 26 abgesaugt.
-
Damit sich nach erfolgter Umschaltung der Dreiwegehähne 24 und 30
die durch die Anlage gesaugte Gasmenge nicht ändert, wird außerdem durch die Leitung
29, das Dreiwegeventil 30, ein Regulierventil 36, den Dreiwegehahn 24 und die Leitung
25 die gleiche Menge Umgebungsluft angesaugt wie bei der vorherbeschriebenen Einstellung
der Dreiwegehähne 24 und 30. Das Regulierventil 36 wird dabei so eingestellt, daß
in ihm der gleiche Druckabfall entsteht wie im Gaskühler 15, wenn die Umgebungsluft
durch diesen strömt.
-
Wenn an den Rohrschlangen des Gaskühlers 14 so viel feste Bestandteile
abgeschieden sind, daß diese durch Erwärmung des Kühlers entfernt werden müssen,
werden die Rohrschlangen des Gaskühlers 15 durch Öffnen von nicht dargestellten
Absperrventilen in den Verbindungsleitungen zu der ebenfalls nicht dargestellten
Kältemaschine an den Kältemittelkreislauf angeschlossen.
-
Wenn der Gaskühler 15 so weit vorgekühlt ist, daß die Temperatur
des Gases nach Verlassen des Gaskühlers 15, d. h. in der Leitung 34, nicht mehr
höher ist als beim Austritt aus dem Gaskühler 14, d. h. in der Leitung 22, wird
der Gaskühler 14 durch Schließen der Absperrventile in den Verbindungsleitungen
zur Kältemaschine vom Kältemittelkreislauf getrennt und damit außer Betrieb genommen.
Anschließend werden der Vierwegehahn 20 sowie die Dreiwegehähne 24 und 30 in die
in Fig. 3 eingezeichnete Stellung gebracht. Das abzukühlende Gas strömt nun vom
Gaskühler 13 in den Gaskühler 15 und wird in diesem auf seine endgültige Temperatur
abgekühlt, während die Umgebungsluft durch den Gaskühler 14 strömt und diesen erwärmt,
wobei die darin abgeschiedenen festen Bestandteile geschmolzen und durch eine als
Siphon ausgebildete Leitung 37 abgeführt werden können. Die weiteren Umschaltvorgänge
erfolgen dann sinngemäß wie vorstehend beschrieben.
-
Die Überwachung aller Vorgänge erfolgt durch Beobachtung von Thermometern
38, 39, 40 und 41, die an geeigneter Stelle in die Leitungen 21, 22, 28 und 34 eingebaut
sind. Selbstverständlich wird bei der geschilderten Betriebsweise das Gas auch während
des Umschaltvorganges von dem Nachkühler 14 auf den Nachkühler 15 und umgekehrt
bis auf diejenige Temperatur abgekühlt, die für die Abscheidung der kondensierbaren
Komponenten des abzukühlenden Gases je nach dem gewünschten Restgehalt erforderlich
ist. Es treten also auch während des Umschaltvorganges keine größeren Verluste an
kondensierbaren Komponenten des Gases auf.
-
Die Erfindung kann verschiedene Ausgestaltungen und Abänderungen
erfahren.
-
So können beispielsweise statt der Kühler 14 und 15 auch an sich
bekannte Adsorber verwendet werden. Ferner kann die in die nicht in Betrieb befindlichen
Kühler 14 bzw. 15 eintretende Fremdluft anstatt durch die Heizeinrichtung 31 auch
durch Wärmeaustausch mit dem abzukühlenden Gas vorgewärmt werden.
-
Nach einer anderen Ausführungsart der Erfindung kann zunächst an
Stelle von Fremdluft das abzukühlende Gas vor seinem Eintritt in den Vorkühler 13
zum Ab schmelzen der abgeschiedenen Fremdkomponenten durch den gerade nicht in Betrieb
befindlichen Kühler 14 bzw. 15 geleitet werden, bevor dieser anschließend zur Vorkühlung
mit dem aus dem jeweils in Betrieb befindlichen Kühler austretenden kalten Gas beschickt
wird.