(57)【要約】  気体混合物から気体を分離するための改良された方法であって、  被処理気体混合物が圧縮機装置(2)によって膜分離器(3)を通過させられ、このとき、圧縮された被処理気体混合物が、特に該気体混合物から凝縮液を分離するために、圧縮機装置(2)内で冷却され、そのあと、該混合物が、圧縮機装置(2)を出て行くとき、再加熱されてから、膜分離器(3)に到達するような方法において、  前記被処理気体混合物が圧縮機装置(2)を出て行くときに、該混合物を再加熱するために、圧縮機装置(2)自身に由来する熱を取り戻して使用すること、を特徴とする改良された方法。【選択図】      図１
2007507330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体混合物から気体を分離するための改良された方法であって、
被処理気体混合物が圧縮機装置(2)によって膜分離器(3)を通過させられ、このとき、圧縮された被処理気体混合物が、特に該気体混合物から凝縮液を分離するために、圧縮機装置(2)内で冷却され、そのあと、該混合物が、圧縮機装置(2)を出て行くとき、再加熱されてから、膜分離器(3)に到達するような方法において、
前記被処理気体混合物が圧縮機装置(2)を出て行くときに、該混合物を再加熱するために、圧縮機装置(2)自身に由来する熱を取り戻して使用すること、
を特徴とする改良された方法。
【請求項２】
被処理気体混合物を再加熱するために、圧縮機装置(2)の圧縮機要素(4)の出口における圧縮気体混合物の熱を使用することを特徴とする請求項１に記載の改良された方法。
【請求項３】
被処理気体混合物を再加熱するために、上記のように気体混合物を、特に凝縮液を分離するために、冷却している間に、被処理気体混合物から引き出された取り戻し熱を使用することを特徴とする請求項１または２に記載の改良された方法。
【請求項４】
圧縮機装置(2)が液体噴射される圧縮機要素(4)を有し、噴射液体が当該圧縮機要素(4)の出口において液体分離器(25)によって分離され、このとき、分離液体の熱が、被処理気体混合物が圧縮機装置(2)を出るときに該気体混合物を再加熱するのに使用されることを特徴とする請求項１から３の中のいずれか１つに記載の改良された方法。
【請求項５】
圧縮機装置(2)が、冷却媒体が使用される冷却器を備えており、この冷却媒体からの取り戻し熱が、被処理気体混合物が圧縮機装置(2)を出るときに該気体混合物を再加熱するのに使用されることを特徴とする請求項１から４の中のいずれか１つに記載の改良された方法。
【請求項６】
上記のように、圧縮機装置(2)内で被処理気体混合物が冷却されたあと、該気体混合物が乾燥機(23、33)を通過させられることを特徴とする請求項１から５の中のいずれか１つに記載の改良された方法。
【請求項７】
当該気体混合物が乾燥剤を用いる乾燥機(23)を通過させられることを特徴とする請求項６に記載の改良された方法。
【請求項８】
当該気体混合物が低温乾燥機(33)を通過させられることを特徴とする請求項６に記載の改良された方法。
【請求項９】
上記のように、圧縮機装置(2)内で被処理気体混合物が冷却されたあと、該気体混合物がフィルター(32)またはフィルターと吸着要素との組合せを通過させられることを特徴とする請求項１から８の中のいずれか１つに記載の改良された方法。
【請求項１０】
請求項1から９の中のいずれか１つに記載の方法によって気体混合物から気体を分離するための改良された装置であって、
主として、被処理気体混合物のための入口(7)と出口(9)とを有する圧縮機装置(2)と、入口(15)が供給ライン(16)によって圧縮機装置(2)の前記出口(9)に接続されている膜分離器(3)とから成る装置(1)において、
前記供給ライン(16)に放熱器(12、30)を備え、該放熱器を通って、被処理気体混合物が流れ、また該放熱器が圧縮機装置(2)自身の熱交換器(10、34、29)の一部である、
ことを特徴とする改良された装置(1)。
【請求項１１】
当該熱交換器(10、34)が、圧縮機要素(4)の出口と圧縮機装置(2)の出口(9)との間の圧縮空気ライン(8)に備えられることを特徴とする請求項１０に記載の改良された装置。
【請求項１２】
当該熱交換器(34)が冷却器であり、該冷却器が圧縮機装置(2)の低温乾燥機(33)の一部であることを特徴とする請求項１１に記載の改良された装置。
【請求項１３】
圧縮機装置(2)が、液体噴射が行われる圧縮機要素(4)と、当該圧縮機要素(4)の出口側の当該圧縮空気ライン(8)に備えられている液体分離器(25)とを有し、該分離器の出口が、戻りライン(26)によって、圧縮機要素(4)の液体噴射システム(27)に接続され、ここで当該熱交換器(29)が前記戻りライン(26)に備えられていることを特徴とする請求項１０に記載の改良された装置。
【請求項１４】
圧縮機装置(2)が少なくとも一つの冷却回路(21)を備え、また、膜分離器(3)に接続される供給ライン(16)に備えられた当該熱交換器(10)が前記冷却回路(21)の一部であることを特徴とする請求項１０に記載の改良された装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体混合物から気体を分離するための改良された方法に関する。
【０００２】
本発明は、また、気体混合物から気体を分離するための前記方法で使用する装置にも関する。
【背景技術】
【０００３】
もっと詳しく言えば、本発明は、気体混合物から気体を分離するための公知の方法、たとえば、空気から窒素および/もしくは酸素を分離するための公知の方法、または気体流その他から水蒸気を分離するための公知の方法に関するものである。この場合、膜分離器が使用され、被処理気体混合物が圧縮機装置によって膜分離器を通過させられるが、このとき通常、圧縮気体混合物は、凝縮技術による該気体混合物の乾燥とろ過とのために、圧縮機装置内で冷却される。
【０００４】
公知のように、膜分離器を使用する前記方法を使用することによる気体分離の送出性能(output)は、圧縮機装置内で冷却された気体混合物を再加熱してから、該気体混合物を膜分離器を通過させることによって、改良することができる。
【０００５】
高い送出性能という言葉は、分離プロセスの高い選択性、分離気体の高い純度と小さな損失、同じ純度の分離気体を目標とした場合の膜分離器の高い透過度、を意味する。
【０００６】
これまでのところ、圧縮機装置を出た、被処理気体混合物の再加熱は、外部熱源、たとえば電気抵抗、蒸気回路、その他からの熱によってなされている。
【０００７】
そのような外部熱源の欠点は、被処理気体混合物の再加熱に余分のエネルギーが必要であるということであり、これはもちろん分離気体の製造費用および原価に対して不利をもたらすものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、前記欠点およびその他の欠点を克服することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明は、
気体混合物から気体を分離するための改良された方法であって、
被処理気体混合物が圧縮機装置によって膜分離器を通過させられ、このとき、圧縮された被処理気体混合物が、特に該気体混合物から凝縮液を分離するために、圧縮機装置内で冷却され、そのあと、該混合物が、圧縮機装置を出て行くとき、再加熱されてから、膜分離器に到達するような方法において、
前記被処理気体混合物が圧縮機装置を出て行くときに、該混合物を再加熱するために、圧縮機装置自身に由来する熱を取り戻して使用すること、
を特徴とする改良された方法、
を提供する。
【００１０】
本発明によるそのような改良された方法の利点は、膜分離器の送出性能を最大にするための被処理気体混合物の再加熱が、余分のエネルギー費用を必要とせず、したがって目標とする気体の分離がより選択的に、有利な原価で実施できる、ということである。
【００１１】
好ましくは、被処理気体混合物を再加熱するために、圧縮機装置の圧縮機要素の出口における圧縮気体混合物の熱を使用する。もっと詳しく言うと、前記のように凝縮液を分離するために冷却している間に圧縮機要素の出口で被処理気体混合物から引き出された熱が使用される。
【００１２】
さらに、液体噴射が行われる圧縮機要素を使用し、噴射された液体が当該圧縮機要素の出口で公知のやり方で分離され、そのあと、圧縮機要素に戻されて再噴射される場合には、被処理気体混合物が圧縮機装置を出て行くときに該混合物を再加熱するために、分離液体の熱を使用することもできる。
【００１３】
圧縮機装置が、たとえば一つまたは複数の圧縮機要素の冷却のために、冷却媒体を使用する冷却器を備えている場合には、該冷却媒体からの取り戻し熱を、エネルギー節約的なやり方で使用して、被処理気体混合物が圧縮機装置を出て行くときに該混合物を再加熱することができる。
【００１４】
当然のことながら、被処理気体混合物を再加熱するために、圧縮気体混合物の熱および/または再循環噴射液体の熱および/または冷却回路その他の冷却媒体の熱を、同時に組み合わせて使用することができる。
【００１５】
圧縮機装置内の圧縮気体は、好ましくは、乾燥され、ろ過されてから、膜に導かれる。これは、膜分離器に詰まったり損傷を与えたりしうる液滴、細かいごみ、その他の異物を気体混合物から除去するためである。
【００１６】
本発明は、また、
本発明の前記方法によって気体混合物から気体を分離するための改良された装置であって、
主として、被処理気体混合物のための入口と出口とを有する圧縮機装置と、入口が供給ラインによって圧縮機装置の前記出口に接続されている膜分離器とから成る装置において、
前記供給ラインに放熱器を備え、該放熱器を通って、被処理気体混合物が流れ、また該放熱器が圧縮機装置自身の少なくとも一つの熱交換器の一部である、
ことを特徴とする改良された装置、
にも関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の特徴をさらに十分に説明するために、気体混合物から気体を分離するための本発明の改良された装置の好ましい実施形態を、添付の図面に即して説明する。これは単なる例であり、本発明を限定するものではない。
【００１８】
図１の改良された装置1は、主として、圧縮機装置2と該圧縮機装置2に接続された膜分離器3とから成る。
【００１９】
この場合、圧縮機装置2は、圧縮機要素4、より詳しくは無潤滑式の(oil-free)圧縮機要素を有し、該要素の入口は、吸入フィルター5を介して、吸入ライン6によって、圧縮機装置2の入口7に接続されており、一方、圧縮機要素4の出口は、圧縮空気ライン8によって、圧縮機装置2の出口9に接続されている。
【００２０】
圧縮空気ライン8は、熱交換器10を備えており、該熱交換器は、公知のような対向配置された二つの放熱器11および12から成り、ここで、放熱器11は、前記圧縮空気ライン8の圧縮機装置2の出口9近くに備えられている。
【００２１】
前記圧縮空気ライン8の放熱器11の下流には、水分離器13が備えてある。
【００２２】
熱交換器10に対向して、ファン14が備えてあり、該ファンは熱交換器10の方向に向いている。
【００２３】
前記膜分離器3は、入口15を有し、該入口は、供給ライン16によって圧縮機装置2の前記出口9に接続されており、また、圧縮機装置2の熱交換器10の前記の第二の放熱器12はこの供給ライン16に備えられている。
【００２４】
膜分離器3は、この例の場合、二つの出口17および18を備えているが、数個所の出口を有することもできる。
【００２５】
気体混合物から気体を分離するための装置1の動作と運転とは、非常に簡単であり、下記のようである。
【００２６】
被処理気体混合物たとえば周囲空気は、図１に示すように、入口７とフィルター5を通って、圧縮機装置に吸入され、圧縮機要素4によって圧縮されて、圧縮空気ライン8により、放熱器11および水分離器13を通して、強制的に送られ、それから、供給ライン16により、放熱器12および膜分離器3を通して送られ、このとき、この膜分離器3において、気体混合物が公知のやり方で二つ以上の成分、たとえば窒素と酸素に分離され、これらはそれぞれの出口17、18によって捕集される。
【００２７】
ファン14によって生成される相対的に冷たい空気流は、放熱器11の格子を通り、さらに熱交換器10の放熱器12の格子を通って流れ、その結果、圧縮機要素4から流出して放熱器11を通る被処理高温気体混合物は、冷却され、水分離器13でさらに冷却されてから、放熱器12で再加熱され、それから膜分離器3に送られる。
【００２８】
水分離器13においては、被処理気体混合物からの水蒸気が凝縮その他によって分離され、その結果、膜分離器に水が大量に含まれて膜分離器の十分な動作に悪影響が与えられることが防がれる。
【００２９】
被処理気体混合物は、圧縮機装置を出たあと、再加熱されてから、膜分離器を通過するので、膜分離器でより効率的に気体分離される。
【００３０】
図１に示す例の場合、圧縮機要素4の送出気体全部が膜分離器を通過するが、変形においては、圧縮空気ライン8の分岐その他により、この送出気体の一部だけが膜分離器を通過するようにすることも排除されない。
【００３１】
図２は、図１のものの変形実施形態を示す。この場合、直列に配置された二つの圧縮機要素4を有する二段圧縮機を使用する。これらの圧縮機要素は中間ライン19によって連結されている。ライン19は、被処理気体混合物の中間冷却と乾燥とのために、中間冷却器20と追加の水分離器13とを備えている。
【００３２】
この場合、熱交換器10は、図１とは異なり、空冷熱交換器ではないが、追加の冷却放熱器22を有する独立の冷却回路21によって冷却され、冷却液体は、放熱器11から熱を吸収し、被処理気体混合物が圧縮機装置2を出るときに、放熱器12のところでこの熱を被処理気体混合物に戻して再加熱する。
【００３３】
図３は、変形実施形態であり、これは、図２の装置に、乾燥剤を充填した乾燥機23を追加したものである。この乾燥機23は、前記圧縮空気ライン8の水分離器13の下流に備えられ、被処理気体混合物をさらに乾燥させる。
【００３４】
必要であれば、圧縮機装置2は、飽和または部分飽和乾燥剤を公知のやり方で再生させることのできる必要機能を備えることができる。
【００３５】
図４は、変形実施形態であり、ここでは、追加の冷却器24が熱交換器10と水分離器13との間に備えられ、該冷却器は、被処理気体混合物のさらなる冷却を行い、水分離器13での凝縮によってさらに多くの水分を分離できるようにするものである。明らかに、この追加の冷却器24における取り戻し熱も被処理気体混合物の再加熱に使用することができる。
【００３６】
図５は、本発明による装置１のもう一つの変形実施形態を示す。
【００３７】
この場合、液体噴射が行われる圧縮機要素4が使用され、液体分離器が圧縮空気ライン8の圧縮機要素4の出口に備えられ、この液体分離器25の出口が戻りライン26によって圧縮機要素4の液体噴射システム27に接続されている。また、放熱器28が戻りライン26に備えられている。この放熱器は、第二の放熱器30をも有する熱交換器29の一部である。第二の放熱器30は、膜分離器3に向う供給ライン16に備えられている。
【００３８】
熱交換器29は、ファン31を備えている。
【００３９】
圧縮空気ライン8においては、油分離器25の下流に、冷却器24が備えられ、その下流には水分離器13が備えられ、その下流にフィルター32またはフィルターと吸着要素との組合せが備えられている。
【００４０】
ファン31は、当該放熱器28、30に相対的に低温の周囲空気を吹きつけ、その結果、第一の放熱器28内の高温噴射液体と第二の放熱器30を通る被処理気体混合物との間で熱移動が起こり、したがってこの気体混合物は、圧縮機装置2を出て行くとき、再加熱されて、膜分離器3に達する。したがって、膜分離器3のより高い送出性能が得られる。
【００４１】
圧縮空気ラインの最低温位置に備えられたフィルター32またはフィルターの組により、蒸気、細かいごみ、その他の異物が、吸着、凝縮、その他によって、被処理気体混合物から選択的に除去される。
【００４２】
図６に示す装置は、圧縮空気ライン8の水分離器13とフィルター32との間に追加の低温乾燥機33が備えられているという点が、図５の装置とは異なる。低温乾燥機33は、熱交換器34、冷却回路35に接続された熱交換器36、および追加の水分離器13から成る。ここで、被処理気体混合物は、低温乾燥機33において、熱交換器36で冷却されたあと、熱交換器34において、再加熱され、フィルター32を通過したあと、熱交換器29でさらに加熱されてから、膜分離器3に達する。
【００４３】
図７は、図５の装置のもう一つの変形実施形態である。ここでは、バイパスライン37が、戻りライン26に備えられ、該バイパスラインは、前記放熱器28を迂回し、該バイパスラインには、調節可能な弁38が備えられ、この弁は温度センサー40を有する制御開路39の一部である。温度センサー40は、供給ライン16の膜分離器3の入口15に取りつけてある。
【００４４】
この場合、弁38の切り換え位置に応じて、送出噴射液体が、放熱器28を通過する部分と、バイパスライン37を通って直接に噴射システム27に流れる部分とに分割されるので、熱交換器29における熱移動は、弁38の切り換え位置によって変化する。
【００４５】
制御開路39は、弁38の開きを制御して、被処理気体混合物の温度が膜分離器3の入口15において一定で、設定目標温度に等しくなるようにする。
【００４６】
この場合、追加冷却放熱器41により、弁38が完全に開いているときでも、噴射液体が十分に冷却され、圧縮機要素4に損傷が与えられないということが保証される。
【００４７】
明らかに、前記方法と装置とは、分離気体の清浄化のための気体を使用する場合でも使用しない場合でも、すべてのタイプの膜分離器3に対して使用して良い結果を得ることができる。
【００４８】
本発明は、添付の図面に示し、例として説明した実施形態のみに限定されるものではない。反対に、本発明の方法と装置は、本発明の範囲を逸脱することなく、いろいろな変形を加えて実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の改良された装置のいろいろな実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明の改良された装置のいろいろな実施形態を示す模式図である。
【図３】本発明の改良された装置のいろいろな実施形態を示す模式図である。
【図４】本発明の改良された装置のいろいろな実施形態を示す模式図である。
【図５】本発明の改良された装置のいろいろな実施形態を示す模式図である。
【図６】本発明の改良された装置のいろいろな実施形態を示す模式図である。
【図７】本発明の改良された装置のいろいろな実施形態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５０】
1  本発明の改良された装置
2  圧縮機装置
3  膜分離器
4  圧縮機要素
5  吸入フィルター
6  吸入ライン
7  入口
8  圧縮空気ライン
9  出口
10  熱交換器
11  放熱器
12  放熱器
13  水分離器
14  ファン
15  入口
16  供給ライン
17  出口
18  出口
19  中間ライン
20  中間冷却器
21  冷却回路
22  冷却放熱器
23  乾燥機
24  冷却器
25  液体分離器
26  戻りライン
27  液体噴射システム
28  放熱器
29  熱交換器
30  放熱器
31  ファン
32  フィルター
33  低温乾燥機
34  熱交換器
35  冷却回路
36  熱交換器
37  バイパスライン
38  弁
39  制御回路
40  温度センサー
41  冷却放熱器
【図１】
2007507330.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007507330.tif 000007
【図６】
2007507330.tif 000008
【図７】
2007507330.tif 000009
【国際調査報告】
2007507330.tif 000010
2007507330.tif 000011