УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОСУШЕНИЯ ВЛАЖНОГО СЖАТОГО ГАЗА И КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКОЕ УСТРОЙСТВО
DEVICE AND METHOD OF WET COMPRESSED GAS DRYING AND COMPRESSOR PLANT CONTAINING SUCH DEVICE

Настоящее изобретение относится к устройству для того, чтобы сушить влажный сжатый газ, например, исходящий из компрессорного элемента.
Известно, что газ, всасываемый компрессорным элементом, например, влажный окружающий воздух, также наполнен определенным количеством влаги в форме водяного пара после сжатия.
Влага в сжатом газе может вызывать ущерб для потребителей сжатого газа, подаваемого компрессором.
По этой причине, сжатый газ типично высушивается перед подачей таким потребителям.
Тем не менее, изобретение не ограничено сушкой сжатого воздуха, наполненного водяным паром.
Уже известны различные типы устройств для того, чтобы сушить сжатый газ.
Более конкретно, настоящее изобретение относится к типу устройства, которое содержит сушилку, в которой сжатый газ приводится в контакт с осушителем, который допускает извлечение влаги из сжатого газа и ее поглощение.
Уже известен такой тип устройств, за счет которых жидкий осушитель распыляется в потоке сжатого газа, который подлежит высушиванию, чтобы в силу этого удалять влагу из газа, после чего осушитель собирается для удаления вместе с поглощенной влагой или очистки, чтобы регенерировать осушитель, другими словами, чтобы восстанавливать поглощенную влагу, чтобы иметь возможность многократно использовать осушитель для сушки.
Недостаток таких типов устройства заключается в прямом контакте между газом и жидкостью. Поскольку невозможно идеально разделять жидкость и газ, жидкий осушитель неизбежно увлекается с высушенным газом, и, наоборот, сжатый газ также увлекается в жидком осушителе, что в обоих случаях вызывает потери и уменьшает способность осушителя поглощать влагу.
Другой недостаток заключается в том, что любое загрязнение в газе также в итоге возникает в осушителе и даже накапливается, что означает то, что осушитель должен преждевременно заменяться.
Другой недостаток заключается в том, что этот способ не может применяться при 100%–й окружающей относительной влажности.
Уже известны другие типы устройств, за счет которых обеспечивается использование мембраны, которая является избирательно проницаемой для влаги в сжатом газе, в силу чего сжатый газ, который подлежит высушиванию, протекает на одной стороне мембраны, и в силу чего на другой стороне мембраны используется продувочный газ, который увлекает влагу, которой позволяется проходить в своем потоке.
Недостаток этого типа сушильного устройства заключается в том, что оно является типично довольно неэффективным.
Изобретение относится к относительно простому устройству для того, чтобы недорого сушить влажный сжатый газ.
2
2
2
Газ в этом случае, например, может означать более или менее чистый газ, такой как N, O, CO, либо инертный газ, такой как He или Ar, либо газовую смесь, такую как воздух.
С этой целью, изобретение относится к устройству, которое содержит сушилку, в которой сжатый газ приводится в контакт с осушителем, который допускает поглощение влаги из сжатого газа, отличающемуся тем, что сушилка представляет собой мембранную сушилку;
– устройство для того, чтобы сушить сжатый газ, содержит контур, в котором жидкий осушитель циркулирует последовательно через мембранную сушилку с мембраной, которая разделяет сжатый газ на одной стороне и жидкий осушитель на другой стороне мембраны, в силу чего мембрана является полностью или практически непроницаемой для газа в сжатом газе, но избирательно проницаемой для влаги в сжатом газе, и в силу чего давление на стороне сжатого газа равно или больше давления на стороне жидкого осушителя; теплообменник для нагрева жидкого осушителя; регенератор для того, чтобы, по меньшей мере, частично удалять влагу, поглощенную в жидком осушителе, до того, как она повторно отправляется для следующего цикла через мембранную сушилку, при этом регенератор формируется посредством кожуха, в котором жидкий осушитель, содержащий поглощенную влагу, приводится в контакт для целей влагопередачи с продувочным/промывочным агентом, который одновременно проводится через кожух и допускает поглощение влаги из жидкого осушителя; и
– контур содержит закрываемый байпас между точкой разветвления в контуре после регенератора и до мембранной сушилки и точкой слияния в контуре после мембранной сушилки и до регенератора.
Такое устройство согласно изобретению, содержащее сушилку с мембраной и жидкий осушитель, может обеспечивать множество преимуществ, включающих в себя тот факт, что:
– влага может удаляться без необходимости охлаждения сжатого газа до точки росы воды;
– такое устройство может работать без обязательности использования части сжатого газа при регенерации жидкого осушителя;
– такое устройство может работать без использования охладителей, которые, в случае высвобождения, могут оказывать отрицательное влияние в меньшей или большей степени на озоновый слой и/или могут участвовать в том, что известно как глобальное потепление, и/или в меньшей или большей степени может причинять вред здоровью;
– количество влаги, которое удаляется из сжатого газа, может регулироваться легко и множеством различных способов, например, посредством регулирования потока жидкого осушителя таким образом, что точка росы высушенного сжатого газа может свободно выбираться в широком диапазоне, типично от точки росы приблизительно при –20°C до точки росы приблизительно при 10°C;
– устройство может использоваться в области больших давлений сжатого газа;
– отсутствует прямой контакт между газом, который подлежит высушиванию, и жидким осушителем;
– становится возможным восстановление энергии, в том числе восстановление остаточного тепла при низкой температуре, такого как, например, остаточное тепло из компрессора, в частности, также из компрессора с впрыском жидкости, например, из компрессора с впрыском воды или с впрыском масла, в силу чего температура воды или масла, соответственно, повышается только в ограниченной степени в компрессоре;
– устройство имеет простую конструкцию без движущихся частей, возможно, за исключением одного или более насосов и/или нагнетателей воздуха, вентиляторов или вентиляторных лопастей, что означает то, устройство может работать более бесшумно и не требует частого обслуживания;
– устройство является очень надежным;
– устройство, в зависимости от типа мембраны, является подходящим или может становиться подходящим для компрессоров с впрыском масла, в силу чего небольшой объем масла также может присутствовать в сжатом газе.
Жидкий осушитель предпочтительно является высокогигроскопическим и отличается за счет давления водяного пара, которое ниже давления пара влаги в сжатом газе, который подлежит высушиванию.
Жидкий осушитель предпочтительно также демонстрирует одну или более следующих характеристик: не– или практически нетоксичный; не– или практически некоррозионный; низковязкий и стабильный.
Жидкий осушитель предпочтительно имеет вязкость ниже 250 сантипуазов при 10°C, и более предпочтительно ниже 200 сантипуазов, и наиболее предпочтительно ниже 150 сантипуазов. Низкая вязкость упрощает процесс накачки осушителя в контуре, обеспечивает возможность ограничения падения давления по мере того, как он протекает через мембранную сушилку и/или регенератор, и обеспечивает лучшую производительность для сушки и для регенерации за счет более быстрой замены осушителя.
Токсичность жидкого осушителя предпочтительно классифицируется по шкале Ходжа и Стернера как класс 4 (немного токсичный) или выше, предпочтительно как класс 5 (фактически нетоксичный) или выше. На предмет определения этой шкалы, следует обратиться к работе "Green chemistry – the introductory text – 3rd edition" автора Mike Lancaster, p. 20, 1.6 Measuring toxicity, ISBN 978–1–78262–294–9.
Жидкий осушитель для использования в устройстве согласно изобретению предпочтительно содержит одно или более следующих перечисленных веществ и, возможно, воду:
– монопропиленгликоль или MPG для краткости;
– дипропиленгликоль или DPG для краткости;
– трипропиленгликоль или TPG для краткости;
– моноэтиленгликоль или MEG для краткости;
– диэтиленгликоль или DEG для краткости;
– триэтиленгликоль или TEG для краткости;
– хлорид лития с химической формулой LiCl;
– бромид лития с химической формулой LiBr;
– хлорид кальция с химической формулой CaCl2.
Добавки могут добавляться в осушитель, чтобы увеличивать устойчивость, например, посредством предотвращения и/или замедления определенных процессов ухудшения, таких как, например, окисление. Добавки также могут добавляться в осушитель, такие как, например, ингибиторы коррозии, чтобы предотвращать или ограничивать ухудшение и/или снижение качества тех материалов в устройстве, которые входят в контакт с осушителем.
Наиболее подходящий материал для мембраны в мембранной сушилке представляет собой гидрофобный материал, который является практически беспористым, чтобы исключать то, что поры становятся насыщенными жидким осушителем.
Другие подходящие материалы включают в себя материалы с микропористой структурой с порами, варьирующимися по размеру от пятнадцати нанометров до ста нанометров.
Материалы из следующего неполного списка могут использоваться в качестве материала для мембраны в мембранной сушилке:
– полипропен или PP для краткости;
– политетрафторэтэн или PTFE для краткости;
– поливинилиденфторид или PVDF для краткости;
– полиэфирсульфон или PES для краткости;
– полиэфиримид или PEI для краткости;
– полиэтен или PE для краткости;
– полидиметилсилоксан или PDMS для краткости;
– полиимид или PI для краткости.
2,
Керамические материалы, такие как, например, TiOтакже могут использоваться в качестве материала для мембраны в мембранной сушилке, как и комбинации керамических и пластиковых материалов.
Все эти материалы могут быть или могут не быть в большей или меньшей степени микропористыми.
Предпочтительно, время, требуемое для сжатого газа, чтобы проходить через мембранную сушилку, поддерживается максимально возможно небольшим, в силу чего мембранная сушилка предпочтительно состоит из кожуха с впуском для газа, который подлежит высушиванию, и выпуском для высушенного газа и отдельного отсека в кожухе с впуском и выпуском для жидкого осушителя, и одной или более трубчатых мембран, проходящих через упомянутый отсек, которые соединяют впуск и выпуск для газа, который подлежит высушиванию.
Таким образом, формируется большая мембранная поверхность, через которую влага в сжатом газе может проникать в жидкий осушитель, в силу чего необходимое время контакта уменьшается по сравнению с меньшей мембранной поверхностью. Таким образом, мембранная сушилка также может задаваться более компактной.
При этом предпочтительной является мембранная структура, за счет которой трубчатые мембраны формируются за счет полых волокон, например, из гидрофобного материала, который фактически не имеет пор, обеспечивая возможность создания еще большей мембранной поверхности и уменьшения требуемого времени контакта в еще большей степени, а также формирования еще более компактной мембранной сушилки.
Кроме того, такая мембранная структура с трубчатыми мембранами, сформированными с полыми волокнами, лучше может сопротивляться давлению жидкого осушителя, что предотвращает его изгибание.
Такая мембранная структура с трубчатыми мембранами, сформированными с полыми волокнами, чаще всего является лучшим выбором, чем плоская мембранная оболочка, хотя в некотором случае рекомендуется плоская мембранная оболочка, поскольку такие плоские мембранные оболочки могут вызывать меньшие потери в нагрузке и проще в изготовлении.
Изобретение также относится к компрессорной установке, по меньшей мере, с одним компрессорным элементом для сжатия газа, при этом компрессорная установка содержит устройство согласно изобретению, чтобы сушить сжатый газ, исходящий из компрессорного элемента.
В этом случае, недорогое использование может заключаться в остаточном тепле из компрессорного элемента, чтобы нагревать или предварительно нагревать жидкий осушитель в вышеуказанном теплообменнике до регенератора.
Таким образом, внешнее тепло не требуется (или меньшее количество внешнего тепла требуется) для регенерации, и остаточное тепло, которое в противном случае имеет тенденцию теряться, используется полезным образом, и энергия может восстанавливаться.
Конкретно, остаточное тепло из компрессорного элемента может использоваться с тем, чтобы нагревать или предварительно нагревать жидкий осушитель за счет последовательного направления охлаждающей среды через охлаждающую рубашку в компрессорном элементе и вышеуказанный теплообменник.
Когда послеохладитель предоставляется после компрессорного элемента, чтобы охлаждать сжатый газ, часть тепла, удаленного в этом послеохладителе, может использоваться для того для того, чтобы нагревать жидкий осушитель. Это может осуществляться, например, за счет последовательного направления охлаждающей среды через послеохладитель и вышеуказанный теплообменник. Например, это также может осуществляться путем нагнетания окружающего воздуха, который нагрет посредством послеохладителя, через часть контура осушителя после мембранной сушилки и до регенератора.
Если осушитель не может нагреваться до достаточно высокой температуры с помощью остаточного тепла из компрессорного элемента, чтобы достигать требуемой регенерации, также можно использовать другие и/или дополнительные тепловые источники для этого, такие как, например, электрическое отопление, тепловая сеть, например, паровая сеть либо остаточное тепло из другого процесса.
Изобретение также может использоваться с компрессорной установкой, по меньшей мере, с одним компрессорным элементом с впрыском масла за счет выбора мембран, изготовленных из материалов, которые являются нечувствительными или фактически нечувствительными к присутствию масла в сжатом газе, который подлежит высушиванию, и/или за счет уменьшения объема масла в сжатом газе до уровня, который не вызывает проблем для мембран, используемых за счет использования маслоотделителей и/или фильтров.
Мембраны, которые являются в меньшей или большей степени чувствительными к присутствию масла, такие как, например, мембраны из микропористой пластмассы, такой как, например, PP, PE, PEI, PES, PI, PDMS, PTFE PVDF, могут задаваться нечувствительными или менее чувствительными к присутствию масла с применением защитного слоя, например, маслоотталкивающего или маслостойкого слоя, например, за счет применения защитного слоя в силиконе или аморфного защитного слоя, изготовленного из фторполимера, который в частности, рекомендуется в случае мембраны, изготовленной из микропористого PTFE.
Компрессорный элемент с впрыском масла всегда содержит масляный контур, обеспечивающую впрыскивание масла в компрессорном элементе, в силу чего впрыскиваемое масло отделяется от сжатого газа и охлаждается перед впрыскиванием обратно в компрессорный элемент.
В этом случае, масляный контур предпочтительно направляется через вышеуказанный теплообменник, чтобы охлаждать масло при одновременном нагреве жидкого осушителя за счет восстановления тепла из масла.
Вышеуказанный теплообменник также может изготавливаться таким образом, что, по меньшей мере, часть газа, сжимаемого компрессорным элементом, высвобождает тепло, прямо или косвенно, например, с использованием другой среды для теплообмена, в жидкий осушитель, и в силу этого сжатый газ одновременно охлаждается.
В устройстве для сушки газа, разность давлений предпочтительно прикладываться между обеими сторонами мембраны в мембранной сушилке, причем она превышает два бара, предпочтительно превышает три бара, и еще более предпочтительно превышает четыре бара.
В настоящем документе, окружающий воздух может использоваться преимущественно в регенераторе в качестве продувочного газа, который приводится в контакт с жидким осушителем, который подлежит регенерированию при давлении приблизительно равном атмосферному давлению.
Таким образом, низкое давление может использоваться в контуре жидкого осушителя с приблизительно атмосферным давлением.
Согласно предпочтительной характеристике устройства для того, чтобы сушить газ, регенератор представляет собой регенератор с мембраной с жидким осушителем на одной стороне и с вышеуказанным продувочным газом на другой стороне, в силу чего мембрана является непроницаемой или фактически непроницаемой для жидкого осушителя, но избирательно проницаемой для влаги, которая поглощается в сушилке посредством жидкого осушителя.
Мембрана в регенераторе предпочтительно изготовлена из гидрофобного материала.
Материал мембраны в регенераторе содержит предпочтительно один или более материалов из следующего неполного списка:
– полипропен или PP для краткости;
– политетрафторэтэн или PTFE для краткости;
– поливинилиденфторид или PVDF для краткости,
– в силу чего PTFE и PVDF являются наиболее предпочтительным, поскольку оба материала известны за счет своей химостойкости и теплостойкости.
2,
Керамические материалы, такие как, например, TiOтакже могут использоваться в качестве материала для мембраны в регенераторе, как и комбинации керамических и пластиковых материалов.
В этом случае, также может применяться защитный слой, который является маслоотталкивающим или маслостойким.
В этом случае, мембрана также может состоять из трубчатых мембран, например, в форме полых волокон.
Вместо продувочного газа, также можно использовать воду, чтобы регенерировать жидкий осушитель. При условии, что выполняется оптимальный выбор в комбинации жидкого осушителя и мембраны в регенераторе, вода также может удалять влагу из осушителя в регенераторе. Преимущество этого состоит в том, что удаленная влага может собираться, а не уноситься вместе с продувочным газом.
Осушитель также может регенерироваться посредством нагнетания воздуха через него. По мере того, как они проходят через осушитель, воздушные пузырьки должны поглощать часть влаги в осушителе в форме водяного пара. Следовательно, когда воздушные пузырьки выходят из осушителя, воздух с водяным паром может уноситься. В контуре осушителя, предпочтительно предоставляется сосуд, в который может добавляться "влажный" осушитель и из которого может уноситься "более сухой" осушитель, и который содержит средство вдувать воздух, предпочтительно в основании сосуда и в форме мелких пузырьков, и который содержит средство обеспечения возможности выхода пузырьков в форме влажного воздуха. Нагнетатель воздуха или вентилятор может использоваться для того, чтобы вдувать воздух. Предпочтительно воздух должен фильтроваться перед вдуванием, чтобы ограничивать или лучше одновременно предотвращать загрязнение осушителя.
Контур жидкого осушителя может предоставляться недорого с охладителем после регенератора и до мембранной сушилки, в силу чего увеличивается поглощающая способность жидкого осушителя в мембранной сушилке. Этот охладитель может, например, охлаждаться посредством нагнетания, посредством вентилятора, окружающего воздуха через него или может соединяться с охлаждающим контуром, который может быть доступным.
Жидкий осушитель, исходящий из мембранной сушилки, может буферизоваться в буферном сосуде, в котором он может нагреваться более стабильно до требуемой температуру посредством предоставления ему возможности непрерывно циркулировать через вышеуказанный теплообменник.
Аналогично, жидкий осушитель, исходящий из регенератора, также может буферизоваться в буферном сосуде для более стабильного охлаждения.
Контур жидкого осушителя предпочтительно содержит деаэратор, обеспечивающий возможность удаления газа, который просачивается в жидкий осушитель из сжатого газа через мембрану в мембранной сушилке или через другие утечки, такие как неидеальная изоляция, из контура, поскольку он может в противном случае оказывать негативное влияние на обмен влагой из сжатого газа или вызывать сбои в контуре.
В качестве варианта, контур может содержать закрываемый байпас между точкой разветвления в контуре после регенератора и до мембранной сушилки и точкой слияния в контуре после мембранной сушилки и до регенератора, в силу чего клапан может быть открыт при запуске устройства, так что оно активируется быстрее.
Изобретение также относится к способу для того, чтобы сушить влажный сжатый газ, который использует устройство или компрессорную установку согласно изобретению.
Если обобщить, изобретение также относится к способу для того, чтобы сушить влажный сжатый газ, содержащему следующие этапы:
– предоставление мембранной сушилки с мембраной, которая является непроницаемой или фактически непроницаемой для газа в сжатом газе, но избирательно проницаемой для влаги в сжатом газе;
– обеспечение возможности циркуляции жидкого осушителя через мембранную сушилку на одной стороне мембраны, которая допускает поглощение влаги из сжатого газа, который подлежит высушиванию, при контакте;
– отправка газа, который подлежит высушиванию, вдоль другой стороны мембраны через мембранную сушилку при давлении, которое выше давления на стороне жидкого осушителя;
– нагрев жидкого осушителя после того, как он направляется через мембранную сушилку; и,
– регенерация жидкого осушителя, чтобы удалять, по меньшей мере, часть влаги, поглощенной в нем, до того, как она рециркулирует в следующем цикле через мембранную сушилку посредством приведения ее в контакт с продувочным/промывочным агентом, который допускает поглощение влаги из жидкого осушителя при контакте.
Выбранный продувочный/промывочный агент предпочтительно представит собой продувочный газ, который содержит воздух и приводится в контакт с жидким осушителем, который подлежит регенерированию.
Воздух имеет такое преимущество, что он является свободно доступным и ничего не стоит.
Жидкий осушитель предпочтительно сначала должен охлаждаться после регенерации до отправки обратно в мембранную сушилку, чтобы сушить сжатый газ.
Таким образом, жидкий осушитель в мембранной сушилке может быть более эффективным относительно поглощения влаги из газа, который подлежит высушиванию.
С использованием способа согласно изобретению, может достигаться точка росы высушенного сжатого газа, которая составляет от –20°C до +10°C.
Для лучшей демонстрации характеристик изобретения, далее описываются некоторые предпочтительные варианты осуществления устройства и способа согласно изобретению, чтобы сушить сжатый газ, а также компрессорной установки, содержащей такое устройство, посредством примера без ограничивающего характера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 схематично показывает компрессорную установку согласно изобретению с устройством согласно изобретению, чтобы сушить сжатый газ, исходящий из компрессора;
Фиг. 2–6 показывают различную разновидность устройства согласно изобретению.
Устройство, показанное на фиг. 1, представляет собой компрессорную установку 1, которая содержит устройство 2 для того, чтобы сушить газ, согласно изобретению.
Компрессорная установка 1 содержит компрессорный элемент 3 с впуском 4, соединенным с воздушным фильтром, через который может вовлекаться газ, в этом случае окружающий воздух 5, и выпуском 6, с которым соединяется напорный трубопровод 7, чтобы предоставлять газ, сжимаемый компрессорным элементом 3 при высоком давлении, в пользовательскую сеть 8 непроиллюстрированных пневматических сверл, перкуссионных молотков или других инструментов или устройств.
В напорном трубопроводе 7, послеохладитель 9 интегрируется известным способом, чтобы охлаждать сжатый газ до того, как он подается в пользовательскую сеть 8. Вода, присутствующая в сжатом газе, конденсируется после охлаждения в послеохладителе 9 и уносится через конденсационный отделитель 10.
Устройство 2 для сушки газа содержит мембранную сушилку 11, которая включена после послеохладителя 9 в напорный трубопровод 7 и состоит из кожуха 12, который разделяется на два отсека или канала с использованием плоской мембраны 13, соответственно, в первом отсеке 14 с впуском 15 и выпуском 16 для сжатого газа, который направляется из послеохладителя 9 в направлении стрелки A через упомянутый первый отсек 14 в пользовательскую сеть 8, и во втором отсеке 17 с впуском 18 и выпуском 19 для жидкого осушителя.
Устройство 2 для того, чтобы сушить газ, также содержит контур 20, в который включен второй отсек 17 мембранной сушилки 11, и в котором жидкий осушитель циркулирует с использованием насоса 21 через второй отсек 17 в направлении стрелки B в противоположном направлении относительно стрелки A.
Жидкий осушитель должен допускать поглощение влаги из сжатого газа и предпочтительно является высокогигроскопическим, другими словами привлекающим влагу, и отличается посредством давления пара для воды, которое ниже давления пара влаги в сжатом газе, который подлежит высушиванию, при преобладающем давлении и температуре в контуре, когда устройство работает.
Примеры подходящих жидких осушителей представляют собой MPG; DPG; TPG; MEG; DEG; TEG; LiCl; LiBr и CaCl2 или комбинации вышеозначенного с возможным добавлением воды. Тем не менее, этот список является неисчерпывающим.
Мембрана 13 в мембранной сушилке 11 имеет характеристику непроницаемости или фактически непроницаемости для газа в сжатом газе, но избирательной непроницаемости для влаги в форме водяного пара в сжатом газе.
Мембрана 13 предпочтительно изготовлена из гидрофобного, другими словами, водоотталкивающего, микропористого материала с порами приблизительно от пятнадцати нанометров до ста нанометров.
Примеры такого материала обобщаются ниже в неполном списке материалов, а именно, как PP (полипропен); PTFE (политетрафторэтэн); PVDF (поливинилиденфторид); PES (полиэфирсульфон); пористый PEI (полиэфиримид); микропористый PE (полиэтен); PDMS (полидиметилсилоксан) и PI (полиимид).
Керамические материалы, такие как диоксид титана, также могут использоваться в качестве материала для мембраны в мембранной сушилке, как и комбинации керамических и пластиковых материалов.
Кроме того, устройство 2 для того, чтобы сушить газ, содержит регенератор 22, который включен в контур 20 и изготовлен в форме кожуха 23, через который вовлекается окружающий воздух из окружения 5 в качестве продувочного газа с использованием вентилятора или нагнетателя 24 воздуха и т.п. в направлении стрелки C.
Жидкий осушитель направляется посредством контура 20 через регенератор 22 в противоположном направлении относительно стрелки C и распыляется в верхней части с использованием распылителя 25 в регенераторе 22 на контакторе 26, вдоль которого и/или через который окружающий воздух протекает до контакта с распыленным осушителем, в силу чего влага, поглощенная в осушителе, поглощается посредством продувочного газа и нагнетается обратно в окружение 5 вместе с поглощенной влагой.
Жидкий осушитель собирается на дне в лотке 27, из которого жидкий осушитель накачивается обратно в контур 20 с использованием второго насоса 28.
За счет установки нагнетателя 24 воздуха, незначительное отрицательное давление преобладает в регенераторе 22, но также может возникать небольшое положительное давление, когда нагнетатель 24 воздуха нагнетает окружающий воздух через регенератор.
В контуре 20, после мембранной сушилки 11 и до регенератора 22, теплообменник 29 предоставляется для того, чтобы нагревать жидкий осушитель, исходящий из мембранной сушилки 11.
В проиллюстрированном примере по фиг. 1, теплообменник 29 содержит электрическое сопротивление 30.
Работа компрессорной установки 1 является очень простой и осуществляется следующим образом.
При работе, компрессорный элемент 3 предоставляет определенный поток влажного сжатого газа, за счет которого газ направляется через послеохладитель 9, в котором газ охлаждается, и в котором часть влаги, присутствующей в газе, удаляется из газа в качестве конденсата через конденсационный отделитель 10.
Сжатый газ затем направляется с относительной влажностью в 100% через мембранную сушилку 11, в которой сжатый газ приводится через мембрану 13 в контакт с жидким осушителем на другой стороне мембраны 13 для целей переноса влаги.
При этом влага из сжатого газа рассеивается через мембрану 13 и поглощается в ней посредством жидкого осушителя, потенциально с поддержкой посредством разности давлений между двумя сторонами мембраны 13.
Посредством нагрева в теплообменнике 29, давление водяного пара в осушителе увеличивается. После прохождения через теплообменник 29, жидкий осушитель направляется через регенератор 22, в котором он приводится в прямой контакт с продувочным газом, в этом случае с окружающим воздухом. Продувочный газ извлекает влагу, поглощенную в осушителе, из осушителя, поскольку давление пара в нагретом осушителе теперь выше, чем в продувочном газе. Затем, продувочный газ вакуумируется посредством нагнетателя 24 воздуха вместе с влагой, извлеченной из осушителя, из устройства 2 для сушки газа и нагнетается в окружение 5. Эффект всасывания нагнетателя 24 воздуха также создает отрицательное давление в регенераторе 22, что означает то, что продувочный газ может удалять влагу еще более эффективно из осушителя.
Посредством нагрева осушителя, например, до 90°C, стимулируется поглощение влаги посредством продувочного газа.
Маловлажный жидкий осушитель, собранный в лотке 27, затем снова направляется через мембранную сушилку 11, чтобы еще раз извлекать влагу из сжатого газа.
Таким образом, жидкий осушитель циркулирует непрерывно в контуре 20, и влага непрерывно извлекается из сжатого газа, в силу чего газ, выходящий из мембранной сушилки 11, представляет собой высушенный сжатый газ.
Варьирование компрессорной установки 1 согласно изобретению, показанной на фиг. 2, является сравнимым с компрессорной установкой 1 на фиг. 1; тем не менее, со следующими двумя отличиями:
– в этом случае теплообменник 29 представляет собой теплообменник с первичной частью 29a, через которую протекает жидкий осушитель, и с вторичной частью 29b, которая находится в контакте для целей теплообмена с первичной частью 29a и через которую направляется теплая среда в ходе работы;
– регенератор содержит мембрану 31, которая разделяет кожух 23 на два отсека, причем они представляют собой первый отсек 32 с впуском 33 и выпуском 34, через который жидкий осушитель, после нагревания в теплообменнике 29, отправляется в направлении стрелки D, и второй отсек 3 с впуском 36 и выпуском 37, через который продувочный газ всасывается в направлении стрелки C во встречном потоке с использованием нагнетателя 24 воздуха.
Мембрана 31 является непроницаемой или фактически непроницаемой для жидкого осушителя, но является избирательно проницаемой для влаги, которая поглощается в мембранной сушилке 11 посредством жидкого осушителя.
Эта мембрана предпочтительно изготовлена из гидрофобного материала, например, PP (полипропена); PTFE (политетрафторэтэна) или PVDF (поливинилиденфторида).
В иных отношениях, работа этой разновидности устройства является сравнимой с работой устройства согласно фиг. 1 с таким отличием, что в этом случае контакт между жидким осушителем и продувочным газом в регенераторе 22 возникает не непосредственно, а косвенно через мембрану 31.
Фиг. 3 является улучшенной разновидностью компрессорной установки 1 согласно изобретению, за счет которой в этом случае остаточное тепло из компрессорного элемента 3 используется для того, чтобы нагревать жидкий осушитель в теплообменнике 29.
Это может осуществляться, например, посредством обеспечения возможности охлаждающей среде циркулировать с использованием циркуляционного насоса 38 через охлаждающую рубашку на компрессорном элементе 3 в замкнутом контуре 39, в которую также включается вторичная часть 29b теплообменника 29.
Помимо этого, буферный сосуд 40 включен в контур 20 для жидкого осушителя, который исходит из мембранной сушилки 11, и который является наполненным влагой.
Жидкий осушитель направляется из этого буферного сосуда 40 с использованием циркуляционного насоса 41 в замкнутом контуре 42 через первичную часть 29a теплообменника 29, при этом устройство реагирует более стабильно на изменения рабочих условий.
Буферный сосуд 40 может содержать автоматический деаэратор 48 или вентиляционное отверстие, которое отвечает за вентиляцию контура 20 в случае, если мембрана 13 в мембранной сушилке 11 также обеспечивает возможность газу из сжатого газа протекать через себя, в силу чего давление в контуре 20 может увеличиваться, что может отрицательно влиять на сушильную способность устройства, и в силу чего газ может даже накапливаться в определенных частях контура 20 и может вызывать помеху или даже блокирование потока осушителя, что может приводить к плохой или даже нулевой производительности устройства 1.
Другая возможность восстанавливать остаточное тепло из компрессорного элемента 3 представляет собой случай компрессорного элемента с впрыском масла со масляным контуром, используемой для того, чтобы впрыскивать масло в компрессорный элемент для смазки и охлаждения компрессорного элемента 3.
В этом случае, теплое масло может использоваться в контуре 39 для того, чтобы нагревать жидкий осушитель.
В компрессорных элементах с впрыском масла, в сжатом газе типично присутствует очень небольшой объем масла.
В зависимости от материала, из которого изготовлена мембрана 13 в мембранной сушилке 11, может быть необходимым предоставлять для этой мембраны 13 маслоотталкивающий или маслостойкий защитный слой.
Если мембрана 13 изготовлена из микропористой пластмассы, такой как, например, PP, PE, PEI, PES, PI, PDMS, PTFE или PVDF, может применяться защитный слой, например, изготовленный из силикона, или аморфный защитный слой, изготовленный из фторполимера, такого как, например, Teflon™, который например, в частности, рекомендуется в случае мембраны, изготовленной из микропористого PTFE.
На фиг. 4, показана дополнительная разновидность компрессорной установки 1 согласно изобретению, которая отличается от компрессорной установки на фиг. 3 тем фактом, что охладитель 43 включен в контур 20 после регенератора 22 и до мембранной сушилки 11, и что буферный сосуд 44 присутствует, чтобы буферизовать маловлажный охлажденный жидкий осушитель, исходящий из охладителя 43.
Между буферным сосудом 40 насыщенного влагой жидкого осушителя и буферным сосудом 44 маловлажного жидкого осушителя, предоставляется закрываемый байпас 45, который может использоваться при запуске устройства для того, чтобы сушить газ 2, так что оно активируется быстрее.
При этом, не исключено то, что буферный сосуд 44 для буферизации маловлажного жидкого осушителя устанавливается до охладителя 43 и после регенератора 22. Охладитель 43 в таком случае находится непосредственно перед мембранной сушилкой 11. Таким образом, жидкий осушитель остается в буферных сосудах 40 и 44 при более высокой температуре, вызывая повышение давления пара жидкого осушителя, что приводит к более эффективной регенерации жидкого осушителя.
На фиг. 5, показана дополнительная разновидность, которая отличается от устройства на фиг. 4 тем фактом, что мембранная сушилка 11 в случае фиг. 5 не имеет плоской мембраны 13, а вместо этого имеет мембрану 13, которая состоит из различных трубчатых мембран, например, в форме полых волокон 46.
В настоящем документе, кожух 12 содержит два сегмента 47, которые разграничивают второй отсек 17 с впуском 18 и выпуском 19 для жидкого осушителя и два подотсека 14a и 14b, соответственно, с впуском 15 и выпуском 16 для сжатого газа, в силу чего два подотсека 14a и 14b соединяются с возможностью обмена текучей средой посредством вышеуказанных волокон 46, которые проходят через отсек 17 и через которые сжатый газ проводится из подотсека 14a в подотсек 14b и при этом передает свою влагу в жидкий осушитель через стенки полых волокон 46.
Аналогично, регенератор может содержать трубчатые или волоконные мембраны, в отличие от плоской мембраны 31.
На фиг. 6, показана дополнительная разновидность, которая отличается от устройства на фиг. 4 тем фактом, что отдельный регенератор 22 не включен в контур 20. В этом случае, регенерация осушителя осуществляется посредством нагнетания воздуха через осушитель. На фиг. 6, показывается то, как означенное может достигаться посредством вдувания воздуха в буферный сосуд 40, но другой или дополнительный сосуд также может использоваться для этой цели. С использованием нагнетателя воздуха или вентилятора, воздух нагнетается через фильтр 50 и направляется через трубопровод 51 в сосуде 40. Фильтр 50 не является существенным и также может интегрироваться другим способом. Фильтр 50 предотвращает вдувание пыли или других загрязнителей в осушитель. В точке, в которой трубопровод 51 входит в сосуд 40, все виды известных средств, например, мелких пузырьков, могут предоставляться, чтобы достигать требуемого распределения, например, мелкие пузырьки воздуха, нагнетаемого в осушитель в буферном сосуде 40, например, в рассеивателях, изготовленных из труб или мембран, содержащих тонкие отверстия или изготовленных из пористых материалов. Воздушные пузырьки должны извлекать часть влаги из осушителя и уносить ее в качестве водяного пара. Таким образом, осушитель может регенерироваться очень простым способом.
Настоящее изобретение никоим образом не ограничено вариантами осуществления, описанными в качестве примера и показанными на чертежах, и устройство и способ согласно изобретению для того, чтобы сушить сжатый газ, и компрессорная установка, содержащая такое устройство, могут реализовываться во всех видах вариантов осуществления без отступления от объема изобретения.