Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden eines gas- oder dampfförmigen Stoffes aus einem Trägergasstrom durch Partialkondensation nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 . Des Weiteren betrifft die Erfindung eine entsprechende Vorrichtung.

Derartige Verfahren bzw. Vorrichtungen sind bekannt. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass ein mit einem abzuscheidenden Stoff beladenes Trägergas auf eine Temperatur unterhalb des Taupunkts des Stoffs gekühlt und der dabei kondensierende Stoff anschließend aus dem Trägergasstrom entfernt wird. Bei dem im Verlauf des Verfahrens selbst nicht kondensierenden Trägergas handelt es sich beispielsweise um Luft, Stickstoff, Wasserstoff oder ein Edelgas oder ein Gemisch aus zwei oder mehr dieser Gasen. Häufig handelt es sich beim Trägergas um einen mit den abzuscheidenden Gasen oder Dämpfen beladenen Gasstrom aus einem industriellen Prozess (Prozessgas). Im Folgenden werden die Begriffe „Prozessgas“ und „Trägergas“ synonym verwendet. Der mit abzuscheidenden Stoffen beladene Trägergasstrom wird im Folgenden auch als „zu behandelnder Trägergasstrom“ bzw. „zu behandelnder Prozessgasstrom“ und der von den abzuscheidenden Stoffen zumindest teilweise befreite Trägergasstrom als „behandelter Trägergasstrom“ bzw. „behandelter Prozessgasstrom“ bezeichnet.

Bei den durch Kondensation aus dem Trägergas abzuscheidenden Gasen oder Dämpfen handelt es sich insbesondere um sogenannte VOCs (Volatile Organic Compounds), oder um andere Stoffe, deren Kondensationstemperatur über der des Trägergases liegt, wie beispielsweise Wasser. Dabei ist es unerheblich, ob die abzuscheidenden Stoffe bei Umgebungsbedingungen flüssig oder gasförmig sind. Im Übrigen kann ein zu behandelnder Trägergasstrom auch mit mehreren Stoffen beladen sein, von denen nicht alle abzuscheiden sind, oder die in aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten abgeschieden werden sollen. Aus dem Stand der Technik bekannte Kondensationsverfahren bedienen sich eines oder mehrerer Apparate, die als Kondensatoren bezeichnet werden. Ein Kondensator weist ein meist thermisch gut isoliertes Gehäuse auf, durch das der zu behandelnde Trägergasstrom entlang eines Strömungswegs geführt und dort an Wärmetauscherflächen in indirekten Kontakt mit einem kalten Wärmeträgermedium gebracht wird. Dabei wird das Trägergas auf eine Temperatur unterhalb des Taupunkts des aus dem Prozessgas abzuscheidenden gas- oder dampfförmigen Stoffes abgekühlt. Der Stoff kondensiert oder gefriert zumindest teilweise, und das entstehende Kondensat kann vom Gasstrom abgetrennt werden. Bei dem Wärmeträgermedium handelt es sich beispielsweise um ein kryogenes Kühlmedium, wie flüssiger Stickstoff. Derartige Kondensationsapparate sind vielfach im Einsatz und werden beispielsweise in der EP 1 743 688 A1 , der EP 0275472 A2, der EP 0 988 879 A1 , oder der DE 19645487 C1 beschrieben.

Problematisch bei vielen bekannten Kondensationsverfahren ist die Ausbildung von Aerosolen. Wenn ein mit einem Stoff beladener Trägergasstrom auf eine Oberfläche trifft, deren Temperatur deutlich unterhalb der Taupunkttemperatur des Stoffes ist, entstehen im Umgebungsbereich der Oberfläche Aerosole, die auszukondensierenden Stoff enthalten und die sich in den Kondensatoren selbst nicht mehr aus dem Trägergasstrom abscheiden lassen. Dies führt zu einer höheren Restbeladung der behandelten Trägergasströme als man aufgrund der im Kondensator erreichten Trägergastemperatur erwarten würde.

Zur Vermeidung oder Reduzierung der Aerosolbildung ist bekannt, Kondensationsverfahren so zu konzipieren, dass im Strömungsweg des Kondensators nur möglichst geringe Temperaturdifferenzen zwischen Trägergas und Kühloberflächen auftreten. Dies führt allerdings entweder zu sehr großen und aufwändigen Apparaten, oder es müssen Einbußen bei der Effizienz des Verfahrens hingenommen werden.

Weiterhin ist aus der EP 1 602 401 A2 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur aerosolarmen Partialkondensation bekannt. Dabei wird ein zu behandelnder Trägergasstrom durch zwei hintereinander geschaltete Kondensatoren geführt, in denen er jeweils mit einem kryogenen Wärmeträgermedium in indirekten thermischen Kontakt gebracht wird. Zwischen den Kondensatoren ist eine Heizeinrichtung angeordnet, mittels der der Trägergasstrom auf eine Temperatur oberhalb der Kondensationstemperatur eines aus dem Trägergas zu entfernenden Stoffes gebracht wird. Dadurch verdampfen die Aerosole, die sich im ersten Kondensator gebildet haben. Im nachfolgenden Kondensator findet eine erneute Abkühlung unter den Taupunkt des Stoffes im Trägergas statt, wodurch zumindest ein erheblicher Teil des abzuscheidenden Stoffs aus den vormaligen Aerosolen abgeschieden werden kann. Der Aerosolanteil im behandelten Trägergasstrom wird auf diese Weise drastisch minimiert. Das dort beschriebene Verfahren hat sich bewährt, ist aber vergleichsweise aufwändig in Aufbau und Wartung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Möglichkeit zur Abscheidung von dampf- oder gasförmigen Stoffen aus einem Trägergasstrom durch Partialkondensation anzugeben, bei der die Beladung des behandelten Trägergasstroms mit Aerosolen gegenüber Kondensationsverfahren nach dem Stand der Technik reduziert ist und das mit vergleichsweise einfachen Mitteln realisierbar ist.

Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.

Erfindungsgemäß durchläuft das Trägergas also innerhalb des Gehäuses eines Kondensators einen Strömungsweg, an dem es nacheinander an wenigstens zwei Wärmetauscherflächen in indirekten thermischen Kontakt mit einem Wärmeträgermedium, beispielsweise flüssiger oder kalter gasförmiger Stickstoff, gebracht wird. An einer ersten Wärmetauscherfläche wird es dabei auf eine erste Temperatur Ti unterhalb der Taupunkttemperatur TTi des auszukondensierenden Stoffes im Bereich der ersten Wärmetauscherfläche gekühlt. Dabei kondensiert zumindest ein erster Teil der im Trägergasstrom enthaltenen Menge des Stoffes aus und wird als flüssiges Kondensat abgeführt und beispielsweise in einem Kondensatbehälter oder innerhalb des Kondensatorgehäuses als Kondensatbad gesammelt. Anschließend durchläuft das Trägergas im Strömungsweg einen Verdunstungsbereich, in dem eine Temperatur T2 aufrecht erhalten wird, die über der Taupunkttemperatur TT2 des Stoffes in diesem Bereich liegt. Dabei verdunsten die im Trägergasstrom vorliegenden Aerosole zumindest teilweise. An einer im Strömungsweg dem Verdunstungsbereich nachfolgenden zweiten Wärmetauscherfläche wird das Trägergas erneut gekühlt, diesmal auf eine dritte Temperatur T3 unterhalb der Taupunkttemperatur TT3 des auszukondensierenden Stoffes im Bereich der zweiten Wärmetauscherfläche. An der zweiten Wärmetauscherfläche schlägt sich dadurch ein wesentlicher Teil des Stoffs aus den zuvor verdunsteten Aerosolen als flüssiges Kondensat nieder und wird ebenfalls, beispielsweise in das Kondensatbad, abgeführt. In der Regel gilt also TS<TI<T2, d.h. die Temperatur des Trägergases an der zweiten Wärmetauscherfläche ist niedriger als die Temperatur des Trägergases an der ersten Wärmetauscherfläche. Die Temperatur der Wärmeträgermedien im ersten und zweiten Wärmetauscher kann dabei auf gleicher Höhe liegen oder unterschiedlich sein; wesentlich für die Erfindung ist jedoch, das Trägergas im Bereich beider Wärmetauscher jeweils auf eine Temperatur unterhalb der jeweiligen Taupunkttemperatur gebracht wird.

Die Anordnung der ersten und zweiten Wärmetauscherflächen und des Verdunstungsbereiches innerhalb des gleichen Kondensatorgehäuses führt dazu, dass das durchströmende Trägergas innerhalb einer vergleichsweise kurzen Wegstrecke sehr rasch nacheinander abgekühlt und wieder erwärmt wird. Für Aerosoltröpfchen, die sich bei der Kondensation des Stoffes in der Umgebung des ersten Wärmetauschers gebildet haben, steht daher nur wenig Zeit zur Verfügung, zu größeren und stabileren Tröpfchen zu koagulieren; sie verdunsten aufgrund ihres vergleichsweise kleinen Durchmessers im Verdunstungsbereich sehr rasch.

In vorteilhafter Weise kann das Verfahren auch mehrstufig durchgeführt werden, indem das Trägergas beim Durchlaufen des Strömungswegs mehrfach nacheinander an einer ersten Wärmetauscherfläche oder einer Gruppe von ersten Wärmetauscherflächen abgekühlt, anschließend in einem Verdunstungsbereich aufgewärmt und an einer zweiten Wärmetauscherfläche oder einer Gruppe von zweiten Wärmetauscherflächen erneut abgekühlt wird. Dabei kann die Strömungsführung auch so gewählt werden, dass eine stromab zu einem Verdunstungsbereich angeordnete zweite Wärmetauscherfläche (oder eine Gruppe von zweiten Wärmetauscherflächen) zugleich als erste Wärmetauscherfläche (oder Gruppe von ersten Wärmetauscherflächen) für einen darauffolgenden Verdunstungsbereich fungiert. Eine solche Ausgestaltung kann in besonders einfacher Weise beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das Trägergas im Kondensatorgehäuse durch übliche Strömungsleitbleche in eine mäanderförmige Bahn gezwungen wird und dabei wiederkehrend mehrere geradlinig angeordnete, als erste und/oder zweite Wärmetauscherflächen dienende Rohrbündel umströmt, die von den durch sie geführten Wärmeträgermedien gekühlt werden. Zwischen zwei solcher Wärmetauscherflächen oder zwischen zwei Gruppen von Wärmetauscherflächen sind Verdunstungsbereiche vorgesehen, die mit Mitteln zum Erwärmen des Trägergases ausgerüstet sind; bei diesen handelt es sich beispielsweise um einen weiteren Wärmetauscher, etwa ein Rohrbündel, das von einem entsprechend wärmeren Wärmeträgermedium durchströmt wird. Bei einer mehrstufigen Verfahrensführung können auch große Temperaturdifferenz zwischen den Wärmeträgermedien an den Wärmetauscherflächen und dem Trägergas zugelassen werden, da die sich anfangs in einem vergleichsweise hohem Umfang bildenden Aerosole in den nachfolgenden Verfahrensstufen zumindest weitgehend beseitigt werden. Dies erhöht die Effizienz des Verfahrens und ermöglicht eine kompakte Bauweise einer entsprechenden Kondensationsvorrichtung.

Die Temperatur des Trägergases im Verdunstungsbereich kann insbesondere mittels einer beispielsweise elektrische Heizeinrichtung und/oder durch Wärme aus einer Strahlungsquelle gesteuert werden. Besonders bevorzugt ist jedoch, dass das Trägergas im Verdunstungsbereich mittels einer Wärmetauscherfläche (Verdunstungswärmetauscherfläche) erwärmt wird, an der das Trägergas in indirekten thermischen Kontakt mit einem Wärmeträgermedium gebracht wird, dessen Temperatur über der Taupunkttemperatur des auszukondensierenden Stoffs im Trägergas liegt. Im Übrigen ist es vorteilhaft, wenn die Temperatur im Verdunstungsbereich mittels geeigneter Mittel in Abhängigkeit gemessener Parameter, wie beispielsweise einer Restbeladung des behandelten Trägergases, geregelt wird.

Bei dem an einer solchen Verdunstungswärmetauscherfläche zum Einsatz kommenden Wärmeträgermedium kann es sich um ein anderes oder um das gleiche Wärmeträgermedium handeln, das auch an der ersten und/oder der zweiten Wärmetauscherfläche zum Einsatz kommt. Für die Erwärmung des Trägergases im Verdunstungsbereich an der Verdunstungswärmetauscherfläche muss es entsprechend temperiert werden.

Die Temperierung eines an der Verdunstungswärmetauscherfläche zum Einsatz kommenden Wärmeträgermediums kann beispielsweise mittels einer elektrischen oder anderweitig betriebenen Heizeinrichtung erfolgen. Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht jedoch vor, dass zumindest ein Teilstrom des an der ersten und/oder zweiten Wärmetauscherfläche eingesetzten Wärmeträgermediums nach Durchlaufen dieser Wärmetauscherfläche/n in thermischen Kontakt mit dem aufgefangenen Kondensat im Kondensatbad gebracht und anschließend der Verdunstungswärmetauscherfläche zugeführt wird. Das Kondensat liegt bei einer Temperatur vor, die naturgemäß über der geforderten Taupunkttemperatur liegt. Beispielsweise wird das an der ersten und/oder der zweiten und/oder einer folgenden Wärmetauscherfläche aufgefangene Kondensat in einem Kondensatbehälter zwischengelagert, der innerhalb oder außerhalb des Kondensatorgehäuses angeordnet sein kann. In diesem Kondensatbehälter ist bevorzugt ein Wärmetauscher angeordnet, an dem das von der ersten und/oder zweiten Wärmetauscherfläche abgeführte Wärmeträgermedium in indirekten thermischen Kontakt mit dem Kondensat gebracht wird.

Vorteilhaft ist diese Ausgestaltung insbesondere dann, wenn das erfindungsgemäße Verfahren in einer Vorrichtung zum Einsatz kommt, bei der das Kondensat innerhalb des Kondensatorgehäuses, beispielsweise einem Sumpf des Gehäuses unter Ausbildung eines Kondensatbades aufgefangen wird, bei dem also keine strömungstechnische Trennung des aufgefangenen Kondensats zum Trägergasstrom besteht. Bei derartigen Anordnungen besteht, insbesondere bei leicht siedenden Stoffen, das Problem, dass das Kondensat aufgrund einer thermischen Fluktuation oder eines Wärmeeintrags von außen ganz oder teilweise rückverdampft und wieder in das Trägergas gelangt. Durch den Wärmekontakt des Wärmeträgermediums aus dem ersten und/oder dem zweiten Wärmetauscher mit dem Kondensat im Kondensatbad wird dessen Temperatur bevorzugt so weit unterhalb seiner Siedetemperatur herabgesetzt, dass die Wahrscheinlichkeit einer Rückverdampfung auch bei etwaigen vorhandenen thermischen Fluktuationen im Trägergasstrom oder Wärmeeinträgen über die Wände der Apparatur zumindest reduziert oder eine Rückverdampfung ganz verhindert wird. Auf diese Weise kann insbesondere auf eine aktive Kühlung des Kondensats mittels einer Kühleinrichtung verzichtet oder eine solche zumindest kleiner ausgelegt werden.

Fallweise kann es sich dabei jedoch auch als zweckmäßig erweisen, das Kondensat und/oder das zum Wärmetauscher im Kondensatbad geführte Wärmeträgermedium zu beheizen, beispielsweise mittels einer elektrischen Heizeinrichtung. Die Heizung verhindert insbesondere dann, wenn ein großer Mengenstrom an Wärmeträgermedium durch den Wärmetauscher im Kondensatbehälter geführt wird, eine zu starke Abkühlung oder gar ein Einfrieren des Kondensats.

Die an der ersten, der zweiten und/oder ggf. weiteren Wärmetauscherflächen zum Einsatz kommenden Wärmeträgermedien können ganz oder teilweise unterschiedlichen Quellen entnommen sein, beispielsweise kann es sich um stofflich unterschiedliche oder auf unterschiedlichen Temperaturen gehaltene Medien handeln. Bevorzugt entstammen jedoch das an der ersten Wärmetauscherfläche und das an der zweiten Wärmetauscherfläche zum Einsatz kommende Kühlmedium einer gemeinsamen Quelle, bei der es sich beispielsweise um einen Tank für flüssigen Stickstoff handelt. Erfolgt die Beheizung des Verdunstungsbereiches mittels eines Wärmeträgermediums an einer Verdunstungswärmetauscherfläche, so ist es, besonders aus wirtschaftlichen Gründen, vorteilhaft, auch dafür das gleiche Wärmeträgermedium, also beispielsweise Stickstoff, zu verwenden, der gleichen Quelle entstammt wie die übrigen Wärmeträgermedien.

Besonders vorteilhaft ist eine Verfahrensführung, bei der ein verflüssigtes Gas, wie beispielsweise flüssiger Stickstoff (LIN), flüssiger Sauerstoff (LOX) oder Flüssigerdgas (LNG), als Wärmeträgermedium zum Einsatz kommt, das an der ersten und/oder der zweiten Wärmetauscherfläche durch den thermischen Kontakt mit dem Trägergas zumindest teilweise verdampft. Dadurch wird zusätzlich die Verdampfungsenthalpie des Wärmeträgermediums zur Kühlung des Trägergases genutzt. Als Wärmeträgermedium kommt an der ersten und/oder der zweiten Wärmetauscherfläche bevorzugt ein kryogenes Wärmeträgermedium, beispielsweise flüssiger Stickstoff (LIN) oder ein anderes tiefkalt verflüssigtes Gas zum Einsatz. Es sind aber auch andere flüssige oder gasförmige Wärmeträgermedien einsetzbar, die auf eine zum Auskondensieren der jeweils gewählten abzuscheidenden Stoffe im Trägergasstrom geeignete Temperatur gebracht werden können, wie beispielsweise Sole, Kühlwasser oder Thermalöl.

Da das behandelte Trägergas nach dem thermischen Kontakt mit dem Wärmeträgermedium an der zweiten oder einer späteren Wärmetauscherfläche auf einer mitunter sehr tiefen Temperatur vorliegt, erweist es sich in vielen Fällen als vorteilhaft, wenn zumindest ein Teilstrom des behandelten Trägergases mit dem unbehandelten Trägergas in thermischen Kontakt gebracht wird, um eine noch vorhandene Restkälte zur Kühlung des unbehandelten Trägergases zu nutzen. Dies erfolgt beispielsweise mittels einer zusätzlichen Wärmetauscherfläche (Rekuperator), beispielsweise in Gestalt eines Rohrbündels, das innerhalb oder außerhalb des Kondensatorgehäuses angeordnet ist und an der zumindest ein Teilstrom des behandelten Trägergases mit dem unbehandelten Trägergasstrom in indirekten thermischen Kontakt gebracht wird.

Im Übrigen ermöglicht das erfindungsgemäßen Verfahren auch die Behandlung von Trägergasströmen, die mit mehreren Stoffen beladen sind, von denen nicht alle abzuscheiden sind, oder die gleichzeitig oder in aufeinanderfolgenden Schritten in der oben beschriebenen Weise abgeschieden werden sollen.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist also ein Kondensatorgehäuse auf, durch das sich von einem Prozessgaseingang zu einem Prozessgasausgang ein Strömungsweg erstreckt, durch den im Einsatz der Vorrichtung ein mit einem auszukondensierenden Stoff beladenes Trägergas geführt wird. Beim Strömungsweg handelt es sich nicht notwendigerweise um einen geradlinigen Weg; vielmehr kann der Strömungsweg auch so ausgebildet sein, dass das Trägergas im Gehäuse ein- oder mehrfach umgelenkt und/oder mittels geeigneter Hilfsmittel, wie etwa Strömungsleitbleiche, in eine mäandernde Bahn gezwungen wird. In diesem Strömungsweg sind hintereinander zwei oder mehr Wärmetauscherflächen zum Kühlen des Trägergases auf eine Temperatur unterhalb der Taupunkttemperatur eines im Trägergas befindlichen, auszukondensierenden Stoffes angeordnet, bei denen es sich jeweils beispielsweise um ein Rohr, ein Rohrbündel oder um eine Kühlschlange oder um einen Abschnitt eines Rohrs, Rohrbündels oder Kühlschlange handelt. Zwischen zumindest zwei der Wärmetauscherflächen - hier erste und zweite Wärmetauscherfläche genannt - ist ein Verdunstungsbereich vorgesehen, in dem der Trägergasstrom mit geeigneten Mitteln auf eine Temperatur erwärmbar ist, die über der Taupunkttemperatur des auszukondensierenden Stoffes in diesem Verdunstungsbereich liegt. Bei den Mitteln zum Erwärmen des Trägergases im Verdunstungsbereich handelt es sich beispielsweise um eine elektrische Heizung oder um einen von einem entsprechend temperierten Wärmeträgermedium durchströmten Wärmetauscher (Verdunstungswärmetauscher). Die Vorrichtung ist zudem mit einer Einrichtung zum Auffangen und Abführen flüssigen Kondensats ausgerüstet. Diese weist bevorzugt einen oder mehrere Kondensatbehälter auf, die einem oder mehreren Wärmetauschern zugeordnet sind und in denen das an dem jeweiligen Wärmetauscher aufgefangene Kondensat zumindest vorübergehend gespeichert wird; der oder die Kondensatbehälter kann/können innerhalb oder außerhalb des Gehäuses angeordnet sein; beim Kondensatbehälter kann es sich insbesondere um den Sumpf des Kondensatorgehäuses handeln.

Im Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Trägergas nacheinander an den beiden Wärmetauscherflächen in indirekten thermischen Kontakt mit einem Wärmeträgermedium gebracht und dabei auf eine Temperatur unterhalb der jeweiligen Taupunkttemperatur des auszukondensierenden Stoffs gekühlt. Durch die Erwärmung des Trägergases in dem zwischen zwei Wärmetauscherflächen befindlichen Verdunstungsbereich wird das Trägergas auf eine Temperatur oberhalb der dort bestehenden Taupunkttemperatur des auszukondensierenden Stoffs erwärmt. Dadurch verdunsten im Trägergas vorhandene Aerosole, die den auszukondensierenden Stoff enthalten. Der somit wieder in Gasform vorliegende Stoff kondensiert erneut bei der Abkühlung des Trägergases an der zweiten, bzw. einer nachfolgenden Wärmetauscherfläche und wird anschließend zumindest teilweise in Form von flüssigem Kondensat abgeführt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch einen kompakten und vergleichsweise einfachen Aufbau aus und ist geeignet, Aerosole im behandelten Trägergas wirksam zu reduzieren. Die Vorrichtung eignet sich somit insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind im Strömungsweg des Trägergases mehr als zwei Wärmetauscherflächen zum Kühlen des Trägergases hintereinander angeordnet, die nacheinander vom Trägergas angeströmt werden, wobei zumindest zwischen einigen der Wärmetauscherflächen Verdunstungsbereiche zum zwischenzeitlichen Erwärmen des Trägergases vorgesehen sind. Beispielsweise kann eine Gruppe, bestehend aus zwei oder mehr im Strömungsweg hintereinander angeordneten ersten Wärmetauscherflächen im Strömungsweg vor einem mit Mitteln zum Erwärmen des Trägergases ausgerüsteten Verdunstungsbereich angeordnet sein, und/oder es kann eine Gruppe aus zwei oder mehr im Strömungsweg hintereinander angeordneten zweiten Wärmetauscherflächen im Strömungsweg nach einem solchen Verdunstungsbereich angeordnet sein, wobei an den Wärmetauscherflächen jeweils eine Kühlung und im Verdunstungsberiech eine Erwärmung des zuvor gekühlten Trägergases erfolgt. Ebenso kann im Strömungsweg eine Abfolge aus zwei oder mehr Verdunstungsbereichen mit Mitteln zum Erwärmen des Trägergases vorgesehen sein, vor denen (in Strömungsrichtung des Trägergases gesehen) jeweils eine erste Wärmetauscherfläche oder eine Gruppe von ersten Wärmetauscherflächen vorgesehen ist, und hinter denen jeweils eine zweite Wärmetauscherfläche oder eine Gruppe von zweiten Wärmetauscherflächen vorgesehen ist. Dabei kann die zweite Wärmetauscherfläche oder die Gruppe von zweiten Wärmetauscherflächen auch unmittelbar stromauf zu einem Verdunstungsbereich angeordnet sein, sodass er bzw. sie in Bezug auf diesen Verdunstungsbereich als erster Wärmetauscher bzw. Gruppe von ersten Wärmetauschern fungiert. Allgemein sollen hier als erste Wärmetauscherfläche(n) (eine) solche verstanden werden, die im Strömungsweg des Trägergases vor einem Verdunstungsbereich angeordnet ist/sind und als zweite Wärmetauscherflächen (eine) solche, die im Strömungsweg hinter einem Verdunstungsbereich angeordnet ist/sind.

Zweckmäßigerweise ist der erste Wärmetauscher und/oder der zweite Wärmetauscher als Rohrbündelwärmetauscher ausgebildet, der von einem Wärmeträgermedium durchströmt wird, Bei der ersten Wärmetauscherfläche und/oder der zweite Wärmetauscherfläche und/oder ggf. einer oder mehreren weiteren Wärmetauscherflächen handelt es sich somit jeweils um Rohrbündel oder um einen Abschnitt eines Rohrbündels, das von einem Wärmeträgermedium durchströmt wird. Dabei kann das gleiche oder es können unterschiedliche Wärmeträgermedien an den beiden Wärmetauscherflächen zum Einsatz kommen.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass der Strömungsweg des Trägergases mäanderförmig um jeweils parallel zueinander angeordnete, als Wärmetauscherflächen fungierende Rohrbündel des ersten und des zweiten Wärmetauschers geführt ist. Ein mäanderförmiger Strömungsweg kann in an sich üblicher weise beispielsweise durch geeignete, innerhalb des Kondensatorgehäuses angeordnete Strömungsleitbleche, sog.

„Baffles“ realisiert werden. Mit jeder Richtungsänderung des Strömungswegs werden dabei Abschnitte der jeweiligen Rohrbündel vom Trägergas angeströmt und führen jeweils zu einer Abkühlung des Trägergases. Zwischen zumindest einigen der Abschnitte sind Verdunstungsbereiche vorgesehen, in denen Mittel zum Erwärmen des Trägergases angeordnet sind. Beim Durchlaufen des Strömungswegs wird das Trägergas also mehrfach nacheinander gekühlt, erwärmt und wieder gekühlt. Mit einer solchen, mehrstufige Anordnung können im Trägergas vorhandene, aus dem Stoff bestehende Aerosole fast vollständig beseitigt werden.

Im Übrigen können die Rohrbündel aller genannten Wärmetauscher auch U-förmig ausgebildet sein und/oder an Umlenkkammern angeschlossen sein, die sich in einem Kopfraum des Kondensatorgehäuses befinden, um den Strömungsweg des jeweiligen Wärmeträgermediums im Kondensatorgehäuse und die Kontaktfläche mit dem Trägergas zu vergrößern. Bevorzugt weisen die Mittel zum Erwärmen des Trägergases im Verdunstungsbereich einen mit einer Zuleitung und einer Ausleitung für ein Wärmeträgermedium sowie einer Verdunstungswärmetauscherfläche ausgerüsteten Verdunstungswärmetauscher auf. Strukturell handelt es sich in diesem Fall eigentlich um eine dritte Wärmetauscherfläche, der im Strömungsweg zwischen den beiden anderen Wärmetauscherflächen angeordnet ist, jedoch bei einer im Vergleich zu diesen höheren Temperatur betrieben wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist die Zuleitung für das Wärmeträgermedium des Verdunstungswärmetauschers mit der Ausleitung für das Wärmeträgermedium des ersten und/oder des zweiten Wärmetauschers strömungsverbunden, wobei in der der Ausleitung für das Wärmeträgermedium des ersten und/oder zweiten Wärmetauschers, stromauf zum Verdunstungswärmtauscher, Mittel zum Erwärmen des Wärmeträgermediums vorgesehen sind. Der erste und/oder der zweite Wärmetauscher und der Verdunstungswärmetauscher werden also mit dem gleichen Wärmeträgermedium betrieben, das jedoch nach Durchlaufen des ersten und/oder des zweiten Wärmetauschers und vor Durchlaufen des Verdunstungswärmetauschers erwärmt wird.

Die vorgenannten Mittel zum Erwärmen des Wärmeträgermediums weisen bevorzugt ein Kondensatbad für das in der Vorrichtung abgeschiedene flüssige Kondensat und eine im Kondensatbad angeordnete Wärmetauscherfläche auf, bei der es sich bevorzugt gleichfalls um ein Rohrbündel oder um den Abschnitt eines Rohrbündels handelt. An der Wärmetauscherfläche ist das aus dem ersten und/oder zweiten Wärmetauscher abströmende Wärmeträgermedium vor seiner Zuführung an den Verdunstungswärmetauscher in thermischen Kontakt mit dem auskondensierten Stoff bringbar. Das Kondensatbad ist bevorzugt innerhalb des Kondensatorgehäuses, beispielsweise in einem Auffangbehälter oder im Sumpf des Kondensatorgehäuses aufgenommen. Beispielsweise sind als Wärmetauscherflächen ein oder mehrere U-förmig gebogene Rohrbündel vorgesehen, die mit seinem/ihrem gekrümmten Abschnitt in ein innerhalb des Kondensatorgehäuses angeordnetes Kondensatbad eintauchen. Durch den Wärmekontakt mit dem Kondensatbad an dem oder den U-förmigen Rohrbündelabschnitt(en) wird bevorzugt das Wärmeträgermedium soweit erwärmt, dass seine Temperatur über der Taupunkttemperatur des auszukondensierenden Stoffes im Trägergasstrom liegt und somit als Wärmeträgermedium zur Beheizung des Trägergases im Verdunstungsbereich einsetzbar ist. Gleichzeitig wird das Kondensatbat gekühlt, wodurch die Gefahr einer Rückverdampfung des Kondensats aus dem Kondensatbad reduziert wird.

Bevorzugt sind dabei im Kondensatbad Mittel zum Temperieren des Kondensats vorgesehen. Abhängig von der jeweiligen Aufgabenstellung kann es sich dabei um eine Heizeinrichtung und/oder um eine Kühleinrichtung handeln.

Eine gleichfalls vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass - in Strömungsrichtung des Trägergases gesehen - stromab zum zweiten Wärmetauscher ein weiterer, hier als Tiefkühlwärmetauscher bezeichneter Wärmetauscher angeordnet ist. Am Tiefkühlwärmetauscher wird das Prozessgas weiter abgekühlt, bevorzugt auf eine Temperatur, die niedriger ist als die Temperatur des Prozessgases am zweiten Wärmetauscher. Dadurch wird eine noch vorhandene Restbeladung an auszukondensierendem Stoff zumindest weitgehend beseitigt. Da stromab zum zweiten Wärmetauscher (bzw. zu einem nachfolgenden Wärmetauscher) Aerosole im Trägergas in nur noch sehr geringem Umfang vorhanden sind, ist in Bereich des Tiefkühlwärmetauschers kein Verdunstungsbereich mehr erforderlich. Der Tiefkühlwärmetauscher ist bevorzugt als Rohrbündelwärmetauscher ausgebildet, an dem das Trägergas mit einem als verflüssigtes Gas zugeführten Wärmeträgermedium in thermischen Kontakt gebracht wird, das dabei verdampft. Das verdampfte Wärmeträgermedium kommt nachfolgend beispielsweise als gasförmiges Wärmeträgermedium im ersten und/oder dem zweiten Wärmetauscher und/oder dem Verdunstungswärmetauscher zum Einsatz.

Eine abermals vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die Wärmetauscherflächen des ersten und/oder zweiten Wärmetauschers und des Verdunstungswärmetauschers als Rohrbündel ausgebildet sind, die zumindest in einem Abschnitt des Kondensatorgehäuses konzentrisch zueinander verlaufen, wobei die Rohrbündel des ersten und/oder des zweiten Wärmetauschers zumindest abschnittsweise radial innerhalb des Rohrbündels des Verdunstungswärmetauschers angeordnet sind. In diesem Falle fungiert der von relativ wärmerem Wärmeträgermedium durchströmte Verdunstungswärmetauscher als Kühlschild zum Abschirmen des ersten und/oder des zweiten Wärmetauschers.

Anhand der Zeichnungen sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigen:

Fig. 1 : Eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform in einem Längsschnitt,

Fig. 2: Eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform in einem Längsschnitt,

Fig. 3: Eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer dritten Ausführungsform in einem Längsschnitt und

Fig. 4: Eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer vierten Ausführungsform in einem Längsschnitt.

Bei den im Folgenden gezeigten Ausführungsbeispielen der Erfindung sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1 zum Abscheiden eines gas- oder dampfförmigen Stoffes aus einem Trägergasstrom durch partielle Kondensation weist ein Kondensatorgehäuse 2 auf, das mit thermisch gut isolierenden Wänden ausgerüstet ist. Das Kondensatorgehäuse 2 umfasst einen zylinderförmigen Zentralabschnitt 3, einen von diesem durch einen Rohrboden 4 strömungstechnisch getrennten Kopfraum 5 und einen Sumpf 6. In den Zentralabschnitt 3 mündet in einem geodätisch gesehen unteren Abschnitt ein Trägergaseingang 7 und in einem geodätisch oberen Abschnitt ein Trägergasausgang 8 ein. Der Kopfraum 5 ist durch eine vertikale Trennwand 9 in zwei strömungstechnisch voneinander getrennte Teilräume 11 , 12 unterteilt. In den Teilraum 12 mündet eine Zuleitung 13 für ein flüssiges oder gasförmiges Wärmeträgermedium ein, während in den Teilraum 11 eine Ausleitung 14 für Wärmeträgermedium einmündet. Der zur Aufnahme eines flüssigen Kondensats bestimmte Sumpf 6 ist mit einem Überlauf 15 ausgestattet, an den sich eine Gassperre 16 zum Verhindern eines unerwünschten Gasdurchtritts, beispielsweise ein Siphon o.ä., anschließt. Die Teilräume 11 , 12 des Kopfraums 5 sind über zwei U-förmige Rohrbündel 17, 18 miteinander strömungsverbunden, die in den hier gezeigten Ausführungsbeispielen aus Gründen der Übersichtlichkeit durch einzelne Rohre nur angedeutet sind, tatsächlich jedoch aus einer Mehrzahl an parallel geführten Rohren bestehen. Die Rohrbündel 17, 18 weisen jeweils senkrechte Rohrbündelabschnitte 17a, 17b; 18a, 18b auf, die an ihrem unteren Ende über einen gekrümmten Rohrbündelabschnitt 17c, 18c oder durch Rohrböden (hier nicht gezeigt) miteinander strömungsverbunden sind. Die Rohrbündel 17, 18 reichen unterschiedlich tief in das Kondensatorgehäuse 2 hinab; während das Rohrbündel 17 nicht tiefer als bis zu einer Höhe knapp oberhalb des Überlaufs 15 reicht, führt das Rohrbündel 18 tief in den Sumpf 6 unterhalb der Höhe des Überlaufs 15 hinab. Weiterhin sind im Zentralabschnitt 3 des Kondensatorgehäuses 2 eine Mehrzahl von Strömungsleitblechen 19 (sog. „Baffles“) angeordnet, die ein vom Trägergaseingang 7 zum Trägergasausgang 8 strömendes Gas innerhalb des Zentralabschnitts 3 in einen mäanderförmigen Strömungsweg 20 (hier angedeutet durch eine strichpunktiere Linie) zwingen.

Im Betrieb der Vorrichtung 1 strömt ein mit einem auszukondensierenden Stoff beladenes Trägergas (Prozessgas) über den Trägergaseingang 7 in das Kondensatorgehäuse 2 ein und verlässt dasselbe am Trägergasausgang 8. Durch die Gassperre 16 wird verhindert, dass Prozessgas über den Überlauf 15 abströmt. Im Zentralabschnitt 3 verläuft der Strömungsweg 20 des Prozessgases mäanderförmig, wobei das Prozessgas nach jeder Richtungsumlenkung nacheinander mit den Rohrbündelabschnitt 18b, 17b, 17a, 18a (bei einer Strömungsrichtung von links nach rechts) bzw. 18a, 17a, 17b, 18b (bei einer Strömungsrichtung von rechts nach links) in Kontakt kommt. Zugleich wird ein im Vergleich zum Prozessgas kaltes Wärmeträgermedium über den Teilraum 12 des Kopfraums 5 zugeführt, von dem aus es in die Rohrbündel 17, 18 einströmt. Kommt ein verflüssigtes Gas als Wärmeträgermedium zum Einsatz, wie beispielsweise flüssiger Stickstoff, wird bevorzugt der Strom des durch die Rohrbündel 17, 18 geführten Wärmeträgermediums so eingestellt, dass das Wärmeträgermedium durch den thermischen Kontakt mit dem Prozessgas noch in den Rohrbündelabschnitten 17a, 18a verdampft. Das Wärmeträgermedium strömt parallel durch die Rohrbündel 17, 18 zum Teilraum 11 und wird über die Ausleitung 14 abgeführt. Durch den Wärmekontakt des Prozessgases mit dem Wärmeträgermedium in den Rohrbündeln 17, 18 wird das Prozessgas an zumindest einigen Stellen im Strömungsweg 20 auf eine Temperatur unterhalb des Taupunkts eines im Prozessgas enthaltenen gas- oder dampfförmigen Stoffes (im folgenden auch „auszukondensierender Stoff“ genannt) abgekühlt. Es bildet sich an den Oberflächen der Rohrbündel 17, 18 ein flüssiges Kondensat, das sich in der Folge im Sumpf 6 zu einem Kondensatbad 22 sammelt. Das Kondensatbad 22 steigt bis zur Höhe eines maximalen Pegels 21 an, der durch die Lage des Überlaufs 15 festgelegt ist. Sobald dessen Höhe erreicht ist, wird weiter zulaufendes Kondensat über den Überlauf 15 abgeführt und entsorgt oder einer weiteren Verwertung zugeführt.

Da der gekrümmte Rohrbündelabschnitt 18c des Rohrbündels 18 unterhalb des Pegels 21 verläuft, kommt dort das durch das Rohrbündel 18 geführte Wärmeträgermedium mit dem flüssigen Kondensatbad 22 in thermischen Kontakt und erwärmt sich dadurch; gleichzeitig wird das Kondensatbad 22 im Sumpf 6 abgekühlt. Das durch den Rohrbündelabschnitt 18b geführte Wärmeträgermedium liegt daher bei einer höheren Temperatur vor, als das durch die Rohrbündelabschnitt 17a, 17b und 18a geführte.

In einem von rechts nach links verlaufenden Abschnitt des Strömungswegs 20 umströmt das Prozessgas nacheinander die Rohrbündelabschnitte 18a, 17a und 17b. Durch die in den Rohrbündelabschnitten 18a, 17a, 17b vorherrschenden tiefen Temperaturen wird das Prozessgas dabei auf eine Temperatur unterhalb des Taupunkts des auszukondensierenden Stoffs abgekühlt. Dabei bilden sich neben dem flüssigen Kondensat auch unerwünschte Aerosole, die den auszukondensierenden Stoff enthalten und die vom Trägergasstrom mitgerissen werden. Der Strömungsweg 20 des Prozessgases kreuzt anschließend zweimal hintereinander den Rohrbündelabschnitt 18b, der aufgrund des vorhergehenden Wärmekontakts mit dem Kondensat im Sumpf 6 auf einer vergleichsweise höheren Temperatur liegt. In einem Verdunstungsbereich 23 um den Rohrbündelabschnitt 18b herum (hier durch eine graue Fläche angedeutet) wird dadurch das Prozessgas über die Taupunkttemperatur des auszukondensierenden Stoffes hinaus erwärmt. Die Aerosole, die sich zuvor gebildet haben, verdunsten dort zumindest weitgehend und der dabei wieder in Gasform übergehende auszukondensierende Stoff bildet mit dem Prozessgas erneut ein homogenes Gasgemisch. Im Anschluss daran umströmt das Prozessgas erneut die Rohrbündelabschnitte 17b, 17a und 18a (jedoch in einer anderen Schleife des mäanderförmigen Strömungswegs), wobei es wiederum auf eine Temperatur unterhalb der Taupunkttemperatur des Stoffes abgekühlt wird und der Stoff erneut an der Oberfläche der Rohrbündelabschnitte 17a, 17b, 18a kondensiert. Die Rohrbündelabschnitte 17a, 17b, 18a dienen also zweimal als Wärmetauscherflächen zum Kühlen des Prozessgases, einmal bevor und einmal nachdem dieses den Verdunstungsbereich 23 durchlaufen hat. Ein großer Teil des in den zuvor verdunsteten Aerosolen enthaltenen Stoffs kann auf diese Weise vom Prozessgas getrennt und dem Kondensat im Sumpf 6 zugeführt werden.

Eine optional vorhandene, beispielsweise elektrisch betriebene Heizeinrichtung 24 ermöglicht bei Bedarf die Temperierung des Kondensats, um insbesondere zu verhindern, dass das Kondensat durch den Wärmekontakt mit dem Wärmeträgermedium am Rohrbündelabschnitt 18c zu stark abkühlt oder gefriert. Alternativ oder ergänzend dazu, hier jedoch nicht gezeigt, kann auch das Wärmeträgermedium vor Durchlaufen des Rohrbündelabschnitts 18c beheizt werden, öder es kann dem Wärmeträgermedium im Rohrbündelabschnitt 18c wärmeres Wärmeträgermedium beigemischt werden. Anstelle oder ergänzend zur Heizeinrichtung 24 kann auch eine Kühleinrichtung zum Kühlen des Kondensats vorhanden sein, um, beispielsweise im Falle eines Wärmeeintrags von außen und/oder einer nur geringen Kühlung durch das Wärmeträgermedium, zu verhindern, dass das Kondensat rückverdampft.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zeichnet sich gegenüber dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel durch einen längeren Strömungsweg des Prozessgases und damit durch eine verbesserte Ausnutzung der Kälte des Wärmeträgermediums aus.

Ähnlich der Vorrichtung 1 weist die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung 101 ein vertikal angeordnetes, thermisch gut isoliertes Kondensatorgehäuse 102 auf. Das Kondensatorgehäuse 102 ist mit einem Zentralabschnitt 103, einen von diesem durch einen Rohrboden 104 strömungstechnisch getrennten Kopfabschnitt 105 und einem Sumpf 106 ausgerüstet. In einem oberen, d.h. dem Rohrboden 104 benachbarten Bereich des Zentralabschnitts 103 münden in diesen ein Trägergaseingang 107 und ein Trägergasausgang 108 ein. Der Kopfraum 105 ist durch eine vertikale Trennwand 109 in zwei strömungstechnisch voneinander getrennte Teilräume 111 und 112 geteilt, wobei in den Teilraum 112 eine Zuleitung 113 für ein Wärmeträgermedium und in den Teilraum 111 eine Ausleitung 114 für ein Wärmeträgermedium einmündet. Der Sumpf 106 ist mit einem Überlauf 115 und mit einer Gassperre 116 ausgerüstet.

Die Teilräume 111 , 112 des Kopfraums 105 sind über zwei U-förmige Rohrbündel 117, 118, die auch hier durch einzelne Rohre nur angedeutet sind, miteinander strömungsverbunden. Die Rohrbündel 117, 118 weisen jeweils senkrechte Rohrbündelabschnitte 117a, 117b; 118a, 118b auf, die an ihrem unteren Ende über einen gekrümmten Rohrbündelabschnitt 117c, 118c (wie hier gezeigt) oder durch Rohrböden miteinander strömungsverbunden sind. Die Rohrbündel 117, 118 reichen unterschiedlich tief in das Kondensatorgehäuse 102 hinab; während das Rohrbündel 117 nicht tiefer als bis zu einer Höhe knapp oberhalb des Überlaufs 115 reicht, führt das Rohrbündel 118 tief in den Sumpf 106 unterhalb der Höhe des Überlaufs 115 hinab.

Im Unterschied zur Vorrichtung 1 ist der Zentralabschnitt 103 des Kondensatorgehäuses 103 durch eine Trennwand 119 in zwei strömungstechnisch teilweise voneinander getrennte Abschnitte 120, 121 unterteilt. Die Trennwand 119 reicht in vertikaler Hinsicht vom Rohrboden 104 bis knapp über den Sumpf 106 hinab und zwingt einem über den Trägergaseingang 107 zugeführten Prozessgas im Abschnitt 120 einen nach unten, im Abschnitt 121 dagegen einen nach oben gerichteten Strömungsweg auf, also jeweils im Gegenstrom zu dem von der Zuleitung 113 zur Ausleitung 114 durch die Rohrbündel 117, 118 strömenden Wärmetauschermedium. Zudem sind in beiden Abschnitten 120, 121 Strömungsleitbleche 122 vorgesehen, die dem Prozessgas jeweils einen mäanderförmigen Verlauf aufzwingen.

Der Abschnitt 120 dient insbesondere zum Abkühlen des Prozessgases auf eine Temperatur unterhalb der Taupunkttemperatur eines auszukondensierenden Stoffes und zur Entfernen von Aerosolen, die sich dabei gebildet haben. Hierzu umströmt das Prozessgas im Abschnitt 120 nacheinander immer im Wechsel die Rohrbündelabschnitte 117b und 118b der Rohrbündel 117, 118. Beim Kontakt mit dem Wärmetauschermedium im Rohrbündelabschnitt 117b wird das Prozessgas auf eine Temperatur unterhalb der Taupunkttemperatur des auszukondensierenden Stoffes abgekühlt. Das dabei an der Oberfläche des Rohrbündelabschnitts 117b anfallende flüssige Kondensat fließt über die Strömungsleitbleche 122 zum Sumpf 106 und sammelt sich dort zu einem Kondensatbad 123.

Das im Rohrbündelabschnitt 118c in das Kondensatbad 123 eintauchende und dort in thermischen Kontakt mit dem Kondensat erwärmte Wärmetauschermedium des Rohrbündels 118 liegt im Rohrbündelabschnitt 118b auf einer höheren Temperatur vor als das Wärmeträgermedium im Rohrbündelabschnitt 117b. Daher wird das zuvor am Rohrbündelabschnitt 117b gekühlte Prozessgas beim thermischen Kontakt mit dem Wärmeträgermedium im Rohrbündelabschnitt 118b erwärmt, und zwar auf eine Temperatur, die über der Taupunkttemperatur des auszukondensierenden Stoffes liegt. Die Wärmeübertragung erfolgt dabei durch Kontakt des Prozessgases mit dem Rohrbündelabschnitt 118b und/oder durch eine vom Rohrbündelabschnitt 118b ausgehende Wärmestrahlung. Jeweils radial um die Rohre des Rohrbündelabschnitts 118b herum liegt auf diese Weise ein Verdunstungsbereich 124 vor, im dem bei der vorherigen Abkühlung des Prozessgases entstandene, den auszukondensierenden Stoff enthaltende Aerosole verdunsten. Der so wieder in Gasform übergehende Stoff kondensiert beim nachfolgenden erneuten Kontakt mit dem Rohrbündelabschnitt 117b wenigstens teilweise in flüssiger Form aus.

Aus dem Abschnitt 120 strömt das Prozessgas in den Abschnitt 121 des Zentralabschnitts 103 ein. In diesem Bereich findet keine zwischenzeitliche Erwärmung mehr statt, sondern das Prozessgas wird im thermischen Kontakt mit den Rohrbündelabschnitten 117a, 118a, die insoweit als Tiefkühlwärmetauscher fungieren, beständig auf eine tiefe Temperatur gekühlt. Im Falle des Einsatzes eines verflüssigten Gases als Wärmeträgermedium dienen die Rohrbündelabschnitte 117a, 118a zudem bevorzugt zum Verdampfen des über die Zuführung 113 zugeführten flüssigen Wärmeträgermediums. Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 201 weist ein gleichfalls vertikal angeordnetes und mit einer Wärmeisolation versehenes Kondensatorgehäuse 202 auf, das in einen zylinderförmigen Zentralabschnitt 203, einen von diesem durch einen Rohrboden 204 strömungstechnisch getrennten Kopfabschnitt 205 und einen Sumpf 206 unterteilt ist.

In einen oberen Abschnitt des Zentralabschnitts 203 mündet ein Trägergaseingang 207 und ein Trägergasausgang 208 ein. Der Kopfraum 205 ist bei diesem Ausführungsbeispiel durch zwei vertikale Trennwände 209, 210 in drei strömungstechnisch voneinander getrennte Teilräume 211a, 211 b, 212 unterteilt, wobei in den Teilraum 212 eine Zuleitung 213 für ein Wärmeträgermedium und in den Teilraum 211a eine Ausleitung 214 für ein Wärmeträgermedium einmündet. Der Teilraum 211b besitzt keine Leitungsverbindung nach außerhalb des Gehäuses 202. Der Sumpf 206 ist - wie in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen - mit einem Überlauf 215 und einer Gassperre 216 ausgerüstet.

Eine Trennwand 218, die sich innerhalb des Zentralabschnitts 203 vom Rohrboden 204 bis knapp über den Sumpf 206 und einem im Sumpf 206 im Betrieb der Vorrichtung 201 anwesenden Kondensatbad 219 erstreckt, teilt den Zentralabschnitt 203 in zwei funktionale Abschnitte 220, 221 ein, wobei der Abschnitt 220 zum Entfernen der Aerosole aus dem Prozessgas dient, während im Abschnitt 221 , in dem nur noch wenige Aerosole im Prozessgas vorhanden sind, eine noch vorhandene Restbeladung im Prozessgas zumindest weitestgehend beseitigt wird.

Durch den Abschnitt 221 erstreckt sich ein Rohrbündel 222, das die beiden Teilräume 212 und 211 b strömungstechnisch miteinander verbindet. Das Rohrbündel 222 umfasst zwei im Wesentlichen senkrecht und parallel zueinander verlaufende Rohrbündelabschnitte 222a, 222b, sowie einen diese an ihren vom Rohrboden 204 entgegengesetzten Ende verbindenden Rohrboden 223. Der Rohrboden 223 hängt frei an den Rohbündelabschnitten 222a, 222b und ist oberhalb des Kondensatbades 219 angeordnet. Alternativ zum hier gezeigten schwebenden Rohrboden 223 kann auch ein U-förmiger Rohrbündelabschnitt (ähnlich Rohrbündel 226c) vorgesehen sein. Im Abschnitt 220 sind zwei U-förmige Rohrbündel 225, 226 angeordnet, die die Teilräume 211 a und 211 b des Kopfraums 205 strömungstechnisch miteinander verbinden. Die Rohrbündel 225, 226 weisen jeweils senkrechte Rohrbündelabschnitte 225a, 225b; 226a, 226b auf, die an ihrem unteren Ende durch einen Rohrboden 225c bzw. über einen gekrümmten Rohrbündelabschnitt 226c miteinander strömungsverbunden sind. Die Rohrbündel 225, 226 reichen unterschiedlich tief in das Kondensatorgehäuse 202 hinab; während das Rohrbündel 225 nicht tiefer als bis zu einer Höhe oberhalb des Überlaufs 215 reicht, taucht das Rohrbündel 226 mit dem Rohrbodenabschnitt 226c in das flüssige Kondensatbad 219 ein.

Weiterhin sind sowohl in Abschnitt 220 als auch in Abschnitt 221 eine Mehrzahl von Strömungsleitblechen 227 vorgesehen, die in den Abschnitten 220, 221 jeweils ein vom Trägergaseingang 207 zum Trägergasausgang 208 strömendes Gas innerhalb des Zentralabschnitts 203 in einen im Abschnitt 220 abwärts, in Abschnitt 221 aufwärts verlaufenden mäanderförmigen Strömungsweg zwingt.

Im Betrieb der Vorrichtung 201 strömt ein mit einem auszukondensierenden Stoff beladenes Prozessgas über den Trägergaseingang 207 in das Kondensatorgehäuse 202 ein und verlässt dasselbe am Trägergasausgang 208. Durch die Gassperre 216 wird verhindert, dass Prozessgas über den Überlauf 215 abströmt. Im Abschnitt 220 wird das Prozessgas durch die Strömungsleitbleche 227 in einen mäanderförmigen Strömungsweg gezwungen, wobei das Prozessgas nach jeder Richtungsum lenkung nacheinander mit den Rohrbündelabschnitt 226b, 225b, 225a, 226a (bei einer Strömungsrichtung von links nach rechts) bzw. 226a, 225a, 225b, 226b (bei einer Strömungsrichtung von rechts nach links) in Kontakt kommt. Zugleich wird ein im Teilraum 211b vorliegendes kaltes Wärmeträgermedium in die Rohrbündelabschnitte 225a, 226a eingespeist. Das Wärmeträgermedium strömt parallel durch die Rohrbündel 225, 226 zum Teilraum 211 a und wird über die Ausleitung 214 abgeführt. Beim thermischen Kontakt mit den Rohrbündelabschnitten 226a, 225a, 225b wird das Prozessgas auf eine Temperatur unterhalb der Taupunkttemperatur des auszukondensierenden Stoffs abgekühlt. Dabei entsteht auf der Oberfläche der Rohrbündelabschnitte 226a, 225a, 225b ein flüssiges Kondensat, das zum Sumpf 206 abfließt und dort das Kondensatbad 219 ausbildet. Da der gekrümmte Rohrbündelabschnitt 226c des Rohrbündels 226 durch das Kondensatbad 219 verläuft, kommt dort das durch das Rohrbündel 226 geführte Wärmeträgermedium mit dem flüssigen Kondensat in thermischen Kontakt und erwärmt sich dabei; gleichzeitig wird das Kondensat im Sumpf 206 abgekühlt. Das durch den Rohrbündelabschnitt 226b geführte Wärmeträgermedium liegt daher bei einer höheren Temperatur vor, als das durch die Rohrbündelabschnitt 225a, 225b und 226a geführte. Dadurch kommt es nach jeder Richtungsumkehr des Prozessgases im Bereich des Rohrbündelabschnitts 226b zu einer Erwärmung des zuvor an den Rohrleitungsabschnitten 225a, 225b und 226a abgekühlten Prozessgases, und Aerosole des auszukondensierenden Stoffs, die sich zuvor gebildet haben, verdunsten wieder. Das durch die Rohrleitungsabschnitten 225b, 226b geführte Wärmeträgermedium wird anschließend über den Teilraum 211a und die Ausleitung 214 abgeführt.

Das Prozessgas strömt im Anschluss in den Abschnitt 221 ein und wird dort aufgrund des thermischen Kontakts mit dem über die Zuleitung 213 zugeführten und über den Teilraum 212 in den Rohrbündelabschnitt 222a eingespeisten und durch das Rohrbündel 222 geführten Wärmeträgermedium gekühlt. Beim Wärmeträgermedium handelt es sich beispielsweise um ein tiefkalt verflüssigtes Gas, das beim thermischen Kontakt mit dem Prozessgas am Rohrbündel 222 verdampft. Das Rohrbündel 222 entspricht somit einem Tiefkühlwärmetauscher, an dem das Prozessgas weiter abgekühlt wird, um eine noch vorhandene Restbeladung mit dem auszukondensierenden Stoff so weit wie möglich durch Auskondensation zu beseitigen. Je nach Taupunkt und Schmelzpunkt des oder der auszukondensierenden Stoffe(s) kann es in diesem Bereich auch zu einem Ausfrieren des Stoffes oder der Stoffe an den Rohren der Rohrbündelabschnitte 222a, 222b kommen; in diesem Fall muss die Vorrichtung 201 von Zeit zu Zeit abgetaut werden, um ihre volle Leistungsfähigkeit zu erhalten. Da sich in Abschnitt 221 so gut wie keine Aerosole mehr im Prozessgas befinden, erübrigt sich dort das Vorsehen eines Verdunstungsbereiches.

Das Wärmeträgermedium, das sich beim Wärmekontakt mit dem Prozessgas an den Rohren des Rohrbündels 222 erwärmt und gegebenenfalls verdampft, strömt in den Teilraum 211b ein. Dort dient es anschließend als Wärmeträgermedium zum Kühlen des Prozessgases im Abschnitt 220, indem es, wie oben beschrieben, durch die Rohrbündelwärmetauscher 225, 226 geführt wird. Insgesamt ist die Betriebstemperatur somit im Abschnitt 220 höher als in Abschnitt 221 .

Im Übrigen ist es vorstellbar (hier nicht gezeigt), dass das Kondensatorgehäuse 202 nicht nur in zwei Abschnitte 220, 221 , sondern in drei oder mehr Abschnitte unterteilt ist, in denen jeweils Rohrbündel angeordnet sind, die in der beschriebenen Weise nacheinander vom Wärmetauschermedium durchlaufen werden und dabei einen thermischen Kontakt des Wärmetauschermediums mit dem Prozessgas herbeiführen. Derartige Abschnitte können dabei auch übereinander im Kondensatorgehäuse angeordnet sein.

Aufgrund der starken Kühlung des Prozessgases im Abschnitt 221 kann die Restkälte des behandelten Prozessgases dazu genutzt werden, das unbehandelte Prozessgas im Abschnitt 220 zu kühlen. Dazu wird im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 über eine hier nur durch eine gestrichelte Linie angedeutete Leitung 228 zumindest ein Teilstrom des am Trägergasausgang 208 austretenden Prozessgases einem im Abschnitt 220 angeordneten Rohrbündel zugeführt, das als Rekuperator 230 fungiert, indem dort das vergleichsweise kalte, behandelte Prozessgas mit dem vergleichsweise warmen, unbehandelten Prozessgas in indirekten thermischen Kontakt gebracht wird. Im Übrigen kann ein solcher Rekuperator auch andernorts angeordnet werden, beispielsweise stromauf zum Trägergaseingang 207.

Die in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung 301 zeichnet sich durch eine konzentrische Anordnung der als Wärmetauscherflächen eingesetzten Rohrbündel aus. Ähnlich den zuvor gezeigten Ausführungsbeispielen umfasst die Vorrichtung 301 ein vertikal angeordnetes, thermisch gut isoliertes Kondensatorgehäuse 302, das einen zylinderförmigen Zentralabschnitt 303, einen von diesem durch einen Rohrboden 304 strömungstechnisch getrennten Kopfabschnitt 305 und einen Sumpf 306 aufweist. Seitlich am Zentralabschnitt 303 mündet ein Trägergaseingang 307 ein. Durch den Kopfabschnitt 305 und den Rohrboden 304 ist ein Prozessausgang 308 hindurchgeführt, der etwa mittig im Rohrboden 304 in den Zentralabschnitt 303 einmündet. Der Kopfraum 305 ist durch zylindrische und koaxial zueinander angeordnete Trennwände 309a, 309b in strömungstechnisch voneinander getrennte, konzentrisch zueinander angeordnete Teilräume 310, 311 , 312 unterteilt, nämlich einen inneren Teilraum 310, einen mittleren Teilraum 311 und einen äußeren Teilraum 312. In den inneren Teilraum 310 mündet eine Zuleitung 313 für ein Wärmeträgermedium, im hier gezeigten Ausführungsbeispiel flüssiger Stickstoff (LIN), ein, und in den äußeren Teilraum 312 mündet eine Ausleitung 314 für das im Betrieb der Vorrichtung 301 erwärmte und dabei ggf. verdampfte Wärmeträgermedium, im hier gezeigten Ausführungsbeispiel gasförmiger Stickstoff (GAN) ein. Der mittlere Teilraum 311 besitzt keine Leitungsverbindung nach außerhalb des Kondensatorgehäuses 302. Der Sumpf 306 ist, wie bei den zuvor gezeigten Ausführungsbeispielen, mit einem Überlauf 315 und einer Gassperre 316 ausgerüstet.

Konzentrisch zu einer Längsachse 317 des Zentralabschnitts 303 ist ein Trennrohr 318 angeordnet, das sich innerhalb des Zentralabschnitts 303 vom Rohrboden 304 hinab bis zu einer Höhe knapp über dem Überlauf 315 und somit oberhalb eines im Betrieb der Vorrichtung 301 im Sumpf 306 befindlichen Kondensatbades 319 erstreckt. Das Trennrohr 318 unterteilt den Zentralabschnitt 303 in zwei funktionale Abschnitte, einem inneren Abschnitt 320 und einem äußeren Abschnitt 321 von denen - ähnlich wie bei den Vorrichtungen 101 , 201 - ein Abschnitt (hier Abschnitt 320) zum Entfernen der Aerosole aus dem Prozessgas dient, während in einem zweiten Abschnitt (hier Abschnitt 321 ) eine noch vorhandene Restbeladung im Prozessgas reduziert wird.

Im inneren Abschnitt 320 ist ein Rohrbündel 322 angeordnet, das den inneren Teilraum 310 mit dem mittleren Teilraum 311 des Kopfraums 305 strömungstechnisch verbindet. Das Rohrbündel 322 weist senkrechte Rohrbündelabschnitte 322a, 322b auf, die an ihrem unteren Ende durch einen Rohrboden 323 oder über gekrümmte Rohrbündelabschnitte (hier nicht gezeigt) miteinander strömungsverbunden sind. Das Rohrbündel 322 reicht nur so tief innerhalb des Zentralabschnitts 303 hinab, dass es im Betrieb der Vorrichtung 301 nicht vom Kondensatbad 319 benetzt wird, der Rohrboden 323 ist also vertikal oberhalb des Überlaufs 315 angeordnet. Im äußeren Abschnitt 321 sind zwei Rohrbündel 325, 326 angeordnet, über die der mittlere Teilraum 311 und der äußere Teilraum 312 des Kopfraums 305 miteinander strömungsverbunden sind. Die Rohrbündel 325, 326 weisen jeweils senkrechte Rohrbündelabschnitte 325a, 325b; 326a, 326b auf, die an ihrem unteren Ende über einen Rohrboden 325c oder über U-förmig gekrümmte Rohrbündelabschnitte 326c miteinander strömungsverbunden sind. Die Rohrbündel 325, 326 reichen unterschiedlich tief in das Kondensatorgehäuse 302 hinab; während das Rohrbündel 325 nicht tiefer als bis zu einer Höhe knapp oberhalb des Sumpfes 306 reicht, führt das äußere Rohrbündel 326 mit dem Rohrbodenabschnitt 326c tief in den Sumpf 306 unterhalb der Höhe des Überlaufs 315 hinab. Im Übrigen sind auch in Fig. 4 die jeweils aus einer Mehrzahl von parallel zueinander geführten Rohren aufgebauten Rohrbündel 322, 325, 324 durch einzelne Rohre nur angedeutet, insbesondere erstrecken sich die Rohrbündel 322, 325, 326 mit einer Vielzahl an Rohren über die gesamte Umlaufrichtung des Zentralabschnitts 303 herum.

Weiterhin sind sowohl in inneren Abschnitt 320 als auch in äußeren Abschnitt 321 des Zentralabschnitts 303 eine Mehrzahl von halbmondförmigen bzw. kreisringförmigen Strömungsleitblechen 327 angeordnet. Die Strömungsleitbleche 327 zwingen ein durch den jeweiligen Abschnitt 320, 321 geführtes Prozessgas in einen mäanderförmigen Strömungsweg, wobei das Prozessgas im äußeren Abschnitt 321 nach unten, im inneren Abschnitt 320 nach oben geführt wird.

Im Betrieb der Vorrichtung 301 strömt ein mit einem auszukondensierenden Stoff beladenes Prozessgas über den Trägergaseingang 307 in das Kondensatorgehäuse 302 ein und verlässt dasselbe am Trägergasausgang 308. Durch die Gassperre 316 wird verhindert, dass Prozessgas über den Überlauf 315 abströmt.

Im äußeren Abschnitt 321 wird das Prozessgas durch die Strömungsleitbleche 327 in radialer Hinsicht in einen mäanderförmigen Strömungsweg gezwungen. Dabei kommt es bei jeder Strömungsumkehr nacheinander mit den Rohrbündelabschnitten 326a, 325a, 325b, 326b (bei einer Strömung radial nach außen), bzw. den Rohrbündelabschnitten 326b, 325b, 325a, 326a (bei einer Strömung radial nach innen) in Kontakt. Beim Wärmekontakt an den Rohrbündelabschnitten 326a, 325a, 325b wird das Prozessgas bis unterhalb der Kondensationstemperatur des beladenen Stoffes abgekühlt. Dadurch fällt an den Rohrbündelabschnitten 326a, 325a, 325b an, das in der Folge in das Kondensatbad 319 im Sumpf 306 abströmt. Gleichzeitig bilden sich im Umfeld der Rohrbündelabschnitte 326a, 325a, 325b unerwünschte Aerosole, die den auszukondensierenden Stoff enthalten.

Das Wärmeträgermedium strömt indes parallel durch die Rohrbündel 325, 326 zum Teilraum 312 und wird über die Ausleitung 314 abgeführt. Da der gekrümmte Rohrbündelabschnitt 326c des Rohrbündels 326 durch das Kondensatbad 319 verläuft, kommt dort das durch das Rohrbündel 326 geführte Wärmeträgermedium mit dem flüssigen Kondensat in thermischen Kontakt und erwärmt sich dadurch; gleichzeitig wird das Kondensat im Sumpf 306 abgekühlt. Das durch den Rohrbündelabschnitt 326b geführte Wärmeträgermedium liegt daher bei einer höheren Temperatur vor, als das durch die Rohrbündelabschnitt 325a, 325b und 326a geführte. Dadurch kommt es nach jeder Richtungsumkehr des Prozessgases im Bereich des Rohrbündelabschnitts 326b zu einer Erwärmung des zuvor an den Rohrleitungsabschnitten 325a, 325b und 326a abgekühlten Prozessgases, und Aerosole, die sich zuvor gebildet haben, verdunsten und werden erneut der Kondensation zugeführt.

Nach Durchlaufen des äußeren Abschnitts 321 strömt das Prozessgas in den inneren Abschnitt 320 ein, in dem es am Rohrbündel 322, der als Tiefkühlwärmetauscher fungiert, auf eine sehr tiefe Temperatur abgekühlt. Dabei wird es erneut durch Strömungsleitbleiche 327 in einen mäanderförmigen Verlauf gezwungen wird, wobei es nach jeder Richtungsumlenkung mit den Rohrbündelabschnitten 322a, 322b in Kontakt kommt. Zugleich wird ein tiefkaltes, bevorzugt verflüssigtes Wärmeträgermedium, beispielsweise flüssiger Stickstoff, über den inneren Teilraum 310 des Kopfraums 305 in den Rohrbündelabschnitt 322a eingespeist, durchläuft den Rohrbündelabschnitt 322b und gelangt so in den mittleren Teilraum 311 des Kopfraums 305. Das Prozessgas wird dabei am Rohrbündel 322 auf eine Temperatur abgekühlt, die niedriger ist als die Temperatur des Prozessgases an den Wärmetauscherflächen 325a, 325b und 326a im äußeren Abschnitt 321. Gleichzeitig verdampft das Wärmeträgermedium im Rohrbündel 322 durch den thermischen Kontakt mit dem Prozessgas. Da sich im inneren Abschnitt 320 so gut wie keine Aerosole mehr im Prozessgas befinden, erübrigt sich dort das Vorsehen eines Verdunstungsbereiches.

Das behandelte Prozessgas strömt schließlich über den Prozessgasauslass 308 ab. Weil es noch auf einer tiefen Temperatur vorliegt, ist es auch hier optional möglich, der Vorrichtung 301 einen (hier nicht gezeigten) Rekuperator vorzuschalten oder einen Rekuperator in den Apparat zu integrieren, in dem das behandelte Prozessgas mit dem unbehandelten Prozessgas in thermischen Kontakt gebracht wird.

Die Vorrichtung 301 ermöglicht einen besonders effizienten Betrieb, da das bei der niedrigsten Temperatur betriebene Rohrbündel 322 radial innenseitig und der bei der höchsten Temperatur betriebene Rohrbündelabschnitt 326b radial außenseitig angeordnet ist. Dadurch werden Kälteverluste durch den unvermeidlichen Eintrag von Wärme durch die Wand des Kondensatorgehäuses 302 vermindert. Bei bestimmten Aufgabestellungen kann so sogar auf eine Wärmeisolation des Kondensatorgehäuses 302 verzichtet werden. Die radialsymmetrische Anordnung der Rohrbündel 322, 325, 326 vereinfacht zudem den Strömungsweg des Prozessgases und ermöglicht eine bessere Annäherung an eine Gleichgewichtsbeladung, wodurch sich der Abscheidegrad erhöht.

Im Übrigen ist der in den hier gezeigten Ausführungsbeispielen gezeigte vertikale Aufbau im Rahmen der Erfindung keinesfalls zwingend; es sind auch andere Anordnungen denkbar, beispielsweise Kondensatoren mit einem liegenden Gehäuse. Weiterhin können die Vorrichtungen 1 , 101 , 201 und 301 jeweils mit einer hier nicht gezeigten Einrichtung zur Prozesssteuerung ausgerüstet sein, mittels der die zugeführten Mengenströme an Prozessgas und Wärmeträgermedium entsprechend der jeweiligen Aufgabenstellung geregelt werden können. Bezuqszeichenliste

1 Vorrichtung 106 Sumpf

2 Kondensatorgehäuse 107 Trägergaseingang

3 Zentralabschnitt 108 Trägergasausgang

4 Rohrboden 109 Trennwand

5 Kopfraum 110 -

6 Sumpf 111 Teilraum

7 Trägergaseingang 112 Teilraum

8 Trägergasausgang 113 Zuleitung

9 Trennwand 114 Ausleitung

10 - 115 Überlauf

11 Teilraum 116 Gassperre

12 Teilraum 117 Rohrbündel

13 Zuleitung 117a, 117b, 117c

14 Ausleitung Rohrbündelabschnitte

15 Überlauf 118 Rohrbündel

16 Gassperre 118a, 118b, 118c

17 Rohrbündel Rohrbündelabschnitte

17a, 17b, 17c Rohrbündelabschnitte 119 Trennwand

18 Rohrbündel 120 Abschnitt

18a, 18b, 18c Rohrbündelabschnitte 121 Abschnitt

19 Strömungsleitbleich 122 Strömungsleitblech

20 Strömungsweg 123 Kondensatbad

21 Pegel 124 Verdunstungsbereich

22 Kondensatbad

23 Verdunstungsbereich 201 Vorrichtung

24 Heizeinrichtung 202 Kondensatorgehäuse

203 Zentralabschnitt

101 Vorrichtung 204 Rohrboden

102 Kondensatorgehäuse 205 Kopfraum

103 Zentralabschnitt 206 Sumpf

104 Rohrboden 207 Trägergaseingang

105 Kopfraum 208 Trägergasausgang Trennwand 303 Zentralabschnitt Trennwand 304 Rohrboden a, 211b Teilraum 305 Kopfraum Teilraum 306 Sumpf Zuleitung 307 Trägergaseingang Ausleitung 308 Trägergasausgang Überlauf 309 a, 309b Trennwand Gassperre 310 Innerer Teilraum - 311 Mittlerer Teilraum Trennwand 312 Äußerer Teilraum Kondensatbad 313 Zuleitung Abschnitt 314 Ausleitung Abschnitt 315 Überlauf Rohrbündel 316 Gassperre a, 222b Rohrbündelabschnitt 317 Längsachse Rohrboden 318 Trennrohr - 319 Kondensatbad Rohrbündel 320 Innerer Abschnitt a, 225b, 225c Rohrbündelabschnitt 321 Äußerer Abschnitt Rohrbündel 322 Rohrbündel a, 226b, 226c Rohrbündelabschnitt 322a, 322b Rohrbündelabschnitt Strömungsleitblech 323 Rohrboden Leitung 324 - - 325 Rohrbündel Rekuperator 325a, 325b, 325c Rohrbündelabschnitt

326 Rohrbündel Vorrichtung 326a, 326b, 326c Rohrbündelabschnitt Kondensatorgehäuse 327 Strömungsleitblech