Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdichter und ein Verfahren, mit deren Hilfe ein insbesondere im Wesentlichen isothermes Verdichten technischer Gase erfolgen kann.

Um Gase im Wesentlichen isotherm zu verdichten, ist es bekannt bei einem Verdichter das in einen Verdichtungszylinder eingeleitete Gas nicht mit einem Kolben sondern mit einer Verdrängerflüssigkeit zu komprimieren, so dass die bei Komprimierung des Gases entstehende Wärme von der Verdrängerflüssigkeit aufgenommen und innerhalb der Verdrängerflüssigkeit vom Gas weggeleitet werden kann. Die im industriellen Maßstab verwendeten technischen Gase sind jedoch häufig Gase, die in Kreislaufströmen chemischer Prozesse rückgewonnen wurden und aufgrund von sich einstellenden chemischen Gleichgewichten mit insbesondere gasförmigen Verunreinigungen beladen sind. Ein typisches technisches Gas weist deswegen neben einer gewünschten Hauptkomponente eine oder mehrere insbesondere gasförmige Verunreinigungen auf. Diese Verunreinigungen können von der Verdrängerflüssigkeit absorbiert werden, so dass die Verdrängerflüssigkeit aufgrund dieser Kontamination seine chemischen und physikalischen Eigenschaften verändern kann und nach einer bestimmten Alterung ausgetauscht werden muss. Um den Austausch der Verdrängerflüssigkeit zu vermeiden oder zumindest zu verzögern, ist es erforderlich das technische Gas vor dem Verdichten einer Gaswäsche zu unterziehen, die jedoch kostenintensiv und nur unzureichend effektiv ist. Es ist die Aufgabe der Erfindung einen Verdichter und ein Verfahren zum insbesondere isothermen Verdichten technischer Gase zu schaffen, die unempfindlicher gegen Verunreinigungen der zu verdichtenden technischen Gase sind.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Verdichter zum insbesondere isothermen Verdichten technischer Gase, mit einem Verdichtungszylinder, in den ein Verunreinigungen aufweisendes technisches Gas einleitbar ist, und einem mit einer

Kompressorpumpe in den Verdichtungszylinder einleitbaren Verdrängerflüssigkeit, wobei die Verdrängerflüssigkeit für mindestens eine Verunreinigung des technischen Gases ein höhere Löslichkeit als für eine Hauptkomponente des technischen Gases aufweist, wobei ein Entspannungsraum zur Desorption der Verunreinigung aus zumindest einen Teil der Verdrängerflüssigkeit vorgesehen ist, wobei eine Purge-Pumpe zur Abfuhr von in die Gasphase übergegangener Verunreinigungen mit dem Entspannungsraum verbunden ist. Weiterer Gegenstand der Erfindung ist einVerfahren zum insbesondere isothermen Verdichten technischer Gase, bei dem ein technisches Gas, das eine Hauptkomponente und mindestens eine Verunreinigung aufweist, einem erfindungsgemäßen Verdichter zugeführt wird, das technische Gas von der Verdrängerflüssigkeit komprimiert wird, wobei gleichzeitig zumindest ein Teil der Verunreinigung von der Verdrängerflüssigkeit absorbiert wird und nachfolgend aus zumindest einem Teil der Verdrängerflüssigkeit die absorbierte Verunreinigung in die Gasphase zumindest teilweise desorbiert und abgeführt wird.

Der erfindungsgemäße Verdichter zum insbesondere isothermen Verdichten technischer Gase weist einen Verdichtungszylinder, in den ein Verunreinigungen aufweisendes technisches Gas einleitbar ist, und eine mit einer Kompressorpumpe in den Verdichtungszylinder einleitbare Verdrängerflüssigkeit auf, wobei die Verdrängerflüssigkeit für mindestens eine Verunreinigung des technischen Gases ein höhere Löslichkeit als für eine Hauptkomponente des technischen Gases aufweist. Erfindungsgemäß ist ein Entspannungsraum zur Desorption der Verunreinigung aus zumindest einen Tei l der Verdrängerflüssigkeit vorgesehen, wobei eine Purge-Pumpe zur Abfuhr von in die Gasphase übergegangener Verunreinigungen mit dem Entspannungsraum verbunden ist.

Durch den für den Verdichter zusätzlichen zu dem Verdichtungszylinder vorgesehenen und von dem Verdichtungszylinder getrennten Entspannungsraum können die von der Verdrängerflüssigkeit absorbierten Verunreinigungen in einer kontrollierten Atmosphäre wieder abgetrennt werden, so dass eine Alterung der Verdrängerflüssigkeit durch eine fortschreitende Kontamination mit absorbierten Verunreinigungen vermieden oder zumindest deutlich reduziert werden kann. Der Verdichter ist dadurch unempfindl icher gegen Verunreinigungen der zu verdichtenden technischen Gase, ohne dass eine zusätzlich vorgeschaltete Gaswäsche erforderlich ist. Gleichzeitig kann der Verdichter zusätzlich zu der Funktion des Verdichtens auch die Funktion eines Abtrennen von Verunreinigungen aus dem technischen Gas wahrnehmen, so dass vorzugsweise die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Verdrängerflüssigkeit sogar zum Zwecke der Absorption von Verunreinigungen aus dem technischen Gas ausgewählt sein können. Eine Absorption von Verunreinigungen durch die Verdrängerflüssigkeit soll also nicht vermieden sondern sogar bewusst herbeigeführt werden. Die Desorption der von der Verdrängerflüssigkeit aufgenommenen Verunreinigungen kann hierbei in den Verdichter integriert werden, so dass beispielsweise der Entspannungsraum mit Hilfe der sowieso vorgesehenen Kompressorpumpe gefüllt und/oder geleert werden kann.

Die Kompressorpumpe kann die Verdrängerflüssigkeit beispielsweise aus einen Reservoir in den Verdichtungszylinder pumpen, um das vorher angesaugte und/oder eingepumte technische Gas zu komprimieren. Bei einem hinreichend hohen Füllstand der

Verdrängerflüssigkeit in dem Verdichtungszylinder kann beispielsweise über ein Öffnen eines Auslassventils das komprimierte Gas auf dem höheren Druckniveau den Verdichtungszylinder verlassen. Hierbei ist es möglich den Verdichtungszylinder weiter mit der Verdrängerflüssigkeit zu befüllen, so dass die nachströmende Verdrängerflüssigkeit ein entsprechend großes Volumen des komprimierten Gases aus den Verdichtungszylinder drücken kann. Anschließend kann die Kompressorpumpe ihre Pumprichtung ändern und insbesondere nach einem Schließen des Auslassventils die Verdrängerflüssigkeit aus den Verdichtungszylinder herauspumpen. Während des Herauspumpens der Verdrängerflüssigkeit kann beispielsweise ein Einlassventil geöffnet werden, so dass mit Hilfe des durch das Herauspumpen der Verdrängerflüssigkeit entstehenden Unterdrucks ein zu komprimierendes technisches Gas in den Verdichtungszylinder angesaugt werden kann. Insbesondere kann zumindest ein Teil der herausgepumpten Verdrängerflüssigkeit vorzugsweise mit Hilfe der Kompressorpumpe in den Entspannungsraum gepumpt werden, um während der Komprimierung absorbierte Verunreinigung wieder desorbieren zu können. Die Purge-Pumpe kann die in dem Entspannungsraum vorliegende Gasphase mit den desorbierten Verunreinigungen abführen und ein möglichst niedriges Druckniveau innerhalb des Entspannungsraums einstellen. Es ist auch möglich die Verdrängerflüssigkeit mehrere Verdichtungszyklen in dem Entspannungsraum zu lassen, so dass je nach Pumpleistung der Purge-Pumpe ein besonders niedriges Druckniveau erreicht werden kann, das nur geringfügig über dem Dampfdruck der Verdrängerflüssigkeit oder sogar in der Nähe von Vakuum liegt. Für eine nachfolgende Komprimierung kann die Kompressorpumpe zumindest einen Teil der durch die Desorption gereinigten Verdrängerflüssigkeit in den Verdichtungszylinder pumpen. Durch die zumindest teilweise Reinigung der Verdrängerflüssigkeit ist das Absorptionsvermögen verbessert, so dass eine entsprechend größere Stoffmenge an Verunreinigungen in der Verdrängerflüssigkeit gelöst und über die Desorption abgetrennt werden kann. Insbesondere ist der Entspannungsraum zur Desorption der Verunreinigungen nur teilweise von der Verdrängerflüssigkeit befüllbar. Dadurch verbleibt in dem Entspannungsraum eine Gasphase, in welche die in der Verdrängerflüssigkeit gelösten Verunreinigungen übertreten können. Gleichzeitig kann ein hohes Druckniveau vermieden werden und mit Hilfe der Purge-Pumpe ein möglichst niedriges Druckniveau innerhalb des Entspannungsraums aufrecht erhalten werden. Insbesondere kann vermieden werden, dass die Purge-Pumpe unbeabsichtigt Verdrängerflüssigkeit aus dem Entspannungsraum austrägt.

Vorzugsweise weist der Entspannungsraum bei eingeleiteter Verdrängerflüssigkeit einen Entspannungsdruck p _E und der Verdichterzylinder im im Wesentlichen entleerten Zustand einen Ansaugdruck p _A auf, wobei der Entspannungsdruck p _E geringer als der Ansaugdruck p _A ist, wobei insbesondere 0,000001 < p _E /p _A 0,9, vorzugsweise 0,0005 < ρ _Ε /ρ _Λ < 0,7, weiter bevorzugt 0,01 < p _E /p _A ^ 0,5 und besonders bevorzugt 0,2 < p _E p _A ^ 0,4 gilt. Dadurch stellt sich im Entspannungsraum ein vergleichsweise geringer Druck ein, der eine Desorption der absorbierten Verunreinigungen fördert. Gleichzeitig kann im Verdichtungszylinder ein vergleichsweise hoher Druck vorherrschen, der eine Absorption begünstigt und eine Desorption noch im Verdichtungszylinder verhindert oder zumindest gering hält.

Besonders bevorzugt weist der Entspannungsraum bei eingeleiteter Verdrängerflüssigkeit einen Entspannungsdruck p _E auf, wobei für den Entspannungsdruck p _E 10 hPa < p _E < 1000 hPa, insbesondere 50 hPa < p _E < 800 hPa, vorzugsweise 100 hPa < p _E < 600 hPa und besonders bevorzugt 200 hPa < p _E < 400 hPa gilt. Derartige Drucke lassen sich von der Purge-Pumpe in dem Entspannungsraum vergleichsweise einfach erreichen, wobei sich bei diesen Drucken eine Desorption der Verunreinigungen in einem vergleichsweise großen Ausmaß erreichen lassen. Insbesondere weist der Entspannungsraum eine Temperatur T _E und der Verdichtungszylinder eine Verdichtertemperatur T _v auf, wobei 1 K < (T _E -T _V ) 100 K, insbesondere 5 K < (T _E -T _v ) < 50 und vorzugsweise 10 < (T _E -T _V ) < 30 K gilt. Derartige Temperaturdifferenzen fördern die Absorption der Verunreinigungen innerhalb des Verdichtungszylinders und die Desorption der Verunreinigungen in dem Entspannungsraum. Gleichzeitig sind derartige Temperaturdifferenzen vergleichsweise gut handhabbar, um für die Verdrängerflüssigkeit eine definierte Temperatur einzustellen. Insbesondere wenn eine im Wesentlichen isotherme Verdichtung erreicht werden soll, kann mit Hilfe eines Wärmetauschers die durch die aufgenommene Verdichtungswärme erwärmte Verdrängerflüssigkeit gekühlt werden, wobei ein Teil dieser abgeführten Wärme beispielsweise dem Entspannungsraum zugeführt werden kann. Ferner kann die erwärmte Verdrängerflüssigkeit aus dem Entspannungsraum ebenfalls der kühlenden Seite des selben Wärmetauschers zugeführt werden.

Vorzugsweise ist die Purge-Pumpe als Vakuumpumpe ausgestaltet. Dies ermöglicht es ein besonders niedriges Druckniveau innerhalb des Entspannungsraums einzustellen. Ferner ist es möglich besonders viele Moleküle der desorbierten Verunreinigungen über die Purge- Pumpe auszutragen. Aufgrund der besonderen Bauart der Vakuumpumpe kann eine ückströmung zurück in den Entspannungsraum vermieden werden, so dass eine unbeabsichtigte Druckerhöhung innerhalb des Entspannungsraums durch Leckageströmungen vermieden werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Zusatzzylinder zur stufenweisen Verdichtung des technischen Gases vorgesehen, wobei die Kompressorpumpe derart mit dem Verdichtungszylinder, dem Zusatzzylinder und dem Entspannungsraum verbunden ist, dass bei einem Entleeren des Verdichtungszylinder mit Hilfe der Kompressorpumpe sowohl der Zusatzzylinder als auch der Entspannungsraum befüllbar ist. Insbesondere sind mehrere Zusatzzylinder in Reihe geschaltet, um durch die stufenweise Verdichtung ein besonders hohes Druckniveau für das komprimierte Gas zu erreichen. Beispielsweise sind drei bis sieben in Reihe geschaltete Zusatzzylinder vorgesehen. Zur Erhöhung des Volumenstroms können pro Stufe auch mehrere Verdichtungszylinder beziehungsweise Zusatzzylinder parallel geschaltet sein. Insbesondere kann in dem Zusatzzylinder mit Hilfe der Verdrängerflüssigkeit nicht nur eine zusätzliche Verdichtung sondern auch eine zusätzlich Absorption von Verunreinigungen stattfinden. Vorzugsweise weist der Zusatzzylinder ein geringeres Volumen als der Verdichtungszylinder oder ein vorheriger Zusatzzylinder auf.

Dadurch ist es möglich in dem Zusatzzylinder ein geringeres Restvolumen für das komprimierte Gas vorzusehen und/oder ein geringeres Volumen an Verdrängerflüssigkeit einzupumpen, so dass das Differenzvolumen der Verdrängerflüssigkeit in den Entspannungsraum geleitet werden kann. Hierzu ist es möglich mit der selben Kompressorpumpe sowohl den Zusatzzylinder als auch den Entspannungsraum zu befüllen, wobei diese Befüllung gleichzeitig zur Entleerung des Verdichtungszylinders erfolgen kann. Insbesondere weist die Verdrängerflüssigkeit bei 23°C und 1000 hPa ein Dampfdruck p _v von p _v l hPa, insbesondere pv < 0, l hPa, vorzugsweise p _v < 0,01 hPa und besonders bevorzugt p _v < 0,001 hPa aufweist. Insbesondere liegt der Dampfdruck unterhalb der Messgrenze laborüblicher Messgeräte. Da die Verdrängerflüssigkeit im Wesentlichen keinen Dampfdruck aufweist oder der Dampfdruck vernachlässigbar gering ist, kann ein Verdampfen der Verdrängerflüssigkeit in dem Entspannungsraum vermieden werden. Selbst bei besonders geringen Drucken innerhalb des Entspannungsraums kann ein Verdampfen der Verdrängerflüssigkeit weitgehend vermieden werden, so dass im Wesentlichen nur die absorbierten Verunreinigungen in die Gasphase übertreten. Geeignete Verdrängerflüssigkeiten sind insbesondere ionische Flüssigkeiten. Unter ionischen Flüssigkeiten sind im Sinne der Erfindung Verbindungen zu verstehen, die mindestens ein Kation oder eine kationische Gruppe und mindestens ein Anion oder eine anionische Gruppe aufweisen, insgesamt jedoch ladungsneutral sind, und bei 23°C und 1000 hPa flüssig sind. Ein unbeabsichtigtes Verdampfen der Verdrängerflüssigkeit kann dadurch weitgehend vermieden werden.

Bevorzugte ionische Flüssigkeiten sind solche, die ein organisches Kation und ein organisches Anion aufweisen.

Eine geeignete als Betriebsflüssigkeit bezeichnete Verdrängerflüssigkeit ist beispielsweise in Anspruch 7 von DE 10 2006 014 335 A I beschrieben, auf dessen Inhalt hiermit als Teil der Erfindung per Referenz verwiesen wird. Vorzugsweise wird als Verdrängerflüssigkeit 1 - Butyl-2,3-dimethylimidazoliumbis(trifluoromethylsulfonyl)imi d und/oder 1 -Butyl-3-ethyl-2- dimethylimidazoliumbis(trifluoromethylsulfonyl)imid verwendet.

Die Verdrängerflüssigkeit weist vorzugsweise eine Viskosität kleiner 1200 mPas bei - 10°C und größer 10 mPas bei +100°C auf. In einer bevorzugten Ausführungsform sind der Verdrängerflüssigkeit im Vergleich zur übrigen Verdrängerflüssigkeit leichter verdampfbare

Zusatzmittel beispielsweise Wasser und/oder Methan zugemischt, so dass die Verdrängerflüssigkeit durch die Verdampfung der Zusatzmittel gekühlt werden kann.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum insbesondere isothermen Verdichten technischer Gase, bei dem ein technisches Gas, das eine Hauptkomponente und mindestens eine Verunreinigung aufweist, einem Verdichter zugeführt wird, der wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann. Zusätzlich wird das technische Gas von der Verdrängerflüssigkeit komprimiert, wobei gleichzeitig zumindest ein Teil der Verunreinigung von der Verdrängerflüssigkeit absorbiert wird. Nachfolgend wird aus zumindest einem Teil der Verdrängerflüssigkeit die absorbierte Verunreinigung in die Gasphase zumindest teilweise desorbiert und abgeführt. Durch den für den Verdichter zusätzlichen zu dem Verdichtungszylinder vorgesehenen und von dem Verdichtungszylinder getrennten Entspannungsraum können die von der Verdrängerflüssigkeit absorbierten Verunreinigungen in einer kontrollierten Atmosphäre wieder abgetrennt werden, so dass eine Alterung der Verdrängerflüssigkeit durch eine fortschreitende Kontamination mit absorbierten Verunreinigungen vermieden oder zumindest deutlich reduziert werden kann. Der Verfahren ist dadurch unempfindlicher gegen Verunreinigungen der zu verdichtenden technischen Gase. Das Verfahren kann insbesondere wie vorstehend anhand des erfindungsgemäßen Verdichters erläutert aus- und weitergebildet sein.

Insbesondere wird bei der Desorption der absorbierten Verunreinigung die Verunreinigung durch eine Druckverringerung und/oder Temperaturerhöhung verdampft. Eine Gaswäsche oder Extraktion ist nicht erforderlich.

Vorzugsweise wird bei einem Entleeren des Verdichtungszylinder sowohl ein Zusatzzylinder zur stufenweisen Verdichtung des technischen Gases als auch der Entspannungsraum gleichzeitig mit der entleerten Verdrängerflüssigkeit befüllt. Dies ermöglicht es das Entleeren des Verdichtungszylinder sowie das Befüllen des Zusatzzylinders und des Entspannungsraums mit einer gemeinsamen Kompressorpumpe durchzuführen. Zusätzliche Pumpen und eine die Arbeitsweise der verschiedenen Pumpen aufeinander abstimmende Steuerlogik sind nicht erforderlich.

Besonders bevorzugt wird der Entspannungsraum zur Desorption der Verunreinigung in die Gasphase nur teilweise befüllt. Dadurch verbleibt in dem Entspannungsraum eine Gasphase, in welche die in der Verdrängerflüssigkeit gelösten Verunreinigungen übertreten können.

Gleichzeitig kann ein hohes Druckniveau vermieden werden und mit Hilfe der Purge-Pumpe ein möglichst niedriges Druckniveau innerhalb des Entspannungsraums aufrecht erhalten werden. Insbesondere kann vermieden werden, dass die Purge-Pumpe unbeabsichtigt Verdrängerflüssigkeit aus dem Entspannungsraum austrägt. Insbesondere wird durch nachströmende Verdrängerflüssigkeit die desorbierte Verunreinigung aus dem Entspannungsraum verdrängt. Der Austrag der desorbierten Verunreinigungen aus dem Entspannungsraum kann dadurch verbessert werden. Insbesondere kann das Restvolumen für die Gasphase verringert werden, wenn die Purge- Pumpe bereits einen definierten besonders niedrigen Druck erreicht hat, so dass der Volumenstrom der Purge-Pumpe und der Wirkungsgrad der Purge-Pumpe verbessert werden kann ohne eine signifikante Absorbtion der zuvor desorbierten Verunreinigungen in kauf nehmen zu müssen. Der Volumenstrom der nachströmenden Verdrängerflüssigkeit kann insbesondere an den Volumenstrom und/oder den Druck im Entspannungsraum angepasst werden.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 : ein schematisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen Verdichters.

Der in Fig. 1 dargestellte Verdichter 10 weist einen Verdichtungszylinder 12 auf, der über ein Einlassventil 14 mit einem Verunreinigungen aufweisenden technischen Gas gefüllt werden kann. Anschließend kann das Einlassventil 14 geschlossen werden und eine als ionische Flüssigkeit 16 ausgestaltete Verdrängerflüssigkeit eingefüllt werden, die das technische Gas auf ein Restvolumen 18 komprimiert. Hierbei kann die ionische Flüssigkeit 16 entstehende Verdichtungswärme aufnehmen und Verunreinigungen absorbieren. Bei einem hinreichend hohen Druck kann ein mit dem Verdichtungszylinder 12 verbundenes Auslassventil 20 geöffnet werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann das verdichtete Gas in einer weiteren Verdichtungsstufe einem Zusatzzylinder 22 zugeführt werden, wo das Gas erneut mit Hilfe der ionischen Flüssigkeit 16 auf ein Restvolumen 18 komprimiert werden kann. Nach der erneuten Komprimierung kann das Gas über ein weiteres Auslassventil 24 einem Speicher, einem Verbraucher oder einem weiteren Zusatzzylinder 22 zugeführt werden. Mit Hilfe einer Kompressorpumpe 26 kann der Verdichtungszylinder 22 und/oder der Zusatzzylinder 22 gefüllt und/oder geleert werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen der Kompressorpumpe 26 und dem Zusatzzylinder 22 ein Verzweigungsventil 28 vorgesehen, das über ein Drosselventil 30 einen Entspannungsraum 32 anbindet. Die Kompressorpumpe 26 kann die mit absorbierten Verunreinigungen beladene ionische Flüssigkeit 16 in den Entspannungsraum 32 pumpen, wo die ionische Flüssigkeit 16 aufgrund des Drosselventils 30 einem deutlich geringeren Druck ausgesetzt ist. Dadurch können die absorbierten Verunreinigungen innerhalb des Entspannungsraums 32 in die Gasphase 34 übergehen, so dass die Verunreinigungen mit Hilfe einer als Vakuumpumpe 36 ausgestalteten Purge-Pumpe abgetrennt werden können. Nachfolgend kann die im Entspannungsraum 32 gereinigte ionische Flüssigkeit 16 mit Hilfe der Kompressorpumpe 26 aus dem Entspannungsraum 32 herausgepumpt werden und wieder für die Verdichtung im Verdichtungszylinder 12 und/oder im Zusatzzylinder 22 verwendet werden, wobei durch die Reinigung der ionischen Flüssigkeit 16 besser Verunreinigungen absorbiert werden können ohne die ionische Flüssigkeit 16 aufgrund von Alterungseffekten und sich verändernden chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften austauschen zu müssen.