DE1444441B2

DE1444441B2 - Verfahren zur Reinigung von Luft

Info

Publication number: DE1444441B2
Application number: DE19631444441
Authority: DE
Inventors: Paul Maurice Twickenham Middlesex Schuftan (Großbritannien)
Original assignee: British Oxigen Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd
Priority date: 1963-01-04
Filing date: 1963-12-21
Publication date: 1970-03-05
Also published as: DE1444441A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Luft, welche bei nachfolgenden Verfahrensschritten auf tiefe Temperaturen abgekühlt werden soll, von Wasserdampf und Kohlendioxyd, mittels hintereinandergeschalteter, die Verunreinigungen selektiv aussondernder Adsorber bei gleichbleibendem Druck und einer Temperatur zwischen Umgebungstemperatur und — 30⁰C. Die Entfernung solcher Verunreinigungen ist zur Vermeidung von Verstopfungen notwendig.

Von den Verunreinigungen weist bekanntlich Wasserdampf einen verhältnismäßig hohen Schmelz- und Siedepunkt und einen mit Bezug auf die Umgebungstemperatur relativ niederen Dampfdruck auf, während Kohlendioxyd bekanntlich einen relativ niedrigen Schmelz- und Siedepunkt und einen mit Bezug auf die Umgebungstemperatur relativ hohen Dampfdruck aufweist.

Ein Verfahren der vorstehend erwähnten Art ist beispielsweise aus der französischen Patentschrift 1 181 210 bekannt, gemäß welchem zwecks Entfernung von organischen und anorganischen Schwefel-Verbindungen aus Gas- oder Flüssigkeitsströmen letztere bei im wesentlichen gleichen Temperaturen durch hintereinandergeschaltete, die Verunreinigungen selektiv aussondernde Aktivkohle-Adsorber unterschiedlicher Porengröße hindurchgeleitet werden.

Eine wirkungsvolle Entfernung von Wasserdampf und Kohlendioxyd aus Luft kann bekanntlich auch durch umschaltbare Austauscher, wie z. B. Regeneratoren oder reversierende Austauscher, vorgenommen werden. Hierbei wird die Luft von Umgebungstemperatur auf nahezu Verflüssigungstemperatur abgekühlt, wobei die Verunreinigungen kondensieren. Bevor sich ein merklicher Druckabfall entwickelt, wird dann die Luft in einen anderen Austauscher geleitet. In vielen Fällen sind jedoch umschaltbare Austauscher nicht anwendbar.

Wenn umschaltbare Austauscher nicht verwendet werden können, so besteht außerdem die Möglichkeit, in bekannter Weise die Verunreinigungen bei oder nahe Umgebungstemperatur auf chemischem oder physikalischem Wege zu entfernen. So kann Wasserdampf ohne oder bei nur geringer Abkühlung mittels Adsorptions- oder Absorptionsmitteln entfernt werden. Kohlendioxyd kann durch alkalische Lösungen ausgesondert werden. Nach einem anderen bekannten Verfahren wird Wasserdampf bei oder nahe der Umgebungstemperatur ausgesondert, während Kohlendioxyd durch Adsorption oder Ausfällung und Filtrieren bei wesentlich niedrigeren Temperaturen in der Größenordnung von — 80 bis —170° C entfernt wird.

Hierzu verwendbare Chemikalien sowie deren Handhabung und Verteilung sind außerordentlich teuer. Die Entfernung von Kohlendioxyd im Bereich von niedrigen Temperaturen kompliziert den Arbeitsablauf in der Anlage und erfordert nach jedem Reaktivierungsspiel zusätzliche Energie für die Rückkühlung des Adsorptionsmittels oder Filters auf die niedrige Arbeitstemperatur.

Weiterhin besteht bekanntlich die Möglichkeit, Molekülsiebe zu verwenden, welche sowohl für Wasserdampf als auch für Kohlendioxyd eine hohe Aufnahmefähigkeit aufweisen.

Hierbei wird der Reinigungsprozeß der Luft in einer einzigen Anlage durchgeführt, wobei zwei derartige Molekülsiebe abwechslungsweise jeweils in einem Reinigungs- und einem Reaktivierungsspiel betrieben werden.

Dieses letztgenannte bekannte Verfahren hat jedoch ähnlich wie das aus der vorgenannten französischen Patentschrift 1181 210 bekannte Verfahren den Nachteil, daß die gesamte, für die Entfernung von Kohlendioxyd erforderliche Masse des Molekülsiebes bei einer Temperatur reaktiviert werden muß, die so hoch ist, daß auch Wasserdampf ausgetrieben

ίο wird. Dies erfordert einen beträchtlichen Energieverbrauch für die Reaktivierung. Zuerst muß eine große Energiemenge zur Desorption zugeführt werden, und hierauf muß der betreffende Adsorber wieder auf seine Arbeitstemperatur rückgekühlt werden. Zudem muß das Erhitzungs- und Abkühlungsspiel in der Zeit ausgeführt werden, während welcher der andere Adsorber in seinem Reinigungsspiel arbeitet. Dies verursacht einen weiteren Anstieg der verteuernden Energiekosten.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, das Verfahren der eingangs erwähnten Art bei bestmöglichem Wirkungsgrad wirtschaftlicher durchzuführen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Folge der Verfahrensschritte gelöst, daß

a) Wasserdampf, als relativ schwere flüchtige Verunreinigung, zunächst an Silikagel oder aktivierter Tonerde adsorbiert wird und daß

b) Kohlendioxyd, als relativ leichte flüchtige Verunreinigung, anschließend an einem Molekularsieb adsorbiert wird.

Die besondere Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Bezug auf die eingangs erwähnten, beispielsweise aus der französischen Patentschrift 1 181 210 bekannten Verfahren ist insbesondere darin begründet, daß die zum Betrieb der einzelnen Adsorber notwendigen starken Erhitzungen oder Rückkühlungen gemäß der Erfindung jeweils ausschließlich auf die betreffenden Adsorber beschränkt bleiben. Diese Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich sowohl hinsichtlich der Adsorption als auch der Regeneration. Durch die Verwendung von Molekülsieben zur Adsorption von Kohlendioxyd im Rahmen der Erfindung ist es möglich, bei Temperaturen von nicht unter -3O⁰C zu arbeiten. Jedoch erweist es sich im allgemeinen als vorteilhaft, beide Adsorberarten bei gleicher Temperatur, vorzugsweise bei oder nahe der Umgebungstemperatur zu betreiben, da auf diese Weise Kälteverluste vermieden werden oder vernachlässigbar klein bleiben.

Während für die Adsorption des Wasserdampfes normalerweise nur eine relativ geringe Menge an billigem Silikagel oder billiger aktivierter Tonerde notwendig ist, ist für die Adsorption des Kohlendioxyds eine verhältnismäßig größere Menge des teueren Molekülsiebes notwendig, jedoch kann dieses bei einer mittleren Temperatur reaktiviert werden.

Hieraus entstehen Vorteile nicht nur durch die Einsparung an der jeweils erforderlichen Wärmemenge, sondern auch im Hinblick auf die Tatsache, daß nur niedrige Temperaturgrade zur Anwendung kommen. Hierdurch wird die erforderliche Zeitdauer zur Erhitzung und Rückkühlung des Adsorbers herabgesetzt und zusätzlich dessen Größe reduziert.

Durch entsprechende Wahl der Arbeitstemperatur, des Druckes und der für eine wirkungsvolle Reini-

gung notwendigen Menge an Adsorptionsmitteln kann die Arbeitsperiode des Adsorbers für Wasserdampf der Arbeitsperiode des Adsorbers für Kohlendioxyd angeglichen werden, wobei sich die jeweiligen Arbeitstemperaturen durchaus unterscheiden können.

Zur Reaktivierung der beiden Adsorber für den Wasserdampf einerseits und für das Kohlendioxyd andererseits können jeweils voneinander getrennte, von Verunreinigungen freie Gasströme von passender Temperatur verwendet werden. In manchen Fällen wird es jedoch von Vorteil sein, den aus dem MoIekularsieb-Adsorber austretenden reaktivierenden Gasstrom, welcher folglich durch.die Desorption bereits Kohlendioxyd enthält, auch zur Reaktivierung des Wasserdampf-Adsorbers zu verwenden. Hierzu wird der Luftstrom vor dem Eintritt in diesem Wasserdampfadsorber auf die zur Desorption von Wasserdampf notwendige, erhöhte Temperatur erhitzt.

Die Reaktivierung kann bei Unterdruck, atmosphärischem Druck oder erhöhtem Druck vorgenommen werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reinigung von Luft, welche bei nachfolgenden Verfahrensschritten auf tiefe Temperaturen abgekühlt werden soll, von Wasserdampf und Kohlendioxyd mittels hintereinandergeschalteter, die Verunreinigungen selektiv aussondernder Adsorber bei gleichbleibendem Druck und einer Temperatur zwischen Umgebungstemperatur und —30° C, gekennzeichnet durch die Folge der Verfahrensschritte, daß

a) Wasserdampf, als relativ schwere flüchtige Verunreinigung, zunächst an Silikagel oder aktivierter Tonerde adsorbiert wird und

b) Kohlendioxyd, als relativ flüchtige Verunreinigung, anschließend an einem Molekularsieb adsorbiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reaktivierung der Adsorber jeweils mittels eines von Verunreinigungen freien Gasstromes erfolgt, welcher zunächst auf eine mittlere Temperatur erhitzt und dann durch den das Molekularsieb enthaltenden Adsorber geleitet wird, und welcher anschließend auf eine zur Desorption von Wasserdampf notwendige, höhere Temperatur erhitzt und dann durch den Silikagel oder die aktivierte Tonerde enthaltenden Adsorber geleitet wird.