DE1544025B2 - Verfahren zur regenerierung beladener gasphasenadsorber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regenerierung beladener Gasphasenadsorber durch Drucksenkung und Erwärmung.

Für die Regenerierung beladener Adsorber sind prinzipiell drei Maßnahmen bekannt, nämlich Erwärmung, Drucksenkung und Überleitung eines Spülgases, die je nach den bestehenden Erfordernissen allein oder in Kombination angewandt werden.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wird beispielsweise ein an einem Adsorber angebrachtes Ventil nach hinreichender Beladung des Adsorbers unter Druck geöffnet, was einen Zusammenbruch des Druckes im Adsorber und gleichzeitig auch eine teilweise Desorption' zuvor adsorbierter Bestandteile bewirkt, worauf die Regenerierung des Adsorbers durch Überleiten eines reinen Spülgases erfolgt, welches zuvor angewärmt wird und die durch die Erwärmung des Adsorbers desorbierten Bestandteile herausträgt. Dieses bekannte Verfahren benötigt jedoch zur vollständigen Regenerierung des Adsorbers eine große Menge Spülgas, was sehr unwirtschaftlich ist, da als Spülgas meist nur das gereinigte Gas zur Verfügung steht.

Bei anderen bekannten Verfahren wird diesem Nachteil dadurch abgeholfen, daß das zum Spülen des Adsorbers verwendete Reingas unter gleichzeitiger Erwärmung in einem Kreislauf geführt und somit mehrere Male über das Adsorptionsmittel geleitet wird. Damit wird der Überschuß des aus dem Spülgas und den gasförmigen Desorptionsprodukten bestehenden Gasgemisches von Zeit zu Zeit abgelassen und durch frisches Spülgas ersetzt. Auch diese bekannten Verfahren benötigen daher noch immer eine erhebliche Menge an Spülgas.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Regenerierung beladener Adsorber vorwiegend ohne die Verwendung eines solchen besonderen Spül- oder Hilfsgases durchzuführen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hauptmenge der adsorbierten Bestandteile mit Hilfe der im Kreislauf geführten Desorptionsprodukte entfernt wird, indem das im Adsorber unter Druck stehende Gas entspannt wird und die frei werdenden, gasförmigen Desorptionsprodukte in einem Kreislauf erwärmt und als Regeneriergas dem Adsorber wieder zugeführt werden und indem der hierbei entstehende Gasüberschuß aus dem Kreislauf entfernt wird, wobei die Regenerierung bei steigender Temperatur vorgenommen wird, und daß die Feinreinigung mit einer in den Kreislauf eingeführten geringen Menge reinen Spülgases vorgenommen wird. Der wesentliche technische Fortschritt des neuartigen Verfahrens besteht danach nicht nur darin, daß zur Desorption kein, oder nur eine unwesentliche Menge Reingas benötigt wird, sondern vor allem darin, daß diese mit Hilfe eines sehr geringen technischen Aufwandes und durch Verwendung eines Abfallproduktes, nämlich der frei werdenden Desorptionsbestandteile, erreicht wird. Das neuartige Verfahren kann daher auch als ein Sparverfahren bezeichnet werden.

Eine besondere Problematik in dieser Hinsicht bietet die adsorptive Reinigung tiefsiedender Gase, wie z. B. Wasserstoff, Helium oder Neon. Während die Abtrennung hochsiedender Verunreinigungen von den vorstehend genannten tiefsiedenden Gasen keine Schwierigkeiten bietet, ist es zur vollständigen Abtrennung tiefersiedender Verunreinigungen, wie z. B.

Stickstoff, Kohlenmonoxyd oder Methan, notwendig, die Adsorption bei tiefen Temperaturen, beispielsweise bei 80 bis 100° K durchzuführen. Würde die Regenerierung solcher Adsorber beispielsweise durch eine Erwärmung derselben auf Raumtemperatur oder noch höher erfolgen, dann wäre damit zwar eine quantitative Entfernung der adsorbierten Bestandteile gewährleistet, doch ist ein solches Verfahren unwirtschaftlich, weil zur Wiederabkühlung der Adsorber auf Adsorptionstemperatur eine sehr große Kälteleistung aufgewendet werden muß.

Energetisch weit günstiger ist daher eine Regenerierung bei einer wesentlich unter Raumtemperatur liegenden Temperatur. Doch ist es oft schwierig, für eine gleichmäßige Anwärmung eines Adsorbers von z. B. 100 auf 200° K ein geeignetes Anwärmgas bereitzustellen. Der Grund dafür liegt darin, daß das »Anwärmgas« in dem geschilderten Fall eine Temperatur von 200° K haben müßte, da es infolge des Temperaturverlaufs innerhalb der Adsorberfüllung nicht möglich ist, einen Adsorber z.B. mit einem Gas von 300° K gleichmäßig auf 200° K zu erwärmen.

Aber gerade bei der Gewinnung tiefersiedender Gase, wie z. B. Wasserstoff, Helium oder Neon, steht ein solches Anwärm- bzw. Spülgas nicht zur Verfügung, es sei denn, es würde das Produktgas selbst der Anlage mit einer geeigneten Temperatur entnommen und als Anwärrngas verwendet. Der Nachteil einer solchen Verfahrensweise liegt auf der Hand, weil er sowohl eine empfindliche Einbuße an Produktgas als auch an Kälte mit sich bringt.

Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, die Desorption in der Weise vorzunehmen, daß durch eine Erniedrigung des Druckes über dem beladenen Adsorptionsmittel zunächst eine gewisse Menge gasförmiger Produkte gebildet wird, die sodann angewärmt und wieder durch den Adsorber hindurchgeführt werden. Es wird auf diese Weise aus den adsorbierten Bestandteilen ein Kreislaufgas gebildet, das durch eine außerhalb des Adsorbers liegende Anwärmvorrichtung auf eine bestimmte Temperatur erwärmt wird und seinerseits das kalte Adsorbens heizt. Bei diesem Verfahren nimmt die Menge der Desorptionsprodukte mit zunehmender Erwärmung des Adsorbens, also die Menge des Kreislaufgases, ständig zu. Deshalb ist der Kreislauf an einer Stelle mit einem Überdruckventil ausgestattet, wodurch laufend ein Teil der ständig zunehmenden Kreislaufgasmenge zur von 300° K gleichmäßig auf 200° K zu erwärmen.

Ist ein beladener Adsorber nach diesem Verfahren gemäß der Erfindung weitgehend regeneriert, so läßt sich, falls erforderlich, daran noch eine Feinreinigung mit Hilfe eines Reingases, z. B. vorgereinigten Prozeßgases, anschließen. Das Reingas wird dann zweckmäßigerweise dem Adsorber bei der Temperatur zugeführt, auf die dieser durch den Anwärmkreislauf erwärmt wurde. Bei einer solchen Verfahrensweise genügt eine sehr kleine Menge an Reingas, um die letzten Verunreinigungen aus der Adsorberfüllung zu entfernen. Der Vorteil ist der, daß das Reingas nach der Feinreinigung wieder mit etwa derselben Temperatur zur Verfügung steht wie vor der Feinreinigung, so daß hier Kälteverluste praktisch ausgeschlossen werden.

Die erfindungsgemäße Verfahrensweise hat verschiedene Vorteile. Da die Hauptmenge der adsorbierten Bestandteile durch Erwärmung des im Kreislauf geführten Desorbats selbst vom Adsorber ent-

fernt wird, ist, falls überhaupt erforderlich, zur völligen Regenerierung des beladenen Adsorbers nur eine sehr geringe Menge an reinem Gas zum Spülen notwendig. Weiterhin ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine sehr schonende Anwärmung des Adsorbens mittels des Kreislaufgasstromes. Schließlich kommt noch hinzu, daß für die Anwärmung des Adsorbens kein zusätzlicher Gasstrom, z. B. ein Inertgasstrom, erforderlich ist. Vor allem aber bietet dieses Verfahren auf dem Gebiet der Tieftemperaturadsorption die Möglichkeit für eine beträchtliche Einsparung an Kälteleistung, da z. B. bei einem Wechselbetrieb mit mehreren Adsorbern die im Anfang der Regenerierperiode des Adsorbers frei werdende Kälte zur Abkühlung des bereits regenerierten Adsorbers benutzt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird also mit Erfolg überall da zur Regenerierung von Adsorbern angewendet werden können, wo ein Reingas entweder nicht in genügender Menge zur Verfügung steht oder wo die Regenerierung mit einem Reingas zu teuer ist, weil dieses nicht mit sinnvollem Aufwand zurückgewonnen werden kann, oder aber bei der Tieftemperaturadsorption, wenn eine Einsparung an Kälteleistung erreicht werden soll.

Als weitere Anwendungsmöglichkeiten für das erfindüngsgemäße Verfahren ergibt sich auch die »Reinigung« von Regeneratoren oder reversing exchangers oder ähnlicher Apparate, die zur Gasreinigung mittels Kondensation eingesetzt werden.

Die Erfindung sei an Hand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Der Adsorber 1 habe zuvor zur Reinigung von Wasserstoff gedient, befinde sich auf einer Temperatur von beispielsweise 90° K und sei im wesentlichen mit Stickstoff, Kohlenmonoxid und Methan beladen. Die Zufuhr des zu reinigenden Wasserstoffes sei durch Schließen des Ventils 2 unterbrochen. Der Adsorber 1 habe während der Adsorptionsperiode unter einem Druck von z. B. 20 ata gestanden.

Durch Öffnen des Ventils 3 wird der Druck über dem Adsorbens erniedrigt und der Regenerierkreislauf, bestehend aus dem Gebläse 4, dem Wärmeaustauscher 6 und den Leitungen 5 und 7, gefüllt. Dieses Kreislaufgas enthält neben dem noch im Adsorber vorhanden gewesenen Wasserstoff auch bereits durch die Drucksenkung frei gewordene Verunreinigungen, z. B. N₂, CO und CH₄. Die Anwärmung des Kreislaufgases, das durch das Gebläse 4 umgewälzt wird, geschieht im Wärmeaustauscher 6, z. B. mittels hochgespannten Dampfes, mit Hilfe anderer beliebiger Anwärmvorrichtungen oder unter Kälterückgewinnung durch Abkühlung eines anderen Gasstromes.

ίο Das so erwärmte Kreislaufgas wird über Leitung 7 dem Adsorber 1 als Regeneriergas zugeführt. Die im Kreislauf befindliche, ständig durch das frei werdende Adsorbat wachsende Gasmenge wird durch das Überdruckventil 8 auf einem konstanten Druck gehalten, wobei überschüssige Mengen zur Weiterverarbeitung abgeblasen werden. Ist der Adsorber 1 auf diese Weise auf die gewünschte Regeneriertemperatur (z.B. 200° K) gebracht und somit bereits weitgehend regeneriert, dann wird der Kreislauf über die Leitung 9 und das Ventil 10 mit reinem, ebenfalls vorgewärmtem Spülgas (z. B. H₂) gefüllt. Der Bedarf an reinem Spülgas ist dabei bis zur vollständigen Regenerierung des Adsorbers sehr gering.

Claims (2)

2, Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regenerierung beladener Gasphasenadsorber durch Drucksenkung und Erwärmung, dadurch₍gekennzeichnet, daß die Hauptmenge der adsorbierten Bestandteile mit Hilfe der im Kreislauf geführten Desorptionsprodukte entfernt wird, indem das im Adsorber unter Druck stehende Gas entspannt wird und die frei werdenden, gasförmigen Desorptionsprodukte in einem Kreislauf erwärmt und als Regeneriergas dem Adsorber wieder zugeführt werden und indem der hierbei entstehende Gasüberschuß aus dem Kreislauf entfernt wird, wobei die Regenerierung bei steigender Temperatur vorgenommen wird, und daß die Feinreinigung des Adsorbers mit einer in den Kreislauf eingeführten geringen Menge reinen Spülgases vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anwärmung der Desorptionsprodukte gleichzeitig zur Abkühlung eines anderen Gasstromes im Verfahren dient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen