DE1544158B1

DE1544158B1 - Verfahren zum Abtrennen einer gasfoermigen Komponente aus einem Gasgemisch

Info

Publication number: DE1544158B1
Application number: DE19651544158
Authority: DE
Inventors: Ward Dennis John
Original assignee: Universal Oil Products Co
Current assignee: Universal Oil Products Co
Priority date: 1964-12-28
Filing date: 1965-12-27
Publication date: 1970-10-01
Also published as: US3306841A; FR1461965A; GB1129543A; ES321177A1; JPS519710B1; NL6516891A

Description

Stelle zwischen den entgegengesetzten Enden des Bettes reaktiviert wird, während das gasförmige Gemisch in ein anderes der Adsorptionsmittelbetten geleitet wird.

Es sind seit langem Verfahren mit Umschaltadsorptionsbetten bekannt, bei denen sich jeweils ein Adsorptionsmittelbett in der Adsorptionsstufe des Kreislaufs und ein zweites Adsorptionsmittelbett in

bierter gasförmiger Produktstrom von dem entgegen- xo nung durch Entspannungsmaschinen geführt. Das gesetzten Ende des Bettes abgezogen wird, nach Restgas bzw. der aus dem zur Zusatzbeladung arbei-Beladung des Bettes die Zufuhr des gasförmigen tenden Absorber kommende Teilstrom kann vor ZuGemisches zu diesem Bett abgestellt und das beladene leitung an den Verbraucher zur Kühlung eines erBett dann durch Desorption der adsorbierten gas- hitzten desorbierten Adsorptionsmittelbettes, mit förmigen Komponente bei einem verringerten Druck 15 einhergehender Adsorption weiterer Bestandteile des unter Entfernung des gasförmigen Desorbats an einer Gases, benutzt werden. Alle Ausführungsformen des

Verfahrens laufen darauf hinaus, durch entsprechende Wahl von Druck und Temperatur die Adsorption möglichst in die steilen, praktisch geradlinig 20 verlaufenden Äste der Adsorptionsisothermen zu verlegen. Hierdurch werden hinsichtlich der für die dortigen Verfahren maßgeblichen Kältewirtschaft Vereinfachungen und Ersparnisse erzielt. Die charakteristischen Merkmale dieser bekannten Verfahren

der Desorptions- oder Adsorptionsmittelreaktivie- 25 richten sich somit auf die Durchführung der Adsorprungsstufe des Kreislaufs befindet und die Ein- und tion selbst, gleichzeitig in mehreren unterschiedlich Auslässe der Betten wechselweise umgeschaltet wer- gefahrenen Adsorptionsmittelbetten mit spezifischer den, so daß das zuvor in der Adsorptionsstufe befind- Abstimmung hinsichtlich der Kälteführung. Etwas liehe Bett in die Regenerationsstufe und das zuvor in Ähnliches ist bei dem Verfahren gemäß der Erfindung der Regenerationsstufe befindliche Bett in die Ad- 30 nicht vorgesehen, die Adsorptionsstufe selbst kann sorptionsstufe gelangt. In Verbindung damit sind in der üblichen Weise durchgeführt werden,
auch zahlreiche Reaktivierungsmethoden angegeben Vorgeschlagen wurde auch (ältere Patentanmel-

worden. Gewöhnlich wird dabei das Adsorptionsmit- dung gemäß deutsche Auslegeschrift 1 259 844) ein tel verringertem Druck, d. h. einem Druck, der gerin- Verfahren zum Abtrennen von einem oder mehreren ger als der Druck über dem Adsorptionsmittel wäh- 35 Bestandteilen aus Gasmischungen durch selektive rend der Adsorptionsstufe ist, einer erhöhten Tempe- Adsorption und nachfolgende Desorption bei im ratur, einer Verdrängung der adsorbierten Kompo- wesentlichen gleicher Temperatur, bei welchem man nente mit einem Desorbiermittel bzw. verschiedenen ein oder mehrere Adsorptionsbetten alternierend in Kombinationen dieser Arbeitsmaßnahmen unterwor- einer Adsorptionsphase durch Einleiten des Einsatzfen. Eine der gebräuchlichsten Reaktivierungsmetho- 40 gases und Abziehen des nicht adsorbierten Produktden besteht darin, die Adsorptionsstufe bei erhöhtem gases belädt und in einer Desorptionsphase bei einem Druck durchzuführen und danach das Adsorptions- niedrigeren Druck durch entgegengesetztes Einleiten mittel durch Entspannen auf einen verringerten Druck von Spülgas desorbiert, welches dadurch gekennzu reaktivieren. Die Reaktivierung gelingt rascher, zeichnet ist, daß man in der Desorptionsphase den wenn man während der Desorption ein Ausspülmittel 45 Gasdruck über dem Adsorptionsbett auf den Desorpin das Bett einführt, während letzteres bei dem ver- tionsdruck reduziert und mit einem Teil des abgeringerten Druck gehalten wird, da hierdurch die ad- zogenen Produktgases rückspült und daß man die sorbierte Komponente besser aus der Adsorptions- Dauer der jeweiligen Adsorptions- und Desorptionsmittelmasse ausgetrieben wird. phasen zur adiabatischen Ausnutzung der Sorptions-

Es ist weiterhin bekannt (deutsche Patentschrift 50 wärmen und zur Ausbildung einer mit dem Phasen-876 736), bei einem Kühldruckverfahren zur Gewin- wechsel in einem mittleren Abschnitt jedes Bettes nung von gasförmigen oder flüssigen Wertstoffen aus oszillierenden Beladungsfront auf einen Zeitraum Gasgemischen mit Adsorptionsmitteln dieses mit von jeweils im allgemeinen nicht mehr als 2 bis einem Kaltgaskältemaschinensystem zu kuppeln. Nach 3 Minuten einstellt. Dabei wird, insoweit in üblicher einer weiteren Ausbildung dieses Verfahrens, insbe- 55 Weise, mit Adsorptionsmittelbetten gearbeitet, die sondere zur Adsorption von Wertstoffen aus wert- entweder auf Adsorption oder auf Desorption gestoffarmen Gasdampfgemischen (deutsche Patentschrift 891 837), wird die Adsorption bezüglich Druck
und/oder Temperatur in mehrere Stufen aufgeteilt.

Zweckmäßig werden die in den Adsorbem fest- 60 Verfahren zum Fraktionieren von Gasgemischen in gehaltenen Wertstoffe durch Heißgasdesorption unter einer nicht bis zum Gleichgewicht beladenen Ad-Ausnutzung der Kompressionswärme des Ausgangs- sorptionszone und zum Regenerieren der Adsorpgases gewonnen. Der Entladeadsorber kann mit tionszone durch Verminderung des Druckes unter wertstofffreiem Gas, gegebenenfalls unter Druck, den bei der Adsorption herrschenden Druck von der durchfahren und die entstehende Adsorptionswärme 65 Einlaßseite der Zone her sowie durch Einleiten von eines später wieder zu verdrängenden Gases weg- nicht adsorbiertem Gas von der Auslaßseite her, gekühlt werden. Der zur Adsorption kommende Gas- welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die regenestrom wird aufgeteilt, die beiden Teilströme werden rierte Adsorptionszone vor ihrer Wiederbeladung

schaltet sind.

Weiterhin vorgeschlagen wurde (ältere Patentanmeldung gemäß dem deutschen Patent 1266 729) ein

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durch Einleiten des nicht adsorbierten Anteils des Wendung verdichtet wird, wie das häufig der Fall ist,

Gases entgegen der Beladungsrichtung wieder auf hat die schwankende Gaserzeugung zur Folge, daß

den Adsorptionsdruck gebracht wird, wobei gegebe- der Kompressor, der ja für die maximal anfallende

nenfalls in einer Vorstufe in an sich bekannter Weise Gasmenge ausgelegt sein muß, für einen Großteil

das Einleiten des nicht adsorbierten Anteils des Gases 5 der Betriebszeit stark überdimensioniert ist und ein

als Rückspülgas in die Zone gleichzeitig schon mit großes Überströmsystem für den Kreislauf vorge-

der Druckminderung und Desorption erfolgen kann. sehen werden muß, damit ein brauchbarer Betrieb

Wiederum wird, insoweit in üblicher Weise, mit zwei zustande kommt. Natürlich erhöht das den ver-

Adsorptionsmittelbetten gearbeitet, von denen sich fahrenstechnischen Aufwand und die Investitions-

jeweils ein Bett in der Adsorptionsstufe und das io und Betriebskosten der Anlage,

andere Bett in der Regenerationsstufe des Verfahrens- Eine andere Schwierigkeit, die sich aus den ab-

kreislaufs befindet. wechselnden Hoch- und Niederdruckstufen für die

Schließlich wurde ein Verfahren zur Abtrennung Adsorption bzw. Desorption ergibt, beruht darauf, bei tiefer Temperatur bevorzugt adsorbierbarer Be- daß sich ein großer Druckabfall in dem Adsorptionsstandteile aus Gasgemischen vorgeschlagen (ältere 15 mittelbett entwickelt, wenn ein groß volumiges tech-Patentanmeldung gemäß der deutschen Offenlegungs- nisches Adsorptionsmittelbett rasch desorbiert bzw. schrift 1519 956), insbesondere zur Entfernung von rasch wieder auf den Beladedruck gebracht wird. Verunreinigungen aus in Kälteanlagen benutzten Dann treten beträchtliche innere Kräfte in dem Ad-Gasen oder Gasgemischen, z. B. zur Entfernung ge- sorptionsmittelbett auf. Diese Kräfte können die ringer Stickstoffmengen aus Helium, welches dadurch 20 Adsorptionsmittelteilchen zerdrücken oder zerreiben gekennzeichnet ist, daß das Gasgemisch durch wenig- und innere Einbauten, wie Siebe, Platten und zugestens drei im periodischen Wechsel umschaltbare, in hörige Hilfseinrichtungen, lockern, verbiegen oder Serie angeordnete Adsorber geleitet wird, daß die verschieben.

Adsorber in einem Zyklus arbeiten, der in eine An- Die Desorption der adsorbierten Komponenten zahl von Perioden entsprechend der Anzahl der Ad- 25 aus einem festen Adsorptionsmittelbett durch Versorber unterteilt ist, daß während eines Zyklus das ringerung des Drucks und das übliche Abziehen des Gasgemisch immer in der gleichen Richtung durch desorbierten Gases vom einen Ende des Bettes führt die Adsorber geleitet wird und die Umschaltung der auch zu Schwierigkeiten hinsichtlich der Entfernung Adsorber zwischen den einzelnen Perioden so vor- des desorbierten Gases vom entgegengesetzten Ende genommen wird, daß der in der einen Periode zuletzt 30 des Bettes durch die dazwischenliegende Masse der von dem Gasgemisch durchströmte Adsorber in der Adsorptionsmittelteilchen hindurch. Wenn sich der darauffolgenden Periode als erster von dem Gas- Druck in der Adsorptionsmittelteilchenmasse gegen gemisch durchströmt wird, daß während jeder Periode Ende der Desorptionsstufe dem angelegten niederen des Zyklus der zuletzt vom Gasgemisch durchströmte Druck nähert, wird die treibende Kraft zum Abfluß Adsorber durch Wärmeaustausch des durchfließen- 35 des desorbierten Gases an dem dem Absaugende den Gases mit einem äußeren Kühlmedium auf der entgegengesetzten Ende des Bettes infolge des Druckzur bevorzugten Adsorption der genannten Bestand- abfalls in dem Bett sehr gering. Demgemäß ist eine teile erforderlichen Temperatur gehalten wird und längere Zeit erforderlich, um den Druck in dem daß die Umschaltung der Adsorber von einer Periode gesamten Adsorptionsmittelbett gleichmäßig zu des Zyklus zur anderen dann erfolgt, wenn der größte 40 senken. Dies gilt besonders dann, wenn die Druck-Teil der im ersten Adsorber adsorbierten Bestandteile differenz zwischen den Hochdruck- und den Niederdaraus abgetrieben ist. Hier wird also mit in Reihe druckstufen groß ist.

hintereinander angeordneten Adsorbent gearbeitet, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

die von dem zu behandelnden Gas nacheinander Verfahren der eingangs angegebenen Art zu schaffen,

durchflossen werden. Derartige oder ähnliche Maß- 45 bei dem diese und ähnliche Schwierigkeiten bisheriger

nahmen kommen bei dem Verfahren gemäß der Er- Verfahrensweisen mit Adsorption bei hohem und

findung nicht in Betracht. Desorption bei niederem Druck beseitigt sind, keine

Eine der Schwierigkeiten bei derartigen Verfahren verfahrenstechnischen Sondermaßnahmen hinsichtmit Umschaltungen in einem Adsorptions-Desorp- lieh Adsorption, Desorption oder Wärmeführung tions-Kreislauf bei erhöhten bzw. verringerten 50 ergriffen werden müssen, in einfacher, wirtschaftlicher Drücken beruht darauf, daß eine große Gasmenge und betriebssicherer Arbeitsweise eine Erzeugung in das reaktivierte Adsorptionsmittelbett eingeführt des nicht adsorbierten Produktgases in praktisch werden muß, um den Druck wieder auf den erhöhten konstanter Menge/Zeit und praktisch gleichbleiben-Beladungsdruck der Adsorptionsstufe zu bringen. der Reinheit gewährleistet ist und auch das Be-Gewöhnlich wird das gasförmige Beschickungs- 55 schickungsgasgemisch in einer im wesentlichen kongemisch in einem anderen Verfahren in etwa gleich- stanten Menge/Zeit aufgenommen wird,
bleibender Menge/Zeit erzeugt. Wenn nun eine große Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungs-Gasmenge von der Zuführungsstelle zur Erhöhung gemäß in überraschend einfacher Weise durch ein des Drucks in dem Adsorptionsbett in kurzer Zeit Verfahren zum Abtrennen einer gasförmigen Komabgezogen wird, fällt der Druck in der Zuführungs- 60 ponente aus einem Gasgemisch mit Hilfe getrennter leitung plötzlich ab, und häufig ist die erforderliche Festbetten eines festen Adsorptionsmittels in einem Menge in der gegebenen Zeit überhaupt nicht ver- Sattumschaltkreislauf, bei dem jedes Bett der Reihe fügbar. Dann kommt als einzige sonstige Quelle für nach zuerst durch Adsorption einer sorbierbaren Gas nur der Produktstrom in Betracht. Ein Abzug Komponente aus dem gasförmigen Gemisch unter von Produktgas zur Druckauffüllung führt dazu, daß 65 Einführung dieses Gemisches in ein Ende des Bettes das Produktgas in stark schwankenden Mengen an- bei einem erhöhten Druck beladen wird und gleichfällt. Dies ist aus verschiedenen Gründen nachteilig. zeitig ein nicht adsorbierter gasförmiger Produktstrom Wenn beispielsweise das Produktgas vor seiner Ver- von dem entgegengesetzten Ende des Bettes abge-

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zogen wird, nach Beladung des Bettes die Zufuhr des erhöhtem Druck durch die Leitungen 1, 2 und 3, ein gasförmigen Gemisches zu diesem Bett abgestellt Ventil 4 sowie Leitungen 5 und 6 in das Zuführungsund das beladene Bett dann durch Desorption der ende des Behälters 7 und tritt dann mit dem festen adsorbierten gasförmigen Komponente bei einem Adsorptionsmittel im Bett 8 in Berührung, wobei verringerten Druck unter Entfernung des gasförmigen S unter dem erhöhten Druck die adsorbierbare Kom-Desorbats an einer Stelle zwischen den entgegen- ponente des Gemisches selektiv von dem Adsorpgesetzten Enden des Bettes reaktiviert wird, während tionsmittel zurückgehalten und dieses beladen wird, das gasförmige Gemisch in ein anderes der Adsorp- Das zunehmend an adsorbierbaren Bestandteilen tionsmittelbetten geleitet wird, welches dadurch ge- verarmende Gemisch fließt weiter durch einen kennzeichnet ist, daß während des Verfahrensschrittes io Zwischen- oder Mittelabschnitt 9 und das Adsorp-Adsorbieren in einem ersten Adsorptionsmittelbett tionsmittelbett 10. Das im wesentlichen aus den nicht und Desorbieren eines zweiten Adsorptionsmittel- adsorbierbaren Komponenten des Gasgemisches bebettes ein drittes Adsorptionsmittelbett jeweils durch stehende gasförmige Produkt wird von dem entgegenein Druckauffüllgas in Form des gasförmigen Ge- gesetzten Ende des Behälters7 durch Leitungenil misches und/oder des nicht adsorbierten gasförmigen 15 und 12, ein Ventil 13, Leitungen 14 und 28 und Produktes auf den Beladungsdruck gebracht wird. schließlich durch eine Produktauslaßleitung 42 ab-Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit gezogen.

der Zeichnung, in der ein Fließbild einer bevorzugten Bei Durchführung der Adsorption im Behälter 7

Ausführungsform dargestellt ist, weiter erläutert. werden die mit der adsorbierbaren Komponente

Es sei angenommen, daß sich zu einem bestimmten ao beladenen Adsorptionsmittelbetten 21 und 23 im Be-Betriebszeitpunkt ein Behälter 7 mit getrennten Ad- hälter 20 der Desorption unterworfen, indem Gas bei sorptionsmittelbetten 8 und 10 in der Adsorptions- verringertem Druck durch eine Leitung 59 über ein stufe und ein Behälter 20 mit Adsorptionsmittel- Ventil 60 abgezogen wird. Im Anfangsabschnitt der betten 21 und 23 in der Desorptionsstufe des Schalt- Desorptionsstufe, wenn der Druck im Behälter 20 kreislaufs befindet. Dann wird zu gleicher Zeit ein 25 verhältnismäßig hoch ist, wird das Ventil 67 geBehälter 33 mit Adsorptionsmittelbetten 35 und 37 schlossen gehalten und das Ausmaß des Gasabzugs in einer zwischengeschalteten Stufe des Kreislaufs, durch das Differenzdruckgerät 95 mittels des Ventils bei der der Druck im Bett gesteigert wird und die 72 geregelt. Das Gas fließt dabei durch die Leitung nachstehend als Druckauffüllstufe bezeichnet werden 59, das Ventil 60, Leitungen 61, 65 und 71, das soll, auf den Beladungsdmck gebracht. 30 Regelventil 72, eine Leitung 73 und schließlich durch

Das gasförmige Beschickungsgemisch wird durch eine Auslaßleitung 74 ab. Dabei mißt das Gerät 95 Leitungen 1 und 2 eingeführt, wobei Ventile 4, 13, die Druckdifferenz am Bett 23 durch Bestimmung 44, 54, 60, 78, 86 und entweder 67 oder 72 offen des Druckunterschiedes zwischen dem Mittelabschnitt sind, während Ventile 17, 26, 30, 40, 47, 50, 57, 63, 22 und der Leitung 24 und öffnet das Ventil 72 mehr 77, 81, 84, 88 und entweder das Ventil 72 oder das 35 oder weniger weit, um eine vorgewählte Druckdiffe-Ventil 67 geschlossen sind. renz herbeizuführen. Die maximale Druckdifferenz

Ein auf Druckdifferenz ansprechendes Gerät 95 beträgt vorzugsweise etwa 0,34 at oder weniger, mißt den Druckabfall am oberen oder unteren Ad- Wenn sich der Druck in dem Behälter 20 dem Druck sorptionsmittelbett des gerade in der Desorptions- in der Leitung 74 weitgehend genähert hat, wird das stufe befindlichen Behälters, zum genannten Betriebs- 40 Regelventil 72 geschlossen, das Ventil 67 geöffnet Zeitpunkt also die Druckdifferenz zwischen einer und ein Kompressor 69 angestellt. Das restliche Gas Leitung 24 und einem Mittelabschnitt 22 des Be- in dem Behälter 20 wird nun durch die Leitung 59, hälters 20. Das Gerät 95 kennzeichnet zusammen- das Ventil 60, Leitungen 61, 65, 66 und 68 über das fassend alle erforderlichen Einrichtungen, wie Relais, Ventil 67, den Kompressor 69, eine Leitung 70 und Stellglieder zum automatischen Öffnen und Schließen 45 schließlich in die Ausflußleitung 74 abgesaugt, zweckvon Regelventilen, elektrische Stromkreise, Trans- mäßig bis die Druckdifferenz wieder 0,34 at oder mitter, Verstärker, Zeitgeber, Druckdifferenzsignal- weniger beträgt.

Übertrager u. dgl., die zur Vereinfachung in dem Dabei kann die Desorption verbessert werden,

Fließbild nicht dargestellt sind, keinen Gegenstand indem man ein Spülgas in Form des gasförmigen der Erfindung bilden und in bekannter Weise ausge- So Beschickungsgemisches, des nicht adsorbierten Probildet und angeordnet sein können. Die im Behälter duktgases oder eines anderen Gases, das adsorbierfrei gemachten Desorbatdämpfe werden durch bare Bestandteile enthält, die weniger stark adsoreine Leitung 59 bei verringertem Druck abgezogen. biert werden als die adsorbierbare Komponente des Die vom Abzugspunkt am weitesten entfernten äuße- Beschickungsgemisches, in die Enden der Desorpren Enden des Behälters befinden sich daher bei dem 55 tionszone leitet. Hierdurch werden das Ausmaß und relativ höchsten Druck, und es fließt ein erhöhten die Geschwindigkeit der Reaktivierung des Adsorp-Druck anzeigendes Signal durch eine Leitung B' und tionsmittels gesteigert. Beispielsweise kann eine geein Signal, das den geringeren Druck im Mittel- ringe Menge Beschickungsgas durch Leitungen 75 abschnitt des Desorptionsbehälters 20 anzeigt, durch und 79, ein Ventil 78 und Leitungen 93 und 19 in eine Leitung B zu dem Gerät 95, zur Messung und 60 das eine Ende des Behälters und eine weitere kleine Analyse der Druckdifferenz. Die entsprechenden Lei- Menge Beschickungsgas durch Leitungen 75, 80, 82 tangent, A', C und C" der Behälter7 und 33 sind und 85, ein Ventil 86 und Leitungen90 und 24 in zu dieser Zeit unterbrochen, sie stellen in gleicher das andere Ende des Behälters 20 geleitet werden. Weise eine Signalverbindung mit dem Gerät 95 her, Das Spülgas fließt dabei jeweils nur durch den entwenn der Behälter 7 bzw. 33 in einer späteren Stufe 65 sprechenden Teil des gesamten Adsorptionsmitteldes Kreislaufs der Desorption bei verringertem Druck bettes, so daß der Druckabfall vom Einlaß zum Ausunterworfen wird. laß und der Energiebedarf des Kompressors 69 ver-Das gasförmige Beschickungsgemisch fließt bei ringert werden. Das Spülgas wird vorzugsweise nur

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während der Endphase der Desorptionsperiode an- Zur Umschaltung der Betten auf ihre jeweils

gewendet, zweckmäßig bei niederen Drücken, z. B. nächste Funktion, d. h. des Behälters 33 auf Adsorpwenn der Druck im Desorptionsbehälter bei Atmo- tion, des Behälters 20 auf Druckauffüllung und des sphärendruck oder darunter und vorzugsweise bei Behälters 7 auf Desorption, werden die Ventile 30, einem Unterdruck von 254 bis 381 mm Hg liegt. 5 40, 50, 81, 84, 57 und 72 geöffnet und die Ventile 4, Der Behälter 33 mit den Adsorptionsmittelbetten 13, 78, 86, 60, 54 und 67 geschlossen, während alle 35 und 37 befindet sich zum gleichen Zeitpunkt in anderen Ventile in den vorstehend beschriebenen der Druckauffüllstufe, und demgemäß ist das Ventil Stellungen belassen werden. Gleichzeitig wird die 54 offen. Bei der in dem Fließbild veranschaulichten Leitung B, die das Signal vom Mittelabschnittbett 22 Ausführungsform wird als Druckauffüllgas gasför- io im Behälter 20 zu dem Gerät 95 überträgt, untermiges Beschickungsgemisch verwendet, es kann je- brachen und die Leitung A zum Mittelabschnittbett 9 doch auch nicht adsorbiertes Produktgas oder ein im Behälter 7 geschlossen, so daß das Gerät 95 nun-Gas, das adsorbierbare Komponenten enthält, die mehr den Druckabfall über das Bett 10 mißt. Das weniger stark adsorbiert werden als die adsorbierbare Beschickungsgemisch tritt durch die Leitung 32 in Komponente des gasförmigen Beschickungsgemisches, 15 das Ende des Behälters 33 ein und kommt bei dem benutzt werden. Da das Produktgas vorzugsweise in erhöhten Adsorptionsdruck mit dem festen Adsorpetwa gleichbleibender Menge/Zeit erzeugt und abge- tionsmittel im Bett 35 in Berührung, so daß die adführt wird, ist seine Verwendung als Druckauffüllgas sorbierbaren Bestandteile des gasförmigen Beschiknicht so günstig. Bei der Druckauffüllung wird der kungsgemischs nunmehr an dem Adsorptionsmittel Druck in dem Behälter mit frisch reaktiviertem Ad- 20 im Behälter 33 zurückgehalten werden. Das nicht sorptionsmittel nach der Desorptionsstufe ruhig und adsorbierte Produktgas wird von dem anderen Ende gleichmäßig auf den in der Adsorptionsstufe ange- des Behälters 33 durch Leitungen 38 und 39, ein wendeten Beladungsdruck gebracht, so daß bei der Ventil 40 und Leitungen 41 und 42 abgezogen, nachfolgenden Umschaltung und Einführung der Gleichzeitig wird das Ventil 57 geöffnet, um eine

Gasbeschickung kein Ansaugen von Gas in den Be- 25 Drucksenkung in den Adsorptionsmittelbetten 8 und hälter und kein plötzlicher Druckabfall in dem 10 des Behälters 7 von dem Beladungsdruck auf den Produktgas oder dem Beschickungsgemisch eintritt. Desorptionsdruck herbeizuführen. Während des An-Zur Fließregelung dient ein Regelventil 44, das durch f angsabschnitts der Druckabsenkung regelt wieder entsprechende Einstellung so viel gasförmiges Be- das Ventil 72, das von dem Gerät 95 gesteuert wird, schickungsgemisch in den Behälter einströmen läßt, 30 die Rate der Druckentlastung, zweckmäßig so, daß daß der Behälter den Beladungsdruck der Adsorp- die Druckdifferenz am Bett 10 0,34 at oder weniger tionsstufe erreicht, bevor die nächste Umschaltung beträgt. Wenn der Druck im Desorptionsbehälter 7 der Betten erfolgt. Da sich immer ein Behälter in der annähernd den Druck in der Leitung 74 erreicht hat, Druckauffüllstufe befindet und für die Druckauf- wird durch Befehl vom Gerät 95 das Regelventil 72 füllung die gleiche Zeit wie für die Adsorption und 35 geschlossen, das Ventil 67 geöffnet und der Kom-Desorption zur Verfügung steht, ergibt sich ein prak- pressor 69 in Betrieb gesetzt, so daß der Kompressor tisch stationärer Betrieb ohne Druck- oder Gasfluß- das verbliebene Desorbat und gegebenenfalls eingeschwankungen im Beschickungs- und Produktgas. führtes Spülgas aus dem Behälter 7 absaugt, bis das

Bei der im Fließbild dargestellten Ausführungs- verringerte Druckniveau erreicht ist. Das abgepumpte form strömt das Druckauffüllgas, bestehend aus 40 Gas fließt durch die Leitung 56, das Ventil 57, die einem Teil des gasförmigen Beschickungsgemisches, Leitungen 58 und 66, das Ventil 67, die Leitung 68, durch eine Leitung 43, das Regelventil 44, Leitungen den Kompressor 69 und die Leitungen 70 und 74 ab. 45, 48 und 53, ein Ventil 54 und eine Leitung 55 in Sofern ein Spülgas verwendet wird, vorzugsweise den Behälter 33. während des Endabschnitts der Desorptionsstufe,

In dieser Weise werden der Behälter 7 als Adsorp- 45 fließt ein Teil davon durch die Leitungen 75 und 80, tionszone, der Behälter 20 als Desorptionszone und ein Ventil 81 und die Leitungen 92 und 6 in das eine der Behälter 33 als Druckauffüllzone gefahren, bis Ende und der restliche Anteil durch Leitungen 75, (1) annähernd eine Sättigung des Adsorptionsmittels 80, 82 und 83, das Ventil 84 und die Leitungen 91 mit der am schwächsten adsorbierten abzutrennenden und 11 in das andere Ende des Behälters 7. Komponente des gasförmigen Beschickungsgemischs 50 Der Behälter 20 mit den Adsorptionsmittelbetten erreicht ist oder (2) die Betten 23 und 21 vollständig 21 und 23 befindet sich gleichzeitig in der Druckreaktiviert sind. Wenn das Verfahren auf eine größt- auffüllstufe, und demgemäß ist das Ventil 50 gemögliche Gewinnung von Produktgas, d. h. nicht ad- öffnet. Ein Teil des durch die Leitung 1 zufließenden sorbierter Bestandteile abzielt, wird die Arbeitsweise Beschickungsgemisches wird in die Leitung 43 abgeil) angewendet. 55 zweigt und fließt über das Ventil 44, die Leitungen Die Zeit, die zur Reaktivierung des Adsorptions- 45, 48 und 49, das Ventil 50 und die Leitung 52 in mittels in der Desorptionsstufe erforderlich ist und den Behälter 20, der hierdurch von dem verringerten damit auch für die Druckauffüllung zur Verfügung Desorptionsdruck auf den erhöhten Beladungsdruck steht, richtet sich nach der Druckdifferenz zwischen der nachfolgenden Adsorptionsstufe gebracht wird, der Adsorptionsstufe und der Desorptionsstufe und 60 Zur Umschaltung der Betten auf ihre jeweils dritten der bei der Desorption angewendeten Menge an Funktionen, d. h. des Behälters 20 auf Adsorption, Spülgas. Für eine größtmögliche Gewinnung an des Behälters 7 auf Druckauffüllung und des Be-Produktgas werden der Absaugdruck bei der De- hälters 33 auf Desorption, werden die Ventile 17, 26, sorption und die Menge an Spülgas so gewählt, daß 47, 88, 77, 63 und 72 geöffnet und die Ventile 30, die Reaktivierung beendet ist, bevor die am schwäch- 65 40, 50, 81, 84, 57 und 67 geschlossen, worauf wieder sten adsorbierte abzutrennende Komponente des die vorstehend beschriebenen Arbeitsmaßnahmen in gasförmigen Beschickungsgemisches in dem aus- sinngemäßer Vertauschung nach den nunmehrigen fließenden Strom der Adsorptionszone erscheint. Funktionen der Behälter durchgeführt werden.

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Nach Abschluß dieser Betriebsschritte werden die Behälter wieder auf ihre in der vorstehenden Erläuterung ursprünglichen Funktionen geschaltet, womit ein Arbeitskreislauf vollendet ist und der nächste beginnt. Insgesamt ergibt sich eine völlig kontinuierliche Erzeugung des nicht adsorbierten gasförmigen Produkts in einer praktisch konstanten Menge/Zeit und in einem Zustand praktisch gleichbleibender Reinheit, wobei auch das gasförmige Beschickungs-

Verarbeitung des aus einem Reformierverfahren kommenden Umwälzgemisches z. B. etwa 10 bis 33,8 Atmosphären oder bei Behandlung von Naturoder Erdgas der im Einzelfall vorliegende Entspannungsdruck.

Der zu Beginn der Druckauffüllstufe in dem dritten Adsorptionsmittelbett herrschende Zustand hängt von der jeweiligen Durchführung der Desorption ab, und es bestehen diesbezüglich keine besonderen gemisch in einer praktisch konstanten Menge/Zeit io Forderungen, solange die Desorption mit Druckaufgenommen wird. Senkung erfolgt. Beispielsweise kann es sich auch um Das Verfahren gemäß der Erfindung ist allgemein eine Desorption handeln, bei der die Temperatur des anwendbar bei der adsorptiven Trennung gasförmiger beladenen Adsorptionsmittels erhöht wird, um hier-Beschickungsgemische, die eine adsorbierbare Korn- durch den Dampfdruck der adsorbierten Kompoponente enthalten, an selektiv wirkenden festen 15 nente und die Menge des ausgetriebenen Adsorbats Adsorptionsmitteln. Als typische Beispiele seien zu steigern. Vorzugsweise wird gemäß dem Fließbild genannt: Aufbereitung eines Erdölraffineriegasstroms, mit Verringerung des Drucks und Wegspülen des der Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe enthält, z. B. desorbierten Materials durch Einführung eines Spülmit Aktivkohle, aktiviertem Aluminiumoxyd oder gases in die Endabschnitte der Desorptionszone ge-Metallaluniinosilicat-Molekularsieben als Adsorp- 20 arbeitet, wobei die Menge an adsorbierter Kompotionsmittel, zur Erzeugung eines nicht adsorbierten nente, die in dem Desorbatstrom entfernt wird und Produktstroms hohen Wasserstoffgehalts; Verringe- die Produktreinheit bestimmt, in erster Linie von rung des Stickstoffgehalts mit gleichzeitiger Entfer- dem Verhältnis zwischen Adsorptions- und Desorpnung von Kohlenwasserstoffen in Raffineriegas- tionsdruck abhängig ist. Wenn beispielsweise die gemischen; Reinigung von Gasen oder Gasgemischen 25 Adsorption bei 20 at und die Desorption bis herunter durch Abtrennung gasförmiger Verunreinigungen, auf 0,2 at durchgeführt und ein Wasserstoff und z. B. von Natur- oder Erdgas durch Adsorption von Methan umfassendes gasförmiges Beschickungs-Mercaptanen, H₂S, CO und/oder CO₂ unter Verwen- gemisch verarbeitet wird, kann ohne Anwendung dung von Molekularsieben als Adsorptionsmittel; eines Spülgases eine Wasserstoffreinheit von 99 Mol-Einfügung in den Rückführ- oder Umwälzgaskreis- 30 prozent erreicht werden. Allgemein hängt die Schärfe lauf von Erdölraffinerieverfahren, z.B. Reformier- der Desorptionsbedingungen und damit der Anfangsverfahren oder Hydrokrackverfahren, um durch druck der Druckauffüllstufe von der geforderten selektive Adsorption leichter Kohlenwasserstoffe ein Reinheit des nicht adsorbierten Produkts ab. Drücke Umwälzgas erhöhten Wasserstoffgehalts zu erzeugen; im Bereich von Atmosphärendruck bis herauf zu Abtrennung von Wasserdampf aus feuchten Gasen, 35 3,4 at oder noch höher können für die Desorption z. B. mit Siliciumdioxydgel, aktiviertem Aluminium- genügen, sofern die Adsorption bei entsprechend oxyd oder Molekularsieben als Adsorptionsmittel;
Trennung gasförmiger Komponenten, die sich in
ihren Molekulargewichten unterscheiden, beispielsweise leichten Kohlenwasserstoffen, wie Methan und/ 40 füllstufe im Unterdruckbereich von 25,4 bis etwa oder Äthan, von schwereren Kohlenwasserstoffen, 737 mm Hg abs. liegen.

wie Propan und/oder Butan; Abtrennung von Öle- Die erfindungsgemäße Druckauffüllung kann so-

finen und/oder Acetylenen von stärker gesättigten wohl bei Verfahrensweisen ohne als auch bei VerVerbindungen, z. B. Paraffinen; Fraktionierung von fahrensweisen mit Benutzung eines Desorptionsspül-Gasgemischen zur Trennung der Komponenten, z. B. 45 gases, z. B. in Form des gasförmigen Beschickungsvon Luft in ein an Stickstoff angereichertes Gas und gemisches, des nicht adsorbierten Produktgases oder ein an Sauerstoff angereichertes Gas unter Verwen- eines anderen nicht aus dem Verfahren stammenden dung von Molekularsieben, die eine höhere Selekti- Gases, wie Wasserdampf, Stickstoff oder Luft oder vität für Sauerstoff als für Stickstoff aufweisen. irgendeiner Mischung derartiger Gase bzw. Gasin dem Verfahren kann natürlich auch die durch 50 gemische, zur Anwendung kommen,
die Leitung 74 des Fließbilds abgezogene adsorbier- Für die Druckauffüllung steht die gleiche Zeit wie

bare Komponente als Hauptprodukt gewonnen wer- für die Adsorptionsstufe und die Desorptionsstufe den. Als Beispiel sei die Rückgewinnung von Spuren- zur Verfügung, die wiederum mit dem Durchsatz, mengen eines Chlorkohlenwasserstoffdampfes, z. B. d. h. der pro Zeiteinheit durchgesetzten Menge an Tetrachlorkohlenstoff oder Perchloräthylen, aus dem 55 gasförmigem Beschickungsgemisch, und durchsatzgasförmigen Gemisch einer Trockenreinigungsanlage beeinflussenden Größen, wie dem Druckverhältnis genannt. zwischen Adsorptions- und Desorptionsdruck, der

Bezüglich der Auswahl des Adsorptionsmittels Zusammensetzung des gasförmigen Beschickungsgelten die üblichen Gesichtspunkte. Ähnliches gilt gemisches, dem gewählten Adsorptionsmittel, der für hinsichtlich der Betriebsbedingungen bei der Adsorp- 60 das Produkt geforderten Anreicherung, der Tempetion und Desorption. Bei dem Beladungsdruck der ratur u. dgl. in Wechselbeziehung steht. Die stünd-Adsorptionsstufe, auf den das dritte Adsorptions- liehe Raumströmungsgeschwindigkeit des Gases, mittelbett in der Druckauffüllstufe, ausgehend von d. h. das Volumen an zugeführtem gasförmigem Bedem verringerten Druck der Desorptionsstufe, ge- schickungsgemisch bei Standardbedingungen je bracht wird, kann es sich um irgendeinen für die 65 Stunde und je Volumen Adsorptionsmittel, liegt durchzuführende Adsorption zweckmäßigen oder zweckmäßig im Bereich von etwa 100 bis 10 000 bequem einrichtbaren Druck handeln, etwa den und vorzugsweise 500 bis 5000, bei Abtrennung von Leitungsdruck des zufließenden Gasgemisches, bei Spurenverunreingungen gewöhnlich höher. Bei vielen

höheren Drücken, z. B. etwa 1,36 bis herauf zu 34 at oder darüber, durchgeführt wird. Bei anderen Anwendungen kann der Anfangsdruck der Druckauf-

12

von 123,4 Mol/h abgeführt, die Zusammensetzung zeigt Spalte 3 der Tabelle. Der niedrigste in dem Desorptionsbehälter erreichte Druck betrug 0,1 at. Ein Fließregelventil steuerte die Zuführung von gasförmigem Beschickungsgemisch in den in der Druckauffüllstufe befindlichen Behälter und steigerte den Druck in dem Behälter von etwa 0,1 at auf etwa 8,16 at in etwa 95 % der Zeit, die zur vollständigen Beladung des Adsorptionsbehälters erforderlich war, worauf die Betten umgeschaltet wurden.

Komponente

Gasförmige
Beschickung

Mol/h

2 Q

839,0
11,6

45,7

Desorbatgas

Mol/h

2,1
69,4
11,6
39,3

Nicht

adsorbiertes Produktgas

Mol/h

0,7 769,6 Spuren

6,4

Claims

Patentanspruch:

technischen Anwendungen ist nicht die stündliche Raumströmungsgeschwindigkeit des Gases, sondern die Zeit, die zur Durchführung der Desorptionsstufe erforderlich ist, die betriebsbegrenzende Größe. Hier wird durch die Erfindung ohne die Nachteile einer 5 zu raschen oder zu kurzen Desorption oder einer zu raschen Drucksteigerung eine wesentliche Verbesserung des Gesamtverfahrens erreicht. Die Umschaltzeiten zwischen den einzelnen Arbeitsstufen müssen unter dem Gesichtspunkt einer Vorrichtung ver- io nünftiger Größe gewählt werden, Betriebszeiträume von 2 bis 10 Minuten für jede Stufe sind anzustreben, und Betriebszeiträume von etwa 5 Minuten werden bevorzugt. Es steht somit in jedem Falle genügend Zeit für eine gleichmäßige Druckauffüllung ohne 15 störende Gasschwankungen zur Verfügung.

N₂

Beispiel ^

Eine Vorrichtung ähnlich der im Fließbild gezeig- 20 ten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß sie

keine Einrichtungen zur Zuführung von Spülgas auf- Die Wasserstoffkonzentration in dem gasförmigen wies, wurde zur Erzeugung eines weitgehend reinen Beschickungsgemisch betrug etwa 93,2 Molprozent, Wasserstoffstroms aus einem gasförmigen Beschik- die Wasserstoffkonzentration in dem nicht adsorkungsgemisch, das Wasserstoff, Methan und andere 25 bierten Produktgas etwa 99,1 Molprozent.
Verunreinigungen enthielt, benutzt. Jeder Adsorptionsmittelbehälter hatte einen Durchmesser von
1,07 m und eine Länge von 6,1 m. Jeder Behälter
war mit etwa 3223 kg 5-A-Molekularsieb eines

Poreneintrittsdurchmessers von etwa 5 Angström- 30 Verfahren zum Abtrennen einer gasförmigen

einheiten beschickt. Ein für Kompressionsverhältnisse Komponente aus einem Gasgemisch mit Hilfe

von 15:1 und höher ausgelegter Kolbenkompressor getrennter Festbetten eines festen Adsorptions-

war so installiert, wie das in dem Fließbild darge- mittels in einem Bettumschaltkreislauf, bei dem

stellt ist. Die Einführung des gasförmigen Beschik- jedes Bett der Reihe nach zuerst durch Adsorp-

kungsgemisches und der Abzug des nicht adsor- 35 tion einer sorbierbaren Komponente aus dem

bierten Produktgases erfolgten durch Leitungen von gasförmigen Gemisch unter Einführung dieses

15,24 cm Durchmesser, während das Desorbatgas Gemisches in ein Ende des Bettes bei einem er-

von der Mitte des in Drucksenkung befindlichen Be- höhten Druck beladen wird und gleichzeitig ein

hälters durch eine Rohrleitung von 30,48 cm Durch- nicht adsorbierter gasförmiger Produktstrom von

messer abgezogen wurde. Die Desorbatleitung war 40 dem entgegengesetzten Ende des Bettes abge-

mit einer Kompressorsaugleitung von 50,8 cm Durch- zogen wird, nach Beladung des Bettes die Zufuhr

messer für die bei unteratmosphärischem Druck des gasförmigen Gemisches zu diesem Bett abge-

durchgeführte Endphase der Druckabsenkungsstufe stellt und das beladene Bett dann durch Desorp-

verbunden, während eine Umgehungsleitung mit tion der adsorbierten gasförmigen Komponente

einem Regelventil, das von einem Differenzdruck- 45 bei einem verringerten Druck unter Entfernung

gerät betätigt wurde, für den anfänglichen überatmo- des gasförmigen Desorbats an einer Stelle zwi-

sphärischen Teil der Druckabsenkungsstufe Anwen- sehen den entgegengesetzten Enden des Bettes

dung fand. reaktiviert wird, während das gasförmige Ge-

Ein gasförmiges Beschickungsgemisch mit der in misch in ein anderes der Adsorptionsmittelbetten Spalte 2 der nachstehenden Tabelle angegebenen 5° geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, Zusammensetzung wurde in das eine Ende des Ad- daß während des Verfahrensschrittes Adsorbieren Sorptionsbehälters bei einem Druck von 8,16 at in in einem ersten Adsorptionsmittelbett und Desoreiner Menge von 900,1 Mol/h eingeführt. Das Pro- bieren eines zweiten Adsorptionsmittelbettes ein duktgas wurde von dem anderen Ende des Absorp- drittes Adsorptionsmittelbett jeweils durch ein tionsbehälters in einer Menge von 776,7 Mol/h ab- 55 Druckauffüllgas in Form des gasförmigen Gegezogen, die Zusammensetzung ist aus der Spalte 4 misches und/oder des nicht adsorbierten gasförder Tabelle ersichtlich. Das Desorbatgas wurde von migen Produktes auf den Beladungsdruck geder Mitte des Desorptionsbehälters in einer Menge bracht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen