DE19735397A1 - Verwendung eines Reaktors für adsorptive Trennverfahren - Google Patents

Verwendung eines Reaktors für adsorptive Trennverfahren

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Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einen Reaktors, der im wesentlichen zylindersymmetrisch um eine im wesentlichen vertikal verlaufende Achse aufgebaut ist, einen Mantel und innerhalb des Mantels ein Bett aufweist, welches mit wenigstens einem rieselfähigem Material gefüllt ist und durch einen inneren und einen äußeren Korb sowie an seiner Unterseite durch einen Boden begrenzt ist, bei dem sowohl zwischen dem äußeren Korb und dem Mantel als auch innerhalb des inneren Korbes Gaszuführ- bzw. Gasabführbereiche ausgebildet sind und wobei das Bett über nahezu seine gesamte Länge ringförmig und in seinem oberen Bereich haubenförmig ausgebildet ist.
Ein Reaktor der eingangs beschriebenen Gattung, der für chemische Reaktionen, bei denen Gase oder fluide Medien mit einem Feststoffbett in Kontakt gebracht werden, ist z. B. aus der DE-OS 27 42 752 bekannt. Der darin beschriebene Reaktor eignet sich insbesondere für katalytische Reaktionen, vorzugsweise für die Dehydrierreaktionen von Kohlenwasserstoffe n, wie z. B. die Herstellung von Styrol aus Äthylbenzol.
Derartige Reaktoren werden bzw. wurden jedoch noch nicht für die Durchführung von adsorptiven Trennverfahren angedacht. Es hat sich nach zeitlich ausgiebigen Versuchen gezeigt daß sich Reaktoren der eingangs beschriebenen Gattung vorzüglich für die Durchführung von adsorptiven Reaktionen, unabhängig davon, ob es sich bei den adsorptiven Reaktionen um Druck- (sog. PSA-Verfahren), Vakuumdruck- (sog. VPSA-Verfahren) und/oder Temperaturwechseladsorptions-Verfahren (sog. TSA- Verfahren) handelt, eignen.
Prinzipiell können derartige Reaktoren für die adsorptive Abtrennung einer oder mehrerer Komponenten aus einem mehrkomponentigen Gemisch, insbesondere aus einem mehrkomponentigen Gasgemisch, bzw. für die adsorptive Auftrennung eines mehrkomponentigen Gemisches, insbesondere eines mehrkomponentigen Gasgemisches, verwendet werden.
Beispielhaft seien die adsorptive Abtrennung von Stickstoff aus einem Stickstoff enthaltenden Gasgemisch, insbesondere aus Luft, oder die adsorptive Abtrennung von Kohlendioxid aus einem Kohlendioxid enthaltenden Gasgemisch genannt.
Die Erfindung weiterbildend wird vorgeschlagen, daß das Bett des Reaktors mit lediglich einem Adsorptionsmittel befüllt ist. Mittels dieser Ausgestaltung kann zum einen auf das Befüllen des Reaktors mit einem zweiten Adsorptionsmittel verzichtet werden und zum anderen kann, was insbesondere bei Radialreaktoren aus konstruktiven Gründen vorteilhaft ist, auf eine aufwendige Stützkonstruktion, die für die erforderliche Trennwand zwischen den beiden Adsorptionsmitteln notwendig ist, verzichtet werden. Dies führt zu einer deutlichen Verringerung der Investitionskosten für einen derartigen Reaktor.
Die erfindungsgemäße Verwendung eines Reaktors, wie er z. B. aus der genannten DE-OS 27 42 752 bekannt ist, sei anhand der Figur näher erläutert. Die Figur zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Reaktors gemäß der DE-OS 27 42 752. Die Darstellung ist der Einfachheit halber sehr schematisch ausgeführt, insbesondere entsprechen die Verhältnisse zwischen den äußeren Abmessungen des Reaktors und den Materialdicken nicht den wirklichen Maßen.
Der Reaktor ist im wesentlichen zylindersymmetrisch um die vertikale Achse 1 aufgebaut. Er wird nach außen durch einen Mantel 2, welcher eine obere 7 und eine untere Kalotte 9 aufweist, begrenzt. In der unteren Kalotte 9 sind Eintritts- 10 und Austrittsöffnungen 11 und 12 für das Einsatzgas(gemisch) sowie für das oder die aus dem zu reinigenden Gas abgetrennten Komponenten vorgesehen. Die obere Kalotte 7 ist von einem Mannloch 8 zum Befüllen und/oder Absaugen von rieselfähigem Material durchbrochen.
Im Inneren des Reaktors ist das Adsorptionsbett 3, welches durch einen inneren 4 und einen äußern Korb 5 begrenzt ist, angeordnet. Das Adsorptionsbett 3 wird nach unten hin durch den Boden 6 abgeschlossen, welcher sich über im Regelfall sternförmig angeordnete Rippen 17 an der unteren Kalotte 9 des Mantels 2 abstützt. Die Körbe 4 und 5 sind aus zum größten Teil gelochtem Blech, welches mit Drahtgewebe abgedeckt ist, gefertigt.
Das zu reinigende bzw. zu zerlegende (Gas-)Gemisch, bspw. Luft, strömt über die Einlaßöffnung 10 in den unteren Bereich 13 des Reaktors ein und wird durch die Unterseite des Bodens 6 in den durch den Mantel 2 und den äußeren Korb 5 gebildeten Ringraum 14 umgelenkt. Von diesem strömt das Gas mit einer radialen Komponente durch das Adsorptionsbett 3 in den inneren Ringraum 15. Der innere Ringraum 15 wird lediglich durch den inneren Korb 4 begrenzt. Das in den inneren Ringraum 15 eingeströmte, gereinigte Gas wird anschließend über die Auslaßöffnung 11 aus dem Reaktor abgezogen.
Prinzipiell kann die Strömungsrichtung des zu reinigenden bzw. zu zerlegenden (Gas-)Gemisches auch umgekehrt werden. In diesem Falle strömt das (Gas-)Gemisch über die Öffnung 11 in den inneren Ringraum 15 und aus diesem mit einer radialen Komponente durch das Adsorptionsbett 3 in den durch den Mantel 2 und den äußeren Korb 5 gebildeten Ringraum 14, aus welchem es über die Öffnung 10 aus dem Reaktor abgezogen wird.
Das Adsorptionsbett 3 ist über nahezu seine gesamte Länge ringförmig ausgebildet (Bereich A), während es in seinem oberen Bereich eine haubenförmige Form aufweist (Bereich B). Zudem weist das Bett 3 in ein am Scheitelpunkt der oberen Kalotte 7 angeordnetes Mannloch 8 hinein. Derjenige Teil des Adsorptionsbettes 3, der in dieses Mannloch 8 hineinreicht, nimmt zu Beginn der Adsorptionstätigkeit an der zwischen Einsatzgas und Adsorptionsbett 3 stattfindenden Durchströmung nicht teil. Da jedoch die unerwünschten Setzungserscheinungen des Adsorptionsbettes 3 unmittelbar nach der (Erst)Inbetriebnahme des Reaktors, z. B. nach einer erfolgten Neubefüllung des Reaktors mit Adsorptionsmaterial, erfolgen, sinkt der in das Mannloch 8 hineinreichende Teil des Bettes im Verlaufe der Setzungserscheinungen nach unten. Der nachsinkende Teil des Adsorptionsbettes füllt dadurch die durch die Setzung frei werdenden Räume innerhalb des Bettes 3 auf. Auf weitere Einrichtungen zur Kompensation der Setzungserscheinungen des Adsorbens kann daher verzichtet werden.
Neben der Öffnung 10 kann der Reaktor in seinem unteren Bereich eine weitere Öffnung 12 aufweisen. So kann das (Gas-)Gemisch während der Adsorptionsphase eines Druckwechseladsorptionsprozesses z. B. über die Öffnung 10 in den Reaktor bzw. den Ringspalt 14 einströmen, während über die Öffnung 12, die auch mit einer Vakuumpumpe verbunden sein kann, ein Absenken des Druckes im Adsorptionsbett 3 realisiert werden kann. Selbstverständlich kann anstelle der beiden Ein- und Austrittsöffnungen 10 und 12 lediglich eine Öffnung, die sowohl dem Eintreten des zu reinigenden bzw. zu zerlegenden (Gas-)Gemisches als auch dem Austreten bzw.
Absaugen des gereinigten bzw. zerlegten (Gas-)Gemisches sowie den abgetrennten Komponenten dient, vorgesehen sein.
Im Falle der Verwendung des Reaktors bei Temperaturwechseladsorptionsverfahren wird während der Regenerierphase ein Regeneriergas über das Adsorptionsbett 3 geführt. Dieses Regeneriergas kann über die in der Figur dargestellten Öffnungen 10, 11 und 12 zu- und abgeführt werden, jedoch können selbstverständlich auch weitere Öffnungen, die der Zu- und Abführung des Regeneriergases dienen, vorgesehen sein.
Wie in der Figur dargestellt ist der Reaktor vorzugsweise mit lediglich einem Adsorptionsmittel befüllt. Überraschenderweise hat sich in Langzeitversuchen gezeigt, daß bei bestimmten adsorptiven Gastrennverfahren, bei denen bisher eine zweite Adsorptionsmittelschicht z. B. zur Trocknung des Gasstromes erforderlich war, auf die vorgeschaltete Schutzzone verzichtet werden kann. Somit ist die Verwendung des beschriebenen Reaktors auch für adsorptive Trennprozesse möglich und ein konstruktiv aufwendiges Trennsieb zwischen zwei Adsorptionsmittelschichten kann entfallen.
Sollte jedoch aus hier nicht näher einzugehenden Gründen ein weiteres Adsorptionsmittel erforderlich sein, so ist dieses in einen Ringspalt einzufüllen, der entweder durch den inneren Korb 4 und einen in der Figur nicht dargestellten Zwischenkorb oder durch den äußeren Korb 5 und einen Zwischenkorb gebildet wird. Das Vorsehen eines derartigen Zwischenkorbes erhöht jedoch den konstruktiven Aufwand des Reaktors beträchtlich und macht ihn zudem teurer.

Claims (7)

1. Verwendung eines Reaktors, der im wesentlichen zylindersymmetrisch um eine im wesentlichen vertikal verlaufende Achse aufgebaut ist, einen Mantel und innerhalb des Mantels ein Bett aufweist, welches mit wenigstens einem rieselfähigem Material gefüllt ist und durch einen inneren und einen äußeren Korb sowie an seiner Unterseite durch einen Boden begrenzt ist, bei dem sowohl zwischen dem äußeren Korb und dem Mantel als auch innerhalb des inneren Korbes Gaszuführ- bzw. Gasabführbereiche ausgebildet sind, und wobei das Bett über nahezu seine gesamte Länge ringförmig und in seinem oberen Bereich haubenförmig ausgebildet ist, für adsorptive Trennverfahren.
2. Verwendung eines Reaktors nach Anspruch 1 für Druck- (PSA), Vakuumdruck- (VPSA) und/oder Temperaturwechseladsorptionsverfahren (TSA).
3. Verwendung eines Reaktors nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die adsorptive Abtrennung einer oder mehrerer Komponenten aus einem mehrkomponentigen Gemisch, insbesondere aus einem mehrkomponentigen Gasgemisch.
4. Verwendung eines Reaktors nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die adsorptive Auftrennung eines mehrkomponentigen Gemisches, insbesondere eines mehrkomponentigen Gasgemisches.
5. Verwendung eines Reaktors nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die adsorptive Abtrennung von Stickstoff aus einem Stickstoff enthaltenden Gasgemisch, insbesondere aus Luft.
6. Verwendung eines Reaktors nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die adsorptive Abtrennung von Kohlendioxid aus einem Kohlendioxid enthaltenden Gasgemisch.
7. Verwendung eines Reaktors nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei das Bett mit lediglich einem Adsorptionsmittel befüllt ist.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017117450A1 (de) * 2017-08-01 2019-02-07 Hochschule Bonn-Rhein-Sieg Filtervorrichtung zur Anreicherung gasförmiger und/oder partikelgebundener Stoffe

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2742752A1 (de) * 1976-09-22 1978-03-30 Charbonnages Ste Chimique Reaktor fuer chemische reaktionen, bei denen gase oder fluide medien mit einem feststoffbett in kontakt gebracht werden
DE4135018A1 (de) * 1990-11-30 1992-06-04 Otto Oeko Tech Verfahren und vorrichtung zur stroemungsfuehrung in radialstromreaktoren

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