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Verfahren zu.r a dsorptiven Trocknung von Gasen fLir die weiterverarbeitung
derselben Gase in Tieftemperaturanlagen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
adsorptiven Trocknung von Gasen für die Weiterverarbeitung derselben Gase in Tiefteaperaturanla@en,
bei dem von dem Gasstrom nach der Adsoretion ein Teilstrom zum Regenerieren der
in der Adsorptions periode Illit Feuchtigkeit beladenen dCjorber und ein Teilstrom
zum Abkählen der regenerierten Adsorber abgezweigt werden.
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hs ist ein Verfahren zur adsorptiven Trocknung von Gas bekannt, bei
dem von dem Gashauptstrom nach der Trocknung ein Teilstrom abgezweigt wird. Dieser
Teilstrom wird durch einen regenerierten Adsorber geführt, um diesen auf Betriebstemperatur
abzukiihlen, anschließend erhitzt und in einen mit Feuchtigkeit beladenen Adsorber,
der in der vorhergehenden Adsorptionsperiode zur Wasseraufnahme diente, geleitet,
wobei der adsorber regeneriert wird und der Gasteilstrom dis Feuchtigkeit aufnimmt.
Danach wird der Gasteilstrom gekühlt und in einen suasserabscheider geleitet, worauf
er wieder dem Gashauptstrom zugeführt wird.
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Es ist ein Verfahren zur adsorotiven Trocknung von Gas bekannt, bei
dem von dem Gashauptstrom vor der Trocknung ein Teilstrom abgezweigt, durch einen
regenerierten Adsorber geführt, um diesen auf Betriebstemperatur abzukühlen, anschließend
erhitzt und in einen mit Feuchtigkeit beladenen @dsorber, der in der vorhergehenden
Adsorptionsperiode zur Wasseraufnahme diente, geleitet wird, wobei der adsorber
regoneriert wird und der Gasteilstrom die Feuchtigkeit aufnimmt. Danach wird der
Gasteilstrom gekühlt und in einen Wasserabscheider geleitet, worauf er wieder dem
Gashauptstrom
vor der Trocknung zugeführt wird.
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bei einem anderen bekannten Verfahren zur adsorptiven Trocknun&.
von Gas vird von dein Gashauptstrom vor der Trocknung ein Teilstrom abgezweigt,
erhitzt und in einen mit Feuchtigkeit beladenen Adsorber, der in der vorhergehsnden
Adsorotionsperiode zur wasseraufnahme diente, geleitet, wobei er die Feuchtigkeit
aus dem Alsorber desorbiert und aufnimmt. Danach wird der Gasteilstrom gekühlt,
in einen Wasserabscheider geleitet und dann wieder dem Gashauptstrom vor der Trocknun;
zugeführt. Von dem Gashauptstrom wird nach der Trocknung ein weiterer Teilstrom
abgezweigt, welcher in einen anderen Adsorber, der vorher in der Desorptionsperiode
erhitzt wurde, geleitet wird, um diesen zu kühlen. Danach wird der Gasteilstrom
selbst gekühlt und wie der in den Gashauptstrom nach dessen Trocknung eingespeist.
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Bekannt ist außerdem ein Verfahren zur adsorptiven U:rocknung von
Gas, bei dem von dem Gashauptstrom nach der Trocknung ein Teilstrom abvez;;ei;t
und in einen anderen Adsorber, der vorher in der Desorptionsperiode erhitzt wurde,
geleitet wird, um diesen zu kühlen Die Regensrierung erfolgt durch Wärmezufuhr mit
einem anderen Gasstrom, der über kühler, Wassera@scheider, Gebläse, Erhitzer und
den zu regenerierenden Adsorber im geschlossenen Kreislauf geführt wird.
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Der Nschteil aller genannten Verfahren ist ein relativ hoher Taupunkt
des setreckneten Gashauptstromss, da der für die egenerierung verwendete Gasteilstrom,
der nach der Wasserabscheidung noch entsprechend Druck und Te peratur mit Wasserdampf
gesättigt ist, dem Gashauptstrom wieder zugeführt bzw.
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durch die Verwendung des feuchten Gasteilstromes zum Renezieren nur
eine unvollständige Dasorp-tion des .asaers e-rreicht
wird. Um
die Adsorber von der Restfeuchtigkeit zu be-@reien, sind höhere @esorptionstemperaturen
und damit ein @@@@@srar Ensrgieaufwand erforderlich.
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@er @rfindung liegt die Rufgabe zugrunde, ein Verfahren zur el@erptiven
Tr@cknung von Gasen zu entwickeln, @ei dem ein extrem niedriger Tau@unkt der getrockneten
Gase zur Gewähreistung einer langen Betriebszeit der nachgeschalteten Tieftem@@@
turanlage erraicht wird. Dabei soll das Verfahren so ge@@altet sein, daß die Kälte
der Restgasfraktion der nache@chalteten Tieftemosraturanlage in ökonomischer Weise
verwendet werden kann.
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@rfind mgegemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der währea@@
des Regenerierens befeuchtete Gasteilstrom in einem Zusatzadsorber bis auf den nach
der Adsorgtion vorliegenden T@upunkt des Gas@auptstromes getrocknet und danach wieder
dem Drockenen Gashauptstrom zugefdgt wird.
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Zweckmäßigerweise werden sur Trocknung des während des Reenerierens
befeuchteten Gasteilstromes zwei Zusatzadsorber benutzt, deren ßetrieb wechselweise
erfolgt. dabei können die beiden Zusatzadsorber mit einer kalten Restgasfraktion
der nachgeschaltsten Tieftempersturanlage, vorzugsweise mit einer @tickstoffraktion,
regeneriert und gekühlt werden. Eine zweckmäßige Ausgestaltung des Verfahrens sieht
vor, daß die zum Regenerieren des eladenen adsorbers und zum abkühlen des regenerierten
Adsorbers benutzten Gasteilströme im gegenseitigen Wärmeaus@ausch auf eine mittlere
Temperatur gehracht und danach auf die Temperatur des Gashauptstromes abgekühlt
werden, vorzu;s;;eise mit der kalten Restgasfraktion der nachseschalteten Tieftemparaturanlage.
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Vorteilhafterseise werden die einzelnen Mengenströme mit Hilfe von
Druckreglern eingestellt.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß sehr
große Gasmengen, beispielsweise 100 000 Nm3/h, in einer sehr ökonomischen weise
auf den für die weitere Verarbeitung des getrockneten Gases in einer Tieftemperaturtrennanlage
erforderlichen, extrem niedrigen Taupunkt -70°C bis -80°C getrocknet werden können.
Besonders bemerkenswert ist, daß die zum Desorbieren und Abkühlen der Adsorber aenutzten
Gasteilströme dem Hauptstrom nahezu verlustlos wieder eingespeist erden können und
daß die sonst üblichen Gasverluste beim Entspannen der beladenen Adsorber vermieden
werden, da der Betriebsdruck bei der Desorption dem der l.dsorption entspricht.
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Das Verfahren wird besonders rentabel, da die Kälte der bfallstickstoff@raktion
aus der nachgeschalteten Tieftemperaturtrennanla,e auf ökonomische weise zum wärmeaustausch
in der Trocknungsanlage benutzt wird. Das entwickelte Verahren in Verbindung mit
den festgelegten Umschaltintervallen ermöglicht dariber hinaus den kontinuierlichen
Betrieb des Ofens für die Erwärmung des Regeneriergases, der auf Grund seiner großen
Dimensionen nur unter schwiorigen Umständen für ge@isse Zeiträume stillgelegt und
danach wieder angefahren ;,!erden kann, Das Verfahren eignet sich insbesondere für
die tirocknung von Erdgas.
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Die Erfindung wird nachstshend an einem Ausführungs@eisoiel näher
erläutert0 In der dazugehörigen Zeichnung zeiten Fig. 1 ein ließ schema des Verfahrens
Fig. 2 den Ablauf der Arbeitastufon Fig. 3 den Tamper@turv@rlauf der @rbeitsatufen.
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Das Erdgas wird durch die Rohgaseintrittsleitung 1 in den ersten und
zweiten Adsorber 2 und 3 geleitet, in denen es durch Adsorption mit üblichen Adsorbentien,
vorzugsweise synthetischen Zeolithen, getrocknet word. Im betrachtsten Beispiel
wird das Erdgas gleichzeitig in zwei parallel betriebenen Adsorbern getrocknet.
Prinzipiell ist es jedoch möglich, zu dieser Trocknung nur einen Adsorber zu benutzen,
Die im ersten und zweiten Adsorber 2 und 3 getrockneten Erdgasströme zerden in der
Rohgasaustrittsleitung 4 vereinigt. Bei der ersten Abzweigung 5 wird ein Teil des
getrockneten Erdgases über die Regeneriergasleitung 8 entnommen und bei der zweiten
Abzweigung 7 wiederum in zwei Teilströme geteilt. Ein Teil des Gases wird durch
die Kaltgasleitung 8 und den ersten Druckregler 9, letzterer bestimmt das Mengenverhältnis
der trockenen Erdgasteilströme zum Aufwärmen bzw. Abkühlen der Adsorser, zum Kühler
10 geführt, in dem es durch wärmeaustausch mit einem Kühlmedium auf eine Temperatur
von 5 bis 10°C abgekühlt wird.
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Als Kühlmedium wird erfindungsgemäß die kalte, als Abfallprodukt der
Tieftemperaturanlage anfallende Stickstofffraktion verwendet.
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Das gekühlte trockene Rohgas wird durch die Kaltgasleitung 8 in den
dritten Adsorber 11 geleitet, der in der vorhergehenden Desorptionsperiode mit Warmgas
beschickt wurde. Beim Durchströmen des dritten adsorbers 11 wird das kalte Rohgas
erwärmt und dabei der adsorber, z.B. von 25000 auf 3000, abgekühlt.
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Das nunmehr erwärmte Rohgas verläßt den dritten adsorber 11 über i£-ltgasaustritbsleitung
12, passiert den wärmeaustauscher 13 und wird danach in den ersten Kühler 14 geleitet
und hier auf eine Temperatur von ca. 3000 abgekühlt. Als Kühlmeciium dient wiederum
die kalte Abfallstickstofffraktion. Das abgekühlte Gas vlird dann an der ersten
Einbindung 15 in den
Hauptstrom getrockneten Erdgases in der Rohgasaustrittsleitung
4 eingespeist. Mit dem zweiten in der Rohgasaustrittsleitung 4 angeordneten Druckregier
13 wird dabei die für die Einspeisung notwendige Druckdifferenz eingestellt.
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Der andere Teil des Detrockneten Rohgases wird von der zweiten Abzweigung
7 über die warmgasleitung 17 dem Ofen 18 zugerührt und auf Regeneriertemperatur,
beispielsweise 25000, erhitzt und entgegengesetzt zur vorheriJen Beladungsrichtung
durch den auf zuwärmenden vierten Adsorber 19 geleitet. Bei der daraus resultierenden
Erwärmung des Adsorbentbetbes wird das adsorptiv gebundene Wasser desorbiert und
mit dem Gas aus dem Adsorber/ab-geführt. Das nunmehr feuchte Gas wird über Warmgasaustrittsleitung
20 in den Wärmeaustauscher 13 geleitet, in dem durch Wärmeaustausoh der Gasströme
20 und 12 erreicht wird, daß beide Ströme den Wärmeaustauscher mit einer mittleren
konstanten Temperatur, bsispielsweise 140°C, verlassen. Der aus dem vierten Adsorber
19 durch den Wärmeaustauscher 13 geführte Regeneriergasteilstrom wird dann in den
zweiten Kühler 21 geführt, ebenfalls durch Austausch mit der kalten Stickstoffraktion
gekühlt und im Wasserabscheider 22 von dem durch Temperaturernisdrigung kondensierten
wasser befreit.
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Um dem extrem niedrigen Taupunkt des in dem ersten und zweiten Adsorber
2 und 3 getrockneten Rohgasstromes von -70°C bis -80°C aufrechterhalten zu können,
wird der den Abschsider 22 verlassende Gasstrom in den Zusatzadsorber 23 geleitet
und hier mittels üblicher Adsorbentien, vorzugsweise synthetischer Zeolithe, erneut
getrocknet. Dieser getrocknete Gasstrom wird in den Hauptstrom des getrockneten
Erdgases an der zweiten Einbindung 24 eingespeist.
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Um eine kontinuierliche Trocknung des den Abscheider 22 verlassenden
Regeneriergasstromes
zu ermöglichen, ist der Zusatz-@dsorber 25 vorhanden, der wechselweise mit dem Zusatzadsorber
23 betrieben wird, d.h. während beispielsweise der Zusatzadsorber 23 beladen wird,
wird der Zusatzadsorber 25 regeneriert. Zur Regenerierung wird @bfallstickstoff
der @ieftemperaturtren@anlage durch die Stickstoffleitung 25 mittels Geb äse 27
einem Erhitzer 28 zu; eführt, in dem der Stickstoff auf Regeneriertemperatur, beispielsweise
250°C, erwärmt wird. Das warme Gas wird zur Desorption in den Zusatzadsorber 25
geführt, und danach über die Stickstoffaustrittsleitung 29 ins Freie geblasen. Anschließend
wird zum Kühlen des erwärmten Zusatzad-:.:o, bers 25 die durch die Stickstoffleitung
26 kommende Stickstoffraktion unter Umgehung des Gebläses 27 direkt in diesen @isorber
gegeben, wonach es ebenfalls durch die Stickstoffaustritteleitung 29 ins Freie geblasen
wird.
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Im vorstehend betrachteten Beispiel (Fig. 1) stehen vier Adsorber
2;3;11;19 zum Trocknen des wrdgases zur Verfügung.
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wiese vier Adsorber werden wechselweise betrieben, so daß jeder der
Adsorber durch Umschalten die Arbeitsstufen Adsorbieren (Trocknen), Desorbieren
durch wärmezufuhr mit Warmgase und Abkählen auf Betriebstemperatur durchläuft, wobei
jeweils zwei Adsorber beladen und die beiden anderen gekühlt bzw. beheizt ..erden.
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Zwecks kontinuierlichen Betriebes des für die Aufwärmung des Regeneriergases
eingesetzten Ofens 18 sind die Arbeitsstufen aller Adsorber untereinander zeitlich
um T/2 versetzt, wobei T die Beladungszeit eines Adsorbers ist. Die Dauer der Heiz-und
Kühlperiode beträgt jeweils T/2. Damit ist ein kontinuierlicher Betrieb des Ofens
18 möglich.
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Der Zusammenhang der Arbeitsstufen der einzelnen Adsorber 9 3;
11;
19 ist in Fi. 2 dargestellt. Die Ziffern 2; 3; 11; 19 in Fig. 2 entsprechen den
in Fig. 1 dargestellten Adsorbern.
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Die waagerecht schraffierten Abschnitte stellen die Ueizperiode und
die senkrecht schraffierten Abschnitte die Kühlperiode dar.
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Die nicht gestrichelten Abschnitte verkörpern die Adsorptions periode.
In Fi. 3 ist der Temperaturverlauf der aus den idsorbern 2; 3; 11; 19 austretenden
Regeneriergasströme (Warm-und Kühlgas) schematisch dargestellt. Auf der Abszisse
ist die Zeit in abschnitten von T/2, beispielsweise 4 Stunden, aufgetragen und auf
der Ordinate die Temperatur der Regeneriergasströme beim Verlassen der Adsorber
in 00. Die Kühlperiode wurde gestrichelt und die Heizperiode ausgezogen dargestellt.
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An Hand der Fi». 2 und 3 kann der Ablauf der Arbeitsstufen in o.a.
Beispiel in folgender korm erläutert werden.
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Wenn das durch die RohJaseintrittsleit-ung 1 kommende Erdgas in dem
ersten und zweiten Adsorber 2 und 3 getrocknet wird, wird der dritte adsorber 11
gekühlt und der vierte Adsorber 19 mit Warmgas beschickt. Zum Zeitpunkt T/2 ist
die Beladung des ersten Adsorbers 2 beendet. Der bisher im Adsorber 2 zu trocknende
Rohgasteilstrom wird nun durch den dritter Adsorber 11 geleitet, während der erste
Adsorber 2 mit warmgas beschickt und der vierte Adsorber 19 gekühlt wird. Der zweite
adsorber 3 wird veiterhin beladen. Zum Zeitpunkt T wird in analoger Weise die Beladung
des zweiten Adsorbers 3 beendet, und der vierte Adsorber 19 nunmehr mit dem zu trocknenden
Rohgasteilstrom beschickt, der erste Adsorber 2 gekühlt und der zweite Adsorber
3 mit Warmgas beschickt. Der dritte Ad vorher 11 wird weiter beladen. Diese Umschaltung
der Ädsorbor wird analog über den ganzen Betriebszeitraum fort:esetzt, wobei jeder
einzelne Adsorber nach er Beladungszeit T in der Zeit. T/2 erwärmt und in der Zeit
/2 wieder auf iidsorptionstemperatur,
beispielsweise 30°C, abgekühlt
wird.
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Als eine spezielle Variante des Verfahrens in Verbindung mit einer
Tieftempersturzerlegungsanlage ist es möglich, den Wärmeaustauscher 13 und die beiden
Kühler 14 und 21 in einem entsprechend dimensionierten Wärmeaustauscher zu vereinigen.
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Hierbei stehen dann Warmgas, Kühlgas und die Abfallstickst;offfraktion
der nach,eschalteten Tieftemperaturzarlegungsanlage im Wärmeaustausch miteinander.
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worüber hinaus ist es in bestimmten Anwendungsfällen günstirn, die
Desorption der Adsorber in gleicher Strömungsrichsung wie die Beladung durchzuführen,
während das Kühlen dabei entgegen der vorherigen Strömungsrichtung erfolgt.