DE602005000135T2 - Periodische Regenerierung bei hoher Temperatur in einem System nach dem Temperaturwechseladsorptionsverfahren - Google Patents

Periodische Regenerierung bei hoher Temperatur in einem System nach dem Temperaturwechseladsorptionsverfahren Download PDF

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Description

  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Thermisch wechselnde Adsorptionssysteme (TSA-Systeme) für das Entfernen einer Verunreinigung aus einem Gasstrom sind auf diesem Fachgebiet bereits beschrieben. TSA-Systeme umfassen im allgemeinen einen sich wiederholenden Zyklus von Schritten, welcher einschließt:
    • (i) In Kontakt bringen des Gasstroms mit einem Adsorptionsmittel, das eine Verunreinigung selektiv zurückhält, um zumindest einen Teil der Verunreinigung aus dem Gasstrom zu adsorbieren, wobei dieser Schritt (i) bei einer ersten Temperatur durchgeführt wird;
    • (ii) Erwärmen des Adsorptionsmittels auf eine erste Regenerierungstemperatur, um zumindest ein Teil der im Schritt (i) adsorbierten Verunreinigungen zu desorbieren; und
    • (iii) Abkühlen des Adsorptionsmittels auf die erste Temperatur, bevor ein neuer Zyklus gestartet wird.
  • Die Regenerierungstemperatur liegt im allgemeinen irgendwo im Bereich von 40 bis 400°C, wenn sie jedoch einmal ausgewählt worden ist, bleibt sie im allgemeinen von Zyklus zu Zyklus konstant. Siehe z.B. US 5,531,808 , US 5,689,974 , US 5,906,675 , US 6,106,593 , US 6,273,939 und EP 1226860 .
  • Das Adsorptionsmittelbett in TSA-Systemen schließt typischerweise eine Schicht eines Trocknungsmittels (wie Kieselgel oder Aluminium oxid) ein, um Wasser zu entfernen, da selbst Wassermengen im Bereich von ppm die Kapazität des Adsorptionsmittels für die Adsorption von Verunreinigungen nachteilig beeinflußt. Trotz der Verwendung von Trocknungsmitteln stellt das Eindringen von Wasser in das Adsorptionsmittel bei TSA-Systemen weiterhin ein Problem dar. Das gilt besonders direkt vor dem Anfahren, wenn das Adsorptionsmittel zuerst in feuchter Umgebungsluft eingeführt wird, oder bei einer Störung der Anlage, wenn Wasser die Trocknungsmittelschicht durchbricht und in die Adsorptionsmittelschicht einbricht. In der Vergangenheit mußte in diesem Fall das Adsorptionsmittel weggeworfen und frisches Adsorptionsmittel eingefüllt werden.
  • Die vorliegende Erfindung wendet sich dem Problem des Eindringens von Wasser zu, indem das Adsorptionsmittel periodisch auf eine zweite Regenerierungstemperatur erwärmt wird, die höher als die erste Regenerierungstemperatur ist. Die vorliegende Erfindung ist besonders nützlich, wenn das bei der TSA verwendete Adsorptionsmittel besonders wasserempfindlich ist, wie z.B. dann, wenn das Adsorptionsmittel ein Zeolith-Molekularsieb umfaßt.
  • Adsorptionssysteme mit Druckwechsel (PSA-Systeme) werden auf diesem Fachgebiet auch für das Entfernen einer Verunreinigung aus einem Gasstrom beschrieben. PSA-Systeme umfassen im allgemeinen einen sich wiederholenden Zyklus von Schritten, welcher einschließt:
    • (i) Leiten des Gasstroms durch ein Gefäß, das ein für das Zurückhalten einer Verunreinigung selektives Adsorptionsmittel enthält, um zumindest einen Teil der Verunreinigung aus dem Gasstrom zu adsorbieren, wobei dieser Schritt (i) bei einem ersten erhöhten Druck durchgeführt wird;
    • (ii) Entspannen des Adsorptionsmittel enthaltenden Gefäßes, um zumindest einen Teil der im Schritt (i) adsorbierten Verunreinigung zu desorbieren; und
    • (iii) erneutes unter Druck setzen des Adsorptionsmittel enthaltenden Gefäßes auf den ersten erhöhten Druck, bevor ein neuer Zyklus gestartet wird.
  • Es ist ersichtlich, daß die Regenerierung des Adsorptionsmittels bei PSA-Systemen durch einen Druckwechsel erfolgt, während die Regenerierung des Adsorptionsmittels in TSA-Systemen durch einen Temperaturwechsel vorgenommen wird. Folglich schließen PSA-Systeme kein zyklisches Erwärmen des Adsorptionsmittels ein.
  • US 5,931,022 beschreibt ein PSA-System, das das nicht-zyklische Erwärmen des Adsorptionsmittels einschließt. Insbesondere beschreibt US 5,931,022 das periodische Erwärmen des Adsorptionsmittels auf Temperaturen zwischen 50 und 300°C, um sich mit dem Eindringen von Wasser in das Adsorptionsmittel zu befassen. Im Falle von 5,931,022 wird ein Aluminiumoxid umfassendes Adsorptionsmittel verwendet, um CO2 zu entfernen. Für den Fachmann ist selbstverständlich, daß sich Aluminiumoxid leicht dehydratisieren läßt – zumindest im Vergleich mit dem Adsorptionsmittel vom Typ eines Zeolith-Molekularsiebs, für das die vorliegende Erfindung besonders geeignet ist.
  • US 4,481,018 beschreibt ein PSA-System für das Entfernen von N2, das einen Zeolith vom X-Typ verwendet. Dieses Patent erkennt die Bedeutung der Gasströmungsrate bei der Regenerierung, um eine gute Kapazität der Zeolithe, typischerweise mit Ca ausgetauschte X-Zeolithe, für N2 zu sichern. In Tabelle V in diesem Patent ist die Bedeutung der Gasströmungsrate bei der Regenerierung oder der Kontaktzeit für die Kapazität des CaX für N2 dargestellt. Bei einer Kontaktzeit des Gases für die Regenerierung von 9 Sekunden (0,15 Minuten) beträgt die Konstante nach dem Henryschen Absorptionsgesetz für CaX 2,4 mMol/g/atm. Wenn die Kontaktzeit des Gases für die Regenerierung auf 27 Sekunden (0,45 min) erhöht wurde, nahm die Konstante nach dem Henryschen Absorptionsgesetz um 33% auf 1,6 mMol/g/atm ab. US 4,481,018 beschreibt den Einfluß der Kontaktzeit des Gases für die Regenerierung auf die Kapazität für CO2 wie hier im Beispiel 4 nicht.
  • Kurze Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung eines thermisch wechselnden Adsorptionsverfahrens für das Entfernen einer Verunreinigung aus einem Gasstrom dar. Ein Schlüssel für die vorliegende Erfindung besteht darin, daß sie sich dem Problem des Eindringens von Wasser in das Adsorptionsmittel zuwendet, indem das Adsorptionsmittel periodisch auf eine Temperatur erwärmt wird, die höher als die Temperatur ist, die im normalen Regenerierungszyklus angewendet wird.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein thermisch wechselndes Adsorptionsverfahren (TSA-Verfahren) zum Entfernen einer Verunreinigung aus einem Gasstrom, wobei das Verfahren einen sich wiederholenden Zyklus von Schritten umfaßt, welcher einschließt:
    • (i) In Kontakt bringen des Gasstroms mit einem Adsorptionsmittel, das eine Verunreinigung selektiv zurückhält, um zumindest ein Teil der Verunreinigung aus dem Gasstrom zu adsorbieren, wobei dieser Schritt (i) bei einer ersten Temperatur durchgeführt wird;
    • (ii) Erwärmen des Adsorptionsmittels auf eine erste Regenerierungstemperatur, um zumindest ein Teil der im Schritt (i) adsorbierten Verunreinigungen zu desorbieren; und
    • (iii) Abkühlen des Adsorptionsmittels auf die erste Temperatur, bevor ein neuer Zyklus gestartet wird.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung gegenüber dem vorstehend genannten Verfahren dar, indem sie sich dem Problem des Eindringens von Wasser in das Adsorptionsmittel zuwendet. Die Verbesserung umfaßt einen periodischen Erwärmungsschritt, bei dem das Adsorptionsmittel periodisch auf eine zweite Regenerierungstemperatur erwärmt wird, die höher als die erste Regenerierungstemperatur ist.
  • Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt die ersten Regenerierungstemperatur im Bereich von 40 bis 200°C, wohingegen die zweite Regenerierungstemperatur im Bereich von 200 bis 400°C liegt. Nach einer anderen Ausführungsform beträgt die zweite Regenerierungstemperatur mindestens 50°C mehr als die erste Regenerierungstemperatur.
  • Die Häufigkeit des erfindungsgemäßen periodischen Erwärmungsschritts soll mit der Häufigkeit übereinstimmen, mit der das Eindringen von Wasser auftritt, wie z.B. dann, wenn das Adsorptionsmittel direkt vor dem Anfahren in feuchter Umgebungslust eingefüllt wird oder wenn es eine Störung der Anlage gibt. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht folglich darin, daß der periodische Erwärmungsschritt direkt vor dem Anfahren und/oder direkt nach einer Störung der Anlage durchgeführt wird. Nach einer anderen Ausführungsform wird die Häufigkeit des erfindungsgemäßen periodischen Erwärmungsschrittes von einem Schwellenwert des CO2-Durchbruchs ausgelöst (wenn z.B. der zeitliche Durchschnittswert des CO2-Durchbruchs mehr als 50 bis 100 ppb beträgt).
  • Die Kapazität von Zeolithen für die Adsorption von CO2 oder N2O ist für das Eindringen von Wasser in das Adsorptionsmittel besonders empfindlich. Folglich besteht eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darin, daß das Adsorptionsmittel einen Zeolith (wie NaX, NaLSX, CaX, CaLSX, 5A und bindemittelfreie Versionen davon) umfaßt und die Verunreinigung CO2 und/oder N2O umfaßt.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Adsorptionsmittel ein Schichtsystem, wobei einer Schicht eines Trocknungsmittels (wie Alumiumoxid, mit einer Base behandeltes Aluminiumoxid, Kieselgel, wasserbeständiges Gel, Aluminiumoxid/Zeolith-Verbundstoffe und Gemische davon) eine Schicht eines Adsorptionsmittels folgt. Bei einer weiteren Ausführungsform können mehrere Schichten Adsorptionsmittel verwendet werden, wobei jede Schicht für das Entfernen einer anderen Verunreinigung selektiv ist. Wenn sowohl CO2 als auch N2O entfernt werden müssen, kann das Adsorptionsmittel eine erste Schicht aus einem für CO2 selektiven Adsorptionsmittel (wie Zeolith NaX) und eine zweite Schicht aus einem für N2O selektiven Adsorptionsmittel (wie Zeolith CaX) umfassen. Nach einer weiteren Ausführungsform ist das entstehende trockene und verunreinigungsfreie Gas ein Luftstrom, der in einer Tieftemperaturtrennanlage in seine Bestandteile (d.h. O2, N2, Ar usw.) destilliert wird.
  • Die Temperatur des Gasbeschickungsstroms beträgt in der vorliegenden Erfindung geeigneterweise –80 bis 100°C (vorzugsweise 0 bis 60°C, und stärker bevorzugt 10 bis 50°C), wohingegen der Druck geeigneterweise mindestens 100000 N/m2 (vorzugsweise 200000 bis 3000000 und stärker bevorzugt 200000 bis 1500000 N/m2) beträgt. Der Regenerierungsdruck beträgt geeigneterweise 10000 bis 3000000 N·m2 (vorzugsweise 50000 bis 1000000 N/M2, er ist jedoch in jedem Fall vorzugsweise nicht höher als 50% des Beschickungsdrucks). Vor dem erfindungsgemäßen periodischen Erwärmungsschritt beträgt das Mol verhältnis zwischen Regenerierungsgas und Gasbeschickung geeigneterweise 0,05 bis 0,8, vorzugsweise 0,2 bis 0,5.
  • Die folgenden Beispiele erläutern die Nützlichkeit weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Beispiel 1
  • Der Zeolith NaX wird vor der Tieftemperaturdestillation der Luft in ihre Bestandteile in großem Umfang verwendet, um Spurenmengen von CO2 aus der Luft zu entfernen. Die typische Wasserbeladung eines erhaltenen handelsüblichen Zeoliths NaX beträgt 1,5 Gew.-%. Die nachfolgende Tabelle 1 gibt den restlichen Wassergehalt (durch den Gewichtsverlust bei 600°C bestimmt) für einen handelsüblichen Zeolith NaX als Funktion der Regenerierungstemperatur an. Die Tabelle gibt auch die relative Gleichgewichtskapazität für CO2 an, die durch den Durchbruch aus Luft bestimmt wird (6,89 bar g (100 psig), 25°C, 400 ppm CO2 in Luft).
  • Tabelle 1
    Figure 00070001
  • Es ist typischerweise erwünscht, TSA-Systeme bei einer möglichst niedrigen Regenerierungstemperatur zu betreiben. Der Grund besteht darin, den Strombedarf des Systems zu verringern. Eine typische TSA-Regenerierungstemperatur beträgt 200°C. Wie in Tabelle 1 angegeben, verringert die Regenerierung des Zeoliths NaX bei 200°C den restlichen Wassergehalt des Zeoliths auf 1,6 Gew.-%, was im wesentlichen die vom Lieferanten erhaltene Beladung mit Wasser darstellt. Wenn jedoch der am Anfang eingefüllte NaX bei 300°C regeneriert werden kann, würde die restliche Wasserbeladung auf 1,2 Gew.-% verringert, und die CO2-Kapazität des Systems kann um 26% verbessert werden (0,78/0,62). Noch bemerkenswerter ist, daß die Beladung mit Wasser, wenn eine Regenerierungstemperatur von 400°C erreicht werden kann, auf 0,4 Gew.-% fällt und die CO2-Kapazität gegenüber dem bei 200°C regenerierten Material um 61% zunimmt (1,0/0,62). Da die gewählte Gestaltung des TSA ein zweischichtiges System ist (Trocknungsmittel, gefolgt von Adsorptionsmittel), sollte die erste Regenerierung bei hoher Temperatur nicht wieder erforderlich sein, wenn es nicht zu einer Störung der Anlage kommt. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Adsorptionsmittel wie ein Material wirkt, das bei hoher Temperatur regeneriert worden ist (mehr als 200°C), jedoch nur einmal bei dieser Temperatur regeneriert werden muß, da die vorausgehende Trocknungsmittelschicht kein Eindringen von Wasser in das Adsorptionsmittel erlaubt.
  • Beispiel 2
  • Beispiel 1 wurde für einen handelsüblichen Zeolith CaX wiederholt (der oft für das Entfernen von N2O aus Umgebungsluft verwendet wird). Da CaX Wasser stärker adsorbiert als NaX, wird dessen Leistung durch eine hohe Regenerierungstemperatur deutlicher beeinflußt.
  • Tabelle 2
    Figure 00080001
  • Bei einer Regenerierungstemperatur von 200°C hat CaX eine deutlich höhere Beladung mit Wasser als das Handelsmaterial. Wenn es folglich bei einer Anlage mit einem Regenerierungssystem bei 200°C zu einer Störung der Anlage kommt, gewinnt das System seine ursprüngliche CO2-Kapazität nicht zurück. Wenn die Regenerierung bei 300°C durchgeführt wird, nimmt die CO2-Kapazität um 39% zu (0,71/0,51). Bei einer Regenerierung bei 400°C nimmt die CO2-Kapazität um 96% zu (1,0/0,51). Diese deutlichen Zunahmen der Kapazität können wiederum mit nur einer Regenerierung bei hoher Temperatur erreicht werden.
  • Für den Fachmann ist selbstverständlich, daß Zeolith-Adsoprtionsmittel für die hydrothermale Dampfbehandlung empfindlich sind und bei der thermischen Dehydration Kapazität verlieren. Beispiel 3 und Beispiel 4 erläutern die geringeren Regenerierungsströme und Kontaktzeiten, die erforderlich sind, um die Kapazität eines Zeoliths für CO2 gegenüber N2 wiederzugewinnen. Das ist im Stand der Technik noch nicht erkannt worden. Geringere Regenerierungsströme führen zu niedrigeren Regenerierungskosten und einer kürzeren Regenerierungszeit.
  • Beispiel 3
  • In diesem Beispiel wurde ein handelsüblicher Zeolith CaX bei 400°C bei unterschiedlichen Strömungsraten von Stickstoff regeneriert. Nachdem die Regenerierung beendet war (16 Stunden) wurden die Proben abgekühlt, und es wurden die Adsorptionsisothermen bei 30°C für Stickstoff gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 3 aufgeführt.
  • Tabelle 3
    Figure 00100001
  • Die relative N2-Kapazität wird als Verhältnis der Konstante nach dem Henryschen Absorptionsgesetz (erste Neigung der Isotherme) bei einer vorgegebenen Strömungsrate, geteilt durch die Konstante nach dem Henryschen Absorptionsgesetz, die bei der höchsten linearen Geschwindigkeit bei der Regenerierung erhalten wird, definiert. Die Ergebnisse in Tabelle 3 zeigen, daß bei hohen linearen Strömungsraten bei der Regenerierung (kurze Kontaktzeiten) hohe N2-Kapazitäten erhalten werden. Wenn jedoch die lineare Geschwindigkeit bei der Regenerierung unter 0,113 m/s (0,37 ft/sec) fällt (Kontaktzeit bei der Regenerierung 1,8), nimmt die N2-Kapazität ab. Das zeigt, daß die Strömungsraten bei der Regenerierung nicht unter etwa 0,113 m/s (0,37 ft/sec) fallen sollten, wenn optimale N2-Kapazitäten des CaX erwünscht sind.
  • Beispiel 4
  • Es wurde der gleiche Versuch wie im vorstehenden Beispiel 3 beschrieben durchgeführt, außer daß diesmal die CO2-Kapazität und nicht die N2-Kapazität gemessen wurde. Die CO2-Kapazität wurde durch den CO2-Durchbruch aus Luft bei 400 ppm, 25°C und 6,89 bar g (100 psig) gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 angegeben.
  • Tabelle 4
    Figure 00110001
  • Die Ergebnisse in Tabelle 4 zeigen, daß die CO2-Kapazität von CaX bei niedrigeren linearen Geschwindigkeiten bei der Regenerierung als bei der N2-Kapazität erhalten bleibt. Folglich ist die N2-Kapazität des Zeoliths gegenüber der Strömungsrate bei der Regenerierung empfindlicher als die CO2-Kapazität des Zeoliths. Das ist im Stand der Technik noch nicht erkannt worden und führt zu einem unerwarteten Ergebnis in bezug auf die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der das Adsorptionsmittel einen Zeolith umfaßt, die Verunreinigung CO2 umfaßt und der erfindungsgemäße Schritt (ii) den Kontakt des Adsorptionsmittels mit einem Regenerierungsgasstrom (wie z.B. trockener N2 oder ein trockenes N2-reiches Gas) mit einer bestimmten linearen Geschwindigkeit beinhaltet. Und zwar erlaubt diese bestimmte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dem Anwender niedrigere Gasgeschwindigkeiten bei der Regenerierung anzuwenden, als sie aufgrund der Empfindlichkeit der N2-Kapazität des Zeoliths für die Gasgeschwindigkeit bei der Regenerierung vorhergesagt würden. Die Werte in den Beispielen 3 und 4 sind in 1 graphisch dargestellt und legen nahe, daß ein geringer Einfluß auf die CO2-Adsorptionskapazität besteht, solange die lineare Geschwindigkeit des Gases bei der Regenerierung mindestens 0,0305 m/s (0,10 ft/sec) beträgt.
  • Fig. 1. Einfluß der Strömungsrate bei der Regenerierung auf die N2- und CO2-Kapazität von CaX
    Figure 00120001
  • Die Beispiele 5 und 6 sind aufgeführt, um die vorliegende Erfindung mit US 5,931,022 zu vergleichen, das das periodische Erwärmen des Adsorptionsmittels Aluminiumoxid beschreibt, um sich dem Eindringen von Wasser in ein PSA-System zuzuwenden, das für das Entfernen von CO2 Aluminiumoxid verwendet.
  • Beispiel 5
  • Die nachfolgende Tabelle 5 führt die relative CO2-Kapazität an, die bei einem handelsüblichen aktivierten Aluminiumoxid nach der ersten Regenerierung bei 30 und 300°C gemessen wurde. Die CO2-Kapazitäten wurden auf einer üblichen Anlage mit volumetrischer Adsorption gemessen. Dann wurde das Material erneut bei 30°C (übliche Regenerierungstemperatur für die PSA) aktiviert, und die CO2-Kapazität wurde erneut gemessen. Dieses Verfahren wurde dreimal wiederholt, und Tabelle 5 zeigt die CO2-Kapazität des Aluminiumoxids nach der ersten Regenerierung bei 300°C, gefolgt von drei Regenerierungen bei 30°C nach dem Einfluß von CO2.
  • Tabelle 5
    Figure 00130001
  • Die Ergebnisse in Tabelle 5 zeigen, daß die Regenerierung von aktivierten Aluminiumoxid bei 300°C zu einer sehr starken anfänglichen Zunahme der CO2-Kapazität führt. Nachdem die Regenerierungstemperatur erst einmal auf die übliche Regenerierungstemperatur zurückgekehrt ist, schlägt die CO2-Kapazität schnell wieder in die Kapazität bei einer niedrigen Regenerierungstemperatur um. Für den Fachmann ist es selbstverständlich, daß das daran liegt, daß die Zunahme der CO2-Kapazität von Aluminiumoxid nach der hohen Regenerierungstemperatur auf der CO2-Chemisorption auf spezifischen Oxidplätzen beruht, die durch die Aktivierung bei hoher Temperatur auf dem Aluminiumoxid erzeugt werden. Um diese hohe CO2-Kapazität wieder herzustellen, muß die Regenerierungstemperatur hoch bleiben, um diese Orte für die Chemisorption in Form des Oxids zu erzeugen. Die durch die hohe Regenerierungstemperatur erreichte hohe CO2-Kapazität bleibt folglich bei den anschließenden weniger anspruchsvollen oder "üblichen" Regenerierungsbedingungen nicht erhalten.
  • Beispiel 6
  • Es wurde der gleiche Versuch wie vorstehend in Beispiel 5 beschrieben durchgeführt, außer daß diesmal das getestete Adsorptionsmittel ein handelsüblicher Zeolith NaX war und die "übliche" Regenerierungstemperatur 150°C betrug, was für ein TSA-Verfahren kennzeichnend ist.
  • Tabelle 6
    Figure 00140001
  • Die Ergebnisse in Tabelle 6 zeigen, daß bei einer ersten Regenerierung des NaX-Zeoliths bei 200 oder 300°C und der anschließenden Regenerierung bei einer weniger anspruchsvollen "üblichen" Regenerierungstemperatur für das TSA von 150° die CO2-Kapazität die gleiche wie nach der Regenerierung bei einer hohen Temperatur bleibt. Die letzte Spalte in Tabelle 6 zeigt, daß die CO2-Kapazität nach der ersten Regenerierung bei hoher Temperatur, gefolgt von einer niedrigeren Regenerierungstemperatur unverändert ist. Der Grund ist, daß das auf den Zeolithen adsorbierte CO2 physikalisch adsorbiert ist und leicht desorbiert werden kann, wenn auf Temperaturen von mehr als 100°C erwärmt wird. In Beispiel 5 behält das Adsorptionsmittel Aluminiumoxid seine hohe CO2-Kapazität nach der ersten hohen Regenerierungstemperatur, gefolgt von einer Reihe niedrigerer, üblicher Regenerierungstemperaturen nicht bei. Diese bei 300°C regenerierte Probe behielt nach drei Regenerierungszyklen bei 30°C nur 1,5% der ursprünglichen Kapazität bei.
  • Die vorstehend aufgeführten Beispiele decken das Entfernen von CO2 und N2 aus einem Luftbeschickungsstrom ab, es sollte jedoch klar sein, daß die vorliegende Erfindung auch beim Entfernen irgendeiner Komponente aus irgendeinem Beschickungsstrom angewendet werden kann. Die vorliegende Erfindung kann z.B. für das Entfernen von Kohlenwasserstoffspuren aus Luft angewendet werden, bevor die Luft Tieftemperaturdestillation getrennt wird. Zu den Kohlenwasserstoffspuren gehören Methan, Ethan, Ethylen, Acetylen, Propan, Propylen und höhersiedende Kohlenwasserstoffe, wie C4+-Kohlenwasserstoffe (einschließlich gesättigte, ungesättigte und aromatische Kohlenwasserstoffe), sie sind jedoch nicht darauf begrenzt. Die Verunreinigungsspuren können durch das (die) gleiche(n) Adsorptionsmittel, das (die) CO2 und/oder N2O entfernt (entfernen), oder ein anderes Adsorptionsmittel entfernt werden, das für das Entfernen von restlichen Verunreinigungsspuren optimiert ist. Als weiteres Beispiel kann die vorliegende Erfindung bei einem TSA-System angewendet werden, das Wasser und CO2 aus einem Synthesegasstrom entfernt, der Wasserstoff und Kohlenmonoxid umfaßt.

Claims (13)

  1. Thermisch wechselndes Adsorptionsverfahren zum Entfernen einer Verunreinigung aus einem Gasstrom, wobei das Verfahren einen sich wiederholenden Zyklus von Schritten umfaßt, welcher einschließt: (i) In Kontakt bringen des Gasstroms mit einem Adsorptionsmittel, das eine Verunreinigung selektiv zurückhält, um zumindest einen Teil der Verunreinigung aus dem Gasstrom zu adsorbieren, wobei dieser Schritt (i) bei einer ersten Temperatur durchgeführt wird; (ii) Erwärmen des Adsorptionsmittels auf eine erste Regenerierungstemperatur, um zumindest ein Teil der im Schritt (i) adsorbierten Verunreinigungen zu desorbieren; und (iii) Abkühlen des Adsorptionsmittels auf die erste Temperatur, bevor ein neuer Zyklus gestartet wird; wobei die Verbesserung einen periodischen Erwärmungsschritt umfaßt, der mit der Häufigkeit übereinstimmen soll, mit der das Eindringen von Wasser auftritt, wobei das Adsorptionsmittel periodisch auf eine zweite Regenerierungstemperatur erwärmt wird, die höher als die erste Regenerierungstemperatur ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Regenerierungstemperatur im Bereich von 40 bis 200°C liegt und die zweite Regenerierungstemperatur im Bereich von 200 bis 400°C liegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Regenerierungstemperatur mindestens 50°C höher als die erste Regenerierungstemperatur ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des periodischen Erwärmens direkt vor dem Anfahren durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des periodischen Erwärmens direkt nach einer Abweichung der Anlage durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Häufigkeit des Schritts des periodischen Erwärmens von einem Schwellenwert des CO2-Durchbruchs ausgelöst wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Adsorptionsmittel einen Zeolith umfaßt und die Verunreinigung CO2 umfaßt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt (ii) dem Kontakt des Adsorptionsmittels mit einem Strom eines Regenerierungsgases beinhaltet, der eine lineare Geschwindigkeit von mindestens 0,0305 m/s (0,1 ft/sec) aufweist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Regenerierungsgas ein trockenes, an N2 reiches Gas ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Verunreinigung ferner N2O umfaßt.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Adsorptionsmittel eine erste Schicht eines NaX-Zeoliths für das Entfernen der CO2-Verunreinigung und eine zweite Schicht eines CaX-Zeoliths für das Entfernen der N2O-Verunreinigung umfaßt.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Adsorptionsmittel auf eine Schicht eines Trocknungsmittels geschichtet ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren einen trockenen und an Verunreinigungen freien gasförmigen Luftstrom erzeugt, der anschließend in einer Tieftemperatur-Lufttrennungsanlage in seine Bestandteilkomponenten destilliert wird.
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