DE846095C - Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von Gasgemischen mittels periodisch umgeschalteter Adsorber - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von Gasgemischen mittels periodisch umgeschalteter Adsorber

  ist bekannt, die keittigung \()n (@asgemischett

  durch l,eri@@@li:clt umgeschaltete Adsorber v()rztt-

  nehmen und die adsttrbierten Gasbestandteile durch

  Spülen und I-,i\\ärmen (les Adu)rbens mit Hilfs-

  gasen wler I>ämpfen neltst anschließender Konden-

  satio>n der @tttsgetri(#l)uttett bestandteile ztt gewinnen.

  Ist N ielctt Fallen ia es sritt@-ierig. ein geeignetes Spül-

  gas Zu Itesc ltatien.

  Durch eilt treues \"erfahren sollen die mittels

  periodisch gewechselter Adwnrber adsorl» erten Be-

  stamlteile in dem als Spülgas dienenden Frischgas

  angereichert und dann hei tiefer Temperatur durch

  Kondensation gc\\ottnett werden.

  Zu #licseitt Zweck wird erftt(ittttgsgettt:ili warntes

  Frischgas über (He eine hälfte der Adsorberein-

  r@chtuttg g(-führt. nach Aufnahme des ausgett tellertest

  \@Is@)rlatts und nach Anreicherung mit diesem ge-

  kiihlt und, stach Abführung von angereichertem

  Konzentrat tnit einem Teil des Frischgases oder von

  lAndensat. ins gekühlten Zustand ülwr den in der

  Periode t-orher entladenen Adsorher geführt und

  \on den ;t(Isurbierl)aret) Bestandteilen befreit. Je

  tawh ihr .\(lsorbierbarkeit der zu gewinnenden Be-

  @tattdtci@e \"-ird (las Frischgas mehr oder weniger

  ()der ül@erlt;mlrt nicht vorerhitzt und (las ante

  nhrherte Lias zwischen den Adsorbertt \\eniger oder

  mehr tiefgekühlt. Enthält das zu hehamleht(le (;as-

  getnisch vornehmlich nur leicht adsorli erl)are 13e-

  standteilc, wie llenzol. Alkohol so genügt eine

  mäßige Kühlung z. l l. mit Amtnottial:kä1te-

  maschittett, aber es ist eine \'orerhitzung des Frisch-

  @ases zuecktnißig. denn bei hoher "hentl@er;ttur

  halten sich nur geringe Mengen Adsorbat (Benzol oder Alkohol tisw.) an der heißen Eingangsschicht des Adsorbens, und nach der Umschaltung werden sie im geringsten 'Maße und nur in den ersten Augenblicken nach der Umschaltung vom Restgas mitgefiihrt. Sollen tiefsiedende oder nur in geringer Konzentration vorhandene Gasbestandteile angereichert werden, so muß zwischen den Adsorbern tiefgekühlt werden, dagegen ist in diesem Fall nur eine mäßige oder unter Umständen auch keine Vorerhitzung des Frischgases erforderlich. Sowohl die Beladung als auch die Entladung erfolgt nicht vollstattd1g. Im Beharrungszustand schwankt vielmehr die durchschnittliche Beladung des Adsorbens nur um einen bestimmten, alsZuladungcbarakterisierten Betrag, während die jeweils mit dem Frischgas neu zugeführte Menge :in adsorbierbaren Anteilen als Kondensat oder in einem kleinen Teil des Frischgases angereichert als Konzentrat abgeführt wird.
• Erhndtingsgetnäß ist eilte Verknüpfung des Verfahrensschrittes der Entladung eitles Adsorbers durch Frischgas finit demjenigen der unmittelbar anschließenden Beladung des anderen Adsorbers durch das itn ersten Adsorberteil angereicherte Frischgas heabsichtigt. 1)1e ausgetriebenen Bestandteile können unter Uniständen nach einer Reihe voll U nischaltun-en zwischen den Adsorbern als Kondensat altgeschieden und abgeführt Nverden. Die mit (lein Konzentrat abgeführte Adsorbatinenge entspricht ini Heharrungszustand der mit dein Frischgas nett zugeführten. Statt eilte Abscheidung von Kondensaten vorztineliritett, genügt es auch, nach eitler Reibe von LTinschaltungen zwischen den A(I-sorbern einen Teil des finit Desorbat angereicherten Frischgases zu entnehmen und einer weiteren Atireicherungsstufe zuzuführen. Die Entnahme kann je nach I# lüclitigkeit der angereicherten Bestandteile all verschiedenen Stellen der gespülten Adalso all wärmerer oder kälterer Stelle, erfolgen.
• Nach einem weiteren 1:rtin(lungsgedanken kamt zur Rückget\ inneng der vom leas mitgeführten Wärme auf ((ei- Seite des Frischgaseintritts in den Adsorber ltzt\. des Restgasaustritts aus (lern anderen Adsorbe-i- noch je ein alt sich bekannter \V:it-mespeicher vorgesehen werden, wodurch sich die W:irineverluste auf ein Minimum verringern.
• Heizung und Kühlung kann erfindungsgemäß dauernd unter diesen Umständen betrieben werden. Nach einem weiteren Erhndutigsgedanken können auch die aufgewendeten Kältebeträge in rationellster «"eise ausgenutzt und Kälteverluste vermieden werden, wenn inan die Adsorbensmassen gleichzeitig zur Gasanreicherung und zur Speicherung von Wärme bzw. l11-älte verwendet. In diesem Fall arbeitcn die genannten l@fassett nach bekannter Speicherart int Temperaturgefälle, cl. 1i. also, daß das mit heißem Frischgas gespülte und dabei zunehmend erwärmte Adsorbens nicht ganz durchgeheizt und ((aß das finit altgekühltem Frischgas beaufschlagte und -zunehmend gekühlte Adsorbens nicht ganz durchgekühlt so (laß beide Speicher auch vor ihrer l'ntschalttin<@ noch ein wesentliches Tetnperaturgefälle aufweisen. Die Adsorbensmassen arbeiten also sowohl als Wärmespeicher als auch als Kältespeicher, wenn sie in der beschriebenen Weise betrieben werden.
• Zweckmäßig ist es, (laß zwischen Kühlvorrichtung und gespültem Adsorbens nach der letzten Phase der Spülung, also kurz v(»- der 1-inschaltung, eine solche Temperaturdifferenz zwischen Adsorbensendschicht und Kühlvorrichtung und eine so tiefe Temperatur der Kühlung eingestellt ist, daß nach Unischaltung des Gasstroms der Kältevorrat des tiefgekühlten angereicherten I#rischgases ausreicht, uni die Adsorption der von ihin mitgeführten angereicherten bzw. nach der Kondensation noch verbliebenen Gasbestandteile zu gewährleisten. Hierbei ist zu beachten, daß der Kiiltevorrat ausreichen muß, uni das .ldsorl)eiis genügend herunterzukühlen sowie die Adsorptionswärine der zu adsorbierenden Gasbestandteile zu decken. Ist daher mehr Gas zu adsorbieren, ist der Teinperattirsprung zwischen Kühlung und Adsorbens größer eitlzustellen. Andererseits inuß (las Teinperaturniveatt der Kühleinrichtung so tief eingestellt werden, daß die =Aufnahmefähigkeit der verwendeten Adsorbensmenge für die Bindung sämtlicher noch ini Gas verbliebenen angereicherten Gasbestandteile ausreicht.
• Man kann die Erfindung derart ausführen, daß nian die Adsorbensschichten in nebeneinanderstehenden Adsorbern mit senkrecht stehender L:ingsachse vors vorerhitzten bzlv. voni tiefgekühlten Frischgas durchströmen läßt.
• Iin gespülten Adsorber wird dabei unter bestimmten Umständen besonders bei lüiheren Adsorbatkonzentrationen in den rückwärtigen noch kälteren Teilen des Adsorbens eilte vorübergehende Kondensation der ausgetriebenen llestandteile eintreten. Gleichzeitig wird dabei eitle gewisse @eiinischung der Kondensate stattfinden und eine gewisse Kondensatmenge vom Adsorbetls aufgesogen, wenn das Kondensat über gr<ißere Schichtlängen des Adsorbens abiv:irts wandern niuli, die 111,11) unter Umständen vermeiden will. U.s wird eialter das etwa anfallende Kondensat am Entstehungsort gesammelt und abgeführt. Das kann z. li. niit Hilfe von Altlenk-und Saiitinelblechen oder "hassen geschehen oder durch waagerechte oder schräge Anordnung der Adsorbensschichten, wobei die anfallenden Kondensate in der Nähe ihres Entstehungsc»-ts, z. 13. all der Unterseite der geneigten Behälter, gesammelt und abgeführt Nverden können. ('in (las Ablaufen der Kondensate zu beschleunigen und zu erleichtern, kann es zweckmäßig sein, in geeigiieteii Abständen, also dort, wo die Kondensate anfallen, die Adsorbensschicht zu unterbrechen litt(] eitle kurze Schicht aus Speichermassen mit in(*igliclist glatter Oberfläche einzuschalten, die nicht nur miiglichst wenig Kondensat aufsaugt, sondern auch niögliclist schnell abführt und damit der Ein« irkung des all diesen Stelle während des Spülvorgangs zunehmend wärmer werdenden Gases entzieht. bevor die Kondensate wieder verdunsten.
• An die Stelle einer Kondensat- oder Konzentratentnahnie an der Kühlung kann zweckni:ißig auch

  (lic Entnahm(' v@-m mehreren t-i;tskoiizetitr:lt('li aus

  dem gc>1,iiltt'ti Ads()rber, nämlich all der Stelle

  gti>l@ter Allrcichul-ung Init cillein allsgetriebetlult

  l @;lsl)e#tall(Iteil trt'tun. Das ist lwsonders der I#all 1)e1

  I;leillenl _\tts;tll@s.@cltalt (lcs I" 1 iscllg<tses alt a(IM)r-

  hiel-I)arell ljest;nt(lteiletl ()der wenn deren flüssige

  \usscltei(lutlg i111 Adsorbelts atls (letl <gl>ener\valluten

  Gründen venltiellell \\-erdetl soll.

  I)ie I:ntllalttne voll Konzentrat kann je flach Art

  des atlgereicllcrtetl ( @asl>estan(lteils all solcher Stelle

  (ges gespülten Ads()rhens hinter (lein Frischgas-

  eilltritt erf@(l,g('tl. \\() eilt(' s()lelle I liicllstanrriellertttlg

  eine. 1)('@tllliiiit('li l4';tandwils durch P1'ollellaltnte

  tnid .\nalvse i('<tgestellt \\m-de oder nach der Art

  des zu zerle`ell(!e@l tiasgenlisches u11(1 den

  1)l(llligtlllg('ii r'.1 ('1\\-;t1-1('11 ist. Ic nach Art des a1 -

  gerell'lteltetl I i;l@lu'@t;tllillell# k;11111 seine güllstigsto

  \Lireicllerullg>- Lind I':lltllallnlestclle Ilichr ist der

  \:ilw (ges I'ri@cllg;tseilttritts bzw, (ges \varmen _\(l-

  @or@)etlsell(@e@ (1)c1 \velligcr tliiclltig('ll @jestalt(lteilellj

  (1(1('r ist dur \;ille (ges halten A(lsorbunscildes (1)e1

  llüchtig('retl @jest;itl(lteilcill liegen. Die \lellgc (ges

  Illit (lull ;lllg('reiclt('rlull ( ;asl>est;nl(lteilen gleichzeitig

  ;11)zuiültrell(lett Tr;igel-gases stellt 11111- eilten ]:leinen

  l@ruchwil (!('# t@es;ttlttg;tses (gar. I)it' .\tlreicllerutig

  @ler ;t-l@@@rl)i('11(;l:ell II('standwilv stellt sich I)ei gc-

  ringur VInnahnle !l@i!lel", IwIn)lier('r @@a<ellltl;llltll('

  #,erlllger e111.

  \\ 1(' ()1)('I1 :ler('it, l'1'\\;ihnt, I@;llllt d1(.' .\Ilrl'iill('rullg

  @(!llieljllell @(( \\(':', gcl1"Ichull \\erilelt. (1211.l sich an

  d('1" l@lillliillg @ul(r 11111(r 1)e,llilttllt('I1 lie(Ililgntlgetl

  ;111c11 :<11()1l l;illgs der guspilltull .\(lsorl)eltssclliclit

  h()tl(lellsate bildoll. die ertitt@lttilgsgelit,il.i ist (ler \ülte

  Iltre@ 1'.ltt#tellnilg#ilrt@ gC#;tIIIlttelt Und allgeführt

  w('r@l('ll.

  I )i1' 1'.r till(lull:@ sei (111r(- 1i cill Atlsiii111llllgsl)eisl)i('1

  dargestellt.

  111 dul I 1g. 1 'lcllul) 1 1111(I .+ die beiden Warille-

  #lu'lt@tel- ;t111 1:W!v (leg- Villi ie!lt:lllg ? t111(1 3 (fit'

  1)ei((etl -\(l@@)rl>er dar. @ l111(1 () sind (sie beiden Ilei-

  ztllig(#II i\\ischell @l)eiiller un d .\(Is()rl)er attf jeder

  I I;ilfl(' der l.itti-ielitullg LInd ; die hiiillung z\vischull

  (4e11 hiidUll .\@ls@)r!wrt). 14'i l; \vird etwaiges K()n-

  dellsat I(@ al)geiüllrt. 11('i S u11(1 () \\-cr(Iell \veitere

  I@@)itdetls;tte al)getrellut 1)1\v. l@()llrelitrate gasfiirIUig

  ttl)gciüllrt. \\-citerc h()ILZClltl:tte l@iitlltetl je nach

  llv(larf @ in ver@cltic(letletl @t(°lletl der gespülten A(l-

  :((rhu'llssClticllt ('lltll()nllll('1l \\erden. 1)1c Schalteils..

  l ichtung 1() .c haltet (lull \(u 1 I xitung 1 1 kommenden

  l'rl#('llg;t@#tl()ltt ;tl)\\eill@elll(I ;111f eitle Stt-@lllltltig voll

  1i111<, nach 1('(11t` durch (sie FillrichtlIng bzw. nach

  l'llisel:altutt@ <111i eilt(' Str(iIIIIIII', voll rechts nach

  links zLlr .\ustrittsleitttllg 1)e1 1=. I)ie Hinrichtung

  k;llltl allc11 @Lts;tlltitu'll(#1);tttt \\-erden, S() (1a1.3 s:ittlt

  11ch('leiie ül)ere#tta:l@ler. z. 1),. i11 einem einzigen

  hoilr ange@)r@lnet sind. Ist diesem Fall ist etwaiges

  hillt(Ieil#;tt au. @1('lll I<iillll;tliiii mit Hilfe besonderer

  I:itll)atttett ztt etlttlellitletl.

  I )ie ,u @leln;ttise Ale Vig. 2 zeigt die Uinrichttttlg in

  \\;ulgerccltt('r odvr @cltrag zu <letthell(I(#r Anordnung.

  \\()1u'1 gl(iAle Teile gleiche @jczttgszeirhctl haben.

  und dicleiclle 1Zriliellf(>lge für .\dsorher Und

  S!u'i(!lur \@)rge>eltctt ist 1111(I le@liglicll (sie attF;tllctt(lell

  Konzentrate ;in Stellen ihrer griihten Anreicherung.

  z. I3. bei K <). 13 oder 1d, oder die anfallenden h(» ldeu-

  satu in der \;ihe ihres Entstehungsorts abgezogen

  \verden. I sie Slwicher und Adsorlmer sind verkürzt

  dargestellt (111c( haben eilte im Vergleich zu illre1lt

  1@LlrC!lllll'##l'r gri)iSUI-e Langsachse. Die Heizungen

  uItd t) s(I\vie die Kühlung 7 sind inner11,111) (lcI- Eill-

  riclltung. (sie als einziges Rohr dargestellt ist, an-

  geordnet und hi)litten dauernd betrieben \\-erden.

  ,Statt dessen kallll jeder Speicher bzw. Adsorber

  s()\vic (sie 1lcizmig und Kühlung riiuinlich vonein-

  ander getrennt ;tngeor(lnet sein. Auch eillc senk-

  rechte Anordnung (ler Teile stach Fig. 2 überein-

  auder ist iiliiglicl1,.

  1)1e ertin(lmigsgenlüße Vorrichtung besteht ins

  wesentlichen also aus zwei periodisch unischaltbareil

  \(ls(.n-1)enl 2. ,; Illit nach jeder SCIltllttlllg \vccllsehl-

  (1cl- Vullkti()it. eilter zwischen den beiden Adsorbern

  1)elindliclletl hiilll\()1-1-iclltullg ; und je einer ani

  äußeren fin(le je(les Adsorlmers lwfiitdlichen Ileiz-

  \-()rrichtung ;, () liebst je einem \\'ärtnespeicher t. .1

  an der Seite, \\o las in die Vorrichtung eilt- bzw.

  aus ihr ;lostritt. Kotldetlsat- bzw. Koltzetltrateltt-

  t@a@tmcstellell 1, o. 1 5 wischen oder liings der Iwiden

  \dsorlwr unvic einer Schaltvorrichtung 1o, welche

  !en Basstrom periodisch in einer Richtung und

  :lach Unischaltung ist entgegengesetzter Richtung

  durch die 1':illrichtung lenkt.

  [-in iilncrhalb der _\dsorlwnsschicht sich (#twa

  s:'1@)I1 bildende Kondensate besser sammelst l111(1 al)-

  leitelt zit kiiIII1elt, wird stach eitlem \\-Vitereil

  I':rtin(lutlgsge<lankeu (sie _\(IS()1'1)elisscllicllt all ge,

  ciglieten Stellest durch Speicherschichten t1ltt(#r-

  brochcli, \vclche eine Ini>glichst glatte (>l)crflüchc

  besitzen, all der das Kondensat 1)eschleunigt zur

  Sammelstelle ablaufen kann.

  1)1e Vorteile der Erfindung liegest in der überaus

  groIScll I':illfachheit der Anordnung u11(1 Iletriel)s-

  \veis(' der I':inrichtung. (sie vollautomatisch 11<#1r1<_

  1)e11 \\-erden kann, kein besonderes Spülgas 1)(#ili)tigt

  t11111 11'#t1 ('111e1 -('ringen Wartung bedarf.

Claims (1)

1. PATE\TA\SI'RC CIIE: i. Verfahren und Vorrichtung zur Trennung voll Gasgemischen mittels periodisch inngeschal- teter Adsorber, dadurch gekennzeichnet. (saß \Val,llles Frischgas über die beladene H@ilfte der \dsorhereinrichtung geführt, stach Aufnahme des ausgetriebellen# Adsorbats t111(1 flach All- r(#icli('rtiiig Init diesen]. gekühlt und. nach A1)- füllrulig von angereichertem Konzentrat mit (#inein "feil des Frischgases oder voll Kondensat. ins gekühlten Zustand über den in der Periode vorher entladenen _\dsorlwr geführt und prak- tisch vollkommen von den adsorl»erbaren Be- stall(Iteileil !gefreit wird. \-crfahrwi nach Anspruch t. dadurch ge- kettnzeichnet, daß Kühlung und Heizungen dau- ernd betrieben \\-erden. @. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, (1a1.3 die Adsorbensinassen zur t iasallreicllerung und gleichzeitig zur \\-:irme- hzw. Kältespeicherung verwendet werden und im Temperaturgefälle arbeiten. .4. \"erfahren nach Anspruch r bis 3, dadurch (,ekenttzeicltnet, da8 Gaskonzentrate längs der in @ler Erwärmung befindlichen Adsorhensschicht entnommen werden, nämlich dort. wo bestimmte Gasbestandteile ihre -jeweilige Wichste Anreicherung in der Gasphase erreichen. bzw. daß etwaige Kondensate in der -Nähe ihres Entstehungsorts gesammelt und abgeführt werden. 3. Vorrichtung zurAusführungdesVerfahrens wach Anspruch t bis :f, gekennzeichnet durch zwei periodisch umschaltbare Adsorler mit mich ieder Schaltung wechselnder Funktion. eitre zwischen den leiden Adsorbern liegende Kühlvorrichtung und je eine am ;iußeren Ende jedes Adsorbers befindliche Heizvorrichtung nebst je einem Wärmespeicher an der Seite des Gasein-bzw. Gasaustritts, Kondensat- oder Konzentratentnahmestellen zwischen den oder längs der leiden Adsorher sowie einer Gasumschaltvorrichtung. (i. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch r his 4, gekennzeichnet durch Adsorbensschichten, die mehrfach durch Speichermassen mit glatter Oberfläche unterbrochen sind und an diesen Stellen mit Kotdensatentnahmeleitun<-en versehen sind.