RU2791134C2 - Method for separating the flow of a gas mixture using adsorption at a variable temperature and a plant for adsorption at a variable temperature - Google Patents

Abstract

FIELD: gas purification.

SUBSTANCE: group of inventions relates to a method and installation for separating the flow of a gas mixture using adsorption at a variable temperature. The invention relates to a corresponding method and installation that contains a number of adsorption modules (A1, A2, A3), which, respectively, operate in the first mode of operation and the second mode of operation. The first mode of operation includes directing the flow (G) of the gas mixture at least partially through the adsorption chamber of the corresponding adsorption module (A1, A2, A3) and carrying out the adsorption exchange of materials with at least one adsorbent in the adsorption chamber of the module in this flow. The second mode of operation includes the direction of the first flow (W1) of the heat-bearing fluid at the first temperature level through the heat exchange structure of the corresponding adsorption module (A1, A2, A3) and heat transfer from the first flow (W1) of the heat-bearing fluid indirectly to at least one adsorbent in the adsorption chamber of the module. It is assumed that the first mode of operation includes the direction of the second flow (W2) of the heat-bearing fluid at the second temperature through the heat exchange structure of the corresponding adsorption module (A1, A2, A3) and the transfer of heat from at least one adsorbent in the adsorption chamber indirectly to the second flow (W2) of the heat-bearing fluid, and the adsorption modules (A1, A2, A3) function, respectively, in the third mode of operation, which includes the direction of the third flow (W3) of the heat-bearing fluid at the third temperature through the heat exchange structure of the corresponding adsorption module (A1, A2, A3) and the transfer of heat from at least one adsorbent in the adsorption chamber to the third flow (W3) of the heat-bearing fluid.

EFFECT: group of inventions provides separation of gas mixture flows.

14 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к способу разделения потока газовой смеси с применением адсорбции при переменной температуре и к установке для адсорбции при переменной температуре согласно соответствующим ограничивающим частям независимых пунктов формулы изобретения, выполненной с возможностью осуществления такого способа.The invention relates to a method for separating a gas mixture stream using swing adsorption and to a swing adsorption plant according to the respective limiting parts of the independent claims, capable of carrying out such a method.

Предшествующий уровень техникиPrior Art

Абсорбция при переменной температуре (адсорбция при переменной температуре, TSA) представляет собой адсорбционный способ разделения газовых смесей, в которых использованный адсорбент регенерируется с применением тепловой энергии. Адсорбция при переменной температуре используется, например, для очистки выхлопных газов или для получения газовых смесей, таких как природный газ или синтез-газ. Соответствующим образом с использованием адсорбции при переменной температуре также можно разделять и другие газовые смеси, например такие газовые смеси, как биогаз или выхлопные газы из химических или физических способов отмывки газа, таких как ректизоловая или аминная отмывка, при условии, что они подходят по составу для соответствующего разделения. Настоящее изобретение не ограничивается применением конкретных адсорбентов или газовых смесей.Temperature swing absorption (temperature swing adsorption, TSA) is an adsorption method for the separation of gas mixtures in which the used adsorbent is regenerated using thermal energy. Variable temperature adsorption is used, for example, to clean exhaust gases or to produce gas mixtures such as natural gas or synthesis gas. In a corresponding manner, other gas mixtures can also be separated using swing adsorption, for example gas mixtures such as biogas or exhaust gases from chemical or physical gas scrubbing processes such as rectisol or amine scrubbing, provided that they are suitable in composition for the corresponding division. The present invention is not limited to the use of specific adsorbents or gas mixtures.

Адсорбция при переменной температуре позволяет использовать температурную зависимость адсорбционных процессов. В этих процессах через адсорбент, который размещается в подходящем контейнере для адсорбента (именуемом в настоящем документе «адсорбционным модулем»), в рабочем цикле при пониженном уровне температуры проходит поток подлежащей разделению газовой смеси, и, таким образом, адсорбент загружается соответствующим компонентом или компонентами, отделяемыми от потока газовой смеси. В последующем рабочем цикле адсорбент может быть по большей части освобожден от этого или этих компонентов путем нагревания, т.е. введения тепловой энергии, и таким образом может быть «регенерирован». Таким образом, для непрерывного функционирования установки для адсорбции при переменной температуре необходимы по меньшей мере два адсорбционных модуля, чтобы через один из адсорбционных модулей всегда проходил поток подлежащей разделению газовой смеси и, таким образом, его можно было использовать для разделения потока газовой смеси.Adsorption at variable temperature makes it possible to use the temperature dependence of adsorption processes. In these processes, the adsorbent, which is housed in a suitable adsorbent container (herein referred to as the "adsorption module"), is cycled through at a reduced temperature by a flow of the gas mixture to be separated, and thus the adsorbent is loaded with the appropriate component or components, separated from the gas mixture flow. In the subsequent operating cycle, the adsorbent can be largely freed from this or these components by heating, i. introduction of thermal energy, and thus can be "regenerated". Thus, at least two adsorption modules are required for the continuous operation of the variable temperature adsorption unit, so that one of the adsorption modules always has a flow of the gas mixture to be separated and can thus be used to separate the gas mixture flow.

Абсорбцию при переменной температуре можно использовать, в частности, в системах материалов, содержащих компоненты с высокими энтальпиями адсорбции. Как правило, продолжительность цикла в описанных рабочих циклах составляет несколько часов. Абсорбцию при переменной температуре, как правило, используют для удаления компонентов газовых смесей, имеющих низкую концентрацию и, как правило, она меньше подходит для удаления компонентов с более высокой концентрацией.Temperature swing absorption can be used, in particular, in material systems containing components with high adsorption enthalpies. As a rule, the duration of the cycle in the described work cycles is several hours. Temperature swing absorption is generally used to remove low concentration components of gas mixtures and is generally less suitable for removing higher concentration components.

В традиционных установках для адсорбции при переменной температуре непосредственно над адсорбентом пропускают так называемый «регенерационный газ» в нагретом виде. В ходе процесса регенерационный газ вбирает компоненты, которые были ранее адсорбированы и в данный момент десорбируются из-за повышения температуры. Регенерационный газ может представлять собой, например, очищенный технологический продукт, водяной пар или азот. Возможно также использование других регенерационных газов.In conventional variable temperature adsorption plants, the so-called “regeneration gas” is passed directly over the adsorbent in heated form. During the process, the regeneration gas absorbs components that were previously adsorbed and are currently being desorbed due to the temperature increase. The regeneration gas may be, for example, a purified process product, steam or nitrogen. It is also possible to use other regeneration gases.

В качестве альтернативы использованию регенерационного газа, который входит в непосредственный контакт с адсорбентом, также можно осуществлять опосредованный нагрев адсорбента для его регенерации. Для этой цели также можно использовать нагретый поток текучей среды, который однако направляют через адсорбент или слой адсорбента, например, с помощью нагревающих трубопроводов. В настоящем документе соответствующая текучая среда также называется «теплонесущей текучей средой». Таким образом, в терминологии, используемой в настоящем документе, теплонесущая текучая среда представляет собой жидкость или газ, который при опосредованном нагревании и/или охлаждении адсорбента направляют через отдельный проточный канал и который, таким образом, вступает в опосредованный теплообмен с адсорбентом. Например, в качестве теплонесущей текучей среды в установках для адсорбции при переменной температуре можно использовать воду, термическое масло, водяной пар или горячий азот.As an alternative to using a regeneration gas that comes into direct contact with the adsorbent, it is also possible to indirectly heat the adsorbent to regenerate it. For this purpose, it is also possible to use a heated fluid stream, which, however, is directed through the adsorbent or adsorbent bed, for example, by means of heating conduits. In this document, the corresponding fluid is also referred to as "heat transfer fluid". Thus, in the terminology used herein, a heat transfer fluid is a liquid or gas which, when the adsorbent is indirectly heated and/or cooled, is directed through a separate flow channel and which thus enters into an indirect heat exchange with the adsorbent. For example, water, thermal oil, steam, or hot nitrogen can be used as the heat transfer fluid in swing adsorption plants.

Способы обработки потоков газовой смеси путем адсорбции при переменной температуре с использованием установки для адсорбции с тремя адсорбционными модулями известны из US 7,744,677 B2 и US 8,025,720 B2. Между стадиями нагрева и охлаждения осуществляют тепловую интеграцию. В публикации US 9,272,963 B2 предложен соответствующий способ, в котором однако применяют два адсорбционных модуля, причем также выполняют тепловую интеграцию, и в контексте теплонесущей текучей среды, используемой в способе, применяют емкости для хранения и нагреватели, рассчитанные на большой объем.Methods for treating gas mixture streams by temperature swing adsorption using an adsorption unit with three adsorption modules are known from US Pat. No. 7,744,677 B2 and US Pat. No. 8,025,720 B2. Thermal integration is carried out between the heating and cooling stages. US 9,272,963 B2 proposes a corresponding method, which however uses two adsorption modules, whereby thermal integration is also performed, and in the context of the heat-carrying fluid used in the method, storage vessels and large volume heaters are used.

В публикациях US 6,630,012 B2 и US 6,974,496 B2 описаны способы разделения газов с помощью адсорбции с опосредованным нагревом и адсорбции при переменном давлении со вспомогательным нагреванием на основе так называемого «микроканального теплообменника». В публикации US 2003/0037672 A1 описан способ адсорбции при переменной температуре с опосредованным нагревом с использованием теплообменника с трубным пучком, причем адсорбент находится в трубах.US 6,630,012 B2 and US 6,974,496 B2 describe gas separation processes using heat-assisted adsorption and heat-assisted pressure swing adsorption based on a so-called "microchannel heat exchanger". US 2003/0037672 A1 describes a variable temperature adsorption process with indirect heating using a tube bundle heat exchanger, the adsorbent being in the tubes.

В принципе в случае способов адсорбции при переменной температуре и соответствующих установок существует необходимость в мерах, снижающих потребление энергии и, в частности, потери энергии.In principle, in the case of temperature swing adsorption processes and related plants, there is a need for measures to reduce energy consumption and, in particular, energy losses.

Описание изобретенияDescription of the invention

С учетом этого в настоящем изобретении предлагается способ разделения потока газовой смеси с применением адсорбции при переменной температуре и установка для адсорбции при переменной температуре с характеристиками, указанными в независимых пунктах формулы патента, выполненная с возможностью осуществления такого способа. Предпочтительные варианты осуществления являются объектом зависимых пунктов формулы изобретения и последующего описания.With this in mind, the present invention provides a method for separating a gas mixture stream using swing adsorption and a swing adsorption plant with the characteristics specified in the independent claims of the patent, made with the possibility of implementing such a method. Preferred embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Перед объяснением признаков и преимуществ настоящего изобретения обсуждаются некоторые из используемых принципов и терминов.Before explaining the features and advantages of the present invention, some of the principles and terms used are discussed.

Жидкие и газообразные смеси в терминологии настоящего документа могут быть обогащены или обеднены одним или более компонентами, причем термин «обогащен» относится к содержанию по меньшей мере 99%, 99,5%, 99,9%, 99,99%, 99,999%, или 99,9999%, а термин «обеднен» относится к содержанию не более 1%, 0,1%, 0,01%, 0,001%, 0,0001% или 0,00001% по молярности, массе или объему. Термин «преимущественно» может соответствовать определению термина «обогащенный».Liquid and gaseous mixtures in the terminology of this document can be enriched or depleted in one or more components, and the term "enriched" refers to a content of at least 99%, 99.5%, 99.9%, 99.99%, 99.999%, or 99.9999%, and the term "poor" refers to a content of not more than 1%, 0.1%, 0.01%, 0.001%, 0.0001% or 0.00001% by molarity, mass or volume. The term "predominantly" may correspond to the definition of the term "enriched".

Смеси компонентов в терминологии, используемой в настоящем документе, также могут быть обогащены или обеднены одним или более компонентами, причем эти термины относятся к соответствующему содержимому в другой смеси компонентов, с помощью которой получали рассматриваемую смесь компонентов. В соответствии с терминологией, используемой в настоящем документе, смесь компонентов считается «обогащенной» при по меньшей мере 10-кратном, 100-кратном или 1000-кратном содержании в ней указанного (-ых) компонента (-ов) и «обедненной» при максимум 0,1-кратном, 0,01-кратном или 0,001-кратном содержании в ней указанного (-ых) компонента (-ов).Mixtures of components in the terminology used herein can also be enriched or depleted in one or more components, and these terms refer to the corresponding content in another mixture of components, with which the considered mixture of components was obtained. In accordance with the terminology used in this document, a mixture of components is considered "enriched" at least 10 times, 100 times or 1000 times the content of the specified component (s) and "lean" at a maximum 0.1-fold, 0.01-fold or 0.001-fold content in it of the specified (s) component (s).

В настоящей заявке термины «уровень давления» и «уровень температуры» используют для характеристики значений давления и температуры, что означает необязательное использование соответствующих значений давления и температуры в соответствующей установке в форме точных значений давления или температуры для реализации идеи изобретения. Однако такие значения давления и температуры, как правило, находятся в определенных диапазонах, максимальные и минимальные значения которых отличаются, например, не более чем на 1%, 5%, 10%, 20% или даже на 50%.In the present application, the terms "pressure level" and "temperature level" are used to characterize pressure and temperature values, which means that it is not necessary to use the corresponding pressure and temperature values in the corresponding installation in the form of exact pressure or temperature values to implement the idea of the invention. However, such pressure and temperature values are usually within certain ranges, the maximum and minimum values of which differ, for example, by no more than 1%, 5%, 10%, 20% or even 50%.

В этом случае соответствующие уровни давления и уровни температуры могут находиться в несвязанных диапазонах или в диапазонах, которые перекрывают друг друга. В частности, в уровнях давления, например, учитываются неизбежные или ожидаемые потери давления. То же самое относится и к уровням температуры.In this case, the respective pressure levels and temperature levels may be in unrelated ranges or in ranges that overlap each other. In particular, pressure levels, for example, take into account unavoidable or expected pressure losses. The same applies to temperature levels.

Преимущества изобретенияBenefits of the Invention

В настоящем изобретении предложен способ адсорбции при переменной температуре и соответствующая установка, в которой используют несколько, в частности, три или по меньшей мере три контейнера с адсорбентом или адсорбционных модуля, каждый из которых по меньшей мере частично заполнен адсорбентом, например, в форме гранул или литых элементов. В рамках настоящего изобретения такие адсорбционные модули можно нагревать посредством опосредованного теплообмена, т. е. через них можно пропускать текучую среду, которая не вступает в прямой контакт с соответствующим адсорбентом, но может обмениваться с ним теплом. Как описано ниже, адсорбционные модули могут быть выполнены, например, в форме конфигурации пучка труб, причем трубы, которые образуют соответствующую конфигурацию пучка труб, заполнены адсорбентом, и вокруг труб течет соответствующий поток теплонесущей текучей среды, или наоборот.The present invention provides a temperature swing adsorption process and associated plant using a plurality, in particular three or at least three adsorbent containers or adsorption modules, each of which is at least partially filled with an adsorbent, for example in the form of granules or cast elements. Within the scope of the present invention, such adsorption modules can be heated by indirect heat exchange, i.e., they can be passed through a fluid that does not come into direct contact with the respective adsorbent, but can exchange heat with it. As described below, the adsorption modules may be embodied, for example, in the form of a tube bundle configuration, wherein the tubes which form the respective tube bundle configuration are filled with adsorbent and an appropriate heat transfer fluid flow flows around the tubes, or vice versa.

Для удобства различения область адсорбционного модуля, в которой располагается адсорбент, в дальнейшем именуется «адсорбционной камерой». В этом случае адсорбционная камера не обязательно должна быть непрерывной, но может быть распределена, например, по нескольким трубам конфигурации пуска труб, как описано выше. Возможны также и другие типы распределений адсорбционной камеры. Иными словами, адсорбционная камера адсорбционного модуля представляет собой объем, в котором находится адсорбент. Понятно, что в случае, когда в настоящем документе указано, что адсорбент используется в единственном числе или что адсорбционная камера заполнена «адсорбентом», в рамках настоящего изобретения не исключается, что в адсорбционной камере также можно использовать несколько различных форм одного и того же адсорбента или нескольких разных адсорбентов.For convenience of distinction, the area of the adsorption module in which the adsorbent is located is hereinafter referred to as the "adsorption chamber". In this case, the adsorption chamber need not be continuous, but may be distributed, for example, over several tubes of a tube-launching configuration as described above. Other types of adsorption chamber distributions are also possible. In other words, the adsorption chamber of the adsorption module is the volume in which the adsorbent is located. It is understood that in the case where this document indicates that the adsorbent is used in the singular or that the adsorption chamber is filled with "adsorbent", within the scope of the present invention, it is not excluded that several different forms of the same adsorbent can also be used in the adsorption chamber or several different adsorbents.

Кроме того, ниже указано, что каждый из используемых адсорбционных модулей имеет «теплообменную конструкцию». В рамках настоящего изобретения такая теплообменная конструкция выполнена с возможностью опосредованной теплопередачи между потоком теплонесущей текучей среды и адсорбентом. Например, в случае описанной конфигурации пучка труб опосредованную теплопередачу осуществляют через стенки труб, образующих пучки труб, и, таким образом, теплообменная конструкция образована трубами или их стенками. Это обеспечивает отсутствие прямого контакта адсорбента с соответствующим потоком теплонесущей текучей среды.In addition, it is indicated below that each of the adsorption modules used has a "heat exchange design". Within the scope of the present invention, such a heat exchange structure is capable of indirect heat transfer between the heat transfer fluid flow and the adsorbent. For example, in the case of the tube bundle configuration described, indirect heat transfer occurs through the walls of the tubes forming the tube bundles, and thus the heat exchange structure is formed by the tubes or their walls. This ensures that the adsorbent does not come into direct contact with the associated heat transfer fluid stream.

В рамках настоящего изобретения адсорбцию при переменной температуре осуществляют для удаления одного или более компонентов из потока газовой смеси, причем, как в принципе известно в соответствующих способах, через один или более адсорбционных модулей, как правило, всегда протекает поток газовой смеси для выполнения соответствующей обработки. С помощью нескольких адсорбционных модулей можно одновременно проводить регенерацию в одном или более других контейнерах с адсорбентом или адсорбционных модулях. Однако также возможно, что через определенные периоды времени через несколько адсорбционных модулей параллельно пропускают поток газовой смеси, подлежащей обработке, и в ходе этого процесса не проводят одновременную регенерацию одного или более других адсорбционных модулей. Следует также понимать, что, в частности, в течение коротких периодов времени и, в частности, во время переключения между различными адсорбционными модулями, пропускание потока также может полностью отсутствовать.Within the scope of the present invention, temperature swing adsorption is carried out to remove one or more components from a gas mixture stream, and, as is known in principle in the relevant methods, one or more adsorption modules generally always have a gas mixture stream flowing through it to carry out the respective treatment. With several adsorption modules, regeneration can be carried out simultaneously in one or more other adsorbent containers or adsorption modules. However, it is also possible that, after certain periods of time, a stream of the gas mixture to be treated is passed through several adsorption modules in parallel, and during this process, one or more other adsorption modules are not simultaneously regenerated. It should also be understood that, in particular for short periods of time, and in particular during switching between different adsorption modules, there may also be no flow at all.

Как известно, в дополнение к нагреванию для десорбции адсорбированных компонентов соответствующие меры регенерации также включают, в частности, охлаждение после десорбции, чтобы соответствующий контейнер с адсорбентом или адсорбционный модуль, более конкретно, присутствующий в них адсорбент, имел в дальнейшем температуру, подходящую для абсорбции компонентов из потока газовой смеси, подлежащей обработке. Более того, соответствующие меры регенерации в соответствии с предшествующим уровнем техники обычно включают промывку адсорбента для максимально возможного удаления десорбированных компонентов.As is known, in addition to heating for desorption of the adsorbed components, appropriate regeneration measures also include, in particular, cooling after desorption, so that the corresponding adsorbent container or adsorption module, more specifically the adsorbent present therein, subsequently has a temperature suitable for the absorption of the components. from the gas mixture stream to be treated. Moreover, appropriate regeneration measures according to the prior art typically include washing the adsorbent to remove as much of the desorbed components as possible.

В рамках настоящего изобретения нагревание и охлаждение адсорбента происходит во время регенерации или после регенерации, но охлаждение адсорбента также происходит во время адсорбции, в частности, для того, чтобы таким образом удалить тепло адсорбции. Нагревание и охлаждение всегда выполняют посредством опосредованной теплопередачи, как описано ниже. Для сведения к минимуму энергопотребления особенно благоприятным оказалось применение нескольких буферных контейнеров, в частности по меньшей мере двух буферных контейнеров, один из которых или по меньшей мере один из которых предусмотрен в горячем контуре теплопередачи, а один или по меньшей мере один предусмотрен в холодном контуре теплопередачи. Кроме того, могут быть предусмотрены дополнительные буферные контейнеры, работающие, в частности, при одном или более уровнях температуры между уровнями, используемыми в вышеупомянутых буферных контейнерах. Используемые буферные контейнеры могут, в частности, работать с изменяемым уровнем текучей среды.Within the scope of the present invention, the heating and cooling of the adsorbent takes place during regeneration or after regeneration, but the cooling of the adsorbent also takes place during adsorption, in particular in order to thus remove the heat of adsorption. Heating and cooling are always performed by indirect heat transfer, as described below. In order to minimize energy consumption, the use of several buffer containers, in particular at least two buffer containers, one or at least one of which is provided in the hot heat transfer circuit and one or at least one is provided in the cold heat transfer circuit, has proven particularly advantageous. . In addition, additional buffer containers may be provided, operating in particular at one or more temperature levels between the levels used in the aforementioned buffer containers. Used buffer containers can, in particular, work with a variable level of fluid.

Преимуществом является то, что настоящее изобретение включает в себя, в начале нагревания для регенерации, подачу теплонесущей текучей среды или соответствующего потока теплонесущей текучей среды при повышенной температуре из горячего буферного контейнера или буферного контейнера средней температуры в соответствующий адсорбционный модуль или модули. При этом теплонесущая текучая среда, которая все еще находится в адсорбционном (-ых) контейнере (-ах) или адсорбционном (-ых) модуле (-ях) в начале регенерации, но также теплонесущая текучая среда, которая сравнительно сильно охладилась в начале регенерации, выходит из адсорбционного (-ых) контейнера (-ов) или адсорбционного (-ых) модуля (-ей) сначала на выпускной стороне со значительно сниженной температурой. Таким образом, преимущество заключается в том, что этот поток теплонесущей текучей среды сначала подают в буферный (-ые) контейнер (-ы) или контур для холодной теплонесущей текучей среды. Это также подробно показано, в частности, со ссылкой на варианты осуществления в соответствии с изобретением, которые показаны на фигурах. Преимуществом является то, что соответствующая подача происходит до тех пор, пока температура теплонесущей текучей среды на выходе из адсорбционного (-ых) контейнера (-ов) или адсорбционного (-ых) модуля (-ей) не повысится до фиксированного значения. В этом случае выходящую теплонесущую текучую среду вместо этого подают в горячий контур в или соответствующий буферный контейнер.Advantageously, the present invention includes, at the beginning of the regeneration heating, supplying a heat transfer fluid or an appropriate heat transfer fluid stream at an elevated temperature from a hot buffer container or a medium temperature buffer container to the respective adsorption module or modules. In this case, the heat transfer fluid that is still in the adsorption container(s) or adsorption module(s) at the start of regeneration, but also the heat transfer fluid that has cooled relatively much at the start of regeneration, leaves the adsorption container(s) or adsorption module(s) first on the outlet side with a significantly reduced temperature. Thus, it is advantageous that this heat transfer fluid stream is first fed into the buffer container(s) or cold heat transfer fluid circuit. This is also shown in detail, in particular with reference to the embodiments according to the invention which are shown in the figures. The advantage is that the corresponding supply occurs until the temperature of the heat transfer fluid at the outlet of the adsorption container(s) or adsorption module(s) rises to a fixed value. In this case, the exiting heat transfer fluid is instead fed into the hot loop in or in a suitable buffer container.

В рамках настоящего изобретения, в качестве альтернативы вышеописанным мерам, также может происходить по меньшей мере частичное и, в частности, полное перемешивание потоков теплонесущей текучей среды, выходящих из разных адсорбционных контейнеров или адсорбционных модулей при разных температурах. Смешанную теплонесущую текучую среду, сформированную таким образом, можно получать при промежуточном уровне температуры. В частности, ее можно в дальнейшем разделить, при этом одну часть можно нагреть и использовать для нагрева одного или более контейнеров или адсорбционных модулей, а другую часть можно охладить и использовать для охлаждения одного или более адсорбционных контейнеров или адсорбционных модулей. Соответствующее перемешивание может происходить путем простого объединения в собирающей магистрали, или может быть предусмотрен буферный контейнер, в который подают и в котором смешивают различные потоки теплонесущей текучей среды.Within the scope of the present invention, as an alternative to the measures described above, at least partial and in particular complete mixing of heat transfer fluid streams emerging from different adsorption containers or adsorption modules at different temperatures can also take place. The mixed heat transfer fluid thus formed can be produced at an intermediate temperature level. In particular, it can be further divided, whereby one part can be heated and used to heat one or more containers or adsorption modules, and the other part can be cooled and used to cool one or more adsorption containers or adsorption modules. Appropriate mixing may take place by simply combining in a collection line, or a buffer container may be provided into which the various heat transfer fluid streams are fed and mixed.

В целом в настоящем изобретении предлагается способ разделения потока газовой смеси с применением адсорбции при переменной температуре, в котором используют установку для адсорбции при переменной температуре с несколькими адсорбционными модулями, каждый из которых работает в первом и втором режимах работы.In summary, the present invention provides a process for splitting a gas mixture stream using temperature swing adsorption, which uses a temperature swing adsorption unit with multiple adsorption modules each operating in first and second modes of operation.

Первый режим работы включает направление потока газовой смеси по меньшей мере частично через адсорбционную камеру соответствующего адсорбционного модуля и осуществление в этом потоке адсорбционного обмена материалами с по меньшей мере одним адсорбентом в адсорбционной камере соответствующего адсорбционного модуля. Таким образом, этот режим работы соответствует обычной операции адсорбции, при которой один или более адсорбционных модулей также можно использовать параллельно.The first mode of operation includes directing the flow of the gas mixture at least partially through the adsorption chamber of the corresponding adsorption module and carrying out in this flow an adsorption exchange of materials with at least one adsorbent in the adsorption chamber of the corresponding adsorption module. Thus, this mode of operation corresponds to a conventional adsorption operation in which one or more adsorption modules can also be used in parallel.

Кроме того, в этом способе во втором режиме первый поток теплонесущей текучей среды при первом уровне температуры направляют через теплообменную конструкцию в соответствующий адсорбционный модуль и тепло от первого потока теплонесущей текучей среды опосредованно передают по меньшей мере одному адсорбенту в адсорбционной камере соответствующего адсорбционного модуля. Первый уровень температуры по меньшей мере временно превышает уровень температуры, который характерен для по меньшей мере одного адсорбента во втором режиме работы. Таким образом, второй режим работы соответствует нагреванию соответствующего адсорбционного модуля и, следовательно, операции регенерации или ее первой фазе. Во втором режиме работы, в отличие от первого режима работы, поток газовой смеси или его часть не направляют через адсорбционную камеру соответствующего адсорбционного модуля. Иными словами, во втором режиме работы не происходит адсорбционный обмен материалами; вместо этого выполняют десорбцию адсорбированных компонентов для регенерации по меньшей мере одного адсорбента.In addition, in this method, in the second mode, the first heat transfer fluid flow at the first temperature level is sent through the heat exchange structure to the corresponding adsorption module, and the heat from the first heat transfer fluid flow is indirectly transferred to at least one adsorbent in the adsorption chamber of the corresponding adsorption module. The first temperature level at least temporarily exceeds the temperature level that is characteristic of at least one adsorbent in the second mode of operation. Thus, the second mode of operation corresponds to the heating of the respective adsorption module and hence the regeneration operation or its first phase. In the second mode of operation, in contrast to the first mode of operation, the flow of the gas mixture or part of it is not directed through the adsorption chamber of the corresponding adsorption module. In other words, in the second mode of operation, there is no adsorption exchange of materials; instead, the adsorbed components are desorbed to regenerate at least one adsorbent.

Иными словами, первый режим работы используют для адсорбционного разделения потока газовой смеси или его части, причем адсорбируемые компоненты адсорбируются соответствующим адсорбентом. С другой стороны, для регенерации используют режим работы, называемый в настоящем документе вторым режимом работы. Следует понимать, что в способе изобретения режимы работы разных адсорбционных модулей координируют друг с другом надлежащим образом. В частности, преимуществом является то, что по меньшей мере одна адсорбционный модуль всегда работает в первом режиме работы, так что адсорбирующее разделение можно проводить в любое время. Одновременно один или более других адсорбционных модулей в каждом случае могут работать во втором режиме работы. Это соответствует попеременному функционированию разных адсорбционных модулей, как было описано выше, и в принципе известно в области адсорбционной технологии. Количество адсорбционных модулей, работающих, соответственно, в разных режимах, зависит от общего количества имеющихся адсорбционных модулей и в принципе не имеет ограничений.In other words, the first mode of operation is used for adsorption separation of a gas mixture stream or a part thereof, wherein the adsorbed components are adsorbed by the respective adsorbent. On the other hand, the mode of operation referred to herein as the second mode of operation is used for regeneration. It should be understood that in the method of the invention, the modes of operation of the various adsorption modules are coordinated with each other in an appropriate manner. In particular, it is an advantage that at least one adsorption module always operates in the first operating mode, so that an adsorption separation can be carried out at any time. Simultaneously one or more other adsorption modules in each case can operate in the second mode of operation. This corresponds to the alternating operation of different adsorption modules, as described above, and is known in principle in the field of adsorption technology. The number of adsorption modules operating respectively in different modes depends on the total number of adsorption modules available and is in principle unlimited.

В соответствии с настоящим изобретением первый режим работы дополнительно включает направление второго потока теплонесущей текучей среды при втором уровне температуры через теплообменную конструкцию в соответствующий адсорбционный модуль и передачу тепла от по меньшей мере одного адсорбента в адсорбционной камере соответствующего адсорбционного модуля опосредованным способом второму потоку теплонесущей текучей среды. Второй уровень температуры по меньшей мере временно ниже уровня температуры, который характерен для по меньшей мере одного адсорбента в первом режиме работы. Таким образом, как уже упоминалось, может рассеиваться тепло адсорбции, которое высвобождается при адсорбции в соответствующей адсорбционном модуле во время цикла адсорбции, т. е. в первом режиме работы.In accordance with the present invention, the first mode of operation further includes directing a second heat transfer fluid flow at a second temperature level through the heat exchange structure to a respective adsorption module and transferring heat from at least one adsorbent in an adsorption chamber of the respective adsorption module in an indirect manner to the second heat transfer fluid flow. The second temperature level is at least temporarily below the temperature level that is characteristic of at least one adsorbent in the first mode of operation. In this way, as already mentioned, the heat of adsorption that is released during adsorption in the corresponding adsorption module during the adsorption cycle, ie in the first mode of operation, can be dissipated.

Кроме того, в рамках настоящего изобретения предусмотрено, что каждый из адсорбционных модулей может работать в третьем режиме работы, который включает направление третьего потока теплонесущей текучей среды при третьем уровне температуры, который, в частности, также может соответствовать второму уровню температуры, через теплообменную конструкцию соответствующего адсорбционного модуля, а тепло от по меньшей мере одного адсорбента в адсорбционной камере соответствующего адсорбционного модуля опосредованно передают третьему потоку теплонесущей текучей среды. Второй уровень температуры по меньшей мере временно ниже уровня температуры, который характерен для по меньшей мере одного адсорбента в третьем режиме работы. Таким образом, соответствующий адсорбционный модуль или по меньшей мере один содержащийся в нем адсорбент охлаждают с помощью третьего потока теплонесущей текучей среды, чтобы адсорбционный модуль или по меньшей мере один адсорбент имел подходящую температуру для последующих процессов адсорбции. В третьем режиме работы, в отличие от первого режима работы и второго режима работы, поток газовой смеси или его часть не направляют через адсорбционную камеру соответствующего адсорбционного модуля. Иными словами, в третьем режиме работы также не происходит адсорбционный обмен материалами; вместо этого проводят охлаждение по меньшей мере одного адсорбента после регенерации по меньшей мере одного адсорбента во втором режиме работы.It is also within the scope of the present invention that each of the adsorption modules can operate in a third mode of operation, which includes directing a third flow of heat transfer fluid at a third temperature level, which in particular can also correspond to a second temperature level, through the heat exchange structure of the respective adsorption module, and the heat from at least one adsorbent in the adsorption chamber of the respective adsorption module is indirectly transferred to the third heat transfer fluid stream. The second temperature level is at least temporarily below the temperature level that is characteristic of at least one adsorbent in the third mode of operation. Thus, the corresponding adsorption module or at least one adsorbent contained therein is cooled by the third flow of heat-carrying fluid so that the adsorption module or at least one adsorbent has a suitable temperature for subsequent adsorption processes. In the third mode of operation, in contrast to the first mode of operation and the second mode of operation, the gas mixture flow or part thereof is not directed through the adsorption chamber of the corresponding adsorption module. In other words, in the third mode of operation, there is also no adsorption exchange of materials; instead, the cooling of at least one adsorbent is carried out after the regeneration of at least one adsorbent in the second mode of operation.

Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением предусмотрено, что по меньшей мере один адсорбент соответствующего теплообменного модуля охлаждают в первом режиме работы, что по меньшей мере один адсорбент соответствующего теплообменного модуля нагревают во втором режиме работы, а по меньшей мере один адсорбент соответствующего теплообменного модуля снова охлаждают в третьем режиме работы. В рамках настоящего изобретения каждый из первого, второго и третьего режимов работы осуществляют в указанном порядке. Таким образом, первый, второй и третий режимы работы, применительно к соответствующему адсорбционному модулю, выполняются в неперекрывающиеся периоды времени.Thus, according to the present invention, it is provided that at least one adsorbent of the respective heat exchange module is cooled in the first mode of operation, that at least one adsorbent of the respective heat exchange module is heated in the second mode of operation, and at least one adsorbent of the respective heat exchange module is again cooled in the third operating mode. Within the scope of the present invention, each of the first, second and third modes of operation is carried out in the specified order. Thus, the first, second and third modes of operation, in relation to the respective adsorption module, are performed in non-overlapping time periods.

Преимущество заключается в том, что адсорбционные модули включают в себя по меньшей мере три адсорбционных модуля, причем по меньшей мере в течение одного рабочего периода один из трех адсорбционных модулей может работать в первом режиме работы, другой из трех адсорбционных модулей может одновременно работать во втором режиме работы, а еще один из трех адсорбционных модулей может одновременно работать в третьем режиме работы.The advantage is that the adsorption modules include at least three adsorption modules, wherein during at least one operating period one of the three adsorption modules can operate in the first mode of operation, the other of the three adsorption modules can simultaneously operate in the second mode operation, and another one of the three adsorption modules can simultaneously operate in the third mode of operation.

Следует подчеркнуть, что настоящее изобретение не ограничивается использованием установки для адсорбции при переменной температуре, имеющей определенное количество адсорбционных модулей. В частности, также может быть предусмотрена параллельная адсорбция с помощью нескольких адсорбционных модулей или соответствующего параллельного разделения газа. Регенерацию в нескольких адсорбционных модулях также можно проводить параллельно. Однако в принципе используемые параллельно режимы работы являются одинаковыми.It should be emphasized that the present invention is not limited to the use of a variable temperature adsorption unit having a certain number of adsorption modules. In particular, parallel adsorption by means of several adsorption modules or a corresponding parallel gas separation can also be provided. Regeneration in several adsorption modules can also be carried out in parallel. In principle, however, the operating modes used in parallel are the same.

Применение настоящего изобретения, в частности, приводит к экономии энергии за счет тепловой интеграции в сравнении с установками для адсорбции при переменной температуре с опосредованным нагревом, в которых теплонесущая текучая среда всегда нагревается или охлаждается полностью.The application of the present invention, in particular, results in energy savings due to thermal integration compared to variable temperature adsorption plants with indirect heating, in which the heat carrier fluid is always heated or cooled completely.

Энергия, высвобождающаяся при адсорбции газов, приводит к нагреву адсорбента и, таким образом, к снижению достижимой нагрузки. В результате охлаждения во время адсорбции, обеспечиваемого в первом режиме работы в соответствии с настоящим изобретением, за счет использования второй теплонесущей текучей среды, можно увеличить достижимую нагрузку и, таким образом, можно значительно увеличить рабочую поглотительную способность адсорбента. Под рабочей поглотительной способностью адсорбента специалисты в данной области понимают разницу в загрузке адсорбента после адсорбции и после регенерации.The energy released during the adsorption of gases leads to heating of the adsorbent and thus to a reduction in the achievable load. As a result of the cooling during adsorption provided in the first mode of operation according to the present invention, by using the second heat transfer fluid, the achievable load can be increased and thus the working absorption capacity of the adsorbent can be significantly increased. Under the working absorption capacity of the adsorbent experts in this field understand the difference in the load of the adsorbent after adsorption and after regeneration.

Еще одним преимуществом, которое можно обеспечить за счет использования настоящего изобретения, является сведение к минимуму потерь продукта. Это преимущество является результатом опосредованного нагрева и охлаждения, причем для продувки в фазе регенерации используют только небольшие количества газа-продукта или подаваемого газа, или даже не используют газ-продукт или подаваемый газ. Напротив, в традиционных установках для адсорбции при переменной температуре или в соответствующих способах для нагревания и охлаждения требуются большие количества регенерационного газа. Когда в качестве регенерационного газа используют подаваемый газ или газ-продукт, это очевидно приводит к более высоким потерям продукта.Another benefit that can be achieved by using the present invention is the minimization of product wastage. This advantage results from indirect heating and cooling, with only small amounts of product gas or feed gas being used for purge in the regeneration phase, or even no product gas or feed gas being used. On the other hand, conventional swing adsorption plants or related heating and cooling processes require large amounts of regeneration gas. When feed gas or product gas is used as regeneration gas, this obviously leads to higher product losses.

Преимущества в соответствии с настоящим изобретением можно обеспечить, в частности, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, который включает в себя первый поток теплонесущей текучей среды, используемый во втором режиме работы, по меньшей мере частично отбираемый из первого буферного контейнера при первом уровне температуры, а затем направляемый по теплообменной конструкции соответствующего адсорбционного модуля, второй поток теплонесущей текучей среды, используемый в первом режиме работы, по меньшей мере частично отбираемый из второго буферного контейнера при втором уровне температуры, который в данном случае ниже первого уровня температуры, а затем направляемый по теплообменной конструкции соответствующего адсорбционного модуля, и третий поток теплонесущей текучей среды, используемый в третьем режиме работы, по меньшей мере частично отбираемый из второго буферного контейнера при третьем уровне температуры, который в данном случае соответствует второму уровню температуры, а затем направляемый по теплообменной конструкции соответствующего адсорбционного модуля. Иными словами, в данном варианте осуществления в настоящем изобретении предлагается применение теплого и холодного буферного контейнера, причем «первый» буферный контейнер представляет собой теплый буферный контейнер, а «второй» буферный контейнер представляет собой холодный буферный контейнер.Advantages in accordance with the present invention can be provided, in particular, in a preferred embodiment of the present invention, which includes a first heat transfer fluid stream used in a second mode of operation, at least partially withdrawn from the first buffer container at a first temperature level, and then guided through the heat exchange structure of the respective adsorption module, the second flow of heat transfer fluid used in the first mode of operation, at least partially withdrawn from the second buffer container at a second temperature level, which in this case is below the first temperature level, and then guided through the heat exchange structure corresponding adsorption module, and a third heat transfer fluid stream used in the third mode of operation, at least partially withdrawn from the second buffer container at a third temperature level, which in this case corresponds to the second level temperature, and then guided through the heat exchange structure of the respective adsorption module. In other words, in this embodiment, the present invention proposes the use of a warm and cold buffer container, wherein the "first" buffer container is a warm buffer container and the "second" buffer container is a cold buffer container.

В данном варианте осуществления настоящего изобретения первый уровень температуры, при котором работает первый (теплый) буферный контейнер и при котором обеспечивают первый поток теплонесущей текучей среды, составляет, в частности, от 50 до 250 °C, а предпочтительно от 90 до 220°C. С другой стороны, в данном варианте осуществления второй уровень температуры второго (холодного) буферного контейнера и, таким образом, второго потока теплонесущей текучей среды составляет, в частности, от 0 до 120 °C, а предпочтительно от 0 до 90°C. Как указано выше, третий уровень температуры в данном варианте осуществления соответствует второму.In this embodiment of the present invention, the first temperature level at which the first (warm) buffer container operates and at which the first heat transfer fluid flow is provided is in particular 50 to 250°C, and preferably 90 to 220°C. On the other hand, in this embodiment, the second temperature level of the second (cold) buffer container and thus the second heat transfer fluid stream is in particular 0 to 120°C, and preferably 0 to 90°C. As stated above, the third temperature level in this embodiment corresponds to the second.

Как уже было описано, экономия энергии достигается благодаря использованию двух буферных контейнеров для теплой и холодной теплонесущей текучей среды или путем создания соответствующих контуров для текучей среды, причем, в частности, с их помощью может распределяться нагрев всей теплонесущей текучей среды.As already described, energy savings are achieved by using two buffer containers for warm and cold heat transfer fluid or by providing appropriate fluid circuits, whereby, in particular, the heat of the entire heat transfer fluid can be distributed.

Преимуществом является то, что первый и/или третий режимы работы включают в себя, по меньшей мере частично, первый период времени и второй период времени после первого периода времени, отличающиеся с точки зрения обработки соответствующего потока теплонесущей текучей среды после его направления по соответствующему теплообменному модулю.Advantageously, the first and/or third modes of operation include, at least in part, a first period of time and a second period of time after the first period of time, differing in terms of processing the respective heat transfer fluid flow after it has been directed through the respective heat exchange module. .

В первом варианте осуществления, после направления во втором режиме работы через теплообменную конструкцию соответствующего адсорбционного модуля, первый поток теплонесущей текучей среды по меньшей мере частично поступает во второй буферный контейнер в течение первого периода времени и по меньшей мере частично поступает в первый буферный контейнер в течение второго периода времени.In the first embodiment, after being directed in the second mode of operation through the heat exchange structure of the respective adsorption module, the first flow of heat transfer fluid at least partially enters the second buffer container during the first period of time and at least partially enters the first buffer container during the second period of time.

Преимущество заключается в том, что первый поток теплонесущей текучей среды, пока он все еще сравнительно холодный из-за того, что более холодная теплонесущая текучая среда все еще присутствует в соответствующем адсорбционном модуле, или адсорбционный модуль по-прежнему в целом является сравнительно холодным, подают во второй «холодный» буферный контейнер. Таким образом предотвращается избыточное охлаждение теплонесущей текучей среды в первом буферном контейнере. Когда поток теплонесущей текучей среды достигает достаточной температуры, его можно подавать в первый буферный контейнер. Таким образом, в предлагаемом варианте осуществления настоящего изобретения снижается энергопотребление из-за того, что нагрев теплонесущей текучей среды можно уменьшить.The advantage is that the first heat transfer fluid stream, while still relatively cold due to the fact that the colder heat transfer fluid is still present in the corresponding adsorption module, or the adsorption module is still relatively cold overall, is served into the second "cold" buffer container. In this way, excessive cooling of the heat transfer fluid in the first buffer container is prevented. When the heat transfer fluid stream reaches a sufficient temperature, it can be fed into the first buffer container. Thus, in the proposed embodiment of the present invention, power consumption is reduced due to the fact that heating of the heat transfer fluid can be reduced.

Как правило, после направления в первом режиме работы через теплообменную конструкцию соответствующей адсорбционной установки второй поток теплонесущей текучей среды всегда по меньшей мере частично поступает во второй буферный контейнер. Таким образом, в первый и второй периоды времени не осуществляют разную подачу, поскольку тепло адсорбции, высвобождающееся в первом режиме работы, значительно меньше по сравнению с энергией, необходимой для нагрева всего адсорбента (массы стали и адсорбента). Это приводит лишь к незначительному нагреву теплонесущей текучей среды.As a rule, after being directed in the first mode of operation through the heat exchange structure of the respective adsorption unit, the second flow of the heat transfer fluid always at least partially enters the second buffer container. Thus, the first and second time periods do not carry out different supply, since the heat of adsorption released in the first mode of operation is much less compared to the energy required to heat the entire adsorbent (mass of steel and adsorbent). This results in only a slight heating of the heat-carrying fluid.

С другой стороны, в рамках настоящего изобретения может быть предусмотрено, что в качестве альтернативы или дополнения к соответствующей обработке первого потока теплонесущей текучей среды в течение первого и второго периодов времени третий поток теплонесущей текучей среды после направления в третьем режиме работы через теплообменную конструкцию соответствующего адсорбционного модуля можно по меньшей мере частично подавать в первый буферный контейнер в течение первого периода времени и по меньшей мере частично подавать во второй буферный контейнер в течение второго периода времени. Соответствующие первый и второй периоды времени, используемые во втором и третьем режимах работы, при необходимости могут быть выбраны независимо друг от друга.On the other hand, it can be provided within the scope of the present invention that, as an alternative to or in addition to the corresponding treatment of the first heat transfer fluid stream during the first and second time periods, the third heat transfer fluid stream, after being guided in the third mode of operation through the heat exchange structure of the corresponding adsorption module can be at least partially fed into the first buffer container during the first period of time and at least partially fed into the second buffer container during the second period of time. The respective first and second time periods used in the second and third modes of operation can be independently selected as needed.

Как указано выше, третий режим работы проводится для охлаждения адсорбента после предшествующей регенерации. Как правило, теплонесущая текучая среда, отобранная из соответствующего адсорбционного модуля сразу после окончания фазы нагревания, все еще имеет высокую температуру. Следовательно, с одной стороны, это будет чрезмерно увеличивать температуру во втором буферном контейнере. С другой стороны, энергия, содержащаяся в третьем потоке теплонесущей текучей среды в первый период времени, представляет собой пригодную для использования энергию, которая в противном случае была бы потеряна.As mentioned above, the third mode of operation is carried out to cool the adsorbent after the previous regeneration. As a rule, the heat transfer fluid withdrawn from the respective adsorption module immediately after the end of the heating phase is still at a high temperature. Therefore, on the one hand, this will unnecessarily increase the temperature in the second buffer container. On the other hand, the energy contained in the third heat transfer fluid stream in the first time period is usable energy that would otherwise be wasted.

Напротив, в соответствии с особенно предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, который может быть представлен в качестве альтернативы ранее описанным вариантам осуществления, первый поток теплонесущей текучей среды после направления во втором режиме работы через теплообменную конструкцию соответствующего адсорбционного модуля, и/или второй поток теплонесущей текучей среды после направления в первом режиме работы через теплообменную конструкцию соответствующего адсорбционного модуля, и/или третий поток теплонесущей текучей среды после направления в третьем режиме работы через теплообменную конструкцию соответствующего адсорбционного модуля по меньшей мере частично подают на смешивание.On the contrary, in accordance with a particularly preferred embodiment of the present invention, which can be presented as an alternative to the previously described embodiments, the first heat transfer fluid stream after being directed in the second mode of operation through the heat exchange structure of the corresponding adsorption module, and/or the second heat transfer fluid stream after being directed in the first mode of operation through the heat exchange structure of the corresponding adsorption module, and/or the third heat-carrying fluid flow after being directed in the third mode of operation through the heat exchange structure of the corresponding adsorption module is at least partially fed to mixing.

Таким образом, в рамках настоящего изобретения возможно задавать температуры смешивания, которые особенно подходят для определенных сфер применения. Кроме того, таким образом можно также формировать потоки теплонесущей текучей среды, которые впоследствии можно нагревать или охлаждать и, таким образом, использовать для регенерации или охлаждения. В частности, при соответствующем перемешивании теплонесущую текучую среду можно разделить при среднем уровне температуры, причем одну часть можно нагреть и использовать для нагрева одного или более адсорбционных модулей, а другую часть можно охладить и использовать для охлаждения одного или более адсорбционных модулей.Thus, within the scope of the present invention, it is possible to set mixing temperatures that are particularly suitable for certain applications. Moreover, heat transfer fluid streams can also be formed in this way, which can subsequently be heated or cooled and thus used for regeneration or cooling. In particular, with appropriate agitation, the heat transfer fluid can be separated at an average temperature level, where one part can be heated and used to heat one or more adsorption modules, and the other part can be cooled and used to cool one or more adsorption modules.

В рамках настоящего изобретения смешивание в данном случае может осуществляться путем объединения потоков текучей среды в собирающую магистраль и/или путем их подачи в контейнер для смешивания. Особым преимуществом подачи в контейнер для смешивания является то, что при колебаниях температуры может быть обеспечен буферный эффект посредством текучей среды, уже присутствующей в контейнере для смешивания, и, таким образом, можно избежать больших колебаний температуры.In the context of the present invention, mixing can here be carried out by combining the fluid streams into a collection line and/or by feeding them into a mixing container. A particular advantage of feeding into a mixing container is that temperature fluctuations can be buffered by the fluid already present in the mixing container, and thus large temperature fluctuations can be avoided.

Как уже отмечалось, в рамках настоящего изобретения соответствующие смешанные текучие среды также можно использовать в качестве теплонесущих текучих сред, так что особенно предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения включает использование одной или более смешанных текучих сред, образованных при смешивании, по меньшей мере частично, в ходе формирования первого, и/или второго, и/или третьего потока теплонесущей текучей среды. В частности, как уже отмечалось, в ходе этого процесса может происходить нагревание и/или охлаждение частей соответствующей смешанной текучей среды.As already noted, within the scope of the present invention, appropriate mixed fluids can also be used as heat transfer fluids, so that a particularly preferred embodiment of the present invention includes the use of one or more mixed fluids formed by mixing, at least in part, during the formation a first and/or a second and/or a third flow of the heat transfer fluid. In particular, as already noted, during this process, heating and/or cooling of parts of the respective mixed fluid may occur.

В соответствии с особенно предпочтительным вариантом осуществления способа в соответствии с изобретением через адсорбционную камеру соответствующих адсорбционных модулей во втором режиме работы и/или в третьем режиме работы по меньшей мере временно протекает циркулирующий поток газа, который может подаваться, в частности, с помощью газодувного устройства. Таким образом можно улучшить теплопередачу, и, следовательно, сократить время нагревания и охлаждения, поскольку можно избежать локальных максимумов и минимумов температуры.In accordance with a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, a circulating gas stream at least temporarily flows through the adsorption chamber of the respective adsorption modules in the second operating mode and/or in the third operating mode, which can be supplied, in particular, by means of a blower. In this way, the heat transfer can be improved, and hence the heating up and cooling down times can be shortened, since local temperature maxima and minima can be avoided.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления способа изобретения газ извлекают из адсорбционной камеры соответствующих адсорбционных модулей в начале второго режима работы и подают обратно в способ. Такую рециркуляцию можно осуществлять, в частности, по отношению к адсорбционному модулю, который в это время находится в режиме адсорбции, т. е. в первом режиме работы.According to another preferred embodiment of the method of the invention, the gas is withdrawn from the adsorption chamber of the respective adsorption modules at the start of the second mode of operation and fed back into the process. Such recirculation can be carried out, in particular, with respect to the adsorption module, which at this time is in the adsorption mode, ie in the first mode of operation.

В частности, в рамках настоящего изобретения также может быть предусмотрено отведение газа из адсорбционной камеры соответствующих адсорбционных модулей во время по меньшей мере части второго режима работы и его перенос в буферный контейнер. Газ, выходящий из соответствующего адсорбционного модуля во время регенерации, как правило, имеет сильные колебания объемного потока и состава. Для компенсации этих флуктуаций можно использовать достаточно большой буферный контейнер. При этом на выходе соответствующего буферного контейнера необязательно устанавливают заслонку, посредством которой объемный поток, выходящий из буферного контейнера, можно удерживать на постоянном заданном давлении. Это давление ниже минимального давления газа, который течет из адсорбционного модуля во время регенерации. Соответственно, при флуктуациях входного потока давление в буферном контейнере будет меняться.In particular, within the scope of the present invention, it can also be provided that gas is withdrawn from the adsorption chamber of the respective adsorption modules during at least part of the second operating mode and transferred to a buffer container. The gas leaving the respective adsorption module during regeneration generally has strong fluctuations in volume flow and composition. A sufficiently large buffer container can be used to compensate for these fluctuations. At the same time, a damper is optionally installed at the outlet of the respective buffer container, by means of which the volume flow leaving the buffer container can be kept at a constant predetermined pressure. This pressure is below the minimum pressure of the gas that flows from the adsorption module during regeneration. Accordingly, with fluctuations in the inlet flow, the pressure in the buffer container will change.

В соответствии с особенно предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения поток газовой смеси имеет содержание от 0,01 до 20 мол.%, в частности от 0,1 до 10 мол.%, одного или более компонентов, предпочтительно адсорбирующихся по меньшей мере одним адсорбентом, а в остальном содержит один или более компонентов, которые в меньшей степени адсорбируются на первом, втором и третьем адсорбентах. Вопрос о том, какие компоненты являются «предпочтительно адсорбирующимися компонентами», а какие компоненты являются «в меньшей степени адсорбирующимися компонентами», зависит от выбора используемого в каждом случае адсорбента. В принципе адсорбция предпочтительно адсорбирующихся компонентов также в данном случае не происходит полностью. Небольшая часть в меньшей степени адсорбирующихся компонентов также адсорбируется соответствующим адсорбентом.According to a particularly preferred embodiment of the present invention, the gas mixture stream has a content of from 0.01 to 20 mol.%, in particular from 0.1 to 10 mol.%, of one or more components, preferably adsorbed by at least one adsorbent, and otherwise contains one or more components that adsorb to a lesser extent on the first, second and third adsorbents. The question of which components are "preferably adsorbed components" and which components are "less adsorbed components" depends on the choice of adsorbent used in each case. In principle, the adsorption of the preferentially adsorbed components also does not take place completely in this case. A small part of the less adsorbed components is also adsorbed by the respective adsorbent.

Примеры соответствующих пригодных для обработки газовых смесей уже были описаны выше. В частности, к одному или более предпочтительно адсорбирующимся компонентам могут относиться диоксид углерода, и/или вода, и/или углеводороды, имеющие более двух или более трех атомов углерода, а к одному или более в меньшей степени адсорбирующим компонентам могут относиться водород, и/или метан, и/или монооксид углерода. В таком варианте осуществления способ в соответствии с изобретением особенно подходит для обработки богатых метаном газов, например природного газа, биогаза или рудничного газа, или для обработки богатых водородом газов, таких как синтез-газ.Examples of suitable gas mixtures suitable for processing have already been described above. In particular, one or more preferably adsorbent components may include carbon dioxide and/or water and/or hydrocarbons having more than two or more than three carbon atoms, and one or more less adsorbent components may include hydrogen, and/ or methane and/or carbon monoxide. In such an embodiment, the process according to the invention is particularly suitable for treating methane-rich gases such as natural gas, biogas or firedamp, or for treating hydrogen-rich gases such as synthesis gas.

С другой стороны, в соответствии с дополнительным предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения к одному или более предпочтительно адсорбирующимся компонентам относятся вода и/или углеводороды, а к одному или более в меньшей степени адсорбирующимся компонентам относится диоксид углерода. В таком варианте осуществления способ в соответствии с изобретением особенно подходит для отделения воды и/или углеводородов от газовых смесей, таких как биогаз, выхлопной газ из систем очистки газа или аминной очистки, или газовые смеси из природных источников, таких как рудники, или туннели, или газовые месторождения.On the other hand, according to a further preferred embodiment of the present invention, one or more preferably adsorbing components are water and/or hydrocarbons, and one or more less adsorbable components is carbon dioxide. In such an embodiment, the method according to the invention is particularly suitable for separating water and/or hydrocarbons from gas mixtures such as biogas, exhaust gas from gas treatment or amine treatment systems, or gas mixtures from natural sources such as mines or tunnels, or gas fields.

Как уже отмечалось, в частности, в рамках настоящего изобретения в адсорбционных модулях можно использовать конфигурации пучков труб. Следовательно, особенно предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения включает в себя первый, и/или второй, и/или третий адсорбционные модули, каждый из которых реализован в виде контейнеров с пучками труб, причем соответствующий адсорбент помещен во внутреннюю камеру труб, образующих пучки труб, и соответствующий поток теплонесущей текучей среды течет вокруг труб, или наоборот.As already noted, in particular, within the scope of the present invention, configurations of tube bundles can be used in adsorption modules. Therefore, a particularly preferred embodiment of the present invention includes first and/or second and/or third adsorption modules, each of which is implemented as containers with tube bundles, and the respective adsorbent is placed in the inner chamber of the tubes forming the tube bundles, and a corresponding flow of heat-carrying fluid flows around the pipes, or vice versa.

Иными словами, можно использовать, в частности, теплообменник с пучками труб, в котором адсорбент содержится в трубах, а теплонесущая текучая среда течет на кожуховой стороне в контексте труб. В частности, в такой конструкции, а также в конструкциях с пучками труб, которые описаны ниже, можно использовать внутренние диаметры труб от 2,6 до 4,9 см или 10 см. В описанном варианте осуществления, в частности, также возможно применение ребер на внутренней стороне труб для увеличения поверхности теплопередачи к адсорбенту и, таким образом, для более быстрого нагрева или охлаждения адсорбента. Однако в принципе можно также разработать соответствующую конфигурацию пучка труб таким образом, чтобы теплонесущая текучая среда или соответствующий поток теплонесущей текучей среды тек в трубах, а адсорбент находился с кожуховой стороны. В этом случае также могут быть предусмотрены дополнительные ребра, которые, однако, в данном случае расположены, в частности, на наружной стороне трубы, чтобы увеличить поверхность теплопередачи к адсорбенту.In other words, it is possible to use, in particular, a tube bundle heat exchanger in which the adsorbent is contained in the tubes and the heat transfer fluid flows on the shell side in the context of the tubes. In particular, in such a construction, as well as in tube bundle constructions, which are described below, it is possible to use internal diameters of pipes from 2.6 to 4.9 cm or 10 cm. inside the tubes to increase the heat transfer surface to the desiccant and thus to heat or cool the desiccant more quickly. However, in principle, it is also possible to design a corresponding configuration of the tube bundle such that the heat transfer fluid or the corresponding flow of heat transfer fluid flows in the tubes and the adsorbent is on the shell side. In this case, additional ribs can also be provided, which, however, in this case are located in particular on the outer side of the tube, in order to increase the heat transfer surface to the adsorbent.

В принципе в установке для адсорбции при переменной температуре в соответствии с изобретением или в соответствующем способе также может быть предусмотрена одна дополнительная стадия разделения. В частности, остаточный газ, образующийся в результате адсорбции при переменной температуре в соответствии с настоящим изобретением, можно, таким образом, обработать с помощью мембранной системы, например, для удаления остатков диоксида углерода в виде пермеата. Метансодержащий ретентат, полученный в результате этого процесса, можно направлять под высоким давлением в подаваемый газ или в газ-продукт.In principle, one additional separation step can also be provided in the temperature swing adsorption plant according to the invention or in the corresponding process. In particular, the tail gas resulting from the temperature swing adsorption according to the present invention can thus be treated with a membrane system, for example to remove residual carbon dioxide in the form of permeate. The methane-containing retentate resulting from this process can be directed under high pressure into the feed gas or product gas.

В принципе теплонесущая текучая среда, которая используется в рамках настоящего изобретения в виде потоков теплонесущей текучей среды, может быть образована из воды или водяного пара. В альтернативном варианте осуществления также возможно применение, в частности, синтетических термических масел. Таким образом, соответствующее использование зависит, в частности, от температур, которые необходимо обеспечить в соответствующих установках.In principle, the heat transfer fluid that is used in the context of the present invention in the form of heat transfer fluid streams can be formed from water or steam. In an alternative embodiment, it is also possible to use, in particular, synthetic thermal oils. The respective use thus depends in particular on the temperatures to be ensured in the respective installations.

В принципе, адсорбент (-ы) в рамках настоящего изобретения можно выполнить, например, в форме гранул или пакетов. Особенно подходящими являются цеолиты, варианты активированного угля, силикагели, алюмогели или металлоорганические каркасы.In principle, the adsorbent(s) within the scope of the present invention can be made, for example, in the form of granules or packets. Particularly suitable are zeolites, activated carbon variants, silica gels, alumina gels or organometallic frameworks.

В соответствии с особенно предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения может быть предусмотрена компенсация изменений давления, вызванных первым, и/или вторым, и/или третьим теплообменом. Следовательно, нагрев, в частности, может осуществляться с одновременным выпуском газа из соответствующего (-их) адсорбционного (-ых) модуля (-ей) так, что давление в адсорбционном (-ых) модуле (-ях) может оставаться постоянным или уменьшаться, несмотря на десорбцию и тепловое расширение. Соответственно, также возможно охлаждение с одновременной подачей газа в соответствующий (-ие) адсорбционный (-ые) модуль (-и), так что давление в адсорбционном (-ых) модуле (-ях) может оставаться постоянным или повышаться, несмотря на адсорбцию газа адсорбентом и сжатие газа из-за снижения температуры. Это прежде всего относится к нагреву или охлаждению адсорбционной камеры как замкнутой системы. (Охлаждение и адсорбция в этом случае приводят к снижению давления в адсорбционной камере, а нагрев — к повышению давления.)In accordance with a particularly preferred embodiment of the present invention, compensation for pressure changes caused by the first and/or the second and/or the third heat exchange can be provided. Therefore, heating, in particular, can be carried out with the simultaneous release of gas from the respective adsorption module(s), so that the pressure in the adsorption module(s) can remain constant or decrease, despite desorption and thermal expansion. Accordingly, it is also possible to cool while supplying gas to the respective adsorption module(s), so that the pressure in the adsorption module(s) can remain constant or increase despite gas adsorption adsorbent and gas compression due to temperature decrease. This primarily refers to the heating or cooling of the adsorption chamber as a closed system. (Cooling and adsorption in this case lead to a decrease in pressure in the adsorption chamber, and heating to an increase in pressure.)

Настоящее изобретение также может включать продувку адсорбента во время или после нагревания очищенным продуктом для стимуляции десорбции. Дополнительным аспектом, который может быть реализован в рамках настоящего изобретения, является увеличение потока подаваемого газа, т. е. потока газовой смеси, который обрабатывается на установке на фазах продувки и/или накопления давления, чтобы таким образом предотвратить снижение тока продукта на этих стадиях и обеспечить постоянный поток продукта на выходе из установки.The present invention may also include purging the adsorbent during or after heating with purified product to promote desorption. An additional aspect that can be implemented within the scope of the present invention is to increase the feed gas flow, i.e. the flow of the gas mixture, which is treated in the plant during the purge and/or pressure build-up phases, so as to prevent a decrease in the flow of the product during these stages and ensure a constant flow of product at the outlet of the plant.

Как также отмечалось, в частности, в рамках настоящего изобретения работа по меньшей мере двух адсорбционных модулей может происходить одновременно, по меньшей мере временно в режиме адсорбции, т. е. в первом режиме работы, чтобы таким образом свести к минимуму, в частности, изменения концентрации, и/или объемного потока, и/или колебаний температуры в потоке продукта.As also noted, in particular within the framework of the present invention, the operation of at least two adsorption modules can take place simultaneously, at least temporarily in adsorption mode, i.e. in the first mode of operation, in order to thus minimize, in particular, changes concentration, and/or volumetric flow, and/or temperature fluctuations in the product stream.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения по меньшей мере часть остаточного газа можно сжечь в горелке, и часть теплонесущей текучей среды или соответствующего потока теплонесущей текучей среды, таким образом, можно нагреть по меньшей мере частью высвобожденного при этом тепла. Затем эту теплонесущую текучую среду можно использовать для опосредованного нагревания адсорбента.In accordance with another embodiment of the present invention, at least a portion of the residual gas may be burned in a burner, and a portion of the heat transfer fluid, or the corresponding heat transfer fluid stream, may thus be heated by at least a portion of the heat released thereby. This heat transfer fluid can then be used to indirectly heat the adsorbent.

Общий объем всех буферных контейнеров для теплонесущей текучей среды, применяемых в рамках настоящего изобретения, соответствует по меньшей мере общему объему теплонесущей текучей среды в адсорберах (относительно всех адсорберов вместе).The total volume of all heat transfer fluid buffer containers used in the present invention corresponds to at least the total volume of heat transfer fluid in the adsorbers (relative to all adsorbers combined).

В рамках настоящего изобретения особенно предпочтительно для охлаждения теплонесущей текучей среды использовать паровые или охлаждающие башни с открытым (водным) контуром. В этом случае охлаждение теплонесущей текучей среды происходит опосредованно с помощью теплообменника. В альтернативном варианте осуществления для охлаждения теплонесущей текучей среды также можно использовать воздушные холодильники.In the context of the present invention, it is particularly preferred to use steam or open (water) circuit cooling towers for cooling the heat transfer fluid. In this case, the cooling of the heat-carrying fluid takes place indirectly by means of a heat exchanger. In an alternative embodiment, air coolers can also be used to cool the heat transfer fluid.

Как отмечалось, в настоящем изобретении также предлагается установка для адсорбции при переменном давлении, причем в отношении элементов делается отсылка к соответствующему независимому пункту формулы патента.As noted, the present invention also provides a pressure swing adsorption plant, with reference to the respective independent patent claims for the elements.

В частности, такая установка для адсорбции при переменной температуре характеризуется средствами, которые позволяют ей функционировать в соответствии с одним из описанных ранее способов или соответствующих вариантов осуществления. За информацией о дополнительных особенностях и преимуществах соответствующей установки для адсорбции при переменной температуре явным образом предлагается обратиться к приведенным выше описаниям.In particular, such a temperature swing adsorption plant is characterized by means that enable it to operate in accordance with one of the previously described methods or corresponding embodiments. For additional features and advantages of a suitable swing adsorption plant, reference is expressly made to the above descriptions.

Настоящее изобретение более подробно описано ниже со ссылкой на прилагаемые графические материалы, на которых проиллюстрирован вариант осуществления настоящего изобретения.The present invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings, which illustrate an embodiment of the present invention.

Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials

На Фиг. 1A показана установка для адсорбции при переменной температуре в соответствии с вариантом осуществления изобретения в первый временной период рабочего цикла.On FIG. 1A shows a temperature swing adsorption plant according to an embodiment of the invention during a first time period of an operating cycle.

На Фиг. 1B показана установка в соответствии с Фиг. 1A во второй временной период рабочего цикла, показанного на Фиг. 1A.On FIG. 1B shows the installation according to FIG. 1A during the second time period of the duty cycle shown in FIG. 1A.

Подробное описание графических материаловDetailed description of graphic materials

На Фиг. 1A представлена установка 100 для адсорбции при переменной температуре в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения в первый временной период рабочего цикла.On FIG. 1A shows a temperature swing adsorption plant 100 according to an embodiment of the present invention during a first cycle time period.

Необходимыми компонентами установки 100 для адсорбции при переменной температуре являются первый адсорбционный модуль A1, второй адсорбционный модуль A2 и третий адсорбционный модуль A3. Однако, как описано, настоящее изобретение не ограничивается применением только или точно трех адсорбционных модулей.The necessary components of the variable temperature adsorption apparatus 100 are the first adsorption module A1, the second adsorption module A2, and the third adsorption module A3. However, as described, the present invention is not limited to the use of only or exactly three adsorption modules.

На снимке, показанном на Фиг. 1A, первый адсорбционный модуль A1 функционирует в первом режиме работы, подробно описанном выше, т. е. происходит разделение потока газовой смеси, который в данном случае обозначен как G и который для этой цели подвергается адсорбционному обмену материалами. Более того, на снимке, показанном на Фиг. 1A, второй адсорбционный модуль A2 нагревают для десорбции адсорбированных компонентов, т. е. он функционирует во втором режиме работы, подробно описанном выше. С другой стороны, третий адсорбционный модуль A3 охлаждают в указанное время для подготовки к использованию с разделением потока газовой смеси (потока G газовой смеси, протекающего через первый адсорбционный модуль A1 в показанном рабочем цикле). Таким образом, он работает в первом режиме работы. Снимок соответствует, например, рабочему циклу соответствующего способа.In the picture shown in Fig. 1A, the first adsorption module A1 operates in the first mode of operation described in detail above, i.e., a separation of the gas mixture flow takes place, which in this case is designated as G and which for this purpose undergoes an adsorption material exchange. Moreover, in the picture shown in Fig. 1A, the second adsorption module A2 is heated to desorb the adsorbed components, i.e. it operates in the second mode of operation detailed above. On the other hand, the third adsorption module A3 is cooled down at the specified time to prepare for use with the gas mixture flow separation (the gas mixture flow G flowing through the first adsorption module A1 in the shown operating cycle). Thus, it works in the first mode of operation. The snapshot corresponds, for example, to the working cycle of the corresponding method.

В следующем рабочем цикле адсорбционный модуль A3, охлажденный в показанном рабочем цикле, можно использовать для адсорбции, т. е. он может далее функционировать в первом режиме работы, с другой стороны, ранее прошедший соответствующую регенерацию адсорбционный модуль A2 может охлаждаться, т. е. он может функционировать в третьем режиме работы, а адсорбционный модуль A1, ранее использованный для адсорбции, может подвергаться нагреванию, т. е. он может функционировать во втором режиме работы.In the next operating cycle, the adsorption module A3, cooled in the shown operating cycle, can be used for adsorption, i.e. it can continue to function in the first mode of operation, on the other hand, the adsorption module A2, previously regenerated accordingly, can be cooled, i.e. it can operate in the third mode of operation, and the adsorption module A1, previously used for adsorption, can be heated, that is, it can operate in the second mode of operation.

Иными словами, как показано на Фиг. 1A, первый адсорбционный модуль A1 функционирует таким образом, что поток G газовой смеси направляют через адсорбционную камеру этого первого адсорбционного модуля и подвергают адсорбционному обмену материалами с по меньшей мере одним адсорбентом в адсорбционной камере первого адсорбционного модуля. В ходе этого процесса происходит по меньшей мере частичное отделение более или предпочтительно адсорбируемых компонентов.In other words, as shown in FIG. 1A, the first adsorption module A1 operates such that a gas mixture flow G is directed through the adsorption chamber of the first adsorption module and subjected to adsorption material exchange with at least one adsorbent in the adsorption chamber of the first adsorption module. During this process, at least a partial separation of the more or preferably adsorbed components takes place.

Кроме того, первый поток теплонесущей текучей среды, в данном обозначенный как W1, направляют при первом уровне температуры через теплообменную конструкцию второго адсорбционного модуля A2 и в этом процессе подвергают опосредованному теплообмену с по меньшей мере одним адсорбентом в адсорбционной камере второго адсорбционного модуля A2. В ходе этого процесса тепло от первого потока W1 теплонесущей текучей среды опосредованно передается по меньшей мере одному адсорбенту. Таким образом, происходит нагревание по меньшей мере одного адсорбента.In addition, the first flow of heat transfer fluid, herein denoted as W1, is directed at a first temperature level through the heat exchange structure of the second adsorption module A2 and in this process is subjected to indirect heat exchange with at least one adsorbent in the adsorption chamber of the second adsorption module A2. During this process, heat from the first heat-carrying fluid stream W1 is indirectly transferred to at least one adsorbent. Thus, at least one adsorbent is heated.

Кроме этого, в показанном примере второй поток теплонесущей текучей среды, в данном обозначенный как W2, направляют при втором уровне температуры через теплообменную конструкцию первого адсорбционного модуля A1 и в этом процессе подвергают опосредованному теплообмену с по меньшей мере одним присутствующим в нем адсорбентом, чтобы удалить тепло адсорбции. Таким образом, тепло от по меньшей мере одного адсорбента опосредованно передают второму потоку W2 теплонесущей текучей среды.In addition, in the example shown, a second heat transfer fluid stream, here designated as W2, is directed at a second temperature level through the heat exchange structure of the first adsorption module A1 and in this process is subjected to indirect heat exchange with at least one adsorbent present therein to remove heat adsorption. Thus, heat from the at least one adsorbent is indirectly transferred to the second heat transfer fluid stream W2.

Третий поток теплонесущей текучей среды, в данном случае обозначенный как W3, направляют при третьем уровне температуры, который может соответствовать второму уровню температуры, через теплообменную конструкцию третьего адсорбционного модуля A3 и в этом процессе подвергают опосредованному теплообмену с по меньшей мере одним адсорбентом в адсорбционной камере третьего адсорбционного модуля. Таким образом, тепло от по меньшей мере одного адсорбента опосредованно передается третьему потоку W2 теплонесущей текучей среды.The third heat transfer fluid stream, in this case designated as W3, is directed at a third temperature level, which may correspond to a second temperature level, through the heat exchange structure of the third adsorption module A3 and in this process is subjected to indirect heat exchange with at least one adsorbent in the adsorption chamber of the third adsorption module. Thus, heat from the at least one adsorbent is indirectly transferred to the third heat transfer fluid stream W2.

Как показано на Фиг. 1A, в установке 100 для адсорбции при переменной температуре предусмотрены первый («теплый») контур 10 теплонесущей текучей среды и второй («холодный») контур 20 теплонесущей текучей среды. Эти контуры 10, 20 для теплонесущей текучей среды соединены с первым («теплым») буферным контейнером P1 и вторым («холодным») буферным контейнером P2 соответственно.As shown in FIG. 1A, the temperature swing adsorption unit 100 is provided with a first ("warm") heat transfer fluid circuit 10 and a second ("cold") heat transfer fluid circuit 20. These heat transfer fluid circuits 10, 20 are connected to a first ("warm") buffer container P1 and a second ("cold") buffer container P2, respectively.

Как в каждом случае показано жирными стрелками, в первый период времени, показанный на Фиг. 1A, а также во второй период времени, показанный на Фиг. 1B, первый поток W1 теплонесущей текучей среды при первом уровне температуры по меньшей мере частично берут из первого буферного контейнера P1, а затем, как описано, используют во втором адсорбционном модуле A2.As indicated in each case by bold arrows, in the first time period shown in FIG. 1A as well as in the second time period shown in FIG. 1B, a first heat transfer fluid stream W1 at a first temperature level is at least partially taken from the first buffer container P1 and then used in the second adsorption module A2 as described.

Более того, второй поток W2 теплонесущей текучей среды при втором уровне температуры, который ниже первого уровня температуры, по меньшей мере частично берут из второго буферного контейнера P2, а затем, как описано, используют в первом адсорбционном модуле A1.Moreover, a second heat transfer fluid stream W2 at a second temperature level below the first temperature level is at least partially taken from the second buffer container P2 and then used in the first adsorption module A1 as described.

Третий поток W3 теплонесущей текучей среды, имеющий третий уровень температуры, который, как несколько раз упомянуто, может соответствовать второму уровню температуры, по меньшей мере частично берут из второго буферного контейнера, а затем, как описано, используют в третьем адсорбционном модуле A3.A third heat transfer fluid stream W3 having a third temperature level, which, as mentioned several times, may correspond to a second temperature level, is at least partially taken from the second buffer container and then used in the third adsorption module A3 as described.

Пути для текучей среды, в каждом случае показанные на Фиг. 1A и 1B жирными стрелками, можно регулировать, в частности, с помощью символически показанных в настоящем документе трехходовых клапанов V1–V6. Поток внутри адсорбционных модулей с A1 по A3 может, как показано, быть направлен сверху вниз, но также может быть направлен снизу вверх. Более того, в каждом случае один насос 11 или 21 и один теплообменник 12 и 22 встроены в соответствующие контуры 10 и 20 для теплонесущей текучей среды. Количество текучей среды можно регулировать, в частности, с помощью клапана 13 или 23.The fluid paths, in each case shown in FIG. 1A and 1B with thick arrows can be adjusted, in particular, by means of the three-way valves V1-V6 symbolically shown in this document. The flow within the adsorption modules A1 to A3 may, as shown, be directed from top to bottom, but may also be directed from bottom to top. Moreover, in each case one pump 11 or 21 and one heat exchanger 12 and 22 are built into the respective heat transfer fluid circuits 10 and 20. The amount of fluid can be controlled, in particular by means of valve 13 or 23.

Из комбинации Фиг. 1A и 1B видно, как показано жирными стрелками, первый поток W1 теплонесущей текучей среды по меньшей мере частично поступает во второй буферный контейнер P2 ниже по потоку от второго адсорбционного модуля A2, но по меньшей мере частично поступает в первый буферный контейнер P1 во второй период времени, как показано на Фиг. 1B.From the combination of Fig. 1A and 1B, as shown by bold arrows, the first heat transfer fluid stream W1 at least partially enters the second buffer container P2 downstream of the second adsorption module A2, but at least partially enters the first buffer container P1 in the second time period. , as shown in FIG. 1b.

С другой стороны, второй поток W2 теплонесущей текучей среды ниже по потоку от первого адсорбционного модуля A1 предпочтительно по меньшей мере частично подают во второй буферный контейнер P2 как в первый, так и во второй периоды времени, как показано на Фиг. 1A и 1B.On the other hand, the second heat transfer fluid stream W2 downstream of the first adsorption module A1 is preferably at least partially supplied to the second buffer container P2 in both the first and second time periods as shown in FIG. 1A and 1B.

Наконец, третий поток W3 теплонесущей текучей среды ниже по потоку от третьего адсорбционного модуля A3 по меньшей мере частично подают в первый буферный контейнер P1 в первый период времени, показанный на Фиг. 1A, но по меньшей мере частично подают во второй буферный контейнер P2 во второй период времени.Finally, a third heat transfer fluid stream W3 downstream of the third adsorption module A3 is at least partially fed into the first buffer container P1 in the first time period shown in FIG. 1A, but at least partially fed into the second buffer container P2 in the second time period.

Соответствующие текучие среды подают или выводят через соответствующие контуры 10 и 20 для текучей среды с помощью показанных дополнительных технических устройств. Соответствующие преимущества описанных мер уже подробно разъяснялись выше.Appropriate fluids are supplied or removed through the respective fluid circuits 10 and 20 by means of the additional technical devices shown. The respective advantages of the measures described have already been explained in detail above.

Claims (33)

1. Способ разделения потока газовой смеси, в котором используют установку (100) для адсорбции при переменной температуре, содержащую ряд адсорбционных модулей (A1, A2, A3), работающих в первом режиме работы и втором режиме работы соответственно, причем 1. A method for splitting a gas mixture stream, which uses a variable temperature adsorption unit (100) containing a number of adsorption modules (A1, A2, A3) operating in the first mode of operation and the second mode of operation, respectively, and – первый режим работы включает направление потока (G) газовой смеси по меньшей мере частично через адсорбционную камеру соответствующего адсорбционного модуля (A1, A2, A3) и осуществление в этом потоке адсорбционного обмена материалами с по меньшей мере одним адсорбентом в адсорбционной камере модуля, и - the first mode of operation includes directing the flow (G) of the gas mixture at least partially through the adsorption chamber of the corresponding adsorption module (A1, A2, A3) and carrying out in this flow an adsorption exchange of materials with at least one adsorbent in the adsorption chamber of the module, and – второй режим работы включает направление первого потока (W1) теплонесущей текучей среды при первом уровне температуры через теплообменную конструкцию соответствующего адсорбционного модуля (A1, A2, A3) и передачу тепла от первого потока (W1) теплонесущей текучей среды опосредованно по меньшей мере одному адсорбенту в адсорбционной камере модуля, - the second mode of operation includes directing the first flow (W1) of the heat transfer fluid at a first temperature level through the heat exchange structure of the corresponding adsorption module (A1, A2, A3) and transferring heat from the first flow (W1) of the heat transfer fluid indirectly to at least one adsorbent in adsorption chamber of the module, отличающийся тем, что characterized in that – первый режим работы включает направление второго потока (W2) теплонесущей текучей среды при втором уровне температуры через теплообменную конструкцию соответствующего адсорбционного модуля (A1, A2, A3) и передачу тепла от по меньшей мере одного адсорбента в адсорбционной камере опосредованно второму потоку (W2) теплонесущей текучей среды, и - the first mode of operation includes the direction of the second flow (W2) of the heat-carrying fluid at the second temperature level through the heat exchange structure of the corresponding adsorption module (A1, A2, A3) and the transfer of heat from at least one adsorbent in the adsorption chamber indirectly to the second flow (W2) of the heat-carrying fluid, and – адсорбционные модули (A1, A2, A3), соответственно, функционируют в третьем режиме работы, который включает направление третьего потока (W3) теплонесущей текучей среды при третьем уровне температуры через теплообменную конструкцию соответствующего адсорбционного модуля (A1, A2, A3) и передачу тепла от по меньшей мере одного адсорбента в адсорбционной камере опосредованно третьему потоку (W3) теплонесущей текучей среды, – the adsorption modules (A1, A2, A3), respectively, operate in a third mode of operation, which includes directing a third flow (W3) of a heat-carrying fluid at a third temperature level through the heat exchange structure of the respective adsorption module (A1, A2, A3) and transferring heat from at least one adsorbent in the adsorption chamber indirectly to the third flow (W3) of the heat transfer fluid, при этом адсорбционные модули (A1, A2, A3) функционируют в разных режимах, while the adsorption modules (A1, A2, A3) operate in different modes, первый поток (W1) теплонесущей текучей среды после направления во втором режиме работы через теплообменную конструкцию соответствующего адсорбционного модуля (A1, A2, A3), и/или второй поток (W2) теплонесущей текучей среды после направления в первом режиме работы через теплообменную конструкцию соответствующего адсорбционного модуля (A1, A2, A3), и/или третий поток (W3) теплонесущей текучей среды после направления в третьем режиме работы через теплообменную конструкцию соответствующего адсорбционного модуля (A1, A2, A3) по меньшей мере частично подают на смешивание, the first flow (W1) of the heat transfer fluid after being directed in the second mode of operation through the heat exchange structure of the respective adsorption module (A1, A2, A3), and/or the second flow (W2) of the heat transfer fluid after being directed in the first mode of operation through the heat exchange structure of the respective adsorption module module (A1, A2, A3), and/or the third flow (W3) of the heat-carrying fluid after being directed in the third mode of operation through the heat exchange structure of the corresponding adsorption module (A1, A2, A3) is at least partially fed to mixing, при этом при смешивании образуют одну или более смешанных текучих сред, часть которых используют в ходе формирования первого, и/или второго, и/или третьего потока теплонесущей текучей среды. while mixing form one or more mixed fluids, part of which is used in the formation of the first and/or second and/or third flow of the heat-carrying fluid. 2. Способ по п. 1, в котором второй уровень температуры ниже первого уровня температуры, причем третий уровень температуры соответствует второму уровню температуры, при этом 2. The method according to claim. 1, in which the second temperature level is lower than the first temperature level, and the third temperature level corresponds to the second temperature level, while - во втором режиме работы первый поток (W1) теплонесущей текучей среды при первом уровне температуры по меньшей мере частично берут из первого буферного контейнера (P1), а затем направляют через теплообменную конструкцию соответствующего адсорбционного модуля (A1, A2, A3), - in the second mode of operation, the first flow (W1) of the heat transfer fluid at the first temperature level is at least partially taken from the first buffer container (P1) and then directed through the heat exchange structure of the respective adsorption module (A1, A2, A3), - в первом режиме работы второй поток (W2) теплонесущей текучей среды при втором уровне температуры по меньшей мере частично берут из второго буферного контейнера (P2), а затем направляют через теплообменную конструкцию соответствующего адсорбционного модуля (A1, A2, A3), и - in the first mode of operation, the second heat transfer fluid flow (W2) at the second temperature level is at least partially taken from the second buffer container (P2) and then directed through the heat exchange structure of the respective adsorption module (A1, A2, A3), and - в третьем режиме работы третий поток (W3) теплонесущей текучей среды при втором уровне температуры по меньшей мере частично берут из второго буферного контейнера (P2), а затем направляют через теплообменную конструкцию соответствующего адсорбционного модуля (A1, A2, A3). - in the third mode of operation, the third flow (W3) of the heat transfer fluid at the second temperature level is at least partially taken from the second buffer container (P2) and then directed through the heat exchange structure of the respective adsorption module (A1, A2, A3). 3. Способ по п. 2, в котором 3. The method according to claim 2, in which – после направления во втором режиме работы через теплообменную конструкцию соответствующего адсорбционного модуля (A1, A2, A3) первый поток (W1) теплонесущей текучей среды по меньшей мере частично поступает во второй буферный контейнер (P2) в течение первого периода времени и по меньшей мере частично поступает в первый буферный контейнер (P1) в течение второго периода времени после первого периода времени, и/или - after being directed in the second mode of operation through the heat exchange structure of the corresponding adsorption module (A1, A2, A3), the first flow (W1) of the heat-carrying fluid at least partially enters the second buffer container (P2) during the first period of time and at least partially enters the first buffer container (P1) during the second time period after the first time period, and/or – после направления в третьем режиме работы через теплообменную конструкцию соответствующего адсорбционного модуля (A1, A2, A3) третий поток (W3) теплонесущей текучей среды по меньшей мере частично поступает в первый буферный контейнер (P1) в течение первого периода времени и по меньшей мере частично поступает во второй буферный контейнер (P2) в течение второго периода времени после первого периода времени. - after being directed in the third mode of operation through the heat exchange structure of the respective adsorption module (A1, A2, A3), the third flow (W3) of the heat-carrying fluid at least partially enters the first buffer container (P1) during the first period of time and at least partially enters the second buffer container (P2) during the second time period after the first time period. 4. Способ по одному из предшествующих пунктов, в котором через адсорбционную камеру соответствующих адсорбционных модулей (A1, A2, A3) во втором режиме работы и/или в третьем режиме работы по меньшей мере временно протекает циркулирующий поток газа, который подают с помощью газодувного устройства. 4. The method according to one of the preceding claims, wherein a circulating gas flow at least temporarily flows through the adsorption chamber of the respective adsorption modules (A1, A2, A3) in the second mode of operation and/or in the third mode of operation, which is supplied by means of a gas blower . 5. Способ по одному из предшествующих пунктов, в котором газ подают из адсорбционной камеры соответствующих адсорбционных модулей (A1, A2, A3) в начале второго режима работы и подают обратно в способ. 5. The method according to one of the preceding claims, wherein the gas is supplied from the adsorption chamber of the respective adsorption modules (A1, A2, A3) at the start of the second operating mode and fed back into the process. 6. Способ по одному из предшествующих пунктов, в котором газ подают из адсорбционной камеры соответствующих адсорбционных модулей (A1, A2, A3) на протяжении по меньшей мере части второго режима работы и подают в буферный контейнер. 6. The method according to one of the preceding claims, wherein the gas is supplied from the adsorption chamber of the respective adsorption modules (A1, A2, A3) during at least part of the second mode of operation and supplied to the buffer container. 7. Способ по одному из предшествующих пунктов, в котором поток газовой смеси содержит от 0,01 до 20 мол.% одного или более компонентов, которые предпочтительно адсорбируются по меньшей мере одним адсорбентом, а в остальном содержит один или более компонентов, которые в меньшей степени адсорбируются по меньшей мере одним адсорбентом. 7. The method according to one of the preceding claims, wherein the gas mixture stream contains from 0.01 to 20 mol.% of one or more components that are preferably adsorbed by at least one adsorbent, and the rest contains one or more components that are less degrees are adsorbed by at least one adsorbent. 8. Способ по п. 7, в котором к одному или более предпочтительно адсорбирующимся компонентам относятся диоксид углерода, и/или вода, и/или углеводороды, имеющие более двух или более трех атомов углерода, причем к одному или более в меньшей степени адсорбирующимся компонентам относятся водород, и/или метан, и/или монооксид углерода. 8. The method according to p. 7, in which one or more preferably adsorbed components include carbon dioxide and / or water and / or hydrocarbons having more than two or more than three carbon atoms, and one or more less adsorbable components include hydrogen and/or methane and/or carbon monoxide. 9. Способ по п. 7, в котором к одному или более предпочтительно адсорбирующимся компонентам относятся вода и/или углеводороды, причем к одному или более в меньшей степени адсорбирующимся компонентам относится диоксид углерода. 9. The method according to claim 7, wherein one or more of the preferably adsorbed components are water and/or hydrocarbons, wherein one or more of the less adsorbable components are carbon dioxide. 10. Способ по одному из предшествующих пунктов, в котором адсорбционные модули (A1, A2, A3) выполнены в виде контейнеров с пучками труб, причем соответствующий адсорбент помещен во внутреннюю камеру труб, образующих пучки труб, а соответствующий поток (W1, W2, W3) теплонесущей текучей среды проходит вокруг труб, или наоборот. 10. The method according to one of the preceding claims, in which the adsorption modules (A1, A2, A3) are in the form of containers with tube bundles, and the corresponding adsorbent is placed in the inner chamber of the pipes forming the tube bundles, and the corresponding stream (W1, W2, W3 ) heat-carrying fluid passes around the pipes, or vice versa. 11. Способ по одному из предшествующих пунктов, в котором первый, второй и третий потоки (W1, W2, W3) теплонесущей текучей среды содержат воду, водяной пар или термическое масло. 11. The method according to one of the preceding claims, wherein the first, second and third heat transfer fluid streams (W1, W2, W3) comprise water, steam or thermal oil. 12. Способ по одному из предшествующих пунктов, в котором первый, второй и третий адсорбенты имеют идентичную конструкцию. 12. The method according to one of the preceding claims, wherein the first, second and third adsorbents are of identical construction. 13. Способ по одному из предшествующих пунктов, в котором происходит компенсация изменений давления в адсорбционной камере, вызванных первым, и/или вторым, и/или третьим теплообменом. 13. Method according to one of the preceding claims, wherein the pressure changes in the adsorption chamber caused by the first and/or the second and/or the third heat exchange are compensated. 14. Установка (100) для адсорбции при переменной температуре для разделения потока газовой смеси, включающая в себя несколько адсорбционных модулей (A1, A2, A3), которые выполнены с возможностью работы в первом и втором режимах работы соответственно, причем предусмотрены средства, выполненные с возможностью 14. Installation (100) for adsorption at a variable temperature for separating the flow of a gas mixture, including several adsorption modules (A1, A2, A3), which are configured to operate in the first and second modes of operation, respectively, and means are provided made with opportunity – в первом режиме работы направления потока (G) газовой смеси по меньшей мере частично через адсорбционную камеру соответствующего адсорбционного модуля (A1, A2, A3) и осуществления в этом потоке адсорбционного обмена материалами с по меньшей мере одним адсорбентом в адсорбционной камере модуля, и - in the first mode of operation, directing the flow (G) of the gas mixture at least partially through the adsorption chamber of the corresponding adsorption module (A1, A2, A3) and carrying out in this flow an adsorption exchange of materials with at least one adsorbent in the adsorption chamber of the module, and – во втором режиме работы направления первого потока (W1) теплонесущей текучей среды при первом уровне температуры через теплообменную конструкцию соответствующего адсорбционного модуля (A1, A2, A3) и передачи тепла от первого потока (W1) теплонесущей текучей среды опосредованно по меньшей мере одному адсорбенту в адсорбционной камере модуля, которая отличается средствами, выполненными с возможностью - in the second mode of operation of directing the first flow (W1) of the heat transfer fluid at a first temperature level through the heat exchange structure of the corresponding adsorption module (A1, A2, A3) and transferring heat from the first flow (W1) of the heat transfer fluid indirectly to at least one adsorbent in adsorption chamber of the module, which is different means capable of – в первом режиме работы направления второго потока (W2) теплонесущей текучей среды при втором уровне температуры через теплообменную конструкцию соответствующего адсорбционного модуля (A1, A2, A3) и передачи тепла от по меньшей мере одного адсорбента в адсорбционной камере опосредованно второму потоку (W2) теплонесущей текучей среды, и - in the first mode of operation, directing the second flow (W2) of the heat-carrying fluid at the second temperature level through the heat exchange structure of the corresponding adsorption module (A1, A2, A3) and transferring heat from at least one adsorbent in the adsorption chamber indirectly to the second flow (W2) of the heat-carrying fluid, and – обеспечения функционирования адсорбционных модулей (A1, A2, A3), соответственно, в третьем режиме работы, который включает направление третьего потока (W3) теплонесущей текучей среды при третьем уровне температуры через теплообменную конструкцию соответствующего адсорбционного модуля (A1, A2, A3) и передачу тепла от по меньшей мере одного адсорбента в адсорбционной камере опосредованно третьему потоку (W3) теплонесущей текучей среды, – ensuring the functioning of the adsorption modules (A1, A2, A3), respectively, in the third mode of operation, which includes the direction of the third flow (W3) of the heat-carrying fluid at the third temperature level through the heat exchange structure of the corresponding adsorption module (A1, A2, A3) and transfer heat from at least one adsorbent in the adsorption chamber indirectly to the third flow (W3) of the heat transfer fluid, - обеспечения функционирования адсорбционных модулей (A1, A2, A3) в разных режимах работы, - ensuring the functioning of adsorption modules (A1, A2, A3) in different operating modes, - обеспечения смешивания, по меньшей мере частично, первого потока (W1) теплонесущей текучей среды после направления во втором режиме работы через теплообменную конструкцию соответствующего адсорбционного модуля (A1, A2, A3), и/или второго потока (W2) теплонесущей текучей среды после направления в первом режиме работы через теплообменную конструкцию соответствующего адсорбционного модуля (A1, A2, A3), и/или третьего потока (W3) теплонесущей текучей среды после направления в третьем режиме работы через теплообменную конструкцию соответствующего адсорбционного модуля (A1, A2, A3), при котором образуют одну или более смешанных текучих сред, часть которых используют в ходе формирования первого, и/или второго, и/или третьего потока теплонесущей текучей среды.- ensuring mixing, at least partially, of the first flow (W1) of the heat transfer fluid medium after being directed in the second mode of operation through the heat exchange structure of the corresponding adsorption module (A1, A2, A3), and/or the second flow (W2) of the heat transfer fluid after being directed in the first mode of operation through the heat exchange structure of the corresponding adsorption module (A1, A2, A3), and/or the third flow (W3) of the heat-carrying fluid after being directed in the third mode of operation through the heat exchange structure of the corresponding adsorption module (A1, A2, A3), when which form one or more mixed fluids, part of which is used during the formation of the first and/or second and/or third flow of the heat transfer fluid.

Images