DD259794A1 - Vorrichtung und verfahren zur kontinuierlichen adsorptiven gasreinigung und gastrennung - Google Patents

Abstract

Die Vorrichtung und das Verfahren zur kontinuierlichen adsorptiven Gasreinigung und Gastrennung werden fuer Gasgemische mit unterschiedlich stark adsorbierbaren Komponenten angewendet, insbesondere fuer die Gewinnung von Sauerstoff und/oder Stickstoff aus Luft. Mittels Druckwechseladsorption erfolgt die Anpassung der Fahrweise des Adsorbers an unterschiedliche Konzentrationen der Komponenten bei Wegfall zyklischer Umschaltungen ueber Schaltventile. Ein zylindrisches, mit Zu- und Ableitungen fuer das Gas versehenes Adsorbergefaess enthaelt einen drehbar angeordneten, segmentierten, mit Adsorbentien gefuellten Behaelter, dessen Mantelflaechen gasdurchlaessig, dessen Stirnflaechen und in radialer Richtung angeordnete Zwischenwaende gasundurchlaessig und die Zwischenwaende gegenueber der Adsorbergefaesswandung druckdicht abgedichtet sind. Fig. 2

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung wird angewendet bei der Entfernung adsorbierbarer Komponenten aus Gasen oder Gasgemischen, bei der Trennung von Gasgemischen, die aus unterschiedlich stark adsorbierbaren Komponenten bestehen, und für die adsorptive Gewinnung von Sauerstoff und/oder Stickstoff aus Luft.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bei der adsorptiven Reinigung oder Trennung von Gasen wird das unterschiedliche Adsorptionsvermögen der einzelnen Gase ausgenutzt. Abhängig von Druck, Temperatur, Durchsatz und Zusammensetzung der Stoffe und/oder der Adsorbentien erfolgt eine zeitlich zunehmende Beladung der Adsorbentien bis zu deren Sättigung und folgendem ungehinderten Durchgang der unerwünschten Komponenten. Die Arbeitsfähigkeit der Adsorber wird durch eine anschließende Desorption dieser Komponenten mittels Temperaturerhöhung und/oder Druckabsenkung mit oder ohne Verwendung eines Spülgases wiederhergestellt. Zur Gewährleistung einer ständigen Betriebsbereitschaft der Adsorptionsanlage sind für jede Adsorptionsstufe 2 bis 4 parallel geschaltete Adsorber notwendig. Das jeweilige Umschalten der Adsorber erfordert einen erheblichen Aufwand an Schaltventilen und Regeltechnik, was z. B. bei wechselnder Gaszusammensetzung nur noch über Prozeßrechner möglich ist. Entscheidend für die Ökonomie derartiger Anlagen ist ein günstiges Verhältnis von Stoffdurchsatz und Menge der Adsorbentien. Dabei wird angestrebt, die Adsorbermasse so gering wie möglich zu halten. Dies bedingt relativ kurze Schaltzeiten im Minutenbereich und damit eine vergleichsweise hohe Belastung der entsprechenden Schaltventile. Nachteilig bei derartigen Fahrweisen sind die durch das Umschalten der Adsorber bedingten Druckschwankungen, deren Dämpfung zusätzliche Pufferbehälter erfordert. Nachteilig ist ebenfalls der relativ hohe regelungstechnische Aufwand und das komplizierte Anpassen der Adsorberanlage an unterschiedlich zusammengesetzte Stoffströme. Zur Verringerung des regeltechnischen Aufwandes wurden daher drehbare Adsorber bzw. Entfeuchter entwickelt. Bekannt ist eine ein Adsorptionsmittel enthaltende drehbare Trommel, die einen Adsorptionsabschnitt und einen Reaktivierungsabschnitt enthält, zum Entfernen von unerwünschten Bestandteilen aus einem Gas (DE-OS 2460401). Die Adsorption wird bei einem über dem Atmosphärendruck liegenden Druck durchgeführt, und in dem Reaktivierungsabschnitt wird ein Druck eingehalten, der etwa bei oder unter dem Atmosphärendruck liegt. Die kontinuierlich rotierende Trommel besitzt Durchgangskanäle für Gas, auf deren Wände ein Adsorptionsmittel aufgebracht ist. Zwischen dem Adsorptionsabschnitt und dem Reaktivierungsabschnitt ist eine Druckdifferenz durch verstellbare Abdichtungen der Innenabschnitte der Trommel eingehalten.

Nachteilig ist hierbei, daß durch die gewählte Zweiteilung bzw. Dreiteilung nur eine einfache Druck- und/oder Temperaturwechseladsorption durchgeführt werden kann, daß durch die Schaffung von Durchgangskanälen, von denen die Wände mit Adsorptionsmittel beladen sind, nur ein geringer Teil des Volumens der Trommel als Adsorptionskapazität benutzt wird, daß das Verfahren bezüglich Druckaufbau und Entspannung des Adsorberabschnittes unökonomisch arbeitet und daß die spezielle Konstruktion der Vorrichtung einen Einsatz für beliebig andere Gasreinigungs- und Gastrennverfahren nicht erlaubt. Bekannt ist weiterhin ein Verfahren zum Entfernen von Inhaltsstoffen aus einem Gasstrom durch Adsorption an Aktivkohle, bei dem ein Gasstrom quer zur Rotationsachse durch einen rotierenden Zylinder mit einem perforierten Zylindermantel, der mit Aktivkohle gefüllt ist, leitet, wobei man einen lagekonstanten Teil der Aktivkohlefüllung durch Heizelemente erwärmt, den durch diesen Teil des Adsorptionsmittels hindurchgehenden Gasteilstrom, der die desorbierten Schadstoffe enthält, ableitet und aus dem durch den nicht erwärmten Teil der Aktivkohlefüllung hindurchgehenden Gasteilstrom die Schadstoffe durch Adsorption entfernt (DE-PS 3517105). Durch die Rotation des Zylinders gelangt der desorbierte Teil der Aktivkohlefüllung in den Adsorptionsteil und kann dort erneut Schadstoffe aufnehmen. Nachteilig ist hierbei, daß die Anwendbarkeit des Verfahrens auf die Reinigung eines schwach verunreinigten Gasstromes, vorzugsweise Luft, mit Aktivkohle begrenzt ist, daß eine thermische Regeneration vergleichsweise unwirtschaftlich in bezug auf die eingesetzte Adsorptionsmittelmenge pro Mengeneinheit des zu reinigenden Gasstromes ist, daß der Einsatz von zahlreichen Heizelementen zusätzliche Kosten verursacht und daß ein relativ großer Teil des eingesetzten Gases als Spülgas verwendet wird. . .

Schließlich ist ein karussellförmiger Entfeuchter bekannt (US-PS 4589892), bei dem senkrechte Platten kreisförmig in einem Zylinder in radialer Richtung angebracht sind und in tangentialer Richtung zur Entfeuchtung von Gas durchströmt werden. Durch entsprechende Leitungsführung ist gewährleistet, daß ein Teil des getrockneten Gases an anderer Stelle in umgekehrter Richtung zum Zwecke der Desorption die Platten durchströmt. Der Wechsel von Adsorption und Desorption erfolgt durch Drehen des Zylinders.

Hierbei ist nachteilig, daß bedingt durch kurze Gaswege in den Adsorptionsmittel.betten und die gewählte Art der Desorption mit Hilfe eines Teiles des Produktgases als Spülgas ohne Temperatur- oder Druckveränderung eine Beschränkung des Einsatzgebietes auf den genannten Einsatzfall gegeben ist, daß die mit diesem Grundprinzip erreichbaren Reinheiten bzw. Entfeuchtungsgrade relativ gering sind und daß der mechanische Aufbau der Apparatur aufwendig ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist bei der adsorptiven Gasreinigung und Gastrennung mittels Druckwechseladsorption die Anpassung der Fahrweise des Adsorbers an unterschiedliche Konzentrationen der Gaskomponenten des Rohgasstrpmes ohne zusätzlichen Aufwand, der Wegfall zyklischer Umschaltungen über Schaltventile und die Vereinfachung der gesamten Vorrichtung.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, mit minimalem regeltechnischen Aufwand einen Rohgasstrom adsorptiv zu reinigen oder zu trennen und einen kontinuierlichen Produktgasstrom konstanten Druckes zu erzeugen, wobei wechselnde Rohgaszusammensetzungen bei gegebenen Komponenten durch Änderung der Dauer des Adsorptions-Desorptions-Zyklus zu berücksichtigen waren.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen adsorptiven Gasreinigung und Gastrennung, bestehend aus einem zylindrischen, mit Zu- und Ableitungen für das Gas versehenen Adso.rbergefäß mit einem in diesem drehbar angeordneten, segmentierten, mit Adsorbentien gefüllten Behälter, wobei erfindungsgemäß dessen äußere und innere Mantelflächen gasdurchlässig und die Stirnflächen gasundurchlässig sind, gasundurchlässige, in radialer Richtung angeordnete Zwischenwände den drehbar angeordneten Behälter in mindestens sechs Segmente aufteilen, die Zwischenwände gegenüber der Adsorbergefäßwandung druckdicht abgedichtet sind und die Rohgaseingangs-, Produkt- bzw. Restausgangs- und die Spülgasein- bzw. Spülgasausgangsleitungen sowie die Druckausgleichsleitung in Abhängigkeit von der festgelegten Verfahrensvariante am Adsorbergefäß derart angeordnet sind, daß die einzelnen Gaswege durch den Adsorber bei jeder Stellung des Behälters im Adsorbergefäß druckdicht voneinander getrennt sind.

Vorteilhaft ist es, wenn das Adsorbergefäß aus einem äußeren Teil mit entsprechenden Öffnungen für die Rohgaszuleitung und Spülgasausgangsleitung besteht, der den drehbaren Behälter allseitig umschließt, und einem mit diesem fest verbundenen rohrförmigen inneren Teil, der axial in einen inneren Hohlraum des Behälters hineinragt, die Produkt- bzw. Restgasleitung und die Spülgaseingangsleitung aufnimmt und dieselben über entsprechende Öffnungen mit der gasdurchlässigen Innenwand des Behälters verbindet.

Zur Erreichung einer honen Reinheit im Produktgas ist es günstig, wenn der rohrf örmige innere Teil des Adsorbergefäßes nur die Produkt- bzw. Restgasleitung enthält und als Spülgas eine bestimmte Menge des Produkt- oder Restgases über eine entsprechend dimensionierte Öffnung in diesem rohrförmigen inneren Teil bereitgestellt wird.

Wenn der rohrförmige innere Teil des Adsorbers nur die Produkt- bzw. Restgasleitung enthält und kein Spülgas zum Einsatz kommt, wird eine reine Druckwechseladsorption durchgeführt.

Bei der Reinigung bzw. Trennung kleiner Gasmengen bzw. dort, wo der Grad der Ausbeute an Produktgas unerheblich ist, wird in der Regel keine Druckausgleichsleitung vorhanden sein.

Bei der Benutzung von Produkt-bzw. Restgas als Spülgas kann auf eine direkte Verbindung von Produkt-bzw. Restgasleitung mit den zu desorbierenden Segmenten verzichtet werden, wenn die Segmentzwischenwände des Behälters den inneren Mantel des Behälters überragen, so daß zwischen der gasdurchlässigen inneren Mantelfläche des Behälters und dem rohrförmigen inneren Teil des Gefäßes ein segmentierter Hohlraum entsteht.

Bei der Gasreinigung mit geringen Mengen an Verunreinigungen ist es oft günstiger, wenn die Lage von Rohgaseingangs- und Produkt-bzw. Restgasausgangsleitung miteinander vertauscht sind.

Bei Änderung der Durchströmungsrichtung in der Adsorptionsphase ist ebenfalls in der Regel eine Änderung der Durchströmungsrichtung in der Spül phase sinnvoll. Letztere Änderung kann jedoch auch unabhängig von ersterer Änderung bei bestimmten Verfahrensvarianten der Gasreinigung erforderlich sein; sie wird erreicht, wenn die Lage von Spülgasein- und Spülgasausgangsleitung miteinander vertauscht sind.

Die Gewährleistung eines Druckaufbaues in bestimmten Segmenten auf dem Adsorptionsdruck wird dadurch erreicht, daß sich die Rohgaseingangs- und Produkt- bzw. Restgasausgangsleitung bezogen auf die jeweiligen Segmente nicht deckungsgleich gegenüberliegen.

Zur Verringerung der Auswirkungen unterschiedlicher Drücke bei Adsorption und Desorption ist es sinnvoll, wenn mehrere Rohgaseingangs-, Produkt- bzw. Restgasausgangs-, Spülgaseingangs- und Spülgasausgangs- sowie Druckausgleichsleitungen unter gleichzeitiger Erhöhung der Zahl der Segmente des Behälters am Adsorptionsgefäß angebracht sind.

Eine Verlängerung der Gaswege in den mit Adsorbentien gefüllten Segmenten wird dadurch erreicht, daß die gasundurchlässigen Zwischenwände des Behälters in einem Winkel zum Radius des Zylinders angeordnet sind oder daß sie in radialer Richtung gekrümmte Form besitzen.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur kontinuierlichen adsorptiven Gasreinigung und Gastrennung, wobei erfindungsgemäß ein Rohgasstrom, der aus mindestens einer leichtadsorbierbaren und mindestens einer schweradsorbierbaren Komponente besteht, über eine oder mehrere Zuleitungen durch ein um eine Achse drehbar angeordnetes und durch Zwischenwände in Segmente unterteiltes Adsorberbett geleitet wird, hierbei weitestgehend von der leichtadsorbierbaren Komponente befreit wird, das oder die Seite, die dem jeweiligen Adsorberbettsegment gegenüberliegt, als Produktgasstrom verläßt und ein Spülgasstrom gleichzeitig an anderer Stelle des segmentierten Adsorberbettes durch mindestens ein Adsorberbettsegment unter gleichem oder niedrigerem Druck zum Zwecke der Desorption der adsorbierten Komponente geleitet wird, wobei durch dichtende Zwischenwände im Adsorberbett ein Überströmen des unter gleichem oder höherem Druck stehenden Rohgas- und Produkt- bzw. Restgasstromes aus Segmenten, die sich in der Adsorptionsphase befinden, zu Segmenten, die unter gleichem oder niedrigerem Druck desorbiert und gespült werden, verhindert wird und die Adsorptions- und Desorptionsphasen sowie alle notwendigen Übergangsphasen wie die Druckaufbau- und Druckabbauphasen in jedem Adsorberbett durch die Geschwindigkeit der Drehbewegung des Behälters mit dem Adsorberbett und die Anordnung der Rohgaseingangs-, Produktgasausgangs-, Spülgaseingangs- und Spülgasausgangsöffnungen sowie der Druckausgleichsleitung am Behälter mit dem segmentierten Adsorberbett in einem vorgegebenen Rhythmus erfolgen.

Aus ökonomischen Gründen ist es üblich, daß die Desorption bei atmosphärischem oder einem gegenüber dem atmosphärischen Druck erniedrigten Druck durchgeführt wird.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Rohgasstrom radiaJ von außen nach innen durch mindestens ein Adsorberbettsegment geleitet wird und den Adsorber als Produkt-oder Restgasstrom über die axial bis in den Innenraum des Behälters führende Leitung verläßt.

Bei Verfahrensvarianten der Gasreinigung mit geringen Verunreinigungen im Rohgasstrom ist es jedoch günstiger, wenn der Rohgasstrom axial über die bis in den Innenraum des Behälters führende Leitung gelangt, von hier aus mindestens ein Adsorberbettsegment von innen nach außen radial· durchströmt und den Adsorber außen als Produkt-bzw. Restgasstrom verläßt.

Es ist zweckmäßig, daß als Spülgas ein Teil des Produkt- bzw. Restgases verwendet wird.

-5_Γ 259

Wird auf eine Nutzung des Desorbiergases verzichtet, dann kann ebensogut als Spülgas ein Teil des Rohgases verwendet werden.

Soll ein hoher Desorptionsgrad erreicht werden, ist es jedoch günstiger, als Spülgas ein zusätzliches Gas, wie Wasserstoff oder Helium, zu verwenden.

Es ist vorteilhaft, wenn die Spülgasrichtung im jeweiligen Behältersegment der Richtung des Roh- und Produkt- bzw. Restgasstromes entgegengeriehtet ist.

Bei einzelnen Varianten der Gastrennung ist es jedoch sinnvoll, wenn die Spülgasrichtung im jeweiligen Behältersegment die gleiche ist, wie die des Roh-und Produkt-bzw. Restgases während der Adsorptionsphase.

Der Grad der Desorption kann ebenfalls erhöht werden, wenn der Spülgasstrom eine höhere Temperatur als der Rohgasstrom besitzt.

Wenn bei der Gastrennung beide Gaskomponenten in hoher Reinheit erhalten werden sollen, ist es günstiger, wenn die Desorption ohne Einsatz eines Spülgases erfolgt.

Die Verbesserung der Ökonomie des Verfahrens wird dadurch erreicht, daß über die Druckausgleichsleitung der Druck, der in einem Segment des Behälters herrscht, wetchesxjerade die Adsorptionsphase verlassen hat, genutet wird, um in einem Segment, welches bei niedrigerem Druck gerade die Desorptionsphase verlassen hat, mit dem Druckaufbau zu beginnen. Es ist üblich, die zweite Phase des Druckaufbaues auf den Adsorptionsdruck mit Hilfe des Produkt- bzw. Restgasstromes erfolgen zu lassen. Wenn auf eine hohe Ausbeute des Produktgasstromes orientiert wird, ist es günstiger, wenn die zweite Phase des Druckaufbaues auf den Adsorptionsdruck mit Hilfe des Rohgasstromes erfolgt.

Es ist üblich, daß die Phasen, Adsorption, Druckabbau, Desorption und Druckaufbau bei jeder,Umdrehung des Behälters um eine Achse mindestens einmal durchlaufen werden.

Bei wechselnden Konzentrationen wird die Dauer des Durchlaufens eines Druckwechselzyklus durch die Umdrehungsgeschwindigkeit des Behälters eingestellt, wodurch eine Anpassung an unterschiedliche Konzentrationen der zu adsorbierenden Komponenten im Rohgasstrom bei Einhaltung einer einheitlichen Qualität des Produktgasstromes in weiten Grenzen möglich ist.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird nachfolgend an 8 Vorrichtungsbeispielen und den dazugehörigen Zeichnungen und an 2 Verfahrensbeispielen näher erläutert.

Fig.. 1: zeigt den Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen adsorptiven Gasreinigung und Gastrennung mit Spülgasleitung.

Fig. 2: zeigt den dazugehörigen Querschnitt

Fig. 3: zeigt den Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen adsorptiven Gasreinigung und Gastrennung ohne Spülgasleituhg.

Fig. 4: zeigt den dazugehörigen Querschnitt

Fig. 5: zeigt den Querschnitt durch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen adsorptiven Gasreinigung und Gastrennung mit

segmentiertem Innenhohlraum

Fig. 6: zeigt den Querschnitt durch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen adsorptiven Gasreinigung und Gastrennung mit je zwei Rohgas-und Spülgasaus-und-eingängen.

Fig. 7: zeigt den schematischen Querschnitt durch einen Behälter mit in radialer Richtung winklig angeordneten Trennwänden. Fig. 8: zeigt den schematischen Querschnitt durch einen Behälter mit in radialer Richtung gekrümmten Trennflächen. Fig. 9: zeigt schematisch die Anordnung der Gasein- und Gasaustrittsöffnungen sowie die Gasströme bei einer Fahrweise mit

Druckaufbau durch Produkt-oder Restgas

Fig. 10: zeigt schematisch die Anordnung der Gasein- und Gasaustrittsöffnungen sowie die Gasströme bei einer Fahrweise mit Druckaufbau durch Rohgas.

Beispiel 1

Entsprechend den Fig. 1 und 2 ist in dem Adsorbergefäß 1 der mit acht Zwischenräumen 2 versehene und mit Adsorbentien 3 gefüllte Behälter 4 drehbar gelagert. Die Zwischenwände 2 sind an den jeweiligen Berührungsflächen mit dem Adsorbergefäß 1 mit Dichtflächen 5 versehen. Für die Zuführung des Rohgases ist das Adsorbergefäß 1 mit der Rohgaseingangsleitung 6 versehen. Das Spül- und/oder Desorptionsgas wird über die gegenüberliegende Leitung 7 abgeführt, während das Produkt- bzw. Restgas das jeweilige Adsorberbett über den als angeschnittene Gasleitung 8 ausgebildeten inneren Teil 9 des Adsorbergefäßes 1 verläßt. Rohgaseingang und Produktgas- bzw. Restgasausgang können aber auch vertauscht sein, so daß die Durchströmung der Adsorbentien in umgekehrter Richtung von innen nach außen erfolgt. In der Wandung des Adsorbergefäßes befindet sich in der Nähe der Leitungen 6 und 7 je eine Erweiterung 10. Damit wird erreicht, daß jeweils mindestens zwei durch die Zwischenwände 2 getrennte Segmente 11 des Behälters 4 durchströmt werden. Zur Verbesserung der Desorption werden jeweils mindestens zwei durch die Zwischenwände 2 getrennte Segmente 11 mit Hilfe eines Spülgases, welches über die Spülgaseingangsleitung 12 eintritt und die Segmente 11 in zur Adsorption entgegengesetzter Richtung durchströmt und das Adsorbergefäß 1 über die Spülgasausgangs- bzw. Desorptionsgasleitung 7 verläßt, gespült. Spülgaseingang und Spülgasausgang können aber auch vertauscht sein, so daß die Durchströmung in umgekehrter Richtung erfolgt. Zum Zwecke des ungehinderten Gasdurchtrittes sind die Mantelflächen 13 des Behälter 4 gasdurchlässig gestaltet. Ebenfalls am äußeren Mantel befinden sich etwa in der Mitte zwischen den Leitungen 6 und 7 nahezu einander gegenüber die Leitungseinmündungen der Druckausgleichsleitung 14, welche beide Einmündungen miteinander verbindet. Die Druckausgleichsleitung kann auch entfallen. Damit wird jedoch dieArbeitsweisederVorrichtung unökonomischer. Der Antrieb für'die Drehbewegung des Behälters 4 erfolgt über eine Antriebsachse 15, die mit dem Behälter 4 fest verbunden ist.

Beispiel 2

Entsprechend den Fig. 3 und 4 ist der innere Teil 9 des Adsorbergefäßes 1 als angeschnittene Produkt- bzw. Restgasleitung 8 " ausgebildet. Während der Desorption dient die Spülgasausgangs-bzw. Desorptionsgasleitung 7 zur Abführung des während der Entspannung auf ein niedrigeres Druckniveau freigesetztes Desorptionsgases. Rohgaseingang und Produktgas- bzw. Restgasausgang können aber auch vertauscht sein. Dann erfolgt die Desorption innerhalb eines Segmentes 11 im Gleichstrom zur Adsorption. . ·

Beispiel 3

Entsprechend Fig.5 sind die durch Zwischenwände 2 gebildeten Segmente 11 durch Verlagerung der gasdurchlässigen inneren Mantelfläche 13 des Behälters 4 nach außen so gestaltet, daß im inneren Teil des Behälters segmentierten Hohlräume 16 entstehen. Das dort enthaltene Produkt- bzw. Restgasvolumen wird während der Desorption wie ein Spülgas eingesetzt und verläßt das Adsorbergefäß 1 nach Durchströmen der mit Adsorbentien 3 gefüllten Teile der Segmente durch die Desorptionsgasleitung 7 zusammen mit dem bei der Entspannung und durch Spülen freigesetzten Gas.

Beispie'4

Entsprechend Fig. 6 ist in dem Adsorbergefäß 1 der mit sechzehn Zwischenwänden 2 versehene und mit Adsorbentien 3 gefüllte Behälter 4 drehbar gelagert. Für die Zuführung des Rohgases ist das Adsorbergefäß mit zwei einander gegenüberliegenden Rohgaseingangsleitungen 6 versehen. Zwei im Winkel von 90° zu diesen Leitungen angebrachte Desorptions- bzw. Spülgasausgangsleitungen 7 dienen der Abführung der entsprechenden Gase. Das Produkt- bzw. Restgas verläßt das Adsorbergefäß 1 nach Durchströmen der Adsorbentien 3 von beiden Seiten her von außen nach innen über die gemeinsame Produkt- bzw. Restgasleitung 8 im speziell ausgebildeten inneren Teil 9 des Adsorbergefäßes 1. Ebenfalls im inneren Teil 9 des Adsorbergefäßes 1 untergebracht ist die zweigeteilte Spülgaseingangsleitung 12. In der Wandung des Adsorbergefäßes 1 befindet sich in der Mähe der Leitungen 6 und 7 je eine Erweiterung 10. Damit wird erreicht, daß pro Leitung mindestens zwei durch die Zwischenwände 2 getrennte Segmente 11 des Behälters 4 erreichbar sind. Die Erhöhung der Zahl der Gaswege im Behälter erlaubt eine gleichmäßigere Druckverteilung im Adsorber, da sich jeweils zwei radial gegenüberliegende Segmente 11 auf etwa gleichem Druckniveau befinden.

Beispiel 5

Entsprechend Fig.7 sind die Zwischenwände 2 des Behälters 4 in radialer Richtung um einen konstanten Betrag winklig angeordnet. Damit werden effektiv verlängerte Gaswege in den mit Adsorbentien 3 gefüllten Segmenten 1 erreicht.

Beispiel6

Entsprechend Fig. 8 sind die Zwischenwände 2 des Behälters 4 in radialer Richtung gekrümmt ausgebildet. Damit werden effektiv verlängerte Gaswege in den mit Adsorbentien 3 gefüllten Segmenten 11 erreicht.

Beispiel 7

Entsprechend Fig. 9 sind die Erweiterung 10 der Leitung 6 und die Durchtrittsöffnung zu der im inneren Teil 9 des Adsorbergefäßes 1 gelegenen Leitung 8 so angeordnet, daß die zweite Phase des Druckaufbaues DA2 mit Hilfe des Produkt- bzw. Restgases vorgenommen wird. Jedes einzelne Segment durchläuft bei einer Umdrehung des Behälters4 um seine eigene Achse die folgenden Phasen:

Adsorption A bei Druck p, Druckabbau DA1 über die Druckausgleichsleitung 14 auf den halben Druck p/2, Druckabbau DA2 auf den Desorptionsdruck p₀ mit beginnender Desorption, Spülen S bei Druck p₀, Druckaufbau AD 1 auf den Druck p/2 mit Hilfe des in der zweiten Phase über die Druckausgleichsleitung 14 erhaltenen Druckniveaus, weiterer Druckaufbau AD 2 auf den Adsorptionsdruck ρ mit Hilfe des Produkt- bzw. Restgases.

Beispiel 8

Entsprechend Fig. 10 sind die Erweiterung 10 der Leitung 6 und die Durchtrittsöffnungen zu der im inneren Teil 9 des Adsorbergefäßes 1 gelegenen Leitung 8 so angeordnet, daß die zweite Phase des Druckaufbaues AD2 mit Hilfe des Rohgases vorgenommen wird.

Verfahrensbeispiel 1

Das folgende Beispiel bezieht sich auf die Trocknung von Druckluft.

Entstaubte Druckluftwurde durch Kondensation vorgetrocknet. Die so behandelte Druckluft wurde bei einem Druck von 0,6 MPa und einer Temperatur von 25°C radial durch eine analog der Fig. 1, 2 und 6 konstruierte Vorrichtung, jedoch ohne Druckausgleichsleitung, geleitet, wobei die effektive Adsorbentienschichtdicke 0,2m vom äußeren zum inneren Mantel des Behälters betrug. Die Desorption erfolgte bei 0,1 MPa. Als Spülgas wurde ein geringer Teil von etwa 5% des auf 75°C erhitzten, getrockneten Produktgases benutzt. Volumenbelastung des Adsorbers und Umdrehungsgeschwindigkeit des Behälters mit den Adsorbentien wurden so geregelt, daß der Taupunkt der Lut bei etwa -40⁰C lag. Als Adsorbens wurde Silikagel eingesetzt. Die Zuleitung der vorgereinigten und vorgetrockneten Druckluft als Rohgasstrom erfolgte über zwei gegenüberliegende Eingänge, die Abführung der getrockneten Luft über eine Leitung im inneren Teil des Adsorbergefäßes. Die Desorption erfolgte jeweils im Gegenstrom mit Hilfe eines Teiles der getrockneten Luft als Spülgas. Der Druckaufbau erfolgte, da keine Druckausgleichsleitung vorhanden war, mit Hilfe des Produktgases getrocknete Luft. Der Druckabfall über den Adsorber hing etwas von der Umdrehungsgeschwindigkeit des Adsorbers ab, war aber insgesamt vernachlässigbar. Die Ausbeute an getrockneter Luft betrug zwischen 85 und 90%.

Bei Einsatz einer Druckausgleichsleitung kann die Ausbeute durch dann zusätzliche Einsparungen an Produktgas für Spülung und Druckaufbau bis auf etwa 95% gesteigert werden.

Verfahrensbeispiel 2

Das folgende Beispiel bezieht sich auf die Gewinnung von sauerstoffarmem aus Luft.

Vocgereinigte und getrocknete Druckluft wurde bei einem Druck von 0,3 bis 0,6 MPa und einer Temperaturvon 25⁰C durch einen Adsorbergemäß Fig. 1 geleitet. Dieeffektive Schüttdicke der Adsorbentien betrug 0,25m. Volumenbelastung des Adsorbers und Umdrehungsgeschwindigkeit des Behältes mit den Adsorbentien wurden so geregelt, daß der Ausgangsgehalt an Sauerstoff im Produktgas kleiner als 2 Vol.-% blieb. Als Adsorbens wurde eine kleinkörnige handelsübliche leistungsfähige Gasaktivkohle gewählt. Die Zuleitung der vorgereinigten und vorgetrockneten Druckluft erfolgte radial von außen. Damit wurde erreicht, daß durch die große Querschnittserweiterung und damit Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit Sauerstoff bevorzugt im äußeren Bereich der Adsorberschicht adsorbiert wurde. Die Abführung des Produktg.ases erfolgte im inneren Teil des Adsorbergefäßes. Über die Druckausgleichsleitung erfolgte, nachdem das entsprechende Segment die Adsorptionsphase verlassen hat, der Druckausgleich mit einem radial gegenüberliegenden, auf Desorptionsniveau befindlichen Segment. Die Strömungsrichtung war im ersteren Segment entgegen der Strömungsrichtung während der Adsorption, im zweitgenannten Segment in gleicher Strömungsrichtung mit der Adsorption. Die Dauer des Kontaktes der beiden Segmente miteinander durfte dabei nur kurz sein. Die Desorption erfolgte unter Einsatz eines geringen Teiles des gewonnenen Inertgases als Spülgas. Der Druckaufbau erfolgte in der ersten Phase durch obengenannten Druckausgleich und in der zweiten Phase mit Hilfe des Druckniveaus des Inertgases analog Fig. 9. Die Ausbeute an Inertgas betrug in Abhängigkeit von der Fahrweise zwischen 65 und 70% von der eingesetzten Druckluft.

Claims (28)

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen adsorptiven Gasreinigung und Gastrennung, bestehend aus einem zylindrischen, mit Zu-und Ableitungen für das Gas versehenen Adsorbergefäß mit einem in diesem drehbar angeordneten, segmentierten, mit Adsorbentien gefüllten Behältern, gekennzeichnet dadurch, daß dessen äußere und innere Mantelflächen gasdurchlässig und die Stirnflächen gasundurchlässig sind, gasundurchlässige, in radialer Richtung angeordnete Zwischenwände den drehbar angeordneten Behälter in mindestens sechs Segmente aufteilen, die Zwischenwände gegenüber der Adsorbergefäßwandung druckdicht abgedichtet sind und die Rohgaseingangs-, Produkt-bzw. Restgasausgangs-und die Spülgasein-bzw. Spülgasausgangsleitungen sowie die Druckausgleichsleitung in Abhängigkeit von der festgelegten Verfahrensvariante am Adsorbergefäß derart angeordnet sind, daß die einzelnen Gaswege durch den Absorber bei jeder Stellung des Behälters im Adsorbergefäß druckdicht voneinander getrennt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Adsorbergefäß aus einem äußeren Teil mit entsprechenden Öffnungen für die Rohgaszuleitung und Spülgasausgangsleitung besteht, der den drehbaren Behälter allseitig umschließt, und einem mit diesem fest verbundenen rohrförmigen inneren Teil, der axial in einen inneren Hohlraum des Behälters hineinragt, die Produkt- bzw. Restgasleitung und die Spülgaseingangsleitung aufnimmt und dieselben über entsprechende Öffnungen mitdergasdurchlässigen Innenwand des Behälters verbindet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und2,gekennzeichnetdadurch,daßderrohrförmigeinnereTeildes Adsorbergefäßes nur die Produkt- bzw. Restgasleitung enthält und als Spülgas eine bestimmte Menge des Produkt- oder Restgases über eine entsprechend dimensionierte Öffnung in diesem rohrförmigen inneren Teil bereitgestellt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der rohrförm ige innere Teil des Adsorbergefäßes nur die Produkt- bzw. Restgasleitung enthält und kein Spülgas zum Einsatz kommt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß keine Druckausgleichsleitung vorhanden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Segmentzwischenwände des Behälters den inneren Mantel des Behälters überragen und zwischen der gasdurchlässigen inneren Mantelfläche des Behälters und dem rohrförmigen inneren Teil des Gefäßes ein segmentierter Hohlraum vorhanden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Lagevon Rohgaseingangsund Produkt- bzw. Restgasausgangsleitung miteinander vertauscht sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 und 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Lage von Spülgasein-und Spülgasausgangsleitung miteinander vertauscht sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß sich die Rohgaseingangs- und Produkt- bzw. Restgasausgangsleitung bezogen auf die jeweiligen Segmente nicht deckungsgleich gegenüberliegen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere Rohgaseingangs-, Produktbzw. Restgasausgangs-, Spülgaseingangs- und Spülgasausgangs- sowie Druckausgleichsleitungen unter gleichzeitiger Erhöhung der Zahl der Segmente des Behälters am Adsorptionsgefäß angebracht sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die gasundurchlässigen Zwischenwände des Behälters in einem Winkel zum Radius des Zylinders angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die gasundurchlässigen Zwischenwände des Behälters eine in radialer Richtung gekrümmte Form besitzen.

13. Verfahren zur kontinuierlichen adsorptiven Gasreinigung und Gastrennung, gekennzeichnet dadurch, daß ein Rohgasstrom, der aus mindestens einer leichtadsorbierbaren und mindestens einer schweradsorbierbaren Komponente besteht,über eine oder mehrere Leitungen durch eine um eine Achse drehbar angeordnetes und durch Zwischenräume in Segmente unterteiltes Adsorberbett geleitet wird, hierbei weitestgehend von der leichtadsorbierbaren Komponente befreit wird, das oder die jeweiligen Adsorberbettsegmente an der gegenüberliegenden Seite als

' Produktgasstrom verläßt und ein Spülgasstrom gleichzeitig an anderer Stelle des segmentierten Adsorberbettes durch mindestens ein Adsorberbettsegment unter gleichem oder niedrigerem

Druck zum Zwecke der Desorption der adsorbierten Komponente geleitet wird, wobei durch dichtende Zwischenwände im Adsorberbett ein Überströmen des unter gleichem oder höherem Druck stehenden Rohgas- und Produkt- bzw. Restgasstromes aus Segmenten, die sich in der Adsorptionsphase befinden, zu Segmenten die unter gleichem oder niedrigerem Druck desorbiert und gespült werden; verhindert wird und die Adsorptions- und Desorptionsphasen sowie alle notwendigen Übergangsphasen wie die Druckaufbau- und Druckabbauphasen in jedem Adsorberbett durch die Geschwindigkeit der Drehbewegung des Behälters mit dem Adsorberbett und die Anordnung der Rohgaseingangs-, Produktgasausgangs-, Spülgaseingangs- und Spülgasausgangsöffnungen sowie der Druckausgleichsleitung am Behälter mit dem segmentierten Adsorberbett in einem vorgegebenen Rhythmus erfolgen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet dadurch, daß die Desorption bei atmosphärischem^"?- oder einem gegenüber dem atmosphärischen Druck erniedrigten Druck durchgeführt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 und 14, gekennzeichnet dadurch, daß der Rohgasstrom radial von

_ außen nach innen durch mindestens ein Adsorberbettsegment geleitet wird und den Adsorber als Produkt- oder Restgasstrom über die axial bis in den Innenraum des Behälters führende Leitung verläßt.

16. Verfahren nach Anspruch 13 und 14, gekennzeichnet dadurch, daß der Rohgasstrom axial über die bis in den Innenraum des Behälters führende Leitung gelangt, von hier aus mindestens ein Adsorberbettsegment von innen nach außen durchströmt und den Adsorber außen als Produktbzw. Restgasstrom verläßt.

17. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet dadurch, daß als Spülgas ein Teil des Produkt- bzw. Restgases verwendet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet dadurch, daß als Spülgas ein Teil des Rohgases verwendet wird.

19. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet dadurch, daß als Spülgas ein zusätzliches Gas, wie Wasserstoff oder Helium, verwendet wird.

20. Verfahren nach Anspruch 13 bis 19, gekennzeichnet dadurch, daß die Spülgasrichtung im jeweiligen Behältersegment der Richtung des Roh- und Produkt- bzw. Restgasstromes entgegengerichtet ist.

21. Verfahren nach Anspruch 13 bis 19, gekennzeichnet dadurch, daß die Spülgasrichtung im jeweiligen Behältersegment die gleiche ist, wie die des Roh- und Produkt- bzw. Restgases während der Adsorptionsphase. ^:

22. Verfahren nach Anspruch 13 bis 21, gekennzeichnet dadurch, daß der Spülgasstrom eine höhere Temperatur als der Rohgasstrom besitzt. *

23. Verfahren nach Anspruch 13 bis 16, gekennzeichnet dadurch, daß die Desorption ohne Einsatz eines Spülgases erfolgt.

24. Verfahren nach Anspruch 13 und 14, gekennzeichnet dadurch, daß über die Druckausgleichsleitung der Druck, der in einem Segment des Behälters herrscht, welches gerade die Adsorptionsphase verlassen hat, benutztwird, um in einem Segment, welches bei niedrigerem Druck gerade die Desorptionsphase verlassen hat, mit dem Druckaufbau zu beginnen.

25. Verfahren nach Anspruch 13 bis 24, gekennzeichnet dadurch, daß die zweite Phase des Druckaufbaues auf den Adsorptionsdruck mit Hilfe des Produkt- bzw. Restgasstromes erfolgt.

26. Verfahren nach Anspruch 13 und 24, gekennzeichnet dadurch, daß die zweite des Druckaufbaues auf den Adsorptionsdruck mit Hilfe des Rohgasstromes erfolgt.

27. Verfahren nach Anspruch 13 bis 24, gekennzeichnet dadurch, daß die Phasen, Adsorption, Druckabbau, Desorption und Druckaufbau bei jeder Umdrehung des segmentierten Behälters um eine Achse mindestens einmal durchlaufen werden. .

28. Verfahren nach Anspruch 13 bis 27, gekennzeichnet dadurch, daß die Dauer des Durchlaufens eines Druckwechselzyklus durch die Umdrehungsgeschwindigkeit des Behälters eingestellt wird, wodurch eine Anpassung an unterschiedliche Konzentrationen der zu adsorbierenden Komponenten im Rohgasstrom bei Einhaltung einer einheitlichen Qualität des Produktionsgasstromes in weiten Grenzen möglich ist.

Hierzu 5 Seiten Zeichnungen