DD259795A1 - 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. Mittel 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 und in radialer Richtung angeordnete Zwischenwaende gasundurchlaessig, dessen Stirnflaechen gasdurchlaessig und die Zwischenwaende gegenueber der Adsorbergefaesswandung druckdicht abgedichtet sind. Fig. 1

Description

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen

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 deradsorptiven Reinigung oderTrennung 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 wieder hergestellt 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 Analgen 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 regeltechnische 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 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 gelarrgt 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 karussellförrniger Entfeuchter bekannt, bei dem senkrechte Platten kreisförmig in einem Zylinder in radialer Richtung angebracht sind und in tangentialer Richtung zur Entfeuchtung von Gas durchströmt werden (US-PS 4549892). 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 Adsorptionsmittelbetten 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 Einzelfall 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

Es ist Ziel der Erfindung, bei der adsorptiven Gasreinigung und Gastrennung mittels Druckwechseladsorption die Fahrweise des Adsorbers an unterschiedliche Konzentrationen der Gaskomponenten des Rohgasstromes ohne zusätzlichen Aufwand anzupassen, zyklische Umschaltungen über Schaltventile entfallen zu lassen und die gesamte Vorrichtung zu vereinfachen. .

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 adsorbergefäß mit einem in diesem drehbar angeordneten, segmentierten, mit Adsorbentien gefüllten Behälter, wobei erfindungsgemäß dessen Stirnflächen gasdurchlässig sind, während die Mantelfläche gasundurchlässig ist, gasundurchlässige und in radialer Richtung angeordnete Zwischenwände den drehbar angeordneten Behälter in mindestens sechs Segmente aufteilen, die Zwischenwände gegenüber derAdsorbergefäßwandung druckdicht abgedichtet sind und die Rohgaseingangs-, Produkt- bzw. Restgasausgangs- und die Spülgasein- bzw. Spülgasausgangsleitungen sowie die Druckausgleichsleitung druckdicht voneinander getrennt angebracht sind.

Es ist vorteilhaft, wenn sich Rohgaseingangs- und Produkt- bzw. Restgasausgangsleitungen sowie Spülgasein- und Spülgasausgangsleitungen jeweils an einander gegenüberliegenden Stirnflächen des Adsorbergefäßes befinden. Bei Verwendung von Produkt- bzw. Restgas als Spülgas ist es günstig, wenn auf der Seite, an der die Produkt- bzw. Restgasausgangsleitung angebracht ist, die gasdurchlässige Stirnfläche des Behälters so angeordnet ist, daß zwischen dem mit Adsorbentien gefüllten Behälterteil und der Gefäßwandung ein segmentierter Hohlraum entsteht, dessen einzelne Zellen durch die gasundurchlässigen Zwischenwände mit Dichtflächen zur Gefäßwandung druckdicht gestaltet sind, oder wenn die Adsorbientien zwischen zwei gasdurchlässigen Böden derart angeordnet sind, daß sowohl oberhalb als auch unterhalb des mit Adsorbentien gefüllten Teils des Behälters segmentierte Hohlräume gebildet werden, deren einzelne Zellen durch die gasundurchlässigen Zwischenwände mit Dichtflächen zur Gefäßwandung druckdicht gestaltet sind. In diesem Fall ist es sinnvoll, wenn keine Spülgaseingangsleitung vorhanden ist und die Spülgasausgangsleitung als Desorptionsgasleitung benutzt wird, wobei das im jeweiligen segmentierten Hohlraum vorhandende Gas als Spülgas eingesetzt wird.

Es ist auch üblich, daß sämtliche Gasleitungen an der äußeren Mantelfläche des Gefäßes jeweils ober- und unterhalb des mit Adsorbentien gefüllten Teils des Behälters angeordnet sind, wobei die dort befindlichen segmentierten Hohlräume des Behälters an den Stirnflächen des Behälters gasundurchlässige Wände und an den Mantelflächen gasdurchlässige Wände zwischen den einzelnen gasundurchlässigen Zwischenwänden besitzen.

Bei Reinigung oder Trennung geringer Gasmengen oder dann, wenn der Grad der Ausbeute an Produktgas unerheblich ist, kann entsprechend der gewählten Verfahrensvariante die Druckausgleichsleitung entfallen.

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

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur kontinuierlichen adsorptiven Gasreinigung und Gastrennung, bei dem erfindungsgemäß ein Rohgasstrom, der aus mindestens einer leichtadsorbierbaren und mindestens einer .schwe.radsorbierbaren 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 jeweiligen Ädsorberbettsegmente ander 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.

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

Dabei ist es vorteilhaft, daß die Strömungsrichtungen der Gase in der Adsorptionsphase und-die in der Desorptionsphase entgegengesetzt gerichtet sind.

Bei Verfahrensvarianten der Gasreinigung mit geringen Verunreinigungen im Rohgasstr'om ist es jedoch günstiger, wenn die Strömungsrichtungen der Gase in der Adsorptionsphase und in der Desorptionsphase gleichgerichtet sind.

Es ist zweckmäßig, wenn als Spülgas ein Teil des Produkt- bzw. Restgases verwendet wird. 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, wenn als Spülgas ein zusätzliches Gas, wie Wasserstoff oder Helium, verwendet wird. Der Grad der Desorption kann ebenfalls erhöht werden, wen η 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 Verfahren wird dadurch erreicht, daß über die Druckausgleichsleitung der Druck, der in einem Segment des Behälters herrscht, das gerade die Adsorptionsphase verlassen hat, benutzt wird, um in einem Segment, welches ber niedrigerem Druck gerade die Desorptionsphase verlassen hat, mit dem Druckaufbau zu beginnen.

Es ist üblich, daß die zweite Phase des Druckaufbaues auf den Adsorptionsdruck mit Hilfe des Produkt- bzw. Restgasstromes erfolgt. Wenn auf eine hohe Ausbeute des Produktgasstromes orientiert wird, ist es günstiger, daß 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 segmentierten Behälters um die Achse mindestens einmaldurchlaufen werden.

Bei wechselnden Konzentrationen wird die Dauer des Durchlaufens eines Druckwechselzyklus durch die Umdrehungsgeschwindigkeit des drehbaren Behälters eingestellt.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird nachfolgend an 6 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 und axialem Gasein- und Gasaustritt am Adsorbergefäß. Fig. 2 zeigt den dazugehörigen Querschnitt auf der Rohgaseingangsseite

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

Spülgasleitung

Fig.4 zeigt den Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen adsorptiven Gasreinigung undGastrennung mit

Spülgasleitung und radialem Gasein-und Gasaustritt am Adsorbergefäß. .

Fig. 5 zeigt den dazugehörigen Querschnitt.

Fig. 6 zeigt den Querschnitt durch eine Vorrichtung mit je zwei Gas- und Spülgasaus- und -eingängen. Fig. 7 zeigt die schematische Projektion der unterschiedlichen Lage der Rohgaseingangs-und Produkt- bzw.

Restgasausgangsleitung aufeinander

Fig. 8 zeigt eine weitere mögliche Anordnung hierzu.

Beispiel 1

Entsprechend den Fig. 1 und 2 ist in einem Adsorbergefäß 1 ein mit acht Zwischenwänden 2 versehener und mit Adsorbentien gefüllter Behälter 4 drehbar um eine Achse 5 gelagert. An der Ober- und Unterkante der Zwischenwände 2 sind die jeweiligen Berührungsflächen mit dem Boden und dem Deckel des Adsorbergefäßes als Dichtflächen 6 ausgebildet. Für die Zuführung des Rohrgases ist das Adsorbergefäß 1 mit der Rohgaseingangsleitung 7 versehen. Das nichtadsorbierte Produkt- bzw. Restgas

verläßt den Behälter 4 am gegenüberliegenden Ende über Gasleitung 8. Das Spülgas tritt über die Spülgaseingangsleitung 9 ein und nach Durchströmen des Behälters 4 am entgegengesetzten Ende zusammen mit dem desorbierten Gas über die Spülgasausgangs- bzw. Desorptionsgasleitung 10 aus. Die genannten Gasleitungen 7 bis 10 besitzen an ihren Ein- und Austrittsstellen Erweiterungen 11. Dadurch werden mindestens zwei Segmente 12 gleichzeitig mit der entsprechenden Gasleitung verbunden. Der Mantel des Behälters ist gasundurchlässig, während Deck- und Bodenflächen als gasdurchlässige Flächen 13 gestaltet sind. Auf der Seite der Rohgaseingangsleitung 7 befindet sich die Druckausgleichsleitung 14, deren beide Enden ein Segment verbindet, welches gerade den Adsorptionsbereich bzw. Durchströmungsbereich der Leitungen 7-und 8 verlassen hat, mit einem Segment, welches gerade den Desorptionsbereich bzw. Durchströmungsbereich der Leitungen 9 und 10 verlassen hat. Spülgaseingang und Spülgas- bzw. Desorptionsgasausgang können jedoch auch vertauscht werden, so daß der Spülvorgang im Gleichstrom zur Durchströmung in der Adsorptionsphase erfolgt. Die Druckausgleichsleitung 14 kann auch entfallen. Damit wird jedoch die Arbeitsweise der Vorrichtung unökonomischer. Beispiel 2

Entsprechend Fig. 3 ist keine Desorption mit Hilfe eines Spülgases vorgesehen. Die Desorption der adsorbierten Komponenten erfolgt durch reine Druckabsenkung. Dasdesorbierte Gas verläßt das Adsorbergefäß über die Gasleitung 10. Die untere gasdurchlässige Fläche 13 ist etwas in das Innere des Behälters 4 gerückt, so daß ein durch die einzelnen Zwischenwände 2 segmentiert^ Hohlraum 15 entsteht. Das in den einzelnen druckdichten Segmenten dieses Hohlraumes 15 befindliche Gas wirkt während der Desorption durch Druckabsenkung wie.ein Spülglas. Bei dieser Ausführungsform ist es günstig, ohne Druckausgleichsleitung zu arbeiten

Beispiels

Entsprechend Fig.4 und 5 sind die Gasleitungen 7,8, 9,10 und 14 am äußeren Mantel des Adsorbergefäßes 1 angebracht. Der Behälter 4 enthält ober- und unterhalb des mit Adsorbentien 3 gefüllten Teiles des Behälters 4 je einen segmentierten Hohlraum 15, der als Fortsetzung der jeweiligen Gasleitungen fungiert. Die oberhalb und unterhalb des segmentierten Hohlraumes 15 befindlichen Deckflächen des Behälters 4 sind ebenso gasundurchlässig gestaltet wie der Mantel des Teiles des Behälters 4, der mit Adsorbentien gefüllt ist und sich zwischen den beiden gasdurchlässigen Flächen 13 befindet. Die segmentierten Hohlräume 15 sind nach außen hin offen und gestatten somit den ungehinderten Gasein-und Gasaustritt. Die Zwischenwände 2 besitzen in diesem Bereich Dichtschichten 6, die eine druckfeste Dichtung an den Berührungsflächen mit dem Adsorbergefäß 1 erlauben

Beispiel 4

Entsprechend Fig. 6 sind je zwei Rohgaseingangsleitungen 7 und Spülgas- bzw. Desorptionsgasausgangsleitungen 10 mit den entsprechenden Erweiterungen und je zwei Druckausgleichsleitungen 14 an der oberen Deckfläche des Adsorbergefäßes angebracht. Den Gasleitungen 7 und 10 gegenüber liegen die je zwei Produkt- bzw. Restgasausgangsleitungen 8 und Spülgaseingangsleitungen9. Sie sind in Fig. 6 nicht gezeichnet; ihre Lage ergibt sich jedoch analog Fig. 1 und 2. Die Zahl der Zwischenwände 2 und Segmente 12 ist gegenüber Fig. 1 und 2 ebenfalls verdoppelt. Diese Bauweise hat den Vorteil, daß die durch die unterschiedlichen Drücke während der Adsorption und Desorption verursachten Kräfte sich weitestgehend aufheben und zu geringeren Belastungen der Dichtflächen 6 führen

Beispiel 5

Entsprechend Fig. 7 und 8 ist in je einer schematischen Projektion die unterschiedliche Lage von Rohgaseingangsleitung 7 mit der entsprechenden Erweiterung 11 und Produkt- bzw. Restgasausgangsleitung 8 mit der entsprechenden Erweiterung 11 relativ zueinander in bezug auf die durch Zwischenwände 2 erhaltenen Segmente 12 des Behälters 4 dargestellt. Die Rohgaseingangsleitung 7 mit der entsprechenden Erweiterung 11 ist dabei voll gezeichnet, die darunterliegenden Leitungen sind gestrichelt gezeichnet. Spülgasein- und Spülgas- bzw. Desorptionsgasausgangsleitung 10 liegen exakt übereinander. Die Kanten der die Segmente 12 bildenden Zwischenwände sind durch dünne Linien angedeutet. Entsprechend Fig. 7 ist die Lage der Rohgaseingangsleitung 7 in bezug auf die Lage der Produkt- bzw. Restgasausgangsleitung 8 in Drehrichtung des Behälters 4 verschoben. Damit wird erreicht, daß das sich in Richtung Adsorption drehende Segment 12 zuerst mit der Produkt- bzw. Restgasleitung 8 verbunden wird und durch das dort vorhandene Gas auf den während der Adsorption benötigten Druck gebracht wird. Der Druckaufbau AD 2 erfolgt somit mit Hilfe des Produkt-bzw. Restgases.

Beispiel 6 -

Entsprechende Fig. 8 ist die Lage der Rohgaseingangsleitung 7 in bezug auf die Lage der Produkt-bzw. Restgasausgangsleitung entgegen der Drehrichtung des Behälters 4 verschoben. Damit wird erreicht, daß das sich in Richtung Adsorption drehende Segment 12 zuerst mit der'Rohgasleitung 7 verbunden wird und durch das dort vorhandene Gas auf den während der Adsorption benötigten Druck gebracht wird. Der Druckaufbau AD2 erfolgt somit mit Hilfe des Rohgases.

Entsprechend Fig.7 und 8 durchläuft jedes Segment 12 während einer Umdrehung des Behälters 4 um seine Achse 5 die folgenden Phasen: Adsorption A beim Druck p, Druckabbau DA1 über die Druckausgleichsleitung 14 auf den halben Druck P/2, Druckabau DA2 auf den Desorptionsdruck p₀ mit beginnender Desorption, Spülen S beim 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 AD2auf den Adsorptionsdruck ρ mit Hilfe des entsprechenden Gases

Verfahrensbeispiel 1

Das folgende Beispiel bezieht sich auf die Trocknung von Luft. Entstaubte Druckluft wurde durch Kondensation vorgetrocknet. Die so behandelte Druckluft wurde bei einem Druck von 0,6MPa und einer Temperatur von 25°C durch eine analog der Fig. 1,2 und 6 konstruierte Vorrichtung, jedoch ohne Druckausgleichsleitung, geleitet, wobei die effektive Adsorbentienschichtdicke 0,4m von oben nach unten über den mit Adsorbentien gefüllten Teil des Behälters betrug. Die Desorption erfolgte bei 0,1 MPa. Als Spülgas wurde ein geringer Teil von etwa 5% des aus 75°C erhitzten getrockneten Produktgases benutzt. Volumenbelastung des Adsorbers und Umdrehungsgeschwindigkeit des Behälters mit den Adsorbentien wurden so geregelt, daß der Taupunkt der Luft bei -40°C lag. Als Adsorbens wurde Silikagel eingesetzt. Die Zuleitung der vorgereinigten und vorgetrockneten Druckluft als Rohgasstrom erfolgte über zwei gegenüberliegende Eingänge am Deckel des Adsorbergefäßes, die Abführung der getrockneten Luft über zwei Leitungen am Boden des Adsorbergefäßes. Die Desorption erfolgte jeweils im Gegenstrom mit Hilfe eines Teils 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 gering. Die Ausbeute an getrockneter Luft betrug ca. 85 bis 90%. Bei Einsatz einer Druckausgleichsleitung kann die Ausbeute durch dann zusätzliche Einsparungen an Produktgas für Spülung und Druckaufbau bis auf 95% gesteigert werden

Verfahrensbeispiel 2

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

Vorgereinigte und getrocknete Luft wurde bei einem Druck von 0,3 bis 0,6MPa und einer Temperatur von 25°C durch einen Adsorberentsprechend Fig. 1 geleitet. Die effektive Schüttdicke der Adsorbentien betrug 0,40 m. Volumenbelastung des Adsorbens und Umdrehungsgeschwindigkeit des Behälters 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 verwendet. Die Zuleitung der vorgereinigten und vorgetrockneten Druckluft erfolgte axial am Kopf des Adsorbergefäßes. 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 Produktgases erfolgte am unteren Teil des Adsorbergefäßes ebenfalls axial. Über die Druckausgleichsleitung erfolgte, nachdem das entsprechende Segment die Adsorptionsphase verlassen hatte, der Druckausgleich mit einem radial gegenüberliegenden, auf Desorptionsniveau befindlichen Segment. Die Strömungsrichtung war in ersterem Segment entgegen der Strömungsrichtung während der Adsorption, in zweitgenanntem Segment in gleicher Strömungsrichtung mit der Adsorption. Die Dauer des Kontaktes der beiden Segmente miteinander war dabei nur kurz. Die Desorption erfolgte unter Einsatzeines geringen Teiles des gewonnenen Inertgases als Spülgas. Der Druckaufbau erfolgte in der ersten Phase durch Druckausgleich, in der zweiten Phase mit Hilfe des Druckniveaus des Inertgases analog Fig.7. Die Ausbeute betrug 70% der eingesetzten Luft.

Claims (22)

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 Behälter, gekennzeichnet dadurch, daß dessen Stirnflächen gasdurchlässig sind, während die Mantelfläche gasundurchlässig ist, gasundurchlässige und 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 druckdicht voneinander getrennt angebracht sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß sich Rohgaseingangs- und Produktbzw. Restgasausgangsleitungen sowie Spülgasein- und -ausgangsleitungen jeweils an einander gegenüberliegenden Stirnflächen des Adsorbergefäßes befinden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß auf der Seite, an der die Produkt- bzw. Restgasausgangsleitung angebracht ist, die gasdurchlässige Stirnfläche des Behälters so angeordnet ist, daß zwischen dem mit Adsorbentien gefüllten Behälterteil und der Gefäßwandung ein segmentierter Hohlraum entsteht, dessen einzelne Zellen durch die gasundurchlässigen ' Zwischenwände mit Dichtflächen zur Gefäßwandung druckdicht gestaltet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Adsorbentien zwischen zwei gasdurchlässigen Böden derart angeordnet sind, daß sowohl oberhalb als auch unterhalb des mit Adsorbentien gefüllten Teils des Behälters segmentierte Hohlräume gebildet werden, deren einzelne Zellen durch die gasundurchlässigen Zwischenwände mit Dichtflächen zur Gefäßwändung druckdicht gestaltet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß keine Spülgaseingangsleitung vorhanden ist und die Spülgasausgangsleitung als Desorptionsgasleitung benutzt wird, wobei das im jeweiligen segmentierten Hohlraum vorhandene Gas als Spülgas eingesetzt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß sämtliche Gasleitungen an der äußeren Mantelfläche des Gefäßes jeweils ober- und unterhalb des mit Adsorbentien gefüllten Teils des Behälters angeordnet sind, wobei die dort befindlichen segmentierten Hohlräume des Behälters an den Stirnflächen des Behälters gasundurchlässige Wände und an den Mantelflächen gasdurchlässige Wände zwischen den einzelnen gasundurchlässigen Zwischenwänden besitzen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß entsprechend der gewählten Verfahrensvariante die Druckausgleichsleitung entfällt.

8. 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 Adsorbergefäß angebracht sind.

9. Verfahren zur kontinuierlichen adsorptiven Gasreinigung und Gastrennung, gekennzeichnet dadurch, daß ein Rohgasstrom, der aus mindestens einer leichtadsorbierbaren und mindestens einerschweradsorbierbaren Komponente besteht, über eine odermehrere Zuleitungen durch eine 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 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 Prddukt- 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

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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 Spülgasäusgangsöffnungen sowie der Druckausgleichsleitung am Behälter mit dem segmentierten Adsorberbett in einem vorgegebenen Rhythmus erfoigen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet dadurch, daß die Desorption bei atmosphärischem oder einem gegenüber dem atmosphärischen Druck erniedrigten Druck durchgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 und 10, gekennzeichnet dadurch, daß die Strömungsrichtungen der Gase in der Adsorptionsphase und die in der Desorptionsphase entgegengesetzt gerichtet sind.

12. Verfahren nach Anspruch 9 und 10, gekennzeichnet dadurch, daß die Strömungsrichtungen der Gase in der Adsorptionsphase undin der Desorptionsphase gleichgerichtet sind.

13. Verfahren nach Anspruch 9 bis 12, gekennzeichnet dadurch, daß als Spülgas ein Teil des Produktbzw. Restgases verwendet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 9 bis 12, gekennzeichnet dadurch, daß als Spülgas ein Teil des Rohgases verwendet wird.

15. Verfahren nach Anspruch 9 bis 12, gekennzeichnet dadurch, daß als Spülgas ein zusätzliches Gas, wie Wasserstoff oder Helium, verwendet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 9 bis 15, gekennzeichnet dadurch, daß der Spülgasstrom eine höhere Temperatur als der Rohgasstrom besitzt.

17. Verfahren nach Anspruch 9 bis 12, gekennzeichnet dadurch, daß die Desorption ohne Einsatz eines Spülgases erfolgt.

18. Verfahren nach Anspruch 9 und 10, gekennzeichnet dadurch, daß über die Druckausgleichsleitung der Druck, der in einem Segment des Behälters herrscht, der gerade die Adsorptionsphase verlassen hat, benutzt wird, um in einem Segment, welches bei niedrigem Druck gerade die Desorptionsphase verlassen hat, mit dem Druckaufbäu zu beginnen.

19. Verfahren nach Anspruch 9 bis 18, gekennzeichnet dadurch, daß die zweite Phase des Druckaufbaues auf den Adsorptionsdruck mit Hilfe des Produkt- bzw. Restgasstromes erfolgt.

20. Verfahren nach Anspruch 9 bis 18, gekennzeichnet dadurch, daß die zweite Phase des Druckaufbaues auf den Adsorptionsdruck mit Hilfe des Rohgasstromes erfolgt.

21. Verfahren nach Anspruch 9 bis 18, gekennzeichnet dadurch, daß die Phasen Adsorption, Druckabbau, Desorption und Druckaufbau bei jeder Umdrehung des segmentierten Behälters um die Achse mindestens einmal durchlaufen werden.

22. Verfahren nach Anspruch 9 bis 21, gekennzeichnet dadurch, daß die Dauer des Durchlaufens eines Druckwechselzyklus durch die Umdrehungsgeschwindigkeit des drehbaren Behälters eingestellt wird.