DE10126101A1 - Druckwechseladsorptionsverfahren und -anlage - Google Patents

Abstract

Es werden ein Druckwechseladsorptionsverfahren mit wenigstens vier Adsorbern, wobei der Adsorber neben den Adsorptions- und gegebenenfalls Entspannungstakten zumindest einen Spültakt durchlaufen und das für den Spültakt erforderliche Spülgas von einem anderen Adsorber bereitgestellt wird, sowie eine Druckwechseladsorptionsanlage beschrieben. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist die Anzahl derjenigen Adsorber, die Spülgas bereitstellen, geringer als die Anzahl derjenigen Adsorber, die einen Spültakt durchlaufen, und es erfolgt zumindest zeitgleich keine externe Spülgasbereitstellung. DOLLAR A Hierbei versorgt ein Spülgas bereitstellender Adsorber vorzugsweise wenigstens zwei Adsorber mit Spülgas.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckwechseladsorptionsverfahren mit wenigstens vier Adsorbern, wobei die Adsorber neben den Adsorptions- und gegebenenfalls Entspannungstakten zumindest einen Spültakt durchlaufen und das für den Spültakt erforderliche Spülgas von einem anderen Adsorber bereitgestellt wird.

Ferner betrifft die Erfindung eine Druckwechseladsorptionsanlage mit wenigstens vier Adsorbern sowie Verbindungsleitungen zwischen den Adsorbern. Eine derartige Druckwechseladsorptionsanlage ist insbesondere zur Durchführung des gattungsgemäßen Druckwechseladsorptionsverfahrens geeignet.

Anhand des in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles sei ein zum Stand der Technik zählendes, gattungsgemäßes Druckwechseladsorptionsverfahren erläutert. Bei einem derartigen Druckwechseladsorptionsprozess sind beispielsweise - wie in der Fig. 1 dargestellt - vier Adsorber A1 bis A4 in Serie geschaltet. Prinzipiell kann die Anzahl der Adsorber beliebig groß gewählt werden.

Anhand des Adsorbers A2 sei nachfolgend ein beispielhafter Prozessablauf des gattungsgemäßen Druckwechseladsorptionsverfahrens erläutert.

Über Leitung 1 wird dem Adsorber A2 bei geöffnetem Ventil a' ein wenigstens zweikomponentiges Gasgemisch zugeführt. Entsprechend der Wahl des oder der Adsorptionsmittel innerhalb des Adsorbers A2 werden eine oder mehrere Komponenten des dem Adsorber A2 zugeführten Gasgemisches an dem oder den Adsorptionsmitteln angelagert, so dass am Kopf des Adsorbers A2 bei geöffnetem Ventil d' - die Ventile b' und c' sind geschlossen - über Leitung 2 ein von wenigstens einer Komponente befreites Gas(gemisch) abgezogen wird. Im Regelfall wird dieses Gas(gemisch) das Produkt darstellen; denkbar ist jedoch auch, dass die an dem oder den Adsorptionsmitteln angelagerte Komponente bzw. Komponenten das Produkt darstellen und in einem dem Adsorptionstakt nachgeschalteten Prozessschritt gewonnen werden.

Wird der Adsorber A2 nach Beendigung des Adsorptionstaktes und ggf. nach Beendigung eines oder mehrerer Entspannungstakte in den Spültakt geschaltet, so dient der Adsorber A1 als Spülgaslieferant für den Adsorber A2. Dazu werden die Ventile b und b' geöffnet, so dass über die (Verbindungs)Leitung 4 das Spülgas von dem Adsorber A1 dem Adsorber A2 zugeführt werden kann - dargestellt durch die fett gezeichnete Gasführung. Bei geöffnetem Ventil e' werden über Leitung 3 das Spülgas sowie die von ihm aus dem oder den Adsorptionsmitteln des Adsorbers A2 abgezogenen Komponenten aus dem Adsorber A2 abgeführt.

Werden nun zwei Adsorber - im beschriebenen Ausführungsbeispiel sind dies die Adsorber A2 und A4 - zeitgleich gespült, so erfolgt die Bereitstellung des Spülgases bisher ebenfalls durch zwei Adsorber, nämlich den Adsorbern A1 und A3. Die Überführung des Spülgases aus dem Adsorber A3 in den Adsorber A4 muss jedoch bei geöffneten Ventilen c" und c''' über die (Verbindungs)Leitung 5 erfolgen, da die (Verbindungs)Leitung 4 für die zeitgleich erfolgende Überführung des Spülgases aus dem Adsorber A1 in den Adsorber A2 benötigt wird.

Abhängig von der Anzahl der zeitgleich zu spülenden Adsorber ergeben sich mehrere Adsorber-Paare, bestehend jeweils aus einem zu spülenden und einem Spülgas­ liefernden Adsorber. Diese Adsorber-Paare sind jeweils über eine eigene Leitung sowie zugehörige Ventile miteinander verbunden. Bei den bekannten Druckwechseladsorptionsverfahren entspricht die Anzahl der zeitgleich zu spülenden Adsorber exakt der Anzahl der zeitgleich Spülgas-liefernden Adsorber.

Die Fig. 2 zeigt das Taktschema eines sog. 10/3/3- Druckwechseladsorptionsprozesses. Hierbei bedeutet die Bezeichnung "10/3/3", dass zehn Adsorber vorgesehen sind, wobei sich zeitgleich drei Adsorber in der Adsorptionsphase befinden und drei Druckausgleichsschritte vorgesehen sind. Die Adsorber sind in diesem Taktschema mit A1 bis A10 bezeichnet.

Wie aus diesem Taktschema ersichtlich, durchläuft jeder Adsorber drei Takte in denen er Spülgas bereitstellt; es sind dies die Takte PP1, PP2 sowie PP3 - die Bezeichnung "PP" steht hierbei für "Provide Purge". Wie bspw. aus der 3. Spalte (= Step 2) ersichtlich, dienen die Adsorber A9 und A10 als Spülgaslieferanten PP3 bzw. PP1, während die Adsorber A7 und A8 mit dem Spülgas der vorgenannten Spülgaslieferanten gespült werden. Hierbei sind die Adsorber A7 und A10 miteinander sowie die Adsorber A8 und A9 miteinander über entsprechende (Verbindungs)Leitungen und Ventile verbunden.

Nachteilig bei der vorbeschriebenen Verfahrensweise ist somit, dass für jedes Adsorber-Paar eine eigene Verbindungsleitung nebst Ventilen vorgesehen werden müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßes Druckwechseladsorptionsverfahren vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Anzahl derjenigen Adsorber, die Spülgas bereitstellen, geringer ist als die Anzahl derjenigen Adsorber, die einen Spültakt durchlaufen, und dass zumindest zeitgleich keine externe Spülgasbereitstellung erfolgt.

Unter dem Begriff "externe Spülgasbereitstellung" sei hierbei jede Bereitstellung von Spülgas - bspw. aus einem (externen) Pufferbehälter -, bei der das Spülgas nicht unmittelbar aus einem der anderen Adsorber abgezogen und dem zu spülenden Adsorber zugeführt wird, zu verstehen.

Vorzugsweise ist die Anzahl derjenigen Adsorber, die Spülgas bereitstellen, zu jedem Zeitpunkt geringer ist als die Anzahl derjenigen Adsorber, die einen Spültakt durchlaufen.

Das erfindungsgemäße Druckwechseladsorptionsverfahren weiterbildend wird vorgeschlagen, dass ein Spülgas bereitstellender Adsorber wenigstens zwei Adsorber mit Spülgas versorgt.

Das erfindungsgemäße Druckwechseladsorptionsverfahren sowie weitere Ausgestaltungen desselben, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen, seien im Folgenden anhand des in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Ferner wird anhand der Fig. 4 ein Taktschema dargestellt, das eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckwechseladsorptionsverfahrens wiedergibt.

Erfindungsgemäß erfolgt nunmehr die Bereitstellung von Spülgas für zwei in einem Spültakt befindliche Adsorber - in der Fig. 3 sind dies die Adsorber A2 und A4 - durch lediglich einen Adsorber A1. Bei geöffneten Ventilen b, b' und b''' wird am Kopf des Adsorbers A1 das Spülgas abgezogen und über die Leitung 4 den Adsorbern A2 und A4 zugeführt. Da der Adsorber A3 im Gegensatz zu der in der Fig. 1 dargestellten Verfahrensweise nunmehr nicht der Bereitstellung von Spülgas dient, kann in ihm ein anderer Prozessschritt, wie beispielsweise ein Adsorptions- oder Entspannungsschritt, realisiert werden. Auch können die in der Fig. 3 noch dargestellte Verbindungsleitung 5 und die ihr zugeordneten Ventile c bis c''' bei der Realisierung des erfindungsgemäßen Druckwechseladsorptionsverfahrens eingespart oder für andere Aufgaben verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Durckwechseladsorptionsverfahren in vorteilhafter Weise weiterbildend wird vorgeschlagen, dass die Verteilung der aus einem Adsorber abgezogenen Spülgasmenge auf wenigstens zwei Adsorber geregelt erfolgt.

In vorteilhafter Weise erfolgt die Regelung der den Adsorbern zugeführten Spülgasmengen daher in Abhängigkeit bestimmter Regelgrößen, wie beispielsweise den Durchflussmengen des oder der Spülgase und/oder dem Differenzdruck über die Adsorptionsmittelschüttungen.

Wie bereits erwähnt betrifft die Erfindung ferner eine gattungsgemäße Druckwechseladsorptionsanlage. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest die Verbindungsleitungen zwischen den Adsorbern, über die Spülgas geführt wird, strömungsmäßig symmetrisch ausgebildet sind.

Dies hat zur Folge, dass auf eine Regelung der Spülgasmengen zu den einzelnen zu spülenden Adsorbern verzichtet werden kann, ohne dass eine Ungleichverteilung der Spülgasmengen in Kauf genommen werden muss.

Erfindungsgemäß werden nunmehr bei einer identischen Anzahl von zeitgleich zu spülenden Adsorber weniger Adsorber als Spülgaslieferanten benötigt. Der bzw. die auf diese Weise "eingesparten" Adsorber können somit für andere Aufgaben verwendet werden. Des Weiteren können (Verbindungs)Leitungen sowie die dazugehörigen Ventile eingespart werden.

Die Fig. 4 zeigt ein Taktschema für einen 10/3/3-Druckwechseladsorptionsprozess mit vier Spültakten - bezeichnet mit P1a, P1b, P2a und P2b - sowie lediglich zwei Spülgasbereitstellungstakten PP1 und PP2. Während für die Realisierung des in der Fig. 2 dargestellten Taktschemas noch sieben Verbindungsleitungen und die zugehörigen Ventillinien benötigt werden, können bei der Realisierung des in der Fig. 4 dargestellten Taktschemas wenigstens eine Verbindungsleitung sowie die dazugehörigen Ventile eingespart werden.

Bei gleicher Anzahl von Adsorbern, Druckausgleichsschritten und zeitgleich in der Adsorptionsphase befindlichen Adsorbern läßt sich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die Anzahl der Regeneriertakte erhöhen, da erfindungsgemäß die Anzahl der zeitgleich Spülgas-liefernden Adsorber reduziert wird. Durch die Erhöhung der Anzahl der Regeneriertakte kann deren Taktzeit und damit allgemein die Taktzeit reduziert werden, wobei der gesamte zeitliche Aufwand für den Spül- und Regeneriervorgang der Adsorber konstant bleibt. Diese Taktzeitreduzierung erlaubt eine Reduzierung der Anzahl der benötigten Adsorber oder eine Reduzierung der Adsorptionszeit und damit der Adsorbergröße und - bei bestehenden Anlagen bzw. Prozessen - bei gleichbleibender Ausbeute eine Kapazitätssteigerung der Anlage bzw. des Prozesses und umgekehrt.

Alternativ dazu kann durch eine Reduzierung der Spülgasbereitstellungstakte und bei einer unveränderten Anzahl von Spül- und Regeneriertakten die Anzahl der zeitgleich in der Adsorptionsphase befindlichen Adsorber oder die Anzahl der Druckausgleichsschritte erhöht werden. Ein 10/3/2-Druckwechseladsorptionsprozess kann somit in einen 10/3/3-Druckwechseladsorptionsprozess umgewandelt werden.

Claims (7)

1. Druckwechseladsorptionsverfahren mit wenigstens vier Adsorbern, wobei die Adsorber neben den Adsorptions- und gegebenenfalls Entspannungstakten zumindest einen Spültakt durchlaufen und das für den Spültakt erforderliche Spülgas von einem anderen Adsorber bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl derjenigen Adsorber, die Spülgas bereitstellen, geringer ist als die Anzahl derjenigen Adsorber, die einen Spültakt durchlaufen, und dass zumindest zeitgleich keine externe Spülgasbereitstellung erfolgt.

2. Druckwechseladsorptionsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl derjenigen Adsorber, die Spülgas bereitstellen, geringer ist als die Anzahl derjenigen Adsorber, die einen Spültakt durchlaufen.

3. Druckwechseladsorptionsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spülgas bereitstellender Adsorber wenigstens zwei Adsorber mit Spülgas versorgt.

4. Druckwechseladsorptionsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der aus einem Adsorber abgezogenen Spülgasmenge auf wenigstens zwei Adsorber geregelt erfolgt.

5. Druckwechseladsorptionsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der den zu spülenden Adsorbern zugeführten Spülgasmengen in Abhängigkeit bestimmter Regelgrößen erfolgt.

6. Druckwechseladsorptionsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Regelgröße die Durchflussmengen und/oder die Differenzdrücke über den Adsorptionsmittelschüttungen herangezogen werden.

7. Druckwechseladsorptionsanlage, insbesondere zur Durchführung des Druckwechseladsorptionsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens vier Adsorbern sowie Verbindungsleitungen zwischen den Adsorbern, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Verbindungsleitungen zwischen den Adsorben, über die Spülgas geführt wird, strömungsmäßig symmetrisch ausgebildet sind.