DE102008024506A1

DE102008024506A1 - Druckwechsel-Adsorptionsverfahren

Info

Publication number: DE102008024506A1
Application number: DE102008024506A
Authority: DE
Inventors: Werner Leitmayr; Markus Berg; Christian Dr. Voss
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2008-05-21
Publication date: 2009-11-26
Also published as: WO2009141082A1

Abstract

Es wird ein Druckwechsel-Adsorptionsverfahren, aufweisen wenigstens eine Adsorptionsphase und eine Desorptionsphase, wobei während der Desorptionsphase ein Gasgemisch aus dem zu desorbierenden Adsorber abgezogen wird, beschrieben. Erfindungsgemäß wird das während der Desorptionsphase abgezogene Gasgemisch (1) in Abhängigkeit seiner aktuellen Zusammensetzung auf zwei oder mehr Endverbraucher zur weiteren Verwendung verteilt, wobei die Druckdifferenz zwischen den Druckniveaus der einzelnen Endverbraucher nicht mehr als 1 bar beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckwechsel-Adsorptionsverfahren, aufweisend wenigstens eine Adsorptionsphase und eine Desorptionsphase, wobei während der Desorptionsphase ein Gasgemisch aus dem zu desorbierenden Adsorber abgezogen wird.
Gattungsgemäße Druckwechsel-Adsorptionsverfahren sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Sie dienen dazu, ein wenigstens zweikomponentiges Gasgemisch in seine Bestandteile aufzutrennen bzw. aus einem derartigen Gasgemisch eine oder mehrere (unerwünschte) Komponenten zu entfernen. Grundsätzlich gilt, dass mittels eines Druckwechsel-Adsorptionsverfahrens zwei Austrittsströme bzw. -fraktionen erzeugt werden, wobei einer dieser Ströme die sog. bevorzugte Komponente in möglichst reiner Form enthält; diese stellt im Regelfall die Produktkomponente dar. Während einer der beiden Austrittsströme bei annähernd dem Druck des Roh- bzw. Einsatzgases anfällt – dieser Austrittsstrom liegt auf der sog. Hochdruckseite des Adsorptionsverfahrens vor –, weist der zweite Austrittsstrom, der auf der sog. Niederdruckseite des Adsorptionsverfahrens vorliegt, im Regelfall einen deutlich geringeren Druck auf.
Bei einer Vielzahl von gattungsgemäßen Druckwechsel-Adsorptionsverfahren variiert die Zusammensetzung des während der Desorptionsphase, die üblicherweise in zur Adsorption entgegengesetzter Richtung stattfindet, aus dem zu desorbierenden Adsorber abgezogenen Gasgemisches. Dies hat zur Folge, dass das abgezogene Gasgemisch zu bestimmten Zeitpunkten für den nachfolgend angedachten Verwendungszweck unterschiedlich gut geeignet ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Druckwechsel-Adsorptionsverfahren anzugeben, das die vorgenannten Nachteile vermeidet.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßes Druckwechsel-Adsorptionsverfahren vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das während der Desorptionsphase abgezogenen Gasgemisch in Abhängigkeit seiner aktuellen Zusammensetzung auf zwei oder mehr Endverbraucher zur weiteren Verwendung verteilt wird, wobei die Druckdifferenz zwischen den Druckniveaus der einzelnen Endverbraucher nicht mehr als 1 bar beträgt.
Erfindungsgemäß wird nunmehr die Zusammensetzung des während der Desorption abgezogenen Gasgemisches gemessen und das abgezogene Gasgemisch aufgrund dieser Messwerte gezielt auf verschiedene Endverbraucher, vorzugsweise über verschiedene Rohrleitungen, verteilt. Alternativ hierzu kann durch das genaue Wissen des jeweiligen Adsorptionsverfahrens das abgezogene Gasgemisch mit unterschiedlicher Zusammensetzung als Funktion der Zeit auf verschiedene Endverbraucher verteilt werden. Da das Druckwechsel-Adsorptionsverfahren ein periodisch wiederkehrender Vorgang ist, bietet sich eine Zeitsteuerung an. Das Wissen kann aus Versuchen, früheren Messungen und/oder Simulationen stammen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Druckwechsel-Adsorptionsverfahren, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen, sind dadurch gekennzeichnet, dass

– das während der Desorptionsphase abgezogene Gasgemisch im Gegenstrom abgezogen wird,
– die Druckniveaus der einzelnen Endverbraucher identisch sind,
– das während der Desorptionsphase abgezogene Gasgemisch zumindest zeitweilig und/oder zumindest teilweise vor der Zuführung zu den jeweiligen Endverbrauchern zwischengespeichert wird und
– das während der Desorptionsphase abgezogene Gasgemisch das Restgas oder das mittels des Druckwechsel-Adsorptionsverfahrens gewonnene Produktgas darstellt.

Es gilt, dass die gewünschte Produktkomponente, bspw. Wasserstoff, bei der Adsorption den Adsorber auf der Hochdruckseite verlässt und die vom Produkt abzutrennende(n) Komponente(n) im Wesentlichen das Gasgemisch bei der Desorption darstellen. Das vom Produkt abgetrennte Gasgemisch, das auch nennenswerte Mengen der Produktkomponente enthalten kann, erfährt durch eine weitere gezielte Aufteilung des während der Desorptionsphase abgezogenen Gasgemisches eine weitere Aufkonzentrierung einzelner Komponenten. Die bevorzugte Produktkomponente kann alternativ aber auch bei der Desorption anfallen. Aufgrund der unvermeidbaren Schwankung des Gehalts der Produktkomponente in dem während der Desorptionsphase abgezogenen Gasgemisch wird dieses Gasgemisch mit unterschiedlichem Gehalt der bevorzugten Produktkomponente unterschiedlichen Endverbrauchern bzw. Produktsystemen zugeführt.
Das erfindungsgemäße Druckwechsel-Adsorptionsverfahren sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen desselben seien nachfolgend anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die Figur zeigt einen Adsorber A sowie zwei Zwischenspeicher(behälter) S1 und S2. Dargestellt ist ferner eine Messeinheit 2, die der Bestimmung der Zusammensetzung des während der Desorptionsphase aus dem Adsorber A über Leitung 1 abgezogenen Gasgemisches dient. Die Messeinheit 2 steuert die in den Leitungen 3/5 und 6/8 vorgesehenen Regelventile 4 und 7 an – dargestellt durch die strichpunktiert gezeichneten Leitungen.
Das erfindungsgemäße Druckwechsel-Adsorptionsverfahren sei beispielhaft an einem Verfahren erklärt, bei dem das während der Desorptionsphase aus dem Adsorber A über Leitung 1 abgezogene Gasgemisch zwischen 10 und 90 Vol-% Wasserstoff und zwischen 10 und 80 Vol-% Kohlendioxid sowie weitere nicht näher betrachtete Komponenten aufweist. Ein derartiges Gasgemisch fällt bspw. in einer Wasserstoff-Druckwechsel-Adsorptionsanlage, die einem Dampf-Reformer zur CH₄-Spaltung nachgeschaltet ist, im Regeneriergas an.
Zu Beginn der Desorptionsphase weist das aus dem Adsorber A über Leitung 1 abgezogene Gasgemisch lediglich eine Wasserstoff-Konzentration zwischen 10 und 50 Vol-% auf. So lange die mittels der Messeinheit 2 ermittelte Wasserstoff-Konzentration weniger als beispielsweise 50 Vol-% beträgt, wird das Gasgemisch bei geöffnetem Ventil 4 – Ventil 7 sei währenddessen geschlossen – über die Leitungsabschnitte 1, 3 und 5 dem ersten Zwischenspeicher(behälter) S1 zugeführt.
Bei Überschreiten des vorgenannten Wasserstoff-Konzentrationgrenzwertes veranlasst die Messeinheit 2 nunmehr erfindungsgemäß ein Umschalten des aus dem Adsorber A abgezogenen Gasgemisches auf den zweiten Zwischenspeicher(behälter) S2. Dazu wird das Ventil 4 geschlossen und Ventil 7 geöffnet, so dass das abgezogene Gasgemisch über die Leitungsabschnitte 1, 6 und 8 in den zweiten Zwischenspeicher(behälter) S2 strömen kann.
Während das in dem ersten Zwischenspeicher(behälter) S1 befindliche Wasserstoffärmere Gasgemisch bspw. einem niederkalorischem Heizgassystem zugeführt wird, kann das im zweiten Zwischenspeicher(behälter) S2 befindliche Wasserstoff-reichere Gasgemisch bspw. der Unterfeuerung am Dampf-Reformer zugeführt werden.
Es sei betont, dass das erfindungsgemäße Druckwechsel-Adsorptionsverfahren bei einer Vielzahl unterschiedlichster Adsorptionsverfahren bzw. bei unterschiedlichsten, während der Desorptionsphase anfallenden Gasgemisches Anwendung finden kann.
Darüber hinaus können nicht nur – wie in der Figur dargestellt – zwei Zwischenspeicher(behälter) vorgesehen werden, sondern es kann im Prinzip eine beliebige Auftrennung des abgezogenen Gasgemisches auch in drei oder mehr als drei Fraktionen erfolgen und damit einhergehend eine ”Verteilung” dieser Fraktionen auf drei oder mehr als drei Zwischenspeicher(behälter).

Claims

Druckwechsel-Adsorptionsverfahren, aufweisend wenigstens eine Adsorptionsphase und eine Desorptionsphase, wobei während der Desorptionsphase ein Gasgemisch aus dem zu desorbierenden Adsorber abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das während der Desorptionsphase abgezogenen Gasgemisch (1) in Abhängigkeit seiner aktuellen Zusammensetzung auf zwei oder mehr Endverbraucher zur weiteren Verwendung verteilt wird, wobei die Druckdifferenz zwischen den Druckniveaus der einzelnen Endverbraucher nicht mehr als 1 bar beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das während der Desorptionsphase abgezogene Gasgemisch (1) im Gegenstrom abgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckniveaus der einzelnen Endverbraucher identisch sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das während der Desorptionsphase abgezogene Gasgemisch (1) zumindest zeitweilig und/oder zumindest teilweise vor der Zuführung zu den jeweiligen Endverbrauchern zwischengespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das während der Desorptionsphase abgezogene Gasgemisch (1) das Restgas oder das mittels des Druckwechsel-Adsorptionsverfahrens gewonnene Produktgas darstellt.