DE102010020283A1

DE102010020283A1 - Adsorptionsverfahren

Info

Publication number: DE102010020283A1
Application number: DE102010020283A
Authority: DE
Inventors: Andreas Seliger; Markus Berg; Werner Mayer
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2011-11-17
Also published as: CN102240495A; CN102240495B

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Zerlegen eines Gasgemisches (1) mittels eines Adsorptionsprozesses, insbesondere eines TSA-Prozesses, beschrieben, wobei der Adsorptionsprozess in wenigstens zwei, parallel zueinander angeordneten Adsorbern (A, B) realisiert wird, diese zeitversetzt Adsorptions- und Regenerierphasen durchlaufen, am Ende der Regenerierphase ein Abkühlen des regenerierten Adsorbers auf Adsorptionstemperatur mit einem Nebenstrom (1', 2') des zu zerlegenden Gasgemisches (1) erfolgt, zumindest während des Abkühlens des regenerierten Adsorbers der vorgenannte Nebenstrom (1', 2') mit dem durch den in der Adsorptionsphase befindlichen Adsorber geführten Gasgemisch (Hauptstrom) (1, 2) vereinigt und der vereinigte Strom (3, 4) einem Wärmetausch (E2) mit einem beliebigen Medium (5, 6) unterworfen wird. Erfindungsgemäß werden zumindest zeitweilig zumindest ein Teilstrom des Hauptstromes (2) und/oder des Nebenstromes (2') abgezogen (7, 7'),or und/oder nach dessen Wärmetausch (E2) mit einem Medium (5, 6) zugeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerlegen eines Gasgemisches mittels eines Adsorptionsprozesses, insbesondere eines TSA-Prozesses, wobei der Adsorptionsprozess in wenigstens zwei, parallel zueinander angeordneten Adsorbern realisiert wird, diese zeitversetzt Adsorptions- und Regenerierphasen durchlaufen, am Ende der Regenerierphase ein Abkühlen des regenerierten Adsorbers auf Adsorptionstemperatur mit einem Nebenstrom des zu zerlegenden Gasgemisches erfolgt, zumindest während des Abkühlens des regenerierten Adsorbers der vorgenannte Nebenstrom mit dem durch den in der Adsorptionsphase befindlichen Adsorber geführten Gasgemisch (Hauptstrom) vereinigt und der vereinigte Strom einem Wärmetausch mit einem beliebigen Medium unterworfen wird.
Gattungsgemäße Verfahren zum Zerlegen eines Gasgemisches mittels eines Adsorptionsprozesses, insbesondere eines TSA(Temperature Swing Adsorption)-Prozesses, sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Derartige Adsorptionsprozesse werden in zwei oder mehreren, parallel zueinander angeordneten Adsorbern, die zeitversetzt Adsorptions- und Regenerierphasen durchlaufen, realisiert.
Die Regenerierung eines beladenen Adsorbers erfolgt üblicherweise dadurch, dass dieser mittels eines heißen Gasstromes, beispielsweise eines Stickstoff- oder Wasserstoff-reichen Gases, aufgeheizt wird. Ein frisch regenerierter Adsorber wird anschließend im Regelfall dadurch wieder in die Adsorptionsphase gebracht, indem er mit einem Nebenstrom des zu zerlegenden Gasgemisches erst aufgedrückt und anschließend auf Adsorptionstemperatur abgekühlt wird. Der verbleibende Hauptstrom des zu zerlegenden Gasgemisches wird während dieser Zeit durch den bzw. einen parallel angeordneten, in der Adsorptionsphase befindlichen Adsorber geführt. Während dieses Parallelbetriebs wird die Menge des für das Abkühlen verwendeten Nebenstromes sukzessive erhöht.
Während des Wiederaufdrückens und insbesondere während des Abkühlens entsteht zusätzlich zu der innerhalb des Adsorbers verbliebenen Wärme aus der Regenerierphase Wärme durch Adsorption. Dies hat zur Folge, dass die Austrittstemperatur eines frisch regenerierten Adsorbers stets höher ist als die Austrittstemperatur eines in der Adsorptionsphase befindlichen Adsorbers. Da die aus den Adsorbern austretenden Ströme während des Abkühlens vereinigt werden, kann der vereinigte Strom eine unverwünscht hohe Misch-Temperatur aufweisen.
Gattungsgemäße Adsorptionsprozesse sind oftmals in größere Anlagen, wie beispielsweise Rectisol-Anlagen, eingebunden. In diesem Falle wird bzw. werden die aus den Adsorbern abgezogenen Gasströme einem Wärmetausch mit einem auf einem geeigneten Temperaturniveau befindlichen Verfahrensstrom der Anlage unterworfen. Ist ein gattungsgemäßer Adsorptionsprozess beispielsweise in eine Rectisol-Anlage eingebunden, so kann der aus den Adsorbern abgezogene vereinigte Strom für die Abkühlung des dem Rectisol-Prozess zuzuführenden Einsatzgases herangezogen werden. Kommt es nun zu einem unerwünscht hohen Temperaturanstieg des aus den Adsorbern abgezogenen Gasstromes, kann u. U. eine ausreichende Kühlung des vorgenannten Rectisol-Einsatzgases nicht mehr gewährleistet werden. Es besteht daher zumindest temporär ein zusätzlicher Fremdkältebedarf, woraus ein erhöhter Fremdenergiebedarf resultiert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Zerlegen eines Gasgemisches mittels eines Adsorptionsprozesses anzugeben, das die vorgenannten Nachteile vermeidet und es insbesondere ermöglicht, die Temperatur des aus den Adsorbern abgezogenen, vereinigten Stromes zu beeinflussen bzw. regeln.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zum Zerlegen eines Gasgemisches mittels eines Adsorptionsprozesses, vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest zeitweilig zumindest ein Teilstrom des Hauptstromes und/oder des Nebenstromes abgezogen, abgekühlt und dem vereinigten Strom vor und/oder nach dessen Wärmetausch mit einem Medium zugeführt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Zerlegen eines Gasgemisches mittels eines Adsorptionsprozesses, sind dadurch gekennzeichnet, dass

– sofern der Adsorptionsprozess in einen Rectisol-Prozess eingebunden ist, der vereinigte Strom der Abkühlung des dem Rectisol-Prozess zuzuführenden Einsatzgases dient, und
– der bzw. die abgezogenen Teilströme des Nebenstromes und/oder des Hauptstromes vorzugsweise gegen Luft oder Wasser abgekühlt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Zerlegen eines Gasgemisches mittels eines Adsorptionsprozesses sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen desselben seien nachfolgend anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Der in der Figur dargestellte Adsorptionsprozess wird in zwei parallel zueinander angeordneten Adsorbern A und B realisiert. Im Folgenden sei der Verfahrensablauf nach Beendigung der Regenerierung im Adsorber B – Adsorber A befinde sich noch in der Adsorptionsphase – erläutert.
Dem in der Adsorptionsphase befindlichen Adsorber A wird über Leitung 1 der Hauptstrom des zu zerlegenden Gasgemisches zugeführt. Hierbei handelt es sich beispielsweise um ein Kohlendioxid-reiches Gasgemisch, wobei der Adsorptionsprozess derart ausgelegt ist bzw. das Adsorptionsmittel derart gewählt ist, dass es das Kohlendioxid zu binden vermag. Der von Kohlendioxid weitgehend befreite Strom wird aus dem Adsorber A über Leitung 2, in der vorzugsweise ein Regelventil a angeordnet ist, abgezogen.
Ein Nebenstrom des zu zerlegenden Gasgemisches 1 wird über die Leitung 1' zum Zwecke des Abkühlens dem Adsorber B zugeführt. Dieser Nebenstrom wird nach Durchgang durch den Adsorber B über die Leitung 2', in der vorzugsweise ebenfalls ein Regelventil a' angeordnet ist, abgezogen. Die Austrittstemperatur des Hauptstromes 2 beträgt beispielsweise –40°C, während die Austrittstemperatur des Nebenstromes 2' 70°C beträgt.
Haupt- und Nebenstrom werden zu einem Gesamtstrom 3 vereinigt. Dieser wird einem Wärmetauscher E2 zugeführt, nach erfolgtem Wärmetausch über Leitung 4 abgezogen und seiner weiteren Verwendung zugeführt. Dem Wärmetauscher E2 wird über Leitung 5 ein durch den Strom 3 abzukühlendes Medium zugeführt, das nach Durchgang durch den Wärmetauscher E2 über Leitung 6 abgezogen und ebenfalls seiner weiteren Verwendung zugeführt wird.
Wie bereits erwähnt, kann der vereinigte Strom 3 im Falle der Einbindung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Zerlegen eines Gasgemisches mittels eines Adsorptionsprozesses in einen Rectisol-Prozess der Abkühlung des dem Rectisol-Prozess zuzuführenden Einsatzgases dienen. Dieses dem Wärmetauscher E2 über Leitung 5 zugeführte Rectisol-Einsatzgas weist üblicherweise eine Temperatur von 30°C auf und soll im Wärmetauscher E2 auf eine Temperatur von ca. –20°C abgekühlt werden. Dies gelingt jedoch nur dann, wenn die Temperatur des Stromes 3 ausreichend niedrig ist.
Erfindungsgemäß wird nunmehr zumindest zeitweilig zumindest ein Teilstrom des Hauptstromes 2 und/oder des Nebenstromes 2' über die Leitungen 7 bzw. 7' abgezogen, im Wärmetauscher E1 abgekühlt und anschließend über die Leitungen 8 und/oder 8' dem Strom 3 bzw. 4 vor und/oder nach dessen Wärmetausch E2 wieder zugeführt. Im Regelfall wird in der Praxis ausschließlich ein Teilstrom des Nebenstromes abgezogen werden. Zur Regelung der Menge des bzw. der abzuziehenden Teilströme sind in den Leitungsabschnitten 7 und 7' jeweils Regelventile b bzw. b' vorgesehen.
Die Abkühlung des bzw. der abgezogenen Teilströme im Wärmetauscher E1 erfolgt beispielsweise gegen Umgebungsluft oder Kühlwasser. Während, wie bereits erwähnt, die Austrittstemperatur des Nebenstromes 2' beispielsweise 70°C beträgt, beträgt die Austrittstemperatur des Wärmetauschers E1 beispielsweise 30°C. Der derart abgekühlte Teilstrom wird anschließend über die Leitungen 8 und/oder 8' dem vereinigten Strom in den Leitungsabschnitten 3 und/oder 4 zugemischt und verringert dadurch dessen Temperatur.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Zerlegen eines Gasgemisches mittels eines Adsorptionsprozesses ermöglicht die Lösung der eingangs gestellten Aufgabe, wobei der regelungstechnische Aufwand sowie das zusätzlich erforderliche Equipment den erreichten Erfolg überkompensieren. Insbesondere kann der bisher erforderliche externe Kältebedarf deutlich reduziert, im besten Falle sogar gänzlich vermieden werden.
Bisher wurde auch versucht, den Anstieg der Austrittstemperatur des vereinigten Stromes dadurch zu begrenzen, dass die Nebenstrommenge entsprechend gering gehalten wurde. Dies führt jedoch dazu, dass die Zeitdauer, die es braucht, um den frisch regenerierten Adsorber auf die gewünschte Adsorptionstemperatur abzukühlen, unverhältnismäßig lang wird. Mittels der erfindungsgemäßen Verfahrensweise kann auch dieses Problem gelöst werden, so dass sich die Gesamtlaufzeit des Sequenz Adsorption-/Regenerierphase verringert. Als Folge davon können entweder die Adsorber bzw. Adsorptionsmittelmenge(n) kleiner gebaut bzw. gewählt werden oder es kann eine höhere Kapazität des Adsorptionsprozesses realisiert werden.

Claims

Verfahren zum Zerlegen eines Gasgemisches (1) mittels eines Adsorptionsprozesses, insbesondere eines TSA-Prozesses, wobei der Adsorptionsprozess in wenigstens zwei, parallel zueinander angeordneten Adsorbern (A, B) realisiert wird, diese zeitversetzt Adsorptions- und Regenerierphasen durchlaufen, am Ende der Regenerierphase ein Abkühlen des regenerierten Adsorbers auf Adsorptionstemperatur mit einem Nebenstrom (1', 2') des zu zerlegenden Gasgemisches (1) erfolgt, zumindest während des Abkühlens des regenerierten Adsorbers der vorgenannte Nebenstrom (1', 2') mit dem durch den in der Adsorptionsphase befindlichen Adsorber geführten Gasgemisch (Hauptstrom) (1, 2) vereinigt und der vereinigte Strom (3, 4) einem Wärmetausch (E2) mit einem beliebigen Medium (5, 6) unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweilig zumindest ein Teilstrom des Hauptstromes (2) und/oder des Nebenstromes (2') abgezogen (7, 7'), abgekühlt (E1) und dem vereinigten Strom (3, 4) vor und/oder nach dessen Wärmetausch (E2) mit einem Medium (5, 6) zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Adsorptionsprozesses in einen Rectisol-Prozess eingebunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der vereinigte Strom (3) der Abkühlung (E2) des dem Rectisol-Prozess zuzuführenden Einsatzgases (5, 6) dient.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die abgezogenen Teilströme (7, 7') des Nebenstromes und/oder des Hauptstromes vorzugsweise gegen Luft oder Wasser abgekühlt werden (E1).