DE102012020813A1 - Alternating pressure apparatus for cleaning or separating gases with adsorber vessel, has outlet conduit that is configured for discharging purified or isolated product gas, and ejector that is introduced in inlet duct - Google Patents

Alternating pressure apparatus for cleaning or separating gases with adsorber vessel, has outlet conduit that is configured for discharging purified or isolated product gas, and ejector that is introduced in inlet duct Download PDF

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Abstract

The alternating pressure apparatus has an inlet conduit (130) that is configured for supplying to clean or separated feed gas. An outlet conduit (150) configured for discharging purified or isolated product gas. An ejector (140) is introduced in the inlet duct. An adsorber vessel is openable by a valve and lockable return line is connected, in which a vacuum connection (142) of the ejector is opened. A return line (170) is connected to a vacuum buffer (180). An outlet (160) configured for discharging the residual gas. An independent claim is included for a method of operating a pressure swing adsorption plant.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckwechselanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer Druckwechselanlage.The invention relates to a pressure swing plant according to the preamble of patent claim 1 and a corresponding method for operating a pressure swing plant.

Zur Reinigung bzw. Trennung von Gasen werden standardmäßig Druckwechsel- bzw. Druckwechseladsorptionsanlagen eingesetzt.For the purification or separation of gases pressure change or pressure swing adsorption systems are used as standard.

Hierbei werden geeignete poröse Werkstoffe wie etwa Zeolithe oder Aktivkohle als Adsorbens bzw. Adsorbermaterial verwendet.In this case, suitable porous materials such as zeolites or activated carbon are used as adsorbent or adsorber material.

Das zu reinigende oder zu trennende Gas wird unter erhöhtem Druck in einen beispielsweise als Festbettreaktor ausgebildeten Adsorber, der mit einem Adsorbens gefüllt ist, eingeführt. Eine oder mehrere Komponenten des Gases kann bzw. können nun adsorbiert werden (sogenannte ”schwere Komponente”). An einem Auslass bzw. einer Auslassleitung des Adsorbers wird das gereinigte bzw. getrennte Gas (sogenannte ”leichte Komponente”) entnommen.The gas to be purified or separated is introduced under elevated pressure into an adsorbent, for example, which is designed as a fixed bed reactor and is filled with an adsorbent. One or more components of the gas can or can now be adsorbed (so-called "heavy component"). At an outlet or an outlet line of the adsorber, the purified or separated gas (so-called "light component") is removed.

Mit zunehmender Sättigung des Adsorbers verringert sich das Leistungsvermögen der Anlage, so dass eine regelmäßige Regenerierung des Adsorbers notwendig ist. Zu diesem Zwecke wird der Prozess mittels Umschaltung von entsprechenden Ventilen so gesteuert, dass der Ausgang für das gereinigte oder getrennte Gas, also die leichte Komponente, geschlossen, und ein Auslass für die am Adsorber adsorbierte schwere Komponente geöffnet wird. Gleichzeitig erfolgt eine Absenkung des im Adsorber herrschenden Druckes. Bei verminderten Drücken kann das adsorbierte Gas wieder desorbiert und aus dem nun geöffneten Auslass ausgeführt werden. Zur Vermeidung von Überresten der desorbierten schweren Komponente im Adsorber ist es üblich, die Anlage mit dem gewünschten Produkt, also dem gereinigten oder getrennten Gas, nachzuspülen, wodurch Verunreinigungen vermieden werden können.With increasing saturation of the adsorber reduces the performance of the system, so that a regular regeneration of the adsorber is necessary. For this purpose, the process is controlled by switching corresponding valves so that the outlet for the purified or separated gas, so the light component, closed, and an outlet for the adsorbed adsorbed on the heavy component is opened. At the same time there is a lowering of the pressure prevailing in the adsorber. At reduced pressures, the adsorbed gas can be desorbed again and run out of the now open outlet. To avoid residues of the desorbed heavy component in the adsorber, it is customary to rinse the system with the desired product, ie the purified or separated gas, whereby impurities can be avoided.

Zur Druckabsenkung innerhalb derartiger Adsorber werden in der Regel Vakuumpumpen eingesetzt, welche in der Handhabung und Wartung relativ aufwendig sind.To reduce the pressure within such adsorber vacuum pumps are usually used, which are relatively expensive to handle and maintain.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer effektiven Regeneration für Druckwechselgasanlagen, welche den Einsatz von Vakuumpumpen vermeidet.The object of the invention is to provide an effective regeneration for pressure swing gas systems, which avoids the use of vacuum pumps.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Druckwechselanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Diese Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5. Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Verwendung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6.This object is also achieved by a method having the features of patent claim 5. The object is likewise achieved by a use having the features of patent claim 6.

Mittels der erfindungsgemäßen Ausbildung einer Druckwechselanlage mit einem Ejektor bzw. Gasstrahl-Kompressor ist eine Bereitstellung eines Unterdrucks bzw. Vakuums in den jeweiligen Adsorberbehältern in einfacher und effektiver Weise bereitstellbar. Die erfindungsgemäße Lösung erweist sich gegenüber herkömmlichen Systemen mit Vakuumpumpen als preiswert bereitstellbar, wartungsarm und effektiv.By means of the inventive design of a pressure swing system with an ejector or gas jet compressor provision of a negative pressure or vacuum in the respective adsorber containers in a simple and effective manner can be provided. The solution according to the invention proves inexpensive compared to conventional systems with vacuum pumps as low-priced, low-maintenance and effective.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Druckwechselanlage weist der wenigstens eine Adsorberbehälter eine mittels eines Ventils wahlweise öffenbare und sperrbare und Rückführleitung auf, welche in einem Vakuumanschluss (Saugseite) des Ejektors mündet. Mittels einer derartigen Rückführleitung ist aus den Adsorberbehältern desorbiertes Restgas in den Ejektor rückführbar, wo es zusammen mit einem durch den Ejektor strömenden Gas als Treibgas einsetzbar ist.According to a preferred embodiment of the pressure change system according to the invention, the at least one adsorber container has a valve which can be optionally opened and blocked and return line, which opens into a vacuum connection (suction side) of the ejector. By means of such a return line desorbed residual gas from the adsorber is traceable into the ejector, where it can be used together with a gas flowing through the ejector gas as propellant.

Zweckmäßigerweise ist in der Rückführleitung ein Vakuumpuffer ausgebildet. Mittels eines Vakuumpuffers ist desorbiertes Gas in besonders einfacher Weise aufnehmbar und in den Ejektor rückführbar.Appropriately, a vacuum buffer is formed in the return line. By means of a vacuum buffer desorbed gas can be received in a particularly simple manner and traceable into the ejector.

Die erfindungsgemäße Druckwechselanlage weist bevorzugt ferner wenigstens eine Auslassleitung zum Abführen von Restgas auf.The pressure change system according to the invention preferably also has at least one outlet line for discharging residual gas.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung weiter erläutert. In dieser zeigtThe invention will now be further explained by means of a preferred embodiment with reference to the accompanying drawings. In this shows

1 eine schematische seitliche Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Druckwechselanlage. 1 a schematic side view of a preferred embodiment of a pressure change plant according to the invention.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Druckwechselanlage ist in 1 insgesamt mit 100 bezeichnet.A preferred embodiment of the pressure change plant according to the invention is in 1 in total with 100 designated.

Die Anlage weist eine Adsorbereinheit 110 mit wenigstens einem ein Adsorbens bzw. Adsorbermaterial Adsorberbehälter 120 auf. Ein zu reinigendes oder trennendes Gas wird über eine Zuführleitung 130, in welcher ein Ejektor 140 vorgesehen ist, in die Einheit 110 bzw. die einzelnen Adsorberbehälter 120 eingeführt. Die Einheit 110 weist ferner wenigstens eine Ausgangsleitung 150 für Produktgas, d. h. gereinigtes oder getrenntes Gas, sowie wenigstens eine Ausgangsleitung 160 für Restgas auf.The plant has an adsorber unit 110 with at least one adsorbent or adsorber adsorbent container 120 on. A gas to be cleaned or separated is supplied via a supply line 130 in which an ejector 140 is provided in the unit 110 or the individual adsorber container 120 introduced. The unit 110 also has at least one output line 150 for product gas, ie purified or separated gas, as well as at least one exit line 160 for residual gas on.

Zwischen den einzelnen Adsorberbehältern 120 und einem Vakuumanschluss 142 bzw. der Saugseite des Ejektors 140 ist eine Rückführleitung 170 ausgebildet. In dieser Rückführleitung ist wenigstens ein Vakuumpuffer (Saugpuffer) 180 ausgebildet.Between the individual adsorber tanks 120 and a vacuum connection 142 or the suction side of the ejector 140 is a return line 170 educated. In this return line is at least one vacuum buffer (suction buffer) 180 educated.

In einer ersten Betriebsart (Normalbetriebsart oder Reinigungs- bzw. Trennbetriebsart) wird zu reinigendes oder zu trennendes Gas (Feedgas) über die Zuführleitung 130 und dem Ejektor 140 in die Einheit 110 eingebracht. Das Feedgas dient somit als Treibgas für den Ejektor 140. Eine oder mehrere Komponenten des Feedgases werden in den Adsorberbehältern 120 adsorbiert (sogenannte ”schwere Komponente” des Feedgases). Die sogenannte ”leichte Komponente”, also die gewünschten gereinigten oder getrennten Komponenten können über die Ausgangsleitung 150 entnommen werden. In diesem Betriebszustand ist die Ausgangsleitung 160 mittels eines Ventils 162 gesperrt. Gleichzeitig ist die Rückführleitung 170 zwischen den einzelnen Adsorptionsbehältern und dem Vakuumpuffer 180 mittels eines Ventils 172 gesperrt.In a first operating mode (normal mode or cleaning or separation mode) is to be cleaned or separated gas (feed gas) via the supply line 130 and the ejector 140 in the unit 110 brought in. The feed gas thus serves as a propellant gas for the ejector 140 , One or more components of the feed gas are in the adsorber containers 120 adsorbed (so-called "heavy component" of the feed gas). The so-called "light component", ie the desired purified or separated components, can be supplied via the exit line 150 be removed. In this operating state is the output line 160 by means of a valve 162 blocked. At the same time is the return line 170 between the individual adsorption containers and the vacuum buffer 180 by means of a valve 172 blocked.

Beim Durchströmen des Ejektors 140 mit Feedgas entsteht unmittelbar nach einer (nicht dargestellten) Treibdüse des Ejektors 140 ein Unterdruck, wodurch am Vakuumanschluss 142 die Luft aus der Leitung 170 bzw. dem Vakuumpuffer 180 in den Ejektor angesaugt wird. Hierdurch kommt es in dem Vakuumpuffer während des normalen Betriebszustandes zu einem Unterdruck.When flowing through the ejector 140 with feed gas is formed immediately after a (not shown) of the ejector 140 a negative pressure, causing the vacuum connection 142 the air from the pipe 170 or the vacuum buffer 180 sucked into the ejector. This leads to a vacuum in the vacuum buffer during the normal operating state.

Ist nun nach einer bestimmten Zeit das Adsorbermaterial in den Adsorberbehältern gesättigt, muss das Adsorbermaterial regeneriert werden. Andernfalls kann nicht vermieden werden, dass die unerwünschte schwere Komponente ebenfalls über die Ausgangsleitung 150 austritt.If, after a certain time, the adsorber material in the adsorber containers is saturated, the adsorber material must be regenerated. Otherwise, it can not be avoided that the unwanted heavy component also via the output line 150 exit.

Zum Umschalten auf die Regenerationsbetriebsart wird das zwischen den Adsorberbehältern und dem Vakuumpuffer vorgesehene Ventil 172 geöffnet, wodurch Luft oder Gas aus den Adsorberbehältern abgesaugt wird und es in den Adsorptionsbehältern zu einem Unterdruck kommt. Bei einem derartigen Unterdruck wird das von dem Adsorbermaterial adsorbierte Gas wieder desorbiert und über die Rückführleitung 170, den Vakuumpuffer 180, den Ejektor 140 und die Zuführleitung 130 wieder in die Einheit 110 eingeführt. In diesem Betriebszustand ist die Ausgangsleitung 150 für Produktgas mittels eines Ventils 152 gesperrt. Die Leitung 160 für Restgas ist hingegen mittels Öffnen eines Ventils 162 geöffnet.To switch to the regeneration mode, the valve provided between the adsorbent containers and the vacuum buffer becomes 172 open, whereby air or gas is sucked out of the adsorber and it comes in the adsorption to a negative pressure. In such a negative pressure, the adsorbed by the adsorber gas is desorbed again and via the return line 170 , the vacuum buffer 180 , the ejector 140 and the supply line 130 back to the unit 110 introduced. In this operating state is the output line 150 for product gas by means of a valve 152 blocked. The administration 160 for residual gas, however, is by opening a valve 162 open.

Das so in die Einheit 110 gelangende desorbierte Gas wird gegebenenfalls zusammen mit weiterem Feedgas nun über die Abführleitung 160 für Restgas aus dem System abgeführt. Nach vollständiger Desorption ist es üblich, das System noch einmal mit dem gewünschten Produktgas nachzuspülen, um Verunreinigungen vermeiden zu können. Anschließend erfolgt eine Zurückschaltung in die Normalbetriebsart durch entsprechende Rückstellung der Ventile 152, 162, 172.That's how it is in the unit 110 If necessary, the gas which has been desorbed, together with further feed gas, is now passed via the discharge line 160 discharged from the system for residual gas. After complete desorption, it is customary to rinse the system again with the desired product gas in order to avoid contamination. Subsequently, a return to the normal mode by appropriate provision of the valves 152 . 162 . 172 ,

Claims (6)

Druckwechselanlage zur Reinigung oder Trennung von Gasen mit wenigstens einem Adsorberbehälter (120) und wenigstens einer Einlassleitung (130) zum Zuführen von zu reinigendem oder zu trennendem Gas (Feedgas), und wenigstens einer Auslassleitung (150) zum Abführen von gereinigtem oder getrenntem Gas (Produktgas), dadurch gekennzeichnet, dass in die wenigstens eine Einlassleitung wenigstens ein Ejektor (140) eingebracht ist.Pressure change plant for the purification or separation of gases with at least one adsorber vessel ( 120 ) and at least one inlet line ( 130 ) for supplying gas to be cleaned or separated (feed gas), and at least one outlet line ( 150 ) for discharging purified or separated gas (product gas), characterized in that at least one ejector (in 140 ) is introduced. Druckwechselanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Adsorberbehälter mit einer mittels eines Ventils (172) öffenbaren und sperrbaren Rückführleitung verbunden ist, welche in einen Vakuumanschluss (142) des Ejektors (140) mündet.Pressure change plant according to claim 1, characterized in that the at least one adsorber container with a by means of a valve ( 172 ) openable and lockable return line is connected, which in a vacuum connection ( 142 ) of the ejector ( 140 ) opens. Druckwechselanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführleitung (170) wenigstens ein Vakuumpuffer (180) ausgebildet ist.Pressure change plant according to claim 2, characterized in that in the return line ( 170 ) at least one vacuum buffer ( 180 ) is trained. Druckwechselanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine Auslassleitung (160) zum Abführen von Restgas.Pressure-changing plant according to one of the preceding claims, characterized by at least one outlet line ( 160 ) for removing residual gas. Verfahren zum Betreiben einer Druckwechselanlage mit folgenden Schritten: – in einem Gasreinigungs- oder Trennungs-Betriebsmodus – Einführen eines zu reinigenden oder zu trennenden Gases (Feedgas) über eine mit einem Ejektor (140) ausgebildete Einlassleitung (130) in wenigstens einen Adsorbermaterial enthaltenden Adsorberbehälter (120) und Abführen von gereinigtem oder getrenntem Gas (Produktgas) aus dem Adsorberbehälter über wenigstens eine Auslassleitung (150) bei gleichzeitiger Adsorption von Restgas durch das Adsorbermaterial, – bei Erreichen eines vorbestimmten Sättigungsgrades des Adsorbermaterials mit Restgas Umschalten in einen Regenerations-Betriebsmodus mit Sperren der Auslassleitung (150) für gereinigtes oder getrenntes Gas und Öffnen einer Auslassleitung (160) für Restgas und Öffnen einer Rückführleitung zwischen dem wenigstens einen Adsorberbehälter und dem Ejektor (140), wobei in die Rückführleitung (170) ein Vakuumpuffer (180) eingebracht ist, in dem während des Gasreinigungs- und Trennungsbetriebsmodus ein Unterdruck erzeugt wurde.Method for operating a pressure change plant comprising the following steps: - in a gas cleaning or separation operating mode - introducing a gas (feed gas) to be cleaned or separated via an ejector ( 140 ) formed inlet line ( 130 ) in at least one adsorbent material adsorbent container ( 120 ) and discharging purified or separated gas (product gas) from the adsorber vessel via at least one outlet conduit ( 150 ) with simultaneous adsorption of residual gas through the adsorbent material, - upon reaching a predetermined degree of saturation of the adsorber material with residual gas, switching to a regeneration operating mode with blocking of the outlet line ( 150 ) for purified or separated gas and opening an outlet pipe ( 160 ) for residual gas and opening a return line between the at least one adsorber and the ejector ( 140 ), wherein in the return line ( 170 ) a vacuum buffer ( 180 ) in which a negative pressure has been generated during the gas purifying and separating operation mode. Verwendung eines Ejektors zur Erzeugung eines Unterdrucks in einer Druckwechselanlage. Use of an ejector to generate a negative pressure in a pressure swing system.
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