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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Beladungszustands eines Adsorbers, der in einer Adsorptionsphase ein oder mehrere adsorptive Komponente aus einem Einsatzgas in eine oder mehrere Adsorberschichten adsorbiert und durch eine Umschaltung auf eine Desorptionsphase zur Regenerierung gewechselt wird sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung des Beladungszustands eines Adsorbers.
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Adsorption ist ein Prozess, bei dem Stoffe auf der Oberfläche eines anderen Stoffs, die auch Adsorber genannt werden, haften bleiben und sich auf dessen Oberfläche anreichern. Die Oberfläche des Adsorbers, bei der die Adsorption für bestimmte Stoffe stattfindet, kann die Oberfläche eines Feststoffs oder einer Flüssigkeit sein. Als Adsorber kommen beispielweise Aktivkohle, Silicagel oder Molekularsiebe (Zeolithe) in Form von Schüttungen oder in strukturierter Form zum praktischen Einsatz. Der Adsorber wird beispielsweise mit einer oder mehreren Adsorberschichten unterschiedlicher Adsorbern ausgeführt, mit denen mehrere Komponenten aus einem Gemisch durch Adsorption abgeschieden werden können. Um einen kontinuierlichen Adsorptionsprozess zu erreichen, wird die Adsorption in der Regel mit mindestens zwei wechselweise geschalteten Adsorbern betrieben.
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Bei der Adsorptionphase in einem Gefäßadsorber strömt das zu reinigende Gasgemisch durch ein Adsorbensfestbett aus Adsorbenspartikeln. Der gereinigte Gasstrom wird als Produkt abgezogen und kann weiterer Behandlung zugeführt werden. Die Oberfläche des Adsorbers nimmt selektiv Adsorptiv auf. Erreicht die Beladung die vollständige Kapazität des Adsorbers, so bricht Adsorptiv in den Reingasstrom oder in einer anderen Adsorberschicht des Adsorbers durch. Spätestens zu diesem Zeitpunkt muss die laufende Adsorption abgebrochen und der Adsorber erneut regeneriert werden.
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Um sicher zu stellen, dass bei Adsorption der adsorbierte Stoff, der auch als Adsorptiv bezeichnet wird, nicht durch den Adsorber durchbricht und in dem ausströmenden Gasstrom auftritt, wird eine Steuerung des Adsorber benötigt, die eine Regenerierung des Adsorbers zu einem Zeitpunkt einleitet, bei dem nach den üblichen Berechnungsmodellen ein ausreichender Sicherheitsabstand zur vollständigen Beladung des Adsorbers eingehalten wird. Dieser Sicherheitsabstand ist notwendigerweise so dimensioniert, dass nie die vollständige Kapazität des Adsorbers ausgenutzt wird. Beispielsweise sind bei der herkömmlichen Luftzerlegung Wasser und CO2 aus dem Einsatzgasstrom zu entfernen. Hierbei wird typischerweise eine Adsorberschicht aus Aluminiumgel zur Wasserentfernung und ein Molsieb zur CO2-Entfernung benutzt. Sollte das Wasser in Richtung Molsieb durchbrechen, würde dies eine aufwendige Regenerierung des Molsiebs mit höherer Temperatur oder größerer Spülgasmenge erfordern, was auch höheren Energieverbrauch sowie Kosten bringt, um das Wasser, welches stärker adsorbiert wird als andere Gasstromkomponenten, wieder aus der Schüttung zu entfernen.
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Im Anschluss an die Adsorptionsphase wird die Regenerierung des Adsorbers zur Desorption durchgeführt, bei der ein nicht adsorbierbares Gas im Gegenstrom den Adsorber spült. Dabei werden die vorher adsorbierten Komponenten wieder aus dem Adsorber ausgetrieben. Um die Regenerierung zu erleichtern und die Spülgasmenge zu erniedrigen, wird das Spülgas erhitzt, bevor es in den Adsorber geleitet wird. Bei der Regenerierung ist eine ungenügende Desorption nachteilig. Wenn z. B. bei der CO2/Wasser Adsorption der Luftzerlegung der beladene Adsorber bei Regenerierung nicht genügend von Wasser befreit wird, wird die CO2-Adsorption bestimmter Adsorbensanteile in der folgenden Adsorptionsphase mit Wasser beladen. Bei einer derartigen Beladung der Komponente, die stärker adsorbiert wird als die andere Komponente, werden aufwendige und teure Regenerierungsvorkehrungen benötigt, um die stärker adsorbierte Komponente wieder aus dem Adsorber zu entfernen.
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Um solchen Problemen wirksam zu begegnen, arbeitet ein bekanntes Kontrollverfahren mit einer Überwachung der Konzentration an Verunreinigungen, die das Adsorberbett bei der Entspannung verlassen, so wie in der
DE-PS 3006836 offenbart wird. Die Taktzeit oder die Rohgasmenge werden entsprechend den Schwankungen im Adsorption-Desorption Zyklus geändert.
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Bei dem Verfahren gemäß der
DE-OS 2352075 wird zur Regelung der Taktzeit des Zyklus die Verunreinigungskonzentration im Produktstrom überwacht. Trotz dieser Maßnahmen kann es zu einer unerwünscht hohen Beladung des Adsorbers und zum Durchbruch einer oder mehrerer adsorbierter Komponenten kommen, da die Überwachung des Prozesses entweder nach der Adsorptionsphase oder in dem gereinigten Produktgas einsetzt.
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Bei Störfällen, wie einer nachlassenden Adsorberkapazität durch Alterung und Inaktivierung des Adsorbers, können die vorgenannten Verfahren nicht entsprechend schnell und flexibel reagieren, um einen Durchbruch des Adsorbers zu verhindern.
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Die
DE 3811168A1 offenbart ein weiterentwickeltes Verfahren, bei dem der Durchbruch durch punktförmige Temperaturmessungen in dem Adsorber detektiert wird. Das zugrundeliegende Prinzip ist hier eine Freisetzung von Adsorptionswärme, die den Adsorber erwärmt. Bei diesem Verfahren werden entlang dem Adsorber Thermofühler angeordnet, mit deren Hilfe das Fortschreiten der Beladungsfront, was sich in einem Temperatursprung äußert, im Adsorber detektiert und überwacht wird. Bei diesem Verfahren erfolgt aber nur eine punktförmige Temperaturmessung an einzelnen Punkten, die nicht die ganze Ebene repräsentiert. Die Messung kann daher durch eine Randgängigkeit oder eine ungleichmäßige Adsorption zu einem falschen Ergebnis kommen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Bestimmung des Beladungszustands des Adsorbers zu entwickeln, welches eine optimale Nutzung der Adsorberkapazität gewährleistet.
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Eine weitere Aufgabe liegt darin, eine genügende Entladung bei der Regenerierung des Adsorbers sicherzustellen. Insbesondere soll der Beladungszustand des Adsorbers kontrolliert werden, um den richtigen Zeitpunkt für die Einleitung der Umschaltung zwischen Adsorptionsphase und Desorptionsphase zu bestimmen sowie Taktzeiten und/oder Spülgastemperatur entsprechend zu variieren.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestimmung des Beladungszustand des Adsorbers mittels einer Strahlung mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst, wobei die Strahlung durch den Adsorber geschickt wird und danach ein die Strahlung charakterisierender Wert detektiert wird, wobei der detektierte Wert mit einem Sollwert verglichen wird und daraus der Beladungszustand bestimmt wird.
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Mit den Merkmalen des Anspruches 12 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Beladungszustands des Adsorbers vorgesehen, welche mindestens einen Strahler und einen Detektor umfasst, wobei sich mindestens ein Teil des Adsorbers zwischen dem Strahler und dem Detektor befindet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Bestimmung des Beladungszustands des Adsorbers, der in der Regel aus porösen Materialien besteht und bei der Adsorptionsphase von den zu adsorbierenden Komponenten aus dem Einsatzgas beladen wird. Erreicht die Beladung des Adsorber einen Grenzwert, dessen Überschreitung zu einem Durchbruch des Adsorber führen könnte, wird eine Desorptionsphase eingeleitet, bei der der beladene Adsorber mit einem Spülgas im Gegenstrom regeneriert wird. Nach der Regenerierung wird der Adsorber von der Desorptionsphase wieder auf die Adsorptionsphase umgeschaltet.
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Zur Bestimmung des Beladungszustands des Adsorbers wird eine Strahlung durch den Adsorber geschickt, anschließend wird ein die transmittierte Strahlung charakterisierender Wert detektiert, der die Signalschwächung durch das im Strahlengang befindliche Adsorbens sowie das im Strahlengang befindliche Adsorptiv darstellt. Der detektierte Wert wird durch Vergleichen mit einem Sollwert zur Bestimmung des Beladungszustands des Adsorbers benutzt. Als Sollwert wird beispielsweise die Intensität der Strahlung nach Durchgang durch den unbeladenen Adsorber gewählt. Das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zuverlässiger als die bekannten punktförmigen Temperaturmessungen.
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Vorzugsweise wird die Strahlung senkrecht zur Strömungsrichtung des Einsatzgases durch den Adsorber geschickt, um den Beladungszustand des Adsorber im Strahlengang zu bestimmen. Der Strahlengang, der dem Strahlenweg entspricht, befindet sich in einer Ebene des Adsorbers, die senkrecht zur Strömungsrichtung des Einsatzgases ist.
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Der Beladungszustand des Adsorbers ist ein Maß dafür, wie weit der Adsorptionsprozess fortschreitet. Während der Adsorptionsphase wird der Adsorber zunächst im Bereich der Zuführung des Einsatzgases beladen. Nach einiger Zeit ist der Adsorber bis zu einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung des Einsatzgases und stromabwärts der Zuführung des Einsatzgases beladen. Diese Beladungsfront schreitet solange fort, bis der Adsorber komplett beladen ist.
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Für die folgende Betrachtung strömt das Einsatzgas von unten nach oben durch den Adsorber. Bevorzugt geht dann die Strahlung durch das obere Ende des Adsorbers und wird danach detektiert. Hierdurch kann festgestellt werden, ob der Adsorber schon nahezu komplett beladen ist bzw. wie weit der Adsorber beladen ist. Vorzugsweise hat das obere Ende einen Abstand zur stromabwärtige Ende des Adsorbers bezogen auf die Strömungsrichtung des Einsatzgases. Der Abstand wird zur vollständigen Beladung in dem Adsorber eingehalten, sodass die Kapazität des Adsorbers nie überschritten wird. Der Abstand beträgt vorzugsweise zwischen 40% und 5% der Länge des Adsorbers in der Strömungsrichtung, besonders bevorzugt zwischen 25% und 10%.
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Überschreitet die Beladung am oberen Ende des Adsorbers einen Grenzwert, wird der Adsorber auf die Desorptionsphase umgeschaltet und mit dem Spülgas regeneriert. Dieser Grenzwert dient zu einem Sicherheitsabstand zur völligen Beladung am oberen Ende und wird in der Praxis durch vorherige Erprobung bestimmt.
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Weiter bevorzugt wird der Zeitpunkt der Umschaltung auf die Desorptionsphase in Abhängigkeit von dem Beladungszustand des Adsorbers bestimmt. Wenn das Einsatzgas durch den Adsorber strömt und die zu adsorbierende Komponenten in dem Adsorber beladen sind, wird eine zusätzliche Signalschwächung durch das im Adsorbens befindliche Adsorptiv im Strahlengang (das obere Ende) detektiert. Mit der steigenden Beladung im Strahlengang nimmt die zusätzliche Signalschwächung entsprechend zu. Je nach Größe der zusätzlichen Signalschwächung wird die Umschaltung auf die Desorptionsphase (Regenerierung) zu diesem Zeitpunkt eingeleitet.
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Vorzugsweise wird der Adsorber in die Desorptionsphase umgeschaltet, wenn der Beladungszustand des Adsorbers in der Adsorptionsphase größer als 80%, bevorzugt größer als 90%, besonders bevorzugt größer als 95% der vollständigen Beladung ist. Eine optimale Umschaltung ist so, dass sowohl ein Sicherheitsabstand zum Durchbruch als auch eine möglichst hohe Ausnutzung der Kapazität des Adsorbers erreicht wird.
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Der Adsorptionsprozess umfasst wenigstens die Verfahrensschritte Adsorption und Regenerierung. Die Dauer der einzelnen Verfahrensschritte wird als Taktzeit bezeichnet. Die Taktzeit der einzelnen Verfahrensschritte wird in der Regel durch einer Steuerung festgestellt, die aber durch manuelle Änderungen der Steuerung an die tatsächlichen Gegebenheiten angepasst werden könnte. Die Taktzeit der Adsorption wird durch eine ungenügende Regenerierung verkürzt.
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Bei einem Adsorber mit nur einer Adsorberschicht wird die Taktzeit der Adsorption wegen dem aus der Desorptionsphase übrig bleibenden Adsorptiven verkürzt, was eine niedriger Adsorptionsleistung sowie einen höheren Energiebedarf zur Folge hat. Bei einem Adsorber mit mehreren Adsorberschichten könnte noch dazu kommen, dass der für eine Komponente bestimmte Schüttungsanteil in der Adsorptionsphase mit einer anderen Komponente beladen wird, wenn in der Desorptionsphase die andere Komponente ungenügend von Adsorber befreit wurde. Bei einer derartigen Beladung der Komponente, die stärker adsorbiert wird als andere Komponenten, werden aufwendige und teuer Regenerierungsvorkehrungen benötigt, um die stärker adsorbierte Komponente wieder aus dem Adsorber zu entfernen.
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Um solche Fälle zu vermeiden wird bevorzugt eine Überprüfung des Beladungszustands nach der Regenerierung mittels der Strahlung gefordert. Falls die Regenerierung noch nicht ausreichend erfolgt ist, können die Taktzeit und Spültemperatur geändert werden. Bevorzugt wird die Erfindung herangezogen, um den Beladungszustand nach der Regenerierung zu prüfen und ob die vorher im Adsorber adsorbierten Komponenten in der Desorptionsphase genügend ausgespült werden.
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Weiter bevorzugt wird der Adsorber in die Adsorptionsphase umgeschaltet, wenn der Beladungszustand des Adsorbers in der Desorptionsphase kleiner als 20% besonders bevorzugt kleiner als 10%, ganz besonders bevorzugt kleiner als 5% ist.
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Um die vorher adsorbierte Komponente in der Regenerierung genügend aus dem Adsorber zu desorbieren, werden im Adsorber die Taktzeit oder/und die Temperatur des Spülgases oder/und die Spülgasmenge entsprechend geändert.
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Weiter bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Strahlung verwendet, die ein genügendes Durchdringungsvermögen durch den Adsorber besitzt, bevorzugt eine elektromagnetische Strahlung z. B. eine Gamma-Strahlung wie Cs-137 oder Co-60, wobei die Strahlenergie der Strahlung größer als 100 keV, besonders bevorzugt größer als 130 keV, ganz besonders bevorzugt größer als 150 keV ist. Außerdem könnte statt einem radioaktiven Element, das Gammastrahlen aussendet auch eine hochenergetische Röntgenquelle, die eine Strahlenergie bevorzugt größer als 150 keV besitzt, genommen werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise für TSA-Anlagen angewendet, bei denen die Taktzeit größer als in anderen Adsorptionsanlagen, PSA, RTSA sowie VPSA, ist. Bei den anderen Verfahren (PSA, RTSA sowie VPSA) kann die Erfindung grundsätzlich genauso eingesetzt werden. Es muss nur ein höherintensiver Strahler als der bei TSA angewendet werden, mit dem man schneller messen kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für die Adsorption einer oder mehrerer Komponenten aus einer Gasphase, insbesondere für die Entfernung von Wasser und CO2 bei der Luftzerlegung. Zur Wasserentfernung wird eine Adsorberschicht aus Aluminiumgel benutzt und zur CO2 Entfernung ein Molsieb. Durch beide Adsorberschichten wird jeweils eine Strahlung geschickt und detektiert, um das Fortschreiten der Beladung jeweils von Aluminiumgel und Molsieb zu überwachen und den Durchbruch der jeweiligen Adsorberschicht zu vermeiden.
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Vorzugsweise wird der detektierte Wert in einer Auswertevorrichtung als elektrischer Input eingegeben und dort mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen und ausgewertet. Der detektierte Wert bezieht sich auf den Beladungszustand des Adsorbers. Die im Strahlgang befindliche Ebene des Adsorber wird mit der Ablaufzeit der Adsorption immer mehr beladen, daher wird das detektierte Signal durch das auf diese Ebene im Adsorber beladene Adsorptiv immer mehr geschwächt und die aus dem Signal dargestellte Intensität wird auch immer schwächer. Mit Hilfe der Auswertung der detektierten Daten wird ein Signalprofil in Bezug auf die Intensität mit dem zeitlichen Ablauf ausgegeben. Die Intensität nimmt mit der Ablaufzeit, die in der Adsorptionsphase auch der ansteigenden Beladung entspricht, ab. Wenn die Intensität bis zu einem vorgegebenen Grenzwert kommt, welcher einen Sicherheitsabstand zur maximalen Beladung hat, wird die Beladung des Adsorber beendet. Die Intensität der maximalen Beladung kann bei guten Materialdaten des Adsorbens berechnet werden. In der Praxis wird die maximale Beladung aber meist vorher zusätzlich experimentell verifiziert. In der Desorptionsphase ist die Auswertung mit gleichem Prinzip umgekehrt. Im Vergleich zu der bekannten Temperaturmessung mit Messpunkten entlang dem Adsorber ist die Messung mittels der Strahlung, die integral längs des Strahlengangs gemessen wird, zuverlässiger.
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Bevorzugt wird die Strahlung nicht durch die Symmetrieachse des Adsorbers in der Strömungsrichtung geschickt. Bei einem zylindrischen Adsorber fällt diese Symmetrieachse mit der Zylinderachse zusammen. Der Abstand von der Strahlung bis zu der Symmetrieachse beträgt vorzugsweise 5% bis 45% der maximalen Ausdehnung des Adsorbers in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung, bevorzugt von 10% bis 40%, besonders bevorzugt von 20% bis 30%. Der Abstand wird so festgelegt, dass bei möglichst geringer Strahlungsintensität ein sinnvoller Signalwert nach Durchgang durch den Adsorber detektiert wird. Dies kann bei sehr großen Durchmessern nötig sein, um eine Durchstrahlung überhaupt zu ermöglichen, da bei einer Durchstrahlung durch das Zentrum eine zu starke Adsorption eine sinnvolle Signalauswertung verhindert. Auch bei kleineren Durchmessern kann eine nicht zentrische Durchstrahlung sinnvoll sein, da dadurch die nötige Strahlungsleistung, die Kosten für Quelle und Detektor sowie die Schutzanforderungen reduziert werden können.
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Weiterhin bevorzugt ist die Strahlung durch einen bewegbar installierten Strahler auch bewegbar, sodass die Strahlung für die Überwachung und Bestimmung des Beladungszustands des Adsorbers an jeder gewünschten Stelle einsetzbar ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Beladungszustands eines Adsorber enthält mindestens einen Strahler und einen Detektor, wobei sich mindestens ein Teil des Adsorbers zwischen dem Strahler und dem Detektor befindet. Für einen Adsorber, der mehrere Adsorberschichten besitzt oder bei dem an mehreren Stellen die Überwachung des Adsorbers benötigt wird, werden nach Bedarf auch eine entsprechende Anzahl an Strahler-/Detektorpaaren eingesetzt, um den jeweiligen Beladungszustand des Adsorbers zu überwachen und zu kontrollieren.
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Bevorzugt werden der Strahler und der Detektor so angeordnet, dass die Strahlung nicht durch die Symmetrieachse des Adsorbers in der Strömungsrichtung geschickt wird. Dies kann bei sehr großen Durchmessern nötig sein, um eine Durchstrahlung überhaupt zu ermöglichen, da bei einer Durchstrahlung durch das Zentrum eine zu starke Adsorption eine sinnvolle Signalauswertung verhindert. Auch bei kleineren Durchmessern kann eine nicht-zentrische Durchstrahlung sinnvoll sein, da damit die nötige Strahlleistung verringert wird.
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Bevorzugt wird die Vorrichtung so angeordnet, dass der Strahler und der Detektor in Strömungsrichtung oder/und senkrecht zur Strömungsrichtung des Einsatzgases durch den Adsorber verfahrbar angeordnet werden. Beispielsweise werden der Strahler und der Detektor bei einem zylinderförmigen Adsorber vertikal oder/und radial verfahrbar angebracht werden. Somit ist nur ein Strahler-/Detektorpaar notwendig, um das Fortschreiten der Beladungsfront bei verschiedenen Adsorberschichten des Adsorbers zu überwachen. Außerdem kann eine Randgängigkeit der Beladung des Adsorbers durch ein aufgrund der radialen Bewegung durchgeführtes Abscannen der verschiedenen Entfernungen vom Rand detektiert werden. Strahler und Detektor können hierzu an einer Fahrschiene oder einer anderen verfahrbaren Vorrichtung angebracht sein.
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Weiter bevorzugt wird eine Auswertevorrichtung zur Auswertung des detektierten Werts an dem Detektor angeschlossen, wobei anzumerken ist, dass der Detektor selbst auch eine zusätzliche Auswertungsfunktion besitzen könnte, so dass eine zusätzliche Auswertevorrichtung nicht mehr nötig ist. Bei der Auswertung wird ein Signalprofil in Bezug auf den detektierten Wert mit dem zeitlichen Ablauf ausgegeben, welches auf einen Zeitpunkt für die Einleitung der Umschaltung hinweist.
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Die oben beschriebene Erfindung wird bei der nachfolgenden Figurenbeschreibung anhand der folgenden Figuren, die bevorzugte Ausgestaltung zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Figuren in keiner Weise beschränkt. Hierbei zeigen,
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1: Strahlanordnung zur Bestimmung des Beladungszustands des Adsorbers
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2: Nicht-zentrische Strahlanordnung
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3: Vertikal bewegte Strahleranordnung
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4: Radial bewegte Strahleranordnung
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5: Signalprofil als Funktion der Beladung bei Adsorption
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In 1 wird die schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Beladungszustands des Adsorbers mittels einer Strahlung gezeigt. Als Beispiel wird hier angenommen, dass der Adsorber 1 zwei Adsorberschichten besitzt und beispielsweise eine Adsorption von Wasser und CO2 aus dem Gasgemisch bei der Luftzerlegung durchgeführt wird. Zur Wasserentfernung wird eine Adsorberschicht mit Aluminiumgel benutzt und zur CO2 Entfernung ein Molsieb.
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In der 1 wird das Einsatzgas von unten durch die zwei Adsorberschichten des Adsorbers geschickt, wobei die Bezugnummern 4 und 5 jeweils die CO2 Beladung und die Wasserbeladung zeigen. An dem jeweiligen oberen Ende der zwei Adsorberschichten des Adsorbers befindet sich ein Strahler-/Detektorpaar, das aus einer Strahlenquelle 2 (typischerweise ein Gamma-Strahler, wie z. B. Cs-137 oder Co-60) und einem Strahlendetektor 3 besteht. Zur Signalauswertung wird eine Auswertevorrichtung 6 an den Detektor 3 angeschlossen. Manche Detektoren sind selbst mit einer zusätzlichen Auswertungsfunktion versehen. Bei der Auswertung wird ein Signalprofil mit einem zeitlichen Ablauf ausgegeben, bei dem die Intensität gegen Ablaufzeit aufgetragen wird. Die Intensität ist ein Maß für die Signalschwächung. Wenn die Intensität einen Grenzwert erreicht, bei dem die Strahlung durch eine maximale zugelassene Beladung geschwächt wird, wird der Adsorptionsprozess oder Desorptionsprozess beendet oder/und umgeschaltet.
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In 1 geht die Strahlung durch die beiden oberen Enden der Adsorberschichten des Adsorbers 1. Wenn das obere Ende der Adsorberschicht noch nicht beladen ist, wird eine Signalschwächung nur durch das Adsorbens im Adsorber erzeugt. Wenn die Beladung das obere Ende erreicht, wird die Strahlung durch die beladenen Materialien zusätzlich geschwächt. Die zusätzliche Strahlungsschwächung, die das Passieren der Beladungsfront durch den Strahlengang eindeutig signalisiert, wird durch den Stahlendetektor 3 im Strahlengang detektiert. Das obere Ende des Adsorbers 1 bezieht sich auf einen Grenzzustand der Beladung, bei dem ein Sicherheitsabstand zur vollständig Beladung eingehalten wird, sodass die vollständige Kapazität des Adsorbers nie ausgenutzt wird.
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Grundsätzlich ist die Strahlung nach Bedarf auch an beliebiger Stelle des Adsorbers einsetzbar, so dass der Beladungszustand an beliebiger Stelle des Adsorbers durch die Strahlung detektiert werden kann. Außerdem könnte die Strahlung auch genutzt werden, um den Beladungszustand nach der Regenerierung zu prüfen, ob die vorher im Adsorber adsorbierten Komponenten in der Desorptionsphase genügend ausgespült worden sind, sodass ein Durchbruch wegen der ungenügenden Befreiung des Adsorptivs in der folgenden Adsorptionsphase durch Änderung der Taktzeit oder/und der Spülgastemperatur oder/und der Spülgasmenge ausgeschlossen werden kann.
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In 2 ist eine nicht-zentrische Strahlenanordnung vorgesehen. Dies kann bei sehr großen Durchmessern nötig sein, um eine Durchstrahlung überhaupt zu ermöglichen, da bei einer Durchstrahlung durch das Zentrum eine zu starke Adsorption eine sinnvolle Signalauswertung verhindert. Auch bei kleineren Durchmessern kann eine nicht-zentrische Durchstrahlung sinnvoll sein, da damit eine Verringerung der nötigen Strahlleistung gewährleistet wird, die geringere Kosten für Strahlenquelle und Strahlendetektor sowie den verringerten Schutzanforderungen ermöglicht.
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In 3 wird eine schematische Zeichnung einer vertikal bewegten Strahleranordnung gezeigt. Im Vergleich zu der in 1 dargestellten festen Anordnung werden die Strahlenquelle 2 und der Strahlendetektor 3 in diesem Fall beispielsweise entlang einer Fahrbahn oder Fahrschiene vertikal verfahrbar angeordnet. Auf diese Weise ist nur ein Strahler-/Detektorpaar notwendig, das zur Bestimmung des Beladungszustands des Adsorbers in mehreren Adsorberschichten verwendet werden kann.
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In 4 ist eine radial bewegte Strahleranordnung vorgesehen, bei der die Strahlenquelle 2 und der Strahlendetektor 3 beispielsweise entlang einer Fahrbahn oder Führungsschiene radial verfahrbar angeordnet werden. Durch ein Abscannen an verschiedenen Entfernungen vom Rand kann eine Randgängigkeit der Beladung des Adsorbers detektiert werden. Eine Randgängigkeit kommt vor, weil die Strömungsgeschwindigkeit in Wandnähe ein Minimum aufweist. Diese bewirkt lokal einen erhöhten Stoffübergang. Daraufhin bricht die Konzentrationsfront in Wandnähe des Adsorbers früher durch. Deswegen muss der Einfluss der Randgängigkeit bei der Adsorption berücksichtigt werden.
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Darüber hinaus ist eine Kombination aus der vertikal bewegten Strahleranordnung und der radial bewegten Strahleranordnung auch möglich, bei der beispielsweise eine vertikale Fahrbahn und gleichzeitig auch eine radiale Fahrbahn zur Verschiebung des Strahler-/Detektorpaar angeordnet werden. Die Kombination hat beide Vorteile von Vertikal- und Radialanordnungen.
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In 5 ist ein Signalprofil als Funktion der Beladung während der Adsorptionsphase dargestellt, bei dem die Intensität der Strahlung gegen die Ablaufzeit aufgetragen ist. Zur Zeit t = 0 ist der Adsorber nicht beladen, d. h. bei der Intensität I0 geht die Strahlung nur durch das unbeladene Adsorbens. Mit zunehmender Beladung wird die Strahlung immer mehr von dem im Strahlengang befindlichen Adsorptiv geschwächt, so dass die detektierte Intensität entsprechend sinkt. Bei maximaler Beladung wird die Intensität I2 gemessen. Dieser Wert kann, sofern ausreichend gute Materialdaten zur Verfügung stehen, berechnet werden. In der Praxis wird er aber vorher meist einmal experimentell verifiziert. Um einen Sicherheitsabstand zur maximalen Beladung zu gewährleisten, wird ein Grenzwert I1 definiert, ab dem die Beladung des Adsorbers beendet wird und die Umschaltung auf die Desorptionsphase eingeleitet wird.
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Bei Desorption nimmt die Intensität mit der Ablaufzeit zu, weil immer mehr Adsorptiv mit einem gegenströmenden Spülgas von dem Adsorber ausgespült wird. Die Intensität wird weiter steigen bis zu einem bestimmten Wert, bei dem der Adsorber genügend von Adsorptiv befreit wird. Ab diesem Wert wird der Desorptionsprozess beendet und/oder die Umleitung auf die Adsorptionsphase eingeleitet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3006836 [0006]
- DE 2352075 A [0007]
- DE 3811168 A1 [0009]
