DE1258834B

DE1258834B - Cyclic adsorption-desorption process for fractionating gas mixtures

Info

Publication number: DE1258834B
Application number: DE1964E0027420
Authority: DE
Inventors: Homer Z Martin
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1964-07-16
Filing date: 1964-07-16
Publication date: 1968-01-18

Description

Zyldisches Adsorptions-Desorptionsverfahren zum Fraktionieren von Gasgemischen Die Erfindung betrifft ein neues, verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Fraktionieren von Gasgemischen.Cyldic adsorption-desorption process for fractionating Gas Mixtures The invention relates to a new, improved method and apparatus for fractionating gas mixtures.

Bei Adsorptionsverfahren wird im allgemeinen eine sogenannte Schlüsselkomponente (eine selektiv adsorbierbare Komponente des Ausgangsgutes) aus einem Gasgemisch abgetrennt. Die Adsorption wird bei verhältnismäßig hohem Druck durchgeführt, und an sie schließt sich eine bei verhältnismäßig niedrigem Druck durchgeführte Desorptionsstufe an. Adsorption processes generally become a so-called key component (a selectively adsorbable component of the starting material) from a gas mixture severed. The adsorption is carried out at relatively high pressure, and this is followed by a desorption stage carried out at a relatively low pressure at.

Durch den raschen Wechsel von Adsorption zu Desorption wird verhindert, daß das Adsorptionsmittel mit der Schlüsselkomponente des gasförmigen Produktes ins Gleichgewicht kommt. Der schnelle Periodenwechsel gestattet die Verarbeitung großer Materialmengen und führt außerdem zur Ausbildung eines hin und her schwingenden Konzentrationsgefälles in der Adsorptionsmittelschicht.The rapid change from adsorption to desorption prevents that the adsorbent with the key component of the gaseous product comes into balance. The fast change of periods allows processing large amounts of material and also leads to the formation of a swinging back and forth Concentration gradient in the adsorbent layer.

Um den Partialdruck der adsorbierten Schlüsselkomponente in der Desorptionsstufe des Zyklons herabzusetzen, wird ein Teil des reinen Produktes, d. h. des primären Durchlaufs oder der nicht adsorbierten Komponente, aus der Adsorptionszone in die unter verhältnismäßig niedrigem Druck stehende Desorptionszone als Rückfluß zurückgeführt. To the partial pressure of the adsorbed key component in the desorption stage of the cyclone becomes part of the pure product, i.e. H. of the primary Passage or the non-adsorbed component, from the adsorption zone into the under relatively low pressure desorption zone recycled as reflux.

Verfahren und Vorrichtungen dieser Art arbeiten zwar recht vorteilhaft, besitzen jedoch gewisse unerwünschte Merkmale. Insbesondere hat sich herausgestellt, daß unter Umständen ein großer Teil des nicht adsorbierten Bestandteils verlorengeht. Wenn dieser Bestandteil von Wert ist, wird das Verfahren wirtschaftlich ungünstiger oder womöglich unwirtschaftlich. Processes and devices of this type work quite advantageously, however, have certain undesirable features. In particular, it has been found that a large part of the non-adsorbed component may be lost. If this component is of value, the process becomes less economically beneficial or possibly uneconomical.

Führt man das Adsorptionsverfahren unter Rückfluß eines Teiles der nicht adsorbierten Komponente dadurch, so erhält man ein Desorbat oder einen sekundären Durchlauf, der sowohl die adsorbierte als auch die nicht adsorbierte Komponente enthält. Dieses Desorbat wird üblicherweise an die Atmosphäre abgelassen oder einem anderen Verwendungszweck zugeführt als das gereinigte, nicht adsorbierte Produkt. If the adsorption process is carried out under reflux of part of the non-adsorbed component thereby, one obtains a desorbate or a secondary one Pass that contains both the adsorbed and non-adsorbed components contains. This desorbate is usually vented to the atmosphere or a used for a different purpose than the purified, non-adsorbed product.

Bei diesem Verfahren gehen daher erhebliche Mengen der nicht adsorbierten Komponente verloren.In this process, therefore, considerable amounts of the non-adsorbed Component lost.

Auch dann, wenn es darauf ankommt, einen Gasstrom zu gewinnen, der die adsorbierte Komponente im Zustand hoher Reinheit enthält, ist das bekannte Verfahren häufig unzulänglich. Obwohl die Konzentration der adsorbierten Komponente im Desorbat höher ist als im Ausgangsgut, ist diese Komponente doch mit großen Mengen des nicht adsorbierten Rückflußmaterials verdünnt. Even when it comes down to generating a gas flow, that contains the adsorbed component in the state of high purity is the known method often inadequate. Although the concentration of the adsorbed component in the desorbate is higher than in the initial product, this component is not with large quantities of the adsorbed reflux material diluted.

Es wurde nun gefunden, daß Verluste an der nicht adsorbierten Komponente bedeutend vermindert oder praktisch ausgeschaltet werden können, wenn man das Desorbat verdichtet und mindestens einen Teil desselben im Kreislauf dem Boden derjenigen Zone durchführt, die gerade auf Adsorption geschaltet ist oder geschaltet werden soll, und wenn man dabei das Ausgangsgut einer mittleren Stelle der Adsorptionszone zuführt. Die mittlere Stelle der Adsorptionszone, der das Ausgangsprodukt zugeführt wird, soll so ausgewählt werden, daß die Zusammensetzung des durch die Zone streichenden Gasstromes an dieser Stelle etwa die gleiche ist wie diejenige des Ausgangsgutes. Dieses soll also der Adsorption szone an einer Gleichgewichtsstelle zugeführt werden. Da diese Gleichgewichtsstelle sich aber mit fortschreitender Adsorption in der Adsorptionszone verschiebt, läßt sich ihre Lage nicht genau feststellen. Es ist daher zweckmäßig, das Ausgangsgut an einer Stelle zuzuführen, die den durchschnittlichen Gleichgewichtspunkt darstellt. It has now been found that losses on the not adsorbed component can be significantly reduced or practically eliminated if the desorbate compacted and at least part of the same in the cycle of the soil of those Performs zone that is currently switched to adsorption or to be switched should, and if you are doing the starting material a middle point of the adsorption zone feeds. The middle point of the adsorption zone to which the starting product is supplied is to be selected so that the composition of the traversing through the zone Gas flow at this point is about the same as that of the starting material. This should therefore be fed to the adsorption zone at an equilibrium point. Since this point of equilibrium but with advancing adsorption in the adsorption zone shifts, its location cannot be precisely determined. It is therefore advisable to to feed the output material at a point which is the average equilibrium point represents.

Bei vielen Arbeitsvorgängen kann das Desorbat eine veränderliche Zusammensetzung aufweisen. Da es vorteilhaft ist, ein Ausgangsgemisch von konstanter Zusammensetzung zuzuführen, leitet man in zweckmäßiger Weise den sekundären Durchlauf vor seiner Kreislaufführung in einen Sammelbehälter ein. In many work processes, the desorbate can be variable Have composition. Since it is advantageous to have a starting mixture of constant To feed the composition, one conveniently directs the secondary run in a collecting container before being recirculated.

Der Sammelbehälter hat die Aufgabe, die Zusammensetzung des im Kreislauf geführten Gemisches auf den Durchschnittswert zu bringen. Der Sammelbehälter kann sich vor oder hinter dem Kompressor befinden.The task of the collecting tank is to keep the composition of the circuit to bring the mixture to the average value. The collecting container can are in front of or behind the compressor.

Eine andere vorteilhafte Methode, die mit oder ohne Sammelbehälter angewandt werden kann, besteht darin, denjenigen Teil des sekundären Durchlaufs, der zu Beginn des Desorptionszyklus anfällt, an die Atmosphäre abzuleiten. Dieser anfängliche sekundäre Durchlauf enthält eine verhältnismäßig geringe Menge an der nicht adsorbierten Komponente und braucht daher nicht zusammen mit später anfallenden Teilen des sekundären Durchlaufs wieder verdichtet und im Kreislauf geführt zu werden. Die Bestimmung des Zeitpunktes, zu dem man mit der Kreislaufführung des sekundären Durchlaufs beginnen muß, richtet sich nach bekannten betriebstechnischen Überlegungen, z. B. nach der Menge der im sekundären Durchlauf auftretenden nicht adsorbierten Komponente, und dem wirtschaftlichen Wert derselben. Another beneficial method, with or without a collection container can be applied therein, that part of the secondary Passage that occurs at the beginning of the desorption cycle to be discharged to the atmosphere. This initial secondary run contains a relatively small amount on the non-adsorbed component and therefore does not need together with later Accruing parts of the secondary flow are compressed again and in the cycle to be guided. Determining the point in time at which to start the cycle of the secondary run must begin, depends on known operational engineering Considerations, e.g. B. according to the amount of occurring in the secondary run not adsorbed component, and the economic value of the same.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf Fig. 1 Bezug genommen, in der eine Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt ist. To further explain the invention, reference is made to FIG. 1, in which an embodiment of the invention is shown schematically.

Diese Ausführungsform der Erfindung wird an Hand eines Gemisches beschrieben, welches aus den beiden Komponenten A und N besteht, d. h. aus der adsorbierten und der nicht adsorbierten Komponente. This embodiment of the invention is based on a mixture described, which consists of the two components A and N, d. H. from the adsorbed and the non-adsorbed component.

Gemäß der Erfindung können jedoch auch Gemische verarbeitet werden, die aus mehr als zwei Komponenten bestehen, und die Ausdrücke »adsorbiert« und »nicht adsorbiert« haben hier nur relative Bedeutung und beziehen sich, genauer gesagt, auf die »leichter adsorbierbare« und die »schwerer adsorbierbare« Komponente. Die dargestellte Vorrichtung besteht aus den beiden Zonen X und Y, die ein für die gewünschte Trennung geeignetes Adsorptionsmittel enthalten. Die mit den Bezugszeichenx versehenen Ventile sind offen und die mit den Bezugszeichen y versehenen Ventile geschlossen, wenn die Zone X auf Adsorption und die Zone Y auf Desorption geschaltet ist. Wenn umgekehrt die Zone Y auf Adsorption und die Zone X auf Desorption geschaltet ist, sind die mit den Bezugszeicheny versehenen Ventile offen und die mit den Bezugszeichenx versehenen Ventile geschlossen. Die dargestellten Anordnungen der Ventile können in dem Fachmann bekannter Weise in vielen Hinsichten abgeändert werden.According to the invention, however, mixtures can also be processed, which consist of more than two components, and the terms "adsorbed" and "not adsorbed "have only relative meaning here and relate, more precisely, on the "more easily adsorbable" and the "more difficult to adsorb" component. the The device shown consists of the two zones X and Y, the one for the desired Separation contain suitable adsorbent. Those marked with the reference symbol x Valves are open and the valves marked with the reference symbol y are closed, when zone X is switched to adsorption and zone Y to desorption. if conversely, zone Y is switched to adsorption and zone X to desorption, the valves marked with the reference symbol y are open and those marked with the reference symbol x provided valves closed. The illustrated arrangements of the valves can can be modified in many respects in a manner known to those skilled in the art.

Zu Anfang wird das Ausgangsgut unter verhältnismäßig hohem Druck durch Leitung 12 und Ventil 4x der Adsorptionszone X an einer Stelle zwischen den Enden derselben zugeführt. Bevor das Ausgangsgut in die Adsorptionszone eingeleitet wird, kann es durch die Schutzkammer 45 geleitet werden. At the beginning the output material is under relatively high pressure through line 12 and valve 4x of the adsorption zone X at a point between the Ends of the same fed. Before the starting material is introduced into the adsorption zone it can be passed through the protective chamber 45.

Diese Kammer kann dazu dienen, dem Ausgangsgut Stoffe zu entziehen, die das Hauptadsorptionsverfahren stören. In der Adsorptionszone wird die Komponente A adsorbiert, und ein im wesentlichen aus der Komponente N bestehender Strom strömt über Ventil 5 x aus. Dieser Strom wird nachstehend als primärer Durchlauf bezeichnet. Unter Zwischenschaltung der Druckmindervorrichtung 7 wird ein Teil des Stromes auf einen verhältnismäßig niedrigen Druck entspannt und über Ventil 8 x in die auf Desorption geschaltete Zone Y eingeleitet. Die Druelunindervorrichtung 7 kann z. B. ein Ventil oder eine Blende sein. Durch entsprechende Einstellung der Ventile 6 und 7 wird ein Teil des primären Durchlaufs gewonnen, während ein anderer Teil, wie oben erwähnt, für die Desorption verwendet wird. Zum Beispiel kann die Hälfte des Gesamtvolumens des primären Durchlaufs gewonnen und die andere Hälfte nach Druckentspannung bei 7 für die Desorption verwendet werden. In der unter verhältnismäßig niedrigem Druck stehenden Desorptionszone Y ist zu Beginn der Desorptionsperiode die Komponente A in verhältnismäßig hoher Konzentration enthalten. Mit fortschreitender Desorption sinkt die Konzentration der Komponente A, und durch Leitung 13 wird ein Strom gewonnen, der die beiden Komponenten A und N enthält. Bei den bisher bekannten Verfahren wurde das durch Leitung 13 abströmende Gut aus dem System entfernt. Gemäß der Erfindung wird dieser Strom jedoch durch Ventil 9 x geleitet, und mindestens ein Teil desselben wird dem Kompressor 3 zugeführt, der dieses Material von dem niedrigen Druck der Zone Y auf den hohen Druck der Zone X verdichtet. Gegebenenfalls kann ein Teil dieses Materials unter entsprechender Einstellung des Ventils 14 durch Leitun 15 an die Atmosphäre abgeführt oder gewonnen werden. Das verdichtete Material, welches reicher an der Komponente A ist als das Ausgangsgut, wird in den Sammeltank 17 geleitet. Der Sammeltank hat die Aufgabe, die Zusammensetzung des Desorbates auf den Durchschnittswert auszugleichen.This chamber can be used to remove substances from the initial material, which interfere with the main adsorption process. The component is in the adsorption zone A is adsorbed, and a stream consisting essentially of component N flows 5 x off via valve. This stream is hereinafter referred to as the primary run. With the interposition of the pressure reducing device 7, part of the current is on a relatively low pressure is released and 8 times into the desorption via valve switched zone Y initiated. The Druelunindervorrichtung 7 can, for. B. a valve or be an aperture. By adjusting the valves 6 and 7 accordingly won part of the primary run while another part, as mentioned above, is used for desorption. For example, half of the total volume of the primary run and the other half after depressurization 7 for the desorption can be used. In the under relatively low pressure standing desorption zone Y is the component at the beginning of the desorption period A contained in a relatively high concentration. With progressive desorption the concentration of component A decreases, and a current is obtained through line 13, which contains the two components A and N. In the previously known method was the material flowing out through line 13 is removed from the system. According to the invention however, this stream is passed through valve 9 x, and at least part of the same is fed to the compressor 3, which this material from the low pressure of Zone Y compressed to the high pressure of Zone X. Optionally, part of this Material with appropriate setting of the valve 14 through line 15 to the Atmosphere can be discharged or gained. The compacted material, whichever richer on which component A is as the starting material is passed into the collecting tank 17. The task of the collecting tank is to bring the composition of the desorbate to the average value balance.

Ein Teil des verdichteten Desorbates wird aus dem Sammeltank 17 über Ventil llx zum Boden der Adsorptionszone X geleitet, wo die Komponente A wieder adsorbiert wird. Das Ausgangsgut wird der Zone X an einer Stelle zugeführt, an der die zeitliche mittlere Konzentration der Komponenten etwa die gleiche ist wie diejenige im Ausgangsgut. Bevor die Zone X durch Adsorption gesättigt ist, wird durch geeignete Einstellung der Ventile die Adsorption in der Zone X unterbrochen und die Adsorption in der Zone Y begonnen. Dies geschieht durch Öffnen der Ventile und Schließen der Ventile, z. B. mit Hilfe eines Zeitschalters, der Magnetspulen betätigt, die ihrerseits die betreffenden Ventile öffnen bzw. schließen.Part of the compressed desorbate is transferred from the collection tank 17 Valve llx passed to the bottom of the adsorption zone X, where component A again is adsorbed. The output material is fed to zone X at a point where the mean concentration of the components over time is about the same as that in the outgoing goods. Before the zone X is saturated by adsorption, suitable Adjustment of the valves interrupts the adsorption in zone X and the adsorption started in zone Y. This is done by opening the valves and closing the Valves, e.g. B. with the help of a timer that actuates the solenoids, in turn open or close the relevant valves.

Der Erfindungsgegenstand kann nach verschiedenen Richtungen hin abgeändert werden. Wenn es z. B. zweckmäßig erscheint, einen Teil des sekundären Durchlaufs, d. h. des Desorbates, bei einem hohen Druck abzuziehen, so kann dies durch Leitung 16 statt durch Leitung 15 erfolgen. Wenn sich die Komponente A im Verhältnis zur Komponente N leicht kondensieren läßt, ist es zweckmäßig, vor oder hinter dem Kompressor 3 eine Kühlvorrichtung anzuordnen und einen hochkonzentrierten Strom der Komponente A durch Kondensation zu entfernen. The subject matter of the invention can be modified in various directions will. If it z. B. seems appropriate to part of the secondary run, d. H. of the desorbate can be withdrawn at a high pressure, this can be done by conduction 16 instead of through line 15. If component A is in relation to If component N can condense easily, it is advisable to place it in front of or behind the compressor 3 to arrange a cooling device and a highly concentrated stream of the component Remove A by condensation.

Ferner können an verschiedenen Stellen des Verfahrens Wärmeaustauscher angeordnet werden, um dem Verfahren einen höheren Gesamtwirkungsgrad zu verleihen. Insbesondere läßt sich die Energie in wirksamerer Weise ausnutzen, wenn man den verdichteten Strom des sekundären Durchlaufs dem Wärmeaustausch mit dem druckentspannten Teil des primären Durchlaufs unterwirft. Durch einen solchen Wärmeaustausch wird die Wärmemenge in dem Rückflußstrom erhöht und dadurch die Desorption unterstützt, während gleichzeitig der verdichtete sekundäre Durchlauf gekühlt und dadurch der Wirkungsgrad der nachfolgenden Adsorption erhöht wird. Die besonderen Arten der anzuwendenden Wärmeaustauscher sind dem Fachmann bekannt Andererseits kann die Entspannungsenergie des primären Durchlaufs auch zur Leistung mechanischer Arbeit, z. B. zum Betrieb des Kompressors, ausgenutzt werden. Furthermore, heat exchangers can be used at various points in the process be arranged to give the process a higher overall efficiency. In particular, the energy can be used in a more effective manner if the the compressed stream of the secondary pass exchanges heat with the depressurized Subjects part of the primary pass. Such a heat exchange becomes increases the amount of heat in the reflux stream, thereby promoting desorption, while at the same time the compressed secondary pass cooled and thereby the The efficiency of the subsequent adsorption is increased. The special types of heat exchangers to be used are known to the person skilled in the art. On the other hand, the expansion energy of the primary pass also for the performance of mechanical work, e.g. B. for operation of the compressor.

Fig.2 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung, bei der zwei Zonen für die Adsorption und Desorption hintereinandergeschaltet sind. Fig.2 shows a modified embodiment of the invention in which two zones for adsorption and desorption are connected in series.

Bei dieser Ausführungsform wird das Ausgangsgut einer Stelle zwischen den beiden Adsorptionszonen zugeführt. Auch hier sind, wie im Zusammenhang mit Fig.1 beschrieben, die Ventile geschlossen, wenn die Zonen X auf Adsorption und die Zonen Y auf Desorption geschaltet sind, während die Ventile geschlossen sind, wenn die Zonen Y auf Adsorption und die Zonen X auf Desorption geschaltet sind. Zu Anfang wird das Ausgangsgut durch Leitung 20, Ventil 21x und Leitung 22 in die obere Adsorptionszone X, eingeführt. Die Zuführung des Ausgangsgutes erfolgt bei verhältnismäßig hohem Druck. Zu Beginn des Arbeitsganges ist das Ventil 43 geschlossen, da kein Material durch die ZoneX2 strömt. Ein Strom mit einer hohen Konzentration an der Komponente N gelangt aus der Zone Xt durch Leitung 23 und Ventil 24 x in die Leitung 25. Dieser Strom wird als primärer Durchlauf oder als Adsorbat bezeichnet. An dieser Stelle wird ein bestimmter Teil des primären Durchlaufs über Ventil 26 aus dem System abgezogen. Mindestens ein Teil des Durchlaufs aus der Adsorptionszone X1 wird beim Durchgang durch die Ventile 27 und 28 x einer Druckentspannung unterworfen und gelangt durch Leitung 29 in den Kopf der Zone Y.In this embodiment, the output is a point between fed to the two adsorption zones. Here, too, as in connection with FIG described, the valves closed when the zones X on adsorption and the zones Y are switched to desorption while the valves are closed when the Zones Y are switched to adsorption and zones X to desorption. Initially the starting material is passed through line 20, valve 21x and line 22 into the upper adsorption zone X, introduced. The feed of the starting material takes place at a relatively high Pressure. At the beginning of the operation, the valve 43 is closed because there is no material flows through the ZoneX2. A stream with a high concentration of the component N passes from zone Xt through line 23 and valve 24 x into line 25. This Stream is referred to as primary pass or adsorbate. At this point a certain portion of the primary flow is withdrawn from the system via valve 26. At least a portion of the flow from adsorption zone X1 becomes in transit through the valves 27 and 28 x subjected to a pressure release and passes through Line 29 in the head of Zone Y.

Hier erfolgt die Desorption bei verhältnismäßig niedrigem Druck. Es wird hier angenommen, daß die Zonen Y1 und Y2 in einer vorhergehenden Adsorptionsstufe mit der Komponente A gesättigt worden sind. Das von der Komponente A befreite und unter verhältnismäßig niedrigem Druck stehende Material dient dazu, den Partialdruck der KomponenteA, d. h. der adsorbierten Komponente, in der Zone Yt kerabzusetzen. Dieses Material strömt aus der Zone Y, durch Leitung 30 aus und gelangt über Ventil 31 in die Zone Y2, wodurch die letztere ebenfalls desorbiert wird. Obwohl es aus Gründen der Einfachheit der Verfahrensführung zweckmäßig sein kann, die Zonen Y, und Y2 bei dem gleichen Druck zu betreiben, liegt es auch im Rahmen der Erfindung, in diesen beiden Zonen verschiedene, verhältnismäßig niedrige Drücke anzuwenden. So kann es z. B. zweckmäßig sein, den Druck in der Zone Y., noch weiter herabzusetzen, da der in diese Zone eintretende Spülstrom nicht mehr frei von der adsorbierten Komponente ist. Der sekundäre Durchlauf wird durch Leitung 32 abgezogen und strömt durch das Ventil 33 x. An diesem Verfahrenspunkt kann ein Teil dieses Stromes über Ventil 34 durch Leitung 35 abgezogen werden. Jedoch wird mindestens ein Teil des sekundären Durchlaufs durch Leitung 36 dem Kompressor 37 zugeführt. In dem Kompressor 37 wird der sekundäre Durchlauf von dem niedrigen Desorptionsdruck auf den hohen Adsorptionsdruck gebracht. Ein Teil des durch Leitung 38 strömenden, verdichteten sekundären Durchlaufs kann gegebenenfalls über Ventil 39 durch Leitung 40 aus dem System abgezogen werden. In diesem verdichteten Strom ist der Partialdruck der KomponenteA höher als im Ausgangsgut. Mindestens ein Teil dieses unter hohem Druck stehenden Materials wird durch Leitung 41 und Ventil 42x dem unteren Teil der Adsorptionszone X2 zugeführt. In dieser Zone wird die Komponente A in Richtung des Konzentrationsgefälles adsorbiert, und durch Leitung 44 wird ein Strom abgezogen, der die nicht adsorbierten Komponenten in praktisch der gleichen oder einer höheren Konzentration enthält als das primäre Ausgangsgut. Zu diesem Zeitpunkt ist das Ventil 43 offen, und das Material strömt durch Leitung 22 in den unteren Teil der Adsorptionszone X. Wenn das zyklische Verfahren erst einmal in Gang ist, bleibt das Ventil 43 offen, und der untere Teil der Zone X1 wird während der Adsorptionsperiode fortlaufend mit Material aus der Leitung 44 gespeist. Obwohl aus Gründen der Einfachheit der Betriebsführung die Zonen Xt und X9 auf dem gleichen hohen Druck gehalten werden, liegt es auch im Rahmen der Erfindung, in diesen beiden Zonen mit verschiedenen Drücken zu arbeiten. Ebenso liegt im Rahmen der Erfindung, in den Zonen X1 und Y1 ein anderes Adsorptionsmittel zu verwenden als in den Zonen X2 und Y2. Dies kann vorteilhaft sein, da in diesen beiden Zonen Stoffe adsorbiert werden, die in unterschiedlichen Konzentrationen vorliegen. Bei der Desorption ist der Partialdruck der Komponente A in dem mit dem Adsorptionsmittel in Berührung stehenden Gas ebenso groß wie oder kleiner als der dem Gleichgewicht mit der adsorbierten Phase entsprechende Druck. Dieser letztere ist auf den Partialdruck in der während des Adsorptionsvorganges mit dem Adsorptionsmittel in Berührung stehenden Gasphase beschränkt. Bei den bisher bekannten Verfahren war daher der höchste Partialdruck der Komponente A in dem Desorptionsgas gleich demjenigen im Ausgangsgut. Infolge des niedrigeren Gesamtdruckes bei der Desorption ist jedoch die Konzentration (ausgedrückt als Molenbruch) der Komponente A in dem Desorptionsgas höher als diejenige in dem gasförmigen Ausgangsgut. Durch die Verdichtung des Desorptionsgases auf den Adsorptionsdruck erhält man ein Gas, in welchem der Partialdruck der Komponente A höher ist als derjenige im Ausgangsgut. Dieses Gas eignet sich zur Kreislaufführung zum Boden des Adsorptionsgefäßes unterhalb der Einführungsstelle des frischen Ausgangsgutes zwecks Erhöhung der Gewinnung der Komponente N in dem vom Kopf des Adsorptionsgefäßes abströmenden Durchlauf. Gleichzeitig wird auch die Konzentration der KomponenteA an dem Adsorptionsmittel am Boden des Adsorptionsgefäßes erhöht, und daher ist auch die Konzentration der Komponente A in dem bei der Desorption gewonnenen gasförmigen Durchlauf bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens höher als bei den bekannten Verfahren, die ohne das hier beschriebene Kreislaufsystem arbeiten. Das erfindungsgemäße Verfahren führt also zu einer erhöhten Gewinnung der Komponente A und zu erhöhten Konzentrationen der Komponenten A und N in dem über Kopf abgezogenen bzw. dem desorbierten Strom.Here the desorption takes place at a relatively low pressure. It it is assumed here that the zones Y1 and Y2 are in a previous adsorption stage have been saturated with component A. The freed from component A and Material under relatively low pressure serves to reduce the partial pressure of component A, d. H. of the adsorbed component, in the Yt zone. This material flows out of zone Y, through line 30 and passes through the valve 31 into zone Y2, whereby the latter is also desorbed. Although it's out For the sake of simplicity of the process, it may be appropriate to use zones Y, and Y2 to operate at the same pressure, it is also within the scope of the invention, to apply different, relatively low pressures in these two zones. So it can be B. be useful to reduce the pressure in zone Y., even further, since the flushing flow entering this zone is no longer free of the adsorbed Component is. The secondary run-off is withdrawn through line 32 and flows through the valve 33 x. At this point in the process, some of this stream can overflow Valve 34 can be withdrawn through line 35. However, at least part of the secondary pass through line 36 to compressor 37. In the compressor 37 becomes the secondary run from the low desorption pressure to the high Brought adsorption pressure. A portion of the compressed flowing through line 38 secondary passage can optionally via valve 39 through line 40 from the Be deducted from the system. In this compressed stream, the partial pressure of component is A. higher than in the original product. At least some of this is under high pressure Material is passed through line 41 and valve 42x to the lower part of the adsorption zone X2 supplied. In this zone, component A moves in the direction of the concentration gradient adsorbed, and through line 44 a stream is drawn off which does not adsorb the Contains components in practically the same or a higher concentration than the primary output. At this point the valve 43 is open, and so is the material flows through line 22 into the lower part of the adsorption zone X. When the cyclical Once the process is underway, the valve 43 remains open, and the lower part the zone X1 is continuously filled with material from the during the adsorption period Line 44 fed. Although, for the sake of operational simplicity, the Zones Xt and X9 are kept at the same high pressure, it is also within the limits the invention to work in these two zones with different pressures. as well is within the scope of the invention, another adsorbent in zones X1 and Y1 to be used as in zones X2 and Y2. This can be beneficial in these Both zones are adsorbed substances in different concentrations are present. During the desorption, the partial pressure of component A is in that with the Adsorbent in contact with gas as large as or smaller than the pressure corresponding to equilibrium with the adsorbed phase. This latter is on the partial pressure in the during the adsorption process with the adsorbent in contact gas phase limited. The previously known method was hence the highest partial pressure of component A in the desorption gas is equal to that in the outgoing goods. However, due to the lower total pressure during desorption the concentration (expressed as a mole fraction) of component A in the desorption gas higher than that in the gaseous starting material. By compressing the desorption gas on the adsorption pressure one obtains a gas in which the partial pressure of the component A is higher than that in the initial good. This gas is suitable for circulation to the bottom of the adsorption vessel below the point of introduction of the fresh starting material in order to increase the recovery of the component N in that from the top of the adsorption vessel outflowing pass. At the same time, the concentration of component A. increases on the adsorbent at the bottom of the adsorption vessel, and therefore is too the concentration of component A in the gaseous obtained during desorption When using the method according to the invention, throughput is higher than with the known ones Processes that work without the circulatory system described here. The inventive The process thus leads to an increased recovery of component A and to increased recovery Concentrations of components A and N in the overhead withdrawn or desorbed Current.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erweist sich für viele Arten von Trennvorgängen als vorteilhaft, z. B. für die Gewinnung von Wasserstoff aus Gemischen mit Kohlwasserstoffen, wie sie in vielen Raffinerieströmen, besonders in dem Powerformer-Abgas vorkommen. Außerdem ist das Verfahren wertvoll für die Trocknung von Wasserstoff und verschiedenen anderen Gasen. The application of the method according to the invention is found for many Types of separations considered advantageous, e.g. B. for the production of hydrogen from mixtures with hydrocarbons, such as those in many refinery streams, especially occur in the Powerformer exhaust. In addition, the process is valuable to the Drying hydrogen and various other gases.

Ebenso läßt sich die Gewinnung von C2-Kohlenwasserstoffen oder von C- und C-Kohlenwasserstoffen aus Erdgas mittels der Erfindung durchführen. Es gibt auch noch viele andere Trennvorgänge, auf die die Erfindung anwendbar ist. Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung für Trennvorgänpe, bei denen die nicht adsorbierte Komponente wertvoll ist und es unwirtschaftlich sein würde, sie zu verwerfen oder aus dem System anders als im Zustand hoher Reinheit abzuführen.Likewise, the recovery of C2 hydrocarbons or of Carry out C and C hydrocarbons from natural gas by means of the invention. It gives as well as many other separations to which the invention is applicable. Of special The invention is important for separation processes in which the non-adsorbed component is valuable and it would be uneconomical to discard or leave the system to be discharged differently than in a state of high purity.

Bei der Abtrennung von Wasserstoff aus dem Powerformer-Abgas ist es oft zweckmäßig, zunächst die Kohlenwasserstoffe von höherem Molekulargewicht mittels einer Schutzkammer zu entfernen. When separating hydrogen from the Powerformer exhaust gas is it is often expedient to first use the hydrocarbons of higher molecular weight to be removed by means of a protective chamber.

Wenn nämlich diese I(ohlenwasserstoffe (C6+) in die Adsorptionszone gelangen, verunreinigen sie schnell das Adsorptionsmittel und vermindern sein Adsorptionsvermögen für Kohlenwasserstoffe von niedrigerem Molekulargewicht, z. B. Methan. Die Aufgabe, diese äußerst hartnäckigen schweren Kohlenwasserstoffe von dem Adsorptionsmittel zu desorbieren, wurde teilweise dadurch gelöst, daß die Desorption der Adsorptionszone unter Vakuum durchgeführt wurde. Wenn man aber eine Schutzkammer verwendet, können die schweren Kohlenwasserstoffe gar nicht erst in die Adsorptionszone gelangen, und daher braucht diese Zone nicht einer Vakuumdesorption unterworfen zu werden. Die schweren Kohlenwasserstoffe können aus der Schutzkammer durch Vakuumdesorption entfernt werden; da diese Kammer aber erheblich kleiner ist als die Adsorptionszone, werden hierzu viel kleinere Vakuumanlagen benötigt.Namely, if these I (hydrocarbons (C6 +) in the adsorption zone reach, they quickly contaminate the adsorbent and reduce its adsorption capacity for hydrocarbons of lower molecular weight, e.g. B. methane. The task, those extremely stubborn heavy hydrocarbons from the adsorbent to desorb, was partially solved by the fact that the desorption of the adsorption zone was carried out under vacuum. But if you use a protective chamber, you can the heavy hydrocarbons do not even get into the adsorption zone, and therefore this zone need not be subjected to vacuum desorption. The heavy hydrocarbons can be removed from the protective chamber by vacuum desorption be removed; but since this chamber is considerably smaller than the adsorption zone, much smaller vacuum systems are required for this.

Außer der oben beschriebenen Behandlung kann die Schutzkammer unabhängig auch noch anderweitig behandelt werden. Zum Beispiel kann es zweckmäßig sein, die Schutzkammer lediglich auszudämpfen oder sie einen anderen zeitlichen Adsorptions-Desorptions-Zyklus durchlaufen zu lassen als die Hauptadsorptionszone. Die Schutzkammer kann auch ein anderes Adsorptionsmittel enthalten als die Hauptadsorptionszone. Ferner kann man das Ausgangsgut mit einer anderen Geschwindigkeit durch die Schutzkammer leiten. Bei anderen Ausführungsformen kann sich die Schutzkammer in einem anderen Gefäß befinden als das Hauptadsorp-Üonsmittel, oder sie kann so angeordnet sein, daß das bei der Druckentspannung aus dem Hauptgefäß abströmende Gas die Schutzkammer umgeht, während das Spülgas durch dieselbe hindurchgeleitet wird, d, h., die Schutzkammer wird einer gesonderten Druckentspannung unterworfen, so daß es möglich ist, die Schutzkammer während der Adsorptionsperiode mit einer höheren Gasgeschwindigkeit zu betreiben als das Hauptadsorptionsgefäß. In addition to the treatment described above, the protective chamber can be independent also be treated otherwise. For example, it may be useful to use the Only dampen the protective chamber or another temporal adsorption-desorption cycle to pass through as the main adsorption zone. The protective chamber can also be a contain other adsorbent than the main adsorption zone. Furthermore, one can guide the output material through the protective chamber at a different speed. In other embodiments, the protective chamber can be in a different vessel as the main adsorptive agent, or it may be arranged so that the When the pressure is released, the gas flowing out of the main vessel bypasses the protective chamber, while the purge gas is passed through it, i.e. the protective chamber is subjected to a separate pressure release so that it is possible that the Protective chamber during the adsorption period with a higher gas velocity to operate as the main adsorption vessel.

Eine typische Schutzkammer 45 befindet sich in F i g. 1 in der Zufuhrleitung 12. Die Leitung 46 kann zur Reinigung der Schutzkammer verwendet werden, indem sie an eine Vakuumleitung angegeschlossen wird, oder sie kann als Abzugsleitung verwendet werden, wenn die Schutzkammer mit einem inerten Gas oder mit einem Teil des bei der Druckentspannung gewonnenen Gases ausgespült wird. A typical protective chamber 45 is shown in FIG. 1 in the supply line 12. The line 46 can be used to clean the protective chamber by using connected to a vacuum line, or it can be used as a vent line if the protective chamber with an inert gas or with part of the case the pressure release of the gas obtained is flushed out.

Eine weitere Abänderung der Erfindung kann vorgesehen werden, um die Konzentration der adsorbierten Komponente im Desorbat zu erhöhen. A further modification of the invention can be envisaged to to increase the concentration of the adsorbed component in the desorbate.

Am Ende der Adsorptionsperiode, - wenn die Zufuhr des Ausgangsgutes unterbrochen worden ist, ist es zweckmäßig, die Adsorptionszone mit dem im Kreislauf geführten, verdichteten Desorbat auszuspülen.At the end of the adsorption period - when the feed of the starting material has been interrupted, it is expedient to recycle the adsorption zone with the rinse out guided, compressed desorbate.

Hierdurch wird Hohlraumgas aus der Absorptions- zone entfernt und durch Desorbat ersetzt. Unter »Hohlraumgas« ist das Gas zu verstehen, welches sich bei der Adsorption in den Hohlräumen zwischen den Adsorptionsmittelteilchen ansammelt.This removes cavity gas from the absorption zone removed and through Desorbate replaced. Under "cavity gas" is to be understood the gas, which is at of adsorption accumulates in the voids between the adsorbent particles.

Dieses Hohlraumgas, das ungefähr die gleiche Zusammensetzung hat wie das Ausgangsgut, ist ärmer an adsorbierten Komponenten als das Desorbat.This cavity gas, which has roughly the same composition as the starting material is poorer in adsorbed components than the desorbate.

Daher werden die Hohlräume, wenn die Adsorptionszone anschließend desorbiert wird, mit einem Material ausgefüllt, welches eine höhere Konzentration an adsorbierbaren Bestandteilen enthält.Therefore, the voids when the adsorption zone is subsequently is desorbed, filled with a material which has a higher concentration contains adsorbable components.

Dies führt zu einem Desorbat von höherer Reinheit.This leads to a desorbate of higher purity.

Die Arten der verwendbaren Adsorptionsmittel sind dem Fachmann bekannt. Zur Abtrennung von Wasserstoff aus Gemischen mit leichten Kohlenwasserstoffen verwendet man z. B. Aktivkohle. Bei Trockenverfahren wird vorteilhaft Kieselsäuregel angewandt. Es ist bekannt, welche Adsorptionsmittel für die jeweils durchzuführende Trennvorgänge besonders geeignet sind, und in diesem Sinn sind die Adsorptionsmittel auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auszuwählen. Auch die verschiedenen innezuhaltenden Arbeitsbedingungen können von dem Fachmann in geeigneter Weise ausgewählt werden. The types of adsorbents that can be used are known to those skilled in the art. Used to separate hydrogen from mixtures with light hydrocarbons one z. B. activated carbon. In the case of dry processes, silica gel is advantageously used. It is known which adsorbent for each separation process to be carried out are particularly suitable, and in this sense the adsorbents are also at to select the method according to the invention. Also the various to be paused Working conditions can be selected appropriately by those skilled in the art.

Beispiel In der in F i g. 1 dargestellten Anlage wird ein Gemisch aus gleichen Raumteilen Wasserstoff und Methan der Adsorption bei 3S kg/cm2 absolut und 210 C unterworfen. Die Desorption kann bei 1 kg/cm' absolut und praktisch der gleichen Temperatur durchgeführt werden. Als Adsorptionsmittel kann man in jedem Adsorptionsgefäß 254 kg Aktivkohle verwenden. Die Adsorptions-Desorptions-Zeit beträgt 3 Minuten in jeder Stufe. Die Zufuhrgeschwindigkeit beträgt 425 Nm8/Std. Als sekundärer Durchlauf wird im wesentlichen reiner Wasserstoff gewonnen. Wenn das Verhältnis von Rückfluß zu Beschickung 0,5 beträgt, beträgt der Wasserstoffverlust nur 25 0/o. Vergleichende Berechnungen zeigen, daß der Wasserstoffverlust, ohne Anwendung von Rückfluß 50°/o beträgt. Dies zeigt deutlich den durch Anwendung der erfindungsgemäßen Kreislaufmethode erzielten technischen Fortschritt. Example In the example shown in FIG. 1 plant shown is a mixture from equal parts of the space hydrogen and methane of adsorption at 3½ kg / cm2 absolute and subjected to 210 C. The desorption can be absolute and practically the at 1 kg / cm ' at the same temperature. As an adsorbent you can use it in any Use adsorption vessel 254 kg activated carbon. The adsorption-desorption time is 3 minutes in each level. The feed rate is 425 Nm8 / hour. As a secondary Essentially pure hydrogen is obtained through the first pass. When the relationship from reflux to feed is 0.5, the hydrogen loss is only 25%. Comparative calculations show that the loss of hydrogen without the use of Reflux is 50%. This clearly shows the results of the application of the invention Circulatory method achieved technical progress.

Die Erfindung richtet sich zwar vorzugsweise auf die oben beschriebene Verbesserung des Adsorptionsverfahrens und der Adsorptionsvorrichtung, sie ist jedoch nicht darauf beschränkt. Wenn man z. B. den raschen Periodenwechsel (der zur Unterbrechung der Adsorption führt, bevor das Adsorptionsmittel gesättigt ist, und der den 2 T-Wert begrenzt und dadurch den Wärmeverlust infolge von Wärmeströmung durch die Wandungen des Adsorptionsgefäßes verhindert) nicht anwendet, kann die durch die Erfindung erzielte Verbesserung ebenso bedeutend sein, wie wenn man das Verfahren mit den obengenannten Beschränkungen hinsichtlich del Adsorptions- und Periodendauer durchführt. Wenn es sich aus gewissen technischen Gründen als vorteilhaft erweist, die Adsorption bis zur Sättigung durchzuführen oder die Periodendauer zu verlängern, kann das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls angewandt werden. The invention is preferably directed to that described above Improvement of the adsorption process and the adsorption device, however, it is not limited to that. If you z. B. the rapid change of period (the one for interruption the adsorption leads before the adsorbent is saturated, and the 2 T value and thereby the heat loss due to heat flow through the walls of the adsorption vessel) does not apply, the invention The improvement achieved can be just as significant as when you start the procedure with the Performs the above-mentioned restrictions on the adsorption and period duration. If it proves to be advantageous for certain technical reasons, then adsorption To carry out to saturation or to extend the period duration, the inventive Procedures can also be used.

Die einzigen wesentlichen Beschränkungen des Adsorptionsverfahrens liegen darin, daß erstens die Adsorption bei einem höheren Druck durchgeführt werden muß als die Desorption und daß zweitens der primäre oder nicht adsorbierte Durchlauf von der Adsorptionszone als Rückfluß in die auf Desorption geschaltete Zone geleitet werden muß. The only major limitations of the adsorption process reside in that, first, adsorption is carried out at a higher pressure will must as the desorption and that second the primary or non-adsorbed pass passed from the adsorption zone as reflux into the zone switched to desorption must become.

Claims

Claims: 1. Cyclic adsorption-desorption process for fractionating gas mixtures, the more strongly adsorbable components and weaker ones Contain adsorbable components, using one or more pairs of Adsorption zones that are switched alternately to adsorption and desorption, the respective adsorption zone being kept at a higher pressure than that respective desorption zone and wherein at least a portion of the primary pass is introduced as reflux into the respective desorption zone, characterized by that at least part of the secondary passage of the desorption zone or -zones compressed and circulated to the bottom of the adsorption zone or zones and that the starting material is fed to the respective adsorption zone at one point, at which the concentration of the components of the passed through the zone in question Gas flow is about the same as that in the starting material.

2. The method according to claim 1, characterized in that the feed the starting material and the secondary passage to the adsorption zone interrupted is before the adsorbent with the component to be adsorbed of the gas mixture is saturated.

3. The method according to claim 1, characterized in that the initial Part of the secondary run is derived from the process and the rest of the same is circulated.

4. The method according to claim 1, characterized in that the starting material prior to its introduction into the adsorption zone, an adsorptive pretreatment in is subjected to a protective chamber.