DE1260446B - Adiabatisches Fraktionierverfahren zur Gewinnung von praktisch reinem Wasserstoff aus gasfoermigen Gemischen desselben mit Kohlenwasserstoffen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

COIb

Deutsche KL: 12 i-1/32

1260 446
E 24157IV a/12 i
11. Januar 1963
8. Februar 1968

Die Erfindung betrifft ein adiabatisches Fraktionierverfahren zur Gewinnung von praktisch reinem Wasserstoff aus gasförmigen Gemischen desselben mit Kohlenwasserstoffen durch Hindurchleiten des Gasgemisches durch Adsorptionszonen.

Es ist bereits bekannt, daß sowohl Aktivkohle wie auch Kieselsäuregel Kohlenwasserstoffe, welche 4 und mehr Kohlenstoffatome im Molekül enthalten, zu adsorbieren vermögen. Es ist auch bekannt, daß Aktivkohle Kohlenwasserstoffe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen im Molekül besser adsorbiert als Kieselsäuregel, und es ist schließlich auch bekannt, daß Wasserstoff weder von Kieselsäuregel noch von Aktivkohle im wesentlichen Umfang adsorbiert wird.

Andererseits hat man bereits vorgeschlagen, mehrere Adsorptionsmittel zu verwenden, welche jeweils bestimmte voneinander verschiedene Komponenten aus einem vorhandenen Gemisch adsorbieren sollten. Bei der adsorptiven Trennung des Wasserstoffs von Gemischen mit verschiedenen Kohlenwasserstoffen unter Verwendung von Aktivkohle treten jedoch dadurch Schwierigkeiten auf, daß die Kohlenwasserstoffe mit höherem Molekulargewicht sich schwer desorbieren lassen, so daß die Aktivkohle ihr Adsorptionsvermögen verhältnismäßig rasch verliert.

Zweck der Erfindung ist daher die Entwicklung des Adsorptionssystems für ein adiabatisches Fraktionierverfahren zur möglichst raschen und vollständigen Abtrennung von Wasserstoff aus einer rohen Kohlenwasserstoffmischung, welche alle Arten von Kohlenwasserstoffen, also angefangen von Methan bis zu solchen mit 10 Kohlenstoffatomen im Molekül oder mehr, enthält, bei dem praktisch keine Abnahme des Adsorptionsvermögens auftritt und eine beschleunigte und leichte Regeneration des Adsorptionsmittels ermöglicht wird.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß als Adsorptionsmittel Kieselsäuregel mit einem mittleren Porendurchmesser von 100 bis 200 Ä und außerdem Aktivkohle verwendet wird, wobei die Desorptionsmittel in den Adsorptionszonen so angeordnet werden, daß das Ausgangsgas zunächst das Kieselsäuregel und dann die Aktivkohle durchströmt.

Am Ende der Adsorptionsperiode eines Zyklus werden die Adsorptionsmittel vorteilhaft bei dem herrschenden Adsorptionsdruck voneinander isoliert und in der gleichen Reihenfolge, in der sie während der Adsorptionsperiode von dem Ausgangsgas durchströmt wurden, auf den niedrigeren Desorptionsdruck gebracht, so daß jedes Adsorptionsmittel mit dem durch Druckentspannung der darauffolgenden Ad-Adiabatisches Fraktionierverfahren zur
Gewinnung von praktisch reinem Wasserstoff aus gasförmigen Gemischen desselben mit
Kohlenwasserstoffen

ίο Anmelder:

Esso Research and Engineering Company,
Elizabeth, N. J. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. K. Th. Hegel, Patentanwalt,
2000 Hamburg 50, Große Bergstr. 223

Als Erfinder benannt:

Fred H. Kant, Cranford, N. J.;

Charles W. Skarstrom, Montvale, N. J.;

Chester L. Read, Westfield, N. J.;
Ira B. Goldman, Hyattsville, Md. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 26. Februar 1962 (175 710)

sorptionsmittel gewonnenen Gas gespült wird, indem zuerst das weitporige Kieselsäuregel und erst dann die Aktivkohle auf den niedrigeren Desorptionsdruck entspannt wird.

Vorzugsweise soll die Adsorptionszone eine Menge an Kieselsäuregel enthalten, die mindestens ausreicht, um den Durchbruch von Kohlenwasserstoffen mit 4 und mehr Kohlenstoffatomen im Molekül in das Aktivkohlebett zu verhindern. Dabei werden in der Adsorptionszone bevorzugt solche Adsorptionsmittel verwendet, von denen jedes eine im wesentlichen geradlinige Adsorptionsisotherme für die daran adsorbierten Komponenten aufweist.

Erfindungsgemäß können die Adsorptionsmittel in Form gesonderter Einzelbetten vorliegen, die durch eine Leitung miteinander verbunden sind, oder sie können sich in einer einzigen Zone befinden und nebeneinander angeordnet sein.

809 S07/604

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Durch das neue Verfahren werden, wie weiter Adsorptionsmittel in der Zone 34 werden durch den unten noch ausführlich gezeigt wird, die Desorptions- Spiilstrom in der dem Beschickungsstrom. entgegenzeiten in unerwarteter Weise verkürzt. Dieser Fort- gesetzten Richtung ausgewaschen. Der Spülstrom tritt schritt wird noch auffallender, wenn man berück- aus der Adsorptionszone 34 durch Leitung 28, Ventil 30 sichtigt, daß erfindungsgemäß erheblich weniger Spül- 5 und Sammelleitung 32 aus und wird als sekundärer gas erforderlich ist, um die Desorption zu bewirken Durchlauf abgezogen. Nach dem Spülvorgang wird und die Adsorptionsfähigkeit der Bettung in vollem die Adsorptionszone 34 wieder mit Hilfe von primärem Umfang wiederherzustellen. Durchlauf auf den Adsorptionsdruck gebracht.

F i g. 1 ist eine schematische Darstellung des Das Wiederunterdrucksetzen erfolgt durch Schließen

adiabatischen Fraktionierverfahrens gemäß der Er- io des Ventils 39. Bei offenem Ventil 38 strömt der

findung; primäre Durchlauf aus der Leitung 40 durch die

F i g. 2 ist eine graphische Darstellung der Ge- Sammelleitung 39, das Ventil 38 und die Leitung 36 schwindigkeit, mit der eine adsorbierte Komponente in die Adsorptionszone 34. Wenn die Adsorptions-

desorbiert wird; zone 34 sich .wieder auf dem Adsorptionsdruck

F i g. 3 ist eine graphische Darstellung der Ad- 15 befindet, wird das Ventil 38 geschlossen, und die

sorptionsisothermen für n-Hexan, η-Butan und Methan Adsorptionszone 34 kann dann wieder auf die

an Aktivkohle; Adsorptionsperiode des Zyklus geschaltet werden.

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung des Wir- Die Adsorptionszone 33 wird von der Adsorptions-

lcungsgrades eines Doppeladsorptionssystems gemäß periode auf die Desorptionsperiode des Zyklus geder Erfindung. 30 schaltet, indem die Ventile 27 und 41 geschlossen

In F i g. 1 wird der Beschiclcungsstrom aus Wasser- werden und das Ventil 31 geöffnet wird. Die Adstoff und Kohlenwasserstoffen durch Leitung 24 der sorptionszone 34 wird von der Desorptionsperiode adiabatischen Fraktioniervorrichtung zugeführt. Der auf die Adsorptionsperiode des Zyklus geschaltet, Beschiclcungsstrom gelangt aus Leitung 24 in die indem die Ventile 26 und 42 geöffnet werden. Sammelleitung 25, durch das Ventil 27 und Leitung 29 35 Die Adsorption erfolgt im allgemeinen bei Raumin die Adsorptionszone 33. temperatur. Es liegt jedoch auch im Rahmen der

Die Adsorptionszone 33 befindet sich in der Erfindung, die Dampfphasentrennung bei höheren Adsorptionsperiode des Zyklus, während sich die oder tieferen Temperaturen durchzuführen. Da es sich Adsorptionszone 34 in der Desorptionsperiode be- jedoch um einen adiabatischen Fraktioniervorgang findet. In dem hier dargestellten Zweizonensystem 30 handelt, ist es nicht erforderlich, Wärme zuzuführen, wird ein kontinuierliches zyklisches Verfahren durch- um die Komponenten von dem Adsorptionsmittel zu geführt, bei dem die eine Zone sich in der Adsorptions- desorbieren. Die Desorption erfolgt durch Druekperiode und die andere sich in der Dssorptionsperiode verminderung und Spülen des Adsorptionsmittels des Zyklus befindet. Der Beschiclcungsstrom, der mit dem primären Durchlauf bei niedrigem Druck. WasserstoffundKohlenwasserstoffemitlbislOKohlen- 35 Dsr Adsorptionsdruck ist nach oben hin nur dadurch Stoffatomen im Molekül enthält, strömt in die Ad- begrenzt, daß das erfindungsgemäße Trennverfahren sorptionszone 33. Der untere Teil der Adsorptions- in der Dampfphase durchgeführt werden muß. Daher zone 33 enthält das Adsorptionsmittel A, während der soll die Kombination von Adsorptionstemperaturen obere Teil der Adsorptionszone 33 das Adsorptions- und Adsorptionsdrüeken so gewählt werden, daß mittel B enthält. Bei dieser besonderen Ausführungs- 40 unter den Adsorptionsbedingungen ein Dampfstrom form der Erfindung ist das Adsorptionsmittel A ein zur Verfügung steht.

weitporiges Kieselsäuregel mit einem mittleren Poren- Der Desorptionsdrack muß notwendigerweise unter

durchmesser im Bereich 100 bis 200 Ä. Das Adsorp- dem Adsorptionsdruck liegen. Er kann über oder tionsmittel B besteht aus Aktivkohle, Wenn das unter dem Atmosphärendruck liegen. Die Desorp-Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen 45 tionstempsratur ist im wesentlichen die gleiche wie durch die Adsorptionszone 33 strömt, werden die die Adsorptionstemperatur.

Kohlenwasserstoffe mit 4 und mehr Kohleastoff- Bei den bisher bekannten adiabatischen Fraktionier-

atomen im Molekül an dem weitporigen Kieselsäure- verfahren tritt die Schwierigkeit auf, daß das Adsorpgel adsorbiert. Die Kohlenwasserstoffe mit 1 bis tionsmittel an Ädsorptionsvermögen einbüßt, wenn 3 Kohlenstoffatomen werden an der Aktivkohle ad- 50 ein Beschiekangsstrom mit einem weiten Bereich versorbiert Bin praktisch reiner Wasserstoffstrom (mehr schiedener physikalischer Eigenschaften verarbeitet als 99,0 Molprozent) verläßt die Adsorptionszone 33 wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren tritt ein durch Leitung 35, Ventil 41 und Sammelleitung 43 derartiger Verlust an Adsorptionsvermögen nicht ein, und wird als primärer Durchlauf über Leitung 40 da jedes Adsorptionsmittel nur diejenigen Kompoabgezogen. 55 nenten adsorbiert, die sich leicht desorbieren lassen.

Wie fosreits erwähnt, befindet sich die Adsorptions- Erfindungsgemäß findet die primäre Trennung

zone 34 in der Dasorptionsperiode des Zyklus. Ata- zwischen Wasserstoff und Methan in einem mit fänglich herrscht im der Zone 34 der Adsorptions- Aktivkohle gefüllten Teil der Adsorptionszone statt druck. Der Druck in der Zone 34 wird vermindert, Eine sekundäre Trennung erfolgt jedoch an dem weitindem das Ventil 30 geöifnet wird, so daß der Dampf 60 porigen Kieselsäuregel. Die Kohlenwasserstoffe mit 4 aus der Adsorptionszone 34 durch Leitung 28, Ventil 30 und mshr Kohlenstoffatomen im Molekül werden dem und Sammelleitung 32 ausströmt, von wo er als sekun- Beschickungsstrom durch das weitporige Kieselsäuredärer Durchlauf abgezogen wird. Nach der Druck- gel entzogen. Die Menge des weitporigen Kieselsäure-Verminderung wird die Zone 34 mit einem Teil des gels muß so bsmsssen sein, daß während der Adin der Leitung 40 befindlichen primären Durchlaufs 65 sorptionsperiode des Zyklus, die im Bereich von 1 bis ausgespült Dsr Spülstrom gelangt aus der Leitung 40 30 Minuten und vorzugsweise im Bereich von 3 bis durch die Sammelleitung 39, das Ventil 38 und die 10 Minuten liegt, praktisch keine Kohlenwasserstoffe Leitung 36 in die Adsorptionszone 34. Die beiden mit 4 und rashx Kohlenstoffatomen im Molekül die

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Aktivkohle erreichen. Die Menge an Aktivkohle in Gases bestimmt, welches während der Desorptions-

den Adsorptionszonen 33 und 34 muß so bemessen stufe zur Verfügung steht. Hieraus erklärt sich,

werden, daß während der Adsorptionsperiode des warum die Desorptionsgeschwindigkeit einfach eine

Zyklus praktisch kein Methan in den als primärer Funktion der Menge des durch das Adsorptionsmittel

Durchlauf abgezogenen reinen Wasserstoffstrom 5 geleiteten Abstreifgases ist.

durchbricht. In F i g. 3 sind die Adsorptionsisothermen von

Die mit mehreren Adsorptionsmitteln beschickte n-Hexan, η-Butan und Methan an Aktivkohle gra-Adsorptionszone wurde als eine einzige Einheit be- phisch dargestellt. Außerdem ist auch die Adsorptionsschrieben. Es liegt jedoch auch im Rahmen der isotherme von η-Butan an weitporigem Kieselsäuregel Erfindung, die verschiedenen Adsorptionsmittel in io zu Vergleichszwecken eingetragen. In dieser Figur voneinander getrennten Kammern anzuordnen. Bei ist die Menge der adsorbierten Komponente in Gramm dem hier besonders erläuterten System befindet sich je 100 g Adsorptionsmittel als Funktion des Partialdas weitporige Kieselsäuregel in einem von der Aktiv- druckes der betreffenden Komponente in der Dampfkohle gesonderten Bett. In der Desorptionsperiode phase über dem Adsorptionsmittel aufgetragen. Diese des Zyklus unterliegt daher das weitporige Kieselsäure- 15 Adsorptionsisothermen werden gewonnen, indem die gel zuerst der Druckminderung. Erst wenn der Druck betreffende Komponente durch das Adsorptionsmittelin dem weitporigen Kieselsäuregel auf den niedrigen bett geleitet wird, bis das Adsorptionsgleichgewicht Adsorptionsdruck gesunken ist, wird die Aktivkohle bei einem gegebenen Druck erreicht ist. Dann wird durch das Kieselsäuregel auf einen niedrigeren Druck die Gewichtszunahme des Adsorptionsmittels gemesgebracht. Die Spülwirkung ist also das Ergebnis der 20 sen, um die Menge der adsorbierten Komponente zu Druckminderung in dem Aktivkohlebett durch das bestimmen. Die Isothermen für η-Hexan, n-Butan weitporige Kieselsäuregel. Hierdurch wird der Wir- und Methan an Aktivkohle wurden bei einer Tempekungsgrad des weitporigen Kieselsäuregels als Ad- ratur von 25° C bestimmt. Die Isotherme für n-Butan sorptionsmittel erhöht Beide Adsorptionsmittel wer- an weitporigem Kieselsäuregel wurde bei einer Temden mit einem Teil des primären Durchlaufs bei dem 25 peratur von 37,8°C bestimmt,
niedrigen Desorptionsdruck gespült. Aus den Adsorptionsisothermen der drei Verbin-

In F i g. 2 ist graphisch die Menge des von einem düngen an Aktivkohle ist zu erkennen, daß die Isoaus Aktivkohle bestehenden Adsorptionsmittel ab- therme des Methans die einzige ist, die praktisch gestreiften η-Butans als Funktion des Volumens des linear verläuft. Es ist ferner bekannt, daß Methan Abstreifgases in Nm³/kg Aktivkohle dargestellt. Diese 30 keinen Beitrag zur Verminderung des Adsorptions-Werte wurden mit Wasserstoff oder Stickstoff als Vermögens von Aktivkohle leistet. Dies bedeutet, daß Abstreifgas bei Strömungsgeschwindigkeiten im Be- Methan sich nicht so schwierig von Aktivkohle reich von 0,028 bis 0,425 Nm³/Std. erhalten. Die desorbieren läßt, daß es sich darauf ansammelt.
Werte wurden ferner mit verschiedenen Korngrößen Andererseits sind die Adsorptionsisothermen sowohl des Adsorptionsmittels im Bereich von 2 bis 0,15 mm 35 für η-Hexan als auch für n-Butan an Aktivkohle gewonnen. Weiterhin beziehen sich die Werte auf nichtlinear, wobei die Isotherme des η-Hexans viel Versuche mit verschiedenen Durchmessern des Ad- stärker gekrümmt ist als diejenige des n-Butans. sorptionsmittelbettes von 8 bis 35 mm. Die Tatsache, Diese Komponenten tragen beide zur Abnahme des daß alle diese Werte in Beziehung zu der Menge des Adsorptionsvermögens der Aktivkohle bei der adiadureh das Adsorptionsmittel geleiteten Abstreif gases 40 batischen Fraktionierung bei, da sie sich sehr schwierig und nicht etwa zu der Zufuhrgeschwindigkeit dieses von dem Adsorptionsmittel desorbieren lassen. Ins-Gases stehen, läßt darauf schließen, daß der für die besondere läßt sich η-Hexan schwerer desorbieren Desorption ausschlaggebende Faktor das Gleich- als n-Butan, was zu dem Grad der Nichtlinearität gewicht zwischen Adsorbat und Adsorptionsmittel ist. der Adsorptionsisotherme in Beziehung steht.

Es kann daher angenommen werden, daß die 45 Ferner ist zu bemerken, daß die Adsorptionsiso-

Desorption folgendermaßen vor sich geht: Wenn ein therme für n-Butan an weitporigem Kieselsäuregel

Abstreifgas, wie Stickstoff oder Wasserstoff, durch im wesentlichen linear verläuft. Wie nachstehend im

ein mit n-Butan gesättigtes Adsorptionsmittelbett ge- einzelnen ausgeführt wird, lassen sich sowohl n-Butan

leitet wird, stellt sich sofort ein Gleichgewicht zwischen als auch Kohlenwasserstoffverbindungen mit höherem

dem Gas und dem Adsorptionsmittel derart ein, daß 50 Molekulargewicht bei Verhältnissen von Spülstrom

der Partialdruck des η-Butans in der Gasphase durch zu Beschickungsstrom von 1,0 leicht von weitporigem

das Gleichgewicht auf Grund der adsorbierten Menge Kieselsäuregel desorbieren.

bestimmt wird. Um dieses Gleichgewicht herzustellen, Das Verhältnis von Spülstrom zu Beschickungs-

wird dem Adsorptionsmittel etwas n-Butan entzogen. strom bedeutet hier das Verhältnis des Volumens

Infolgedessen stellt sich eine neue Konzentration des 55 des Spülstromes bei dem niedrigen Desorptionsdruck

adsorbierten Materials an dem Adsorptionsmittel ein. zu dem Volumen des Beschickungsstromes bei dem

Diese neue Konzentration entspricht einem neuen hohen Adsorptionsdruck.

Partialdruck in der Gasphase beim Gleichgewicht, Um den maximalen Gewinnungsgrad an den ge-■und dieser Druck ist niedriger als der Partialdruck zu. wünschten Komponenten aus dem Beschickungs-Beginn der Desorptionsperiode. Dieser Desorptions- 60 strom zu erzielen, ohne daß dabei im Laufe der Zeit Vorgang läuft weiter und folgt dabei immer der Gleich- eine Abnahme im Adsorptionsvermögen stattfindet, gewichtsbeziehung zwischen dem adsorbierten Material soll die Beziehung zwischen dem ausgewählten Ad- und dem Partialdruck in der Dampfphase. Da der sorptionsmittel und der zu adsorbierenden Kom-Partialdruck immer durch die adsorbierte Menge ponente derart sein, daß alles adsorbierte Gut in bestimmt wird und seinerseits die Konzentration des 65 dem Bereich der Partialdrücke, die diese Kompoadsorbierten Materials in der Dampfphase bestimmt, nenten in dem Beschickungsstrom besitzen, eine wird die von dem Adsorptionsmittel abgestreifte nahezu geradlinige Adsorptionsisotherme an dem Gesamtmenge einfach durch die Gesamtmenge des Adsorptionsmittel aufweist.

Adsorptionsmittel

Mittlerer Porendurchmesser

.Ä

Gleichgewichts-

Adsorptions-

vermögen für

n-Heptan

g/100 g

Zeit zum Abstreifen eines gegebenen Prozentsatzes von n-Heptan, Stunden

50	75
>25	_
25	>25
2	5
0,067	0,1
0,5	—

100

Aktivkohle

Entfärbungskohle

Kieselsäuregel

Weitporiges Kieselsäuregel Eta-Aluminiumoxyd

20 40 60 140 65

28 31 18

3,5

etwa 20 0,15 1,5

Stickstoff-Strömungsgeschwindigkeiten 0,17 bis 0,28 Nm³/Std.

Adsorption bei 38°C; Partialdruck des n-Heptans 40 mm Hg in Stickstoff bei Gesamtdruck von 1 ata.

Abstreifen bei 38° C bei Stickstoffdruck von 1 ata.

Korngröße des Adsorptionsmittels 1,4 bis 0,59 mm.

Die Werte der Tabelle erläutern die Zweckmäßig- Strömungsgeschwindigkeit 'der Beschickung betrug keit der Verwendung von weitporigem Kieselsäuregel ao 0,0283 Nm³/Std., und die Strömungsgeschwindigkeit zum Adsorbieren von Kohlenwasserstoffverbindungen des als Spülstrom verwendeten Wasserstoffs variierte mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen im Molekül. Diese im Bereich von 0,0566 bis 0,0198 Nm³/Std. Auf Werte wurden durch Adsorbieren von n-Heptan an diese Weise wurden verschiedene Verhältnisse von den in der ersten Spalte angegebenen Adsorptions- Spülstrom zu Beschickungsstrom (in der Zeichnung mitteln erhalten. Das Gleichgewichts-Adsorptions- 25 mit PjF bezeichnet) im Bereich von 2:1 bis 0,7:1 vermögen der Adsorptionsmittel bei einem Partial- erhalten. Das Adsorptionsvermögen des Adsorptionsdruck des n-Heptans von 40 mm Hg und einer Tem- mittels für Methan wurde von Zeit zu Zeit geprüft, peratur von 38°C ist in der dritten Spalte angegeben. indem die Zeit bis zum Durchbruch von Methan Die zum Abstreifen des n-Heptans von dem Adsorp- für ein aus gleichen Raumteilen Wasserstoff und tionsmittel mit Stickstoff bei Geschwindigkeiten von 30 Methan bestehendes Gasgemisch bei 3,4 atü be-0,17 bis 0,28 Nm³/Std. und einer Temperatur von stimmt wurde.

3.8°C erforderliche Zeit ist ebenfalls verzeichnet. Die Ergebnisse der Versuche mit dem Doppel-

Alle aufgeführten Adsorptionsmittel weisen eine adsorptionsmittelsystem wurden mit den Ergeb-Affinität für n-Heptan auf. Weitporiges Kieselsäure- nissen von Versuchen verglichen, die nur mit Aktivgel mit einem mittleren Porendurchmesser von etwa 35 kohle als einzigem Adsorptionsmittel unter sonst 140 Ä besitzt jedoch ein Desorptionsvermögen, auf ähnlichen Verfahrensbedingungen durchgeführt wur-Grund dessen es sich für die Adsorption von Kohlen- den.

Wasserstoffen mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen im Man sieht, daß bei einer Spülstromgeschwindigkeit

Molekül in einem adiabatischen Fraktionierverfahren von etwa 0,14 Nm³/Std. das Adsorptionsvermögen als besonders günstig erweist. Man sieht aus der 40 der nur mit Aktivkohle beschickten Adsorptionszone Tabelle, daß das weitporige Kieselsäuregel von allen für Methan schnell auf 60% seines anfänglichen Adsorptionsmitteln die geringste Menge an Spülstrom Wertes fällt und auf dieser Höhe stabil bleibt. Dies erfordert, um das n-Heptan vollständig zu desor- beruht auf der Ansammlung der Kohlenwasserstoffe

bieren. aus der Beschickung mit 4 und mehr Kohlenstoff-

F i g. 4 ist eine graphische Darstellung des Wir- 45 atomen im Molekül auf der Aktivkohle. Andererkungsgrades eines Doppeladsorptionsmittels, welches seits zeigt sogar bei einer Spülstromgeschwindigkeit aus 30 Volumprozent weitporigem Kieselsäuregel und von etwa 0,028 Nm³/Std. die zu 30 % mit weitnachgeschalteten 70 Volumprozent Aktivkohle be- porigem Kieselsäuregel und zu 70 % mit Aktivkohle steht und in einem nachgeahmten adiabatischen beschickte Adsorptionszone keinen Abfall des Ad-Fraktionierzyklus zur Abtrennung von Wasserstoff 50 Sorptionsvermögens für Methan.

aus einem Gemisch mit Kohlenwasserstoffen ver- Wenn jedoch die Spülstromgeschwindigkeit auf

wendet wird. In F i g. 4 ist das Adsorptionsvermögen 0,0198 Nm³/Std. herabgesetzt wird, tritt ein Abfall

der Aktivkohle für Methan in der Adsorptionszone des Adsorptionsvermögens ein. Dies ist darauf zuals Funktion des Volumens der durch die Zone rückzuführen, daß das Konzentrationsgefälle der an geleiteten Kohlenwasserstoffbeschickung in Nm³/kg 55 dem weitporigen Kieselsäuregel adsorbierten Kom-

Aktivkohle in der Zone aufgetragen. ponenten während der Desorptionsperiode des Zyklus

Die Beschickung besteht zu 99 Volumprozent aus nicht so weit nach rückwärts gespült wird, wie es Wasserstoff und zu 1 Volumprozent aus C₄- bis während der Adsorptionsperiode nach vorwärts

Cg-Kohlenwasserstoffen. Die Beschickung wurde durch gespült wurde. Das Ergebnis ist, daß die schweren Sättigen von Wasserstoff mit einer Kohlenwasserstoff- 60 Kohlenwasserstoffverbindungen in den Aktivkohleteil fraktion des Produktes eines katalytischen Reformier- der Adsorptionszone durchbrechen und dort einen

Verfahrens, die Kohlenwasserstoffe mit 4 und mehr Rückgang des Adsorptionsvermögens verursachen.

Kohlenstoffatomen im Molekül enthielt, bei 0°C Bei dem Mehrfachadsorptionsmittelsystem gemäß

und 6,8 atü gewonnen. der Erfindung muß daher die Menge eines jeden

Die Adsorptions- und Desorptionsbedingungen 65 Adsorptionsmittels so bemessen werden, daß das waren ein Druck von 3,4 atü und eine Temperatur Konzentrationsgefälle der adsorbierten Komponenten

von 38° C. Die Adsorptions- und die Desorptions- innerhalb der physikalischen Grenzen einer jeden

Periode des Zyklus betrugen je 6 Minuten. Die Adsorptionsmittelart bleibt. Unter stetigen Bedin-

gungen wird das Konzentrationsgefälle der adsorbierten Komponenten an jedem Adsorptionsmittel während der Desorptionsperiode des Zyklus ebensoweit nach rückwärts gespült, wie es während der Adsorptionsperiode des Zyklus nach vorwärts gespült wird. In jedem Adsorptionsmittel besteht also ein hin- und herschwingendes Konzentrationsgefälle der adsorbierten Komponenten.

Die Adsorptionsmittel sind so hintereinandergeschaltet, daß ein jedes von ihnen nur diejenigen Komponenten des Beschickungsstromes adsorbiert, die an ihm eine im wesentlichen geradlinige Adsorptionsisotherme aufweisen.

Soweit nichts anderes angegeben ist, wurden die oben beschriebenen Versuche mit Adsorptionsgefäßen von 25,4 mm Durchmesser und 1,52 m Länge durchgeführt.

Claims (4)

Patentansprüche: 20

1. Adiabatisches Fraktionierverfahren zur Gewinnung von praktisch reinem Wasserstoff aus gasförmigen Gemischen desselben mit Kohlenwasserstoffen durch Hindurchleiten des Gasgemisches durch Adsorptionszonen, die mit mindestens zwei für die Kohlenwasserstoffe selektiven Adsorptionsmitteln beschickt sind, d adurch gekennzeichnet, daß als Adsorptionsmittel Kieselsäuregel mit einem mittleren Porendurchmesser von 100 bis 200 Ä und Aktivkohle verwendet und die Adsorptionsmittel in den Adsorptionszonen so angeordnet werden,

daß das Ausgangsgas zunächst das Kieselsäuregel und dann die Aktivkohle durchströmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Adsorptionsperiode des Zyklus die Adsorptionsmittel bei dem Adsorptionsdruck voneinander isoliert und in der gleichen Reihenfolge, in der sie während der Adsorptionsperiode von dem Ausgangsgas durchströmt wurden, auf den niedrigen Desorptionsdruck gebracht werden, so daß jedes Adsorptionsmittel mit dem durch Druckentspannung der darauffolgenden Adsorptionsmittel gewonnenen Gas gespült wird, indem zuerst das weitporige Kieselsäuregel und erst dann die Aktivkohle auf den niedrigen Desorptionsdruck entspannt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionszone eine Menge an Kieselsäuregel enthält, die mindestens ausreicht, um den Durchbruch von Kohlenwasserstoffen mit 4 und mehr Kohlenstoffatomen im Molekül in das Aktivkohlebett zu verhindern.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Adsorptionszone Adsorptionsmittel verwendet werden, von denen jedes eine im wesentlichen geradlinige Adsorptionsisotherme für die daran adsorbierten Komponenten aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 876 885, 914 005;
USA.-Patentschriften Nr. 2 944 627, 2 880 818.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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