DE1419251C - Adsorptionsapparat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Dämpfen aus Gasen, z. B. von Lösungsmitteldämpfen aus Abluft gewerblicher Anlagen durch Adsorption an in sich ruhenden und ortsfesten Adsorptionsmittelschichten.

Viele der bekannten kontinuierlichen Adsorptionsverfahren verwenden bewegte Adsorptionsschichten, die durch Einleiten von Gasen aufgewirbelt oder bis zur Fließfähigkeit aufgelockert werden und durch die eigene Schwere oder mittels pneumatischer Förderung durch die Adsorptionsstufe, die Desorptionsstufe und andere Behandlungsstufen, die der Anreicherung des Adsorbates, der Trocknung des Adsorbens usw. dienen, im Kreislauf geführt werden.

Es sind auch kontinuierlich arbeitende Adsorber mit festgepackten Adsorberschichten, die zu einem Zellenkörper von der Gestalt eines Hohlzylinders zusammengesetzt sind, bekannt. Durch Drehen des Hohlzylinders werden die Adsorptionsmittelschichten um seine Achse bewegt und die Anschlußöffnungen der einzelnen Adsorber nacheinander an die Zuleitungen und Ableitungen für das zu behandelnde Gas, für Dampf, für Kühlmittel u. dgl. herangeführt. Derartige Trommeladsorber sind mit vertikaler und horizontaler Rotationsachse gebaut worden. Dieses Bauprinzip wurde übrigens auch auf Regenerativ-Wärmeaustauscher angewendet, wobei das Adsorbens durch eine wärmespeichernde Masse ersetzt ist.

Es ist auch versucht worden, an solchen feststehenden Zellenkörpern die Anschlußstutzen der Zellen auf zentrische Kreise in Ebenen zu verlegen, auf denen, wie bei Flachschiebern, drehbare Gegenstücke angebracht sind, durch welche die Verbindungen der Adsorberanschlüsse mit den verschiedenen Zu- und Ableitungen hergestellt und durch Drehen weitergeschaltet werden können. Derartige Konstruktionen eignen sich nur für kleine Anlagen, da die großen Dichtflächen solcher Umschaltungsorgane bei größeren Dimensionen unter den in den einzelnen Anschlüssen herrschenden verschiedenen Temperaturen unzuverlässig sind.

Der Ersatz dieses Umschaltschiebers durch einen Schaltkasten, in welchem die Durchlässe als durch Tauchdichtungen gegeneinander abgeschlossene Kanäle ausgebildet sind, und der zur Ausführung des Schaltschrittes zunächst gesenkt, dann gedreht und schließlich wieder gehoben wird, hat sich wegen der verschiedenen Drücke und Temperaturen an den einzelnen Adsorberkammem nicht bewährt.

Die periodische Umschaltung einzelner feststehender Adsorber an die verschiedenen Zu- und Ableitungen für zu behandelndes bzw. behandeltes Gas, für Desorptions- und Trockenmittel erfordert eine große Anzahl von verzweigten Verbindungsleitungen sowie viele Sperr- und Umschaltorgane. Da diese Umschaltorgane gruppenweise gleichzeitig betätigt werden müssen, ist die automatische Führung einer solchen Anlage apparativ umfangreich, teuer und störanfällig.

In der Adsorptionstechnik sind die Eigenarten der diskontinuierlichen Verfahren, in denen mehrere feststehende, mit Adsorptionsmittel gefüllte Behälter alternierend in einem Arbeitszyklus an die Zu- und Ableitungen des zu behandelnden Gases, des Desorptionsmittels, des Kühlmittels u. dgl. angeschaltet werden, von großem Vorteil. In der ruhenden, feststehenden Aktivkohleschicht ist die Gefahr der Staubbildung durch Abrieb am Adsorbens am geringsten.

Demgemäß entstehen auch keine Nester von Staubansammlungen, keine bevorzugten Gaswege und keine schleichenden Durchbrüche der zu absorbierenden Stoffe. Außerdem erlauben die ruhenden Adsorptionsmittel in ortsfesten Schichten große Schichthöhen, welche den Vorteil großer Betriebsreserven, hoher Ausbeuten und besonders die Nutzbarmachung des sogenannten Extraktionseffektes (vgl. deutsche Patentschrift 577 318) bieten, was eine Desorption

ίο der adsorbierten Lösemittel mit geringstem Energieaufwand ermöglicht.

Für viele Anwendungsfälie, z. B. bei der Wiedergewinnung von Lösungsmitteldämpfen aus der Abluft von gewerblichen Betrieben ist eine Zweiteilung des Gesamtvorganges in die Adsorption und die Desorption unter Weglassung von Spül-, Trocken- oder Kühlvorgängen nach der Desorption möglich. Diese Zweiteilung ist auch für Ionenaustauschvorgänge in flüssiger Phase aus der deutschen Patentschrift

ao 846 244 bekannt. Bei der Gasadsorption kann die Trocknung des durch Ausdämpfen regenerierten Adsorbens mit der Adsorption zusammengelegt werden, wenn das zu behandelnde Gas mit erhöhter Temperatur in den Adsorber eingeführt wird. Diese Erwärmung kann durch Zumischen heißen Inertgases oder auch in mittelbarem Wärmeaustausch mit Wärmespeichern erfolgen, die im Adsorber an der Austrittsseite des Desorptionsdampfes, z. B. unterhalb der Adsorbensschicht liegen (deutsche Patentschriften 561 179, 608 464). Während der Desorption wird der zunächst kalte Wärmespeicher von dem Dampfsorbatgemisch durchströmt. Dieses kondensiert und gibt die freiwerdende Wärme an den Wärmespeicher ab, der sich dadurch erwärmt. Beim Durchbruch des reinen Dampfes erlangt der Wärmespeicher etwa 100° C. In der nachfolgenden Adsorption liegt der Wärmespeicher auf der Seite des Rohgaseintrittes. Das Rohgas nimmt Wärme aus dem Speicher auf. Diese wird in der Adsorberschicht zur Verdunstung der dem Adsorbens anhaftenden Feuchtigkeit verbraucht. Die Feuchtigkeit zieht mit dem Reingas ab. Trocknung und Adsorption erfolgen also gleichzeitig.

In Adsorptionsanlagen mit dieser zweiteiligen Arbeitsweise wird aus einer größeren Anzahl von Adsorbern, die mit Wärmespeichern versehen sind, und die bezüglich des Durchganges des zu behandelnden Gases parallel geschaltet und konzentrisch um eine

■ Achse angeordnet sind, jeweils ein Adsorber oder eine Adsorbergruppe zum Ausdämpfen in der dem Strömungsweg des Rohgases entgegengesetzten Richtung aus der Reihe herausgeschaltet. Durch diese Maßnahme wird dem zu behandelnden Gas ein großer Strömungsquerschnitt geboten und eine günstige Relation zwischen Querschnitt und Schütthöhe des Adsorbens erreicht, wie sie insbesondere bei niedrigen Lösungsmittelkonzentrationen, die unterhalb der Explosionsgrenze liegen, vorteilhaft ist. Dadurch, daß ein großes Volumen des Adsorbens in mehreren parallelgeschalteten Teilmengen in der

Beladung steht, während ein kleines Volumen des beladenen Adsorbens einer schnellen und intensiven Regeneration ohne nachfolgende Trocknung und Kühlung unterzogen wird, ist eine wesentliche Vereinfachung der Umschaltvorrichtung gegeben, weil stets nur ein Schaltschritt auszuführen ist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Adsorptionsapparat zur kontinuierlichen Abscheidung von Dämpfen aus Gasen an festliegenden Adsorber-

schichten, die zusammen mit wärmespeichernden Schichten in konzentrisch um eine vertikale Achse angeordneten Adsorbera untergebracht sind, die zwei koaxialen gegeneinander gasdichten Kammern mit je einem Anschluß zur Zuleitung bzw. Ableitung des zu behandelnden bzw. des behandelten Gases parallelgeschaltet sind, wobei die Adsorber mittels einer durch die Kammerwände gasdicht geführten drehbaren Welle mit hohlen, als Zu- und Ableitung für das Adsorptionsmittel dienenden Enden und durch von den Hohlteilen der Welle seitlich abzweigenden, mit der Welle starr verbundenen Rohren alternativ in die Adsorption oder Desorption geschaltet werden.

Der erfindungsgemäße Adsorptionsapparat ist dadurch gekennzeichnet, daß die Welle axial verschiebbar ist und daß die mit der Welle starr verbundenen Rohre in federnden Flanschen enden und daß die Mündungen der Adsorberanschlüsse auf zwei in einer Ebene liegenden konzentrischen Kreisen angeordnet sind.

In den Fig. 1 und 2 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch in einem vertikalen und einem horizontalen Schnitt beispielsweise dargestellt.

F i g. 1 ist eine vollständige Anlage zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in vertikalem Schnitt;

F i g. 2 ist ein horizontaler Schnitt durch die Anlage gemäß F i g. 1 längs der Linie U-II.

In der F i g. 1 ist die erfindungsgemäße Adsorptionsanlage in einer Ausführungsform dargestellt, weiche bei einer gedrängten und nach außen völlig geschlossenen Bauart alle Zusatzgeräte, wie ein Filter, einen Kühler und ein Fördergebläse für das zu behandelnde Gas, sowie einen Kondensator und einen Abscheider für die Aufarbeitung des Desorbat-Dampfgemisches enthält. Diese Zusatzgeräte und das Getriebe für die Drehung der Umschaltwelle sind unterhalb der Adsorberzellen angeordnet.

Acht Adsorber 1, deren Gehäuse kreisringsegmentförmigen Querschnitt haben, sind *.u einem Hohlzylinder zusammengesetzt. In jedem Adsorber ruht eine Adsorptionsmittelschicht 2 auf einer Schicht wärmespeichernden Materials 3, das auf einem gasdurchlässigen Boden 4 angeordnet ist. Die Adsorber haben in ihren oberen Stirnseiten zweckmäßig mit Flanschen versehene öffnungen, die auf einem Kreis liegen.

Auf der Innenseite des von den Adsorbern gebildeten Hohlzylinders hat jeder Adsorber unterhalb des Siebbodens 4 eine seitliche öffnung 6, von der aus ein Rohr 7 nach oben bis in die Ebene der oberen Adsorberöffnungen hochgezogen ist und dort in einem Flansch 8 endet. Zwischen den Rohren und der Innenwand der Adsorberzellen ist die Tasse? einer Tauchdichtung angeordnet. Diese wird durch einen Rohranschluß 10 mit Wasser bis zu dem Überlauf 11 gefüllt.

In der Achse des Hohlzylinders ist die Welle 12 des Schaltorgans angeordnet. Sie besteht aus einem Rohr, das durch eine Wand 13 unterteilt ist. Diese Hohlwelle sitzt auf dem Getriebe 14 und ist am unteren Ende mit öffnungen 15 versehen und von einer dampfdichten Kammer 16 umgeben, von welcher ein Verbindungsrohr 17 zur Kondensationsanlage seitlich abgezweigt. Die Welle ist in dieser Kammer und am oberen Ende im Deckel des Schaltorgans dampfdicht und drehbar sowie axial beweglich in Stopfbuchsen 18 gelagert.

Auf der Welle ist eine Glocke 19 befestigt, deren zylindrischer Teil in die Tasse 9 eintaucht und die dichte Trennwand zwischen den beiden Schaltorganen bildet. Unterhalb der Glocke münden die von den unteren Adsorberöffnungen ausgehenden Rohre 7. Außerhalb der Glocke liegen die oberen Adsorberöffnungen 5.

Vom oberen Teil der Hohlwelle zweigt ein Rohr 20 seitlich ab, das in einen Federbalg 21 mit dem

ίο Flansch 22 endet. Dieser Flansch liegt auf dem Kreis der oberen Adsorberöffnungen 5. Unterhalb der Glocke 19 ist ein Kanal 23 angeordnet, der den Federbalg 24 mit dem Flansch 25 und das untere Teil der Hohlwelle verbindet. Der Flansch liegt auf dem Radius der Mündungsflansche 8 der Rohre 7.

In der in den Figuren gezeigten Schaltstellung befindet sich der rechte Adsorber in der Desorption. Der Dampf strömt aus einer nicht dargestellten Leitung durch das obere Teil der Hohlwelle 12 über das

so Rohr 20 durch den Adsorber abwärts, sodann im Rohr? aufwärts und über den Kanal23 und durch das untere Teil der Hohlwelle durch die öffnungen 15, die Kammer 16 und die Verbindungsleitung 17 zum Kondensator 30. Das Kondensat gelangt durch

»5 die Leitung 31 zum Scheider 32 aus welchem als obere. Schicht das Desorbat durch Leitung 33, als untere Schicht durch Leitung 34 Wasser abgezogen werden. Wenn der aus der Abluft wiederzugewinnende Stoff ganz oder teilweise wasserlöslich ist, tritt an die Stelle des Abschneiders eine andere bekannte Vorrichtung zur Aufarbeitung des Desorbatwassergemisches.

Die übrigen sieben Adsorber stehen in der Beladung und sind über das Schaltgehäuse bezüglich des Gasweges parallelgeschaltet. Das zu behandelnde Gas tritt durch den Anschluß 40 in die Anlage ein, wird zunächst durch ein Filter 41 und einen Kühler 42 geführt und dann von dem Gebläse 43 in dem Raum unter der Glocke 19 geführt. Aus diesem Raum verteilt es sich auf die Adsorber und strömt durch die Rohre 7 abwärts, durch die wärmespeichernde Masse und das Adsorbens aufwärts, gelangt durch die oberen Adsorberöffnungen 5 in den Raum II zwischen Gehäuse und Glocke und verläßt gereinigt die Anlage über den Stutzen 44.

Zur Umschaltung der Anlage wird die Dampfzufuhr unterbrochen. Dann wird vom Getriebe die Welle angehoben, in die nächste Schaltstellung gedreht und wieder gesenkt.

Der Schaltimpuls wird von einem Konzentrationsmesser 50, welcher das Durchbrechen von zu adsorbierenden Stoffen durch einen Adsorber anzeigt, ge-, geben. Das Luftprobenahmerohr 51 für dieses Meßgerät ist an einem von der Umschaltwelle ausgehenden Arm 52 befestigt und wird von diesem über die Austrittsöffnungen 5 der Adsorberzellen im Takt der Schaltbewegung hinweggeführt.

Die Darstellung des Armes in der Abb. 1 soll diese Anordnung schematisch zeigen. In der Anlage selbst ist dieser Arm gegenüber dem Rohr 20 um den einer Schaltbewegung entsprechenden Winkel versetzt, derart, daß das Meßgerät dem Verbindungsrohr 20 vorausläuft. Demgemäß wird der Schaitimpuls von dem Meßgerät dann gegeben, wenn in dem der Re-

6$ generation am nächsten stehenden Adsorber die optimale Beladung errreicht ist.

Die Zahl der in den erfindungsgemäßen Anlagen eingebauten Adsorber wird zweckmäßig so gewählt,

10

daß wenigstens Vs bis ⁸A des insgesamt eingesetzten Adsorptionsmittels in der Beladung stehen, während die übrigen Vs bis ¹A der Desorption durch Ausdampfen unterzogen werden. Demgemäß beträgt die Zahl der Adsorber mindestens drei, im allgemeinen sechs bis zwölf.

Um auch bei größeren Anlagen die Geschwindigkeit und Intensität der Regeneration zu gewährleisten, können an jeder Kammer des Schaltorgans zwei seitlich von der Welle abzweigende und eventuell um 180° zueinander versetzte Rohre vorgesehen werden, so daß stets zwei Adsorberzellen in der Desorption stehen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Adsorptionsapparat zur kontinuierlichen Abscheidung von Dämpfen aus Gasen an festliegenden Adsorberschichten, die zusammen mit wärme-. speichernden Schichten in konzentrisch um eine ao vertikale Achse angeordneten Adsorbem untergebracht sind, die zwei koaxialen gegeneinander gasdichten Kammern mit je einem Anschluß zur Zuleitung bzw. Ableitung des zu behandelnden bzw. des behandelten Gase's parallelgeschaltet sind, wobei die Absorber mittels einer durch die Kammerwände gasdicht geführten drehbaren Welle mit hohl als Zu- und Ableitung für das Adsorptionsmittel dienenden Enden und durch von den Hohlteilen der Welle seitlich abzweigenden, mit der Welle starr verbundenen Rohren alternativ in die Adsorption oder Desorption geschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (12) axial verschiebbar ist und daß die mit der Welle starr verbundenen Rohre in federnden Flanschen enden und daß die Mündungen (5, 7) der Adsorberanschlüsse auf zwei in einer Ebene liegenden konzentrischen Kreisen angeordnet sind.

2. Adsorptionsapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorber kreissegmentartig um die Achse angeordnet sind.

3. Adsorptionsapparat nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, gekennzeichnet durch öffnungen (15) am hohlen unteren Ende der Welle (12) und die das untere Ende der Welle dampfdicht umgebenden Kammer (16) mit einem Verbindungsrohr (17) zur Kondensationsanlage (30).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen