DE202010016522U1 - Apparatus for the adsorption treatment of a fluid or fluid stream - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms, umfassend
einen Behälter (11) zur Aufnahme von Adsorbermaterial, wobei der Behälter eine Fluideintrittsöffnung (14) und eine Fluidaustrittsöffnung (16) aufweist, und
zwei Fluidanschlussvorrichtungen (17), wobei eine der Fluidanschlussvorrichtungen an der Fluideintrittsöffnung vorgesehen ist und die andere der Fluidanschlussvorrichtungen an der Fluidaustrittsöffnung vorgesehen ist,
wobei die Fluidanschlussvorrichtungen fluiddicht verriegelt und derart ausgebildet sind, dass sie jeweils mit einem Fluidleitungsanschlussstück verbindbar und entriegelbar sind und unter der Voraussetzung, dass sie mit dem jeweiligen Fluidleitungsanschlussstück verbunden sind, entriegelbar oder entriegelt sind.Apparatus for the adsorption treatment of a fluid or fluid stream, comprising
a container (11) for receiving adsorber material, wherein the container has a fluid inlet opening (14) and a fluid outlet opening (16), and
two fluid connection devices (17), one of the fluid connection devices being provided at the fluid inlet opening and the other of the fluid connection devices being provided at the fluid outlet opening,
wherein the fluid connection devices are fluid-tightly locked and configured such that they are each connectable and unlockable with a fluid line connection piece and can be unlocked or unlocked provided that they are connected to the respective fluid line connection piece.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms, eine Verwendung einer Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms, ein Verfahren zum Regenerieren und/oder Entsorgen, Befüllen und/oder Installieren einer Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms und ein Verfahren zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms, insbesondere Erdgas oder Flüssiggas für Brennstoffzellen. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur Entschwefelung eines gasförmigen Kohlenwasserstoffstroms und ein entsprechendes Verfahren, insbesondere für den Einsatz in Kombination mit einem Brennstoffzellengerät.The present invention relates to a device for adsorption treatment of a fluid or fluid flow, a use of a device for adsorption treatment of a fluid or fluid flow, a method for regenerating and / or disposing, filling and / or installing a device for adsorption treatment of a fluid or fluid flow and a method for Adsorption treatment of a fluid or fluid stream, in particular natural gas or liquid gas for fuel cells. In particular, the invention relates to a device for desulfurization of a gaseous hydrocarbon stream and a corresponding method, in particular for use in combination with a fuel cell device.
Die meisten Brennstoffzellen benötigen Wasserstoff bzw. wasserstoffreiche Gase als Brennstoff zur Wärme- und Stromerzeugung. Deshalb werden gegenwärtig beträchtliche Anstrengungen unternommen, um in katalytischen Brennstoff-Umwandlungssystemen Wasserstoff aus logistischen Brennstoffen wie Diesel, Benzin, Naphtha, Flüssiggas und Erdgas zu erzeugen. Langfristig hängt jedoch der erfolgreiche Einsatz von Brennstoffzellen von der Verfügbarkeit von regenerativ erzeugtem Wasserstoff ab.Most fuel cells require hydrogen or hydrogen-rich gases as fuel for heat and power generation. Therefore, considerable efforts are currently being made to produce hydrogen from catalytic fuels such as diesel, gasoline, naphtha, LPG and natural gas in catalytic fuel conversion systems. In the long term, however, the successful use of fuel cells depends on the availability of renewable hydrogen.
Die katalytische Umsetzung von flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen, um ein wasserstoffreiches Gas, wie das sogenannte Reformatgas, zu erhalten, erfolgt dabei in mehreren hintereinandergeschalteten Schritten: der eigentlichen Reformierreaktion, einer nachgeschalteten Wassergas-Shiftreaktion sowie möglicherweise einer CO-Feinreinigungsreaktion, wie z. B. der selektiven CO-Methanisierungsreaktion.The catalytic conversion of liquid or gaseous hydrocarbons to obtain a hydrogen-rich gas, such as the so-called reformate, takes place in several successive steps: the actual reforming reaction, a downstream water gas shift reaction and possibly a CO fine cleaning reaction such. B. the selective CO methanation reaction.
Die meisten der Primärenergieträger, die zur katalytischen Erzeugung von Wasserstoff in Frage kommen, beinhalten jedoch Anteile von Schwefel. Diese werden dem Brennstoff teilweise absichtlich als sogenannte Odorierungsmittel zugegeben, um Menschen vor eventuellen Leckagen zu warnen. Odorierung dient als Sicherheitsmaßnahme bei der Verwendung von sonst geruchlosen Gasen und bezeichnet das Hinzufügen von Riechstoffen (Odorierungsmittel), die einen für die Gefährdung typischen Geruch aufweisen sollen. Odorierungsmittel rufen noch in großer Verdünnung Alarmassoziationen beim Menschen hervor. Flüssiggas und Erdgas enthalten deshalb neben natürlichen Schwefelverbindungen, wie H2S und COS, typischerweise schwefelhaltige Odorierungsmittel wie Tetrahydrothiophen (THT) oder Merkaptane oder Gemische aus Methanthiol, Ethanthiol, Propan-1-thiol und 2-Methyl-propan-2-thiol, und tert.-Butylmercaptan (TBM).However, most of the primary sources of energy that can be used to catalytically generate hydrogen include amounts of sulfur. These are sometimes purposely added to the fuel as so-called odorants to warn people of potential leaks. Odoration serves as a safety measure when using otherwise odorless gases and refers to the addition of odoriferous substances (odorants), which should have a typical odor for the hazard. Odorants still cause alarm associations in humans to a great extent. Liquefied natural gas and gas therefore contain, in addition to natural sulfur compounds such as H 2 S and COS, typically sulfur-containing odorants such as tetrahydrothiophene (THT) or mercaptans or mixtures of methanethiol, ethanethiol, propane-1-thiol and 2-methyl-propane-2-thiol, and tert-butyl mercaptan (TBM).
Es ist jedoch bekannt, dass Schwefelverbindungen bei Reformierkatalysatoren sowie bei der Brennstoffzelle selbst irreversible Deaktivierungen hervorrufen. Eine geeignete Entschwefelungsstufe ist deshalb eine Voraussetzung für die Nutzung von Kohlenwasserstoffen als Brennstoff in einer Brennstoffzelle. Die verfahrenstechnischen Umsetzungen der Entschwefelung unterscheiden sich stark in Abhängigkeit vom eingesetzten Kohlenwasserstoff. Für die Entschwefelung von Erdgas und Flüssiggas werden möglichst einfache adsorptive Entschwefelungsstufen angestrebt, die bei Raumtemperatur und Raumdruck mit möglichst hoher Selektiviät betrieben werden können.However, it is known that sulfur compounds cause irreversible deactivations in reforming catalysts as well as in the fuel cell itself. A suitable desulfurization stage is therefore a prerequisite for the use of hydrocarbons as fuel in a fuel cell. The process engineering of the desulfurization differ greatly depending on the hydrocarbon used. For desulfurization of natural gas and liquid gas, as simple as possible adsorptive desulfurization stages are sought, which can be operated at room temperature and room pressure with the highest possible selectivity.
Adsorptive Entschwefelungsverfahren mit festen Adsorbentien werden bei vielen Brennstoffzellenanwendungen verwendet und sind hinsichtlich der Prozessanforderungen, z. B. Raumtemperatur und Raumdruck, relativ einfach zu realisieren. Beispielsweise beschreibt die
Es besteht ein Bedarf für Vorrichtungen zur Adsorptionsbehandlung, z. B. Entgiftung, von Fluiden oder Fluidströmen, oder zur Entschwefelung von Kohlenwasserstoffen für Brennstoffzellen, die sicherheitsrelevante Maßnahmen und Funktionalitäten beim Ein- oder Ausbau der Vorrichtungen in die Gasleitung ermöglichen. Die sichere Installation bzw. der sichere Wechselvorgang der Vorrichtung ist eine zentrale Fragestellung für ein logistisches Konzept zur Aus- und Nachrüstung z. B. von Brennstoffzellenanlagen mit Schwefelfilteranlagen.There is a need for adsorption treatment devices, e.g. B. detoxification of fluids or fluid streams, or for the desulfurization of hydrocarbons for fuel cells that allow safety-related measures and functionalities when installing or removing the devices in the gas line. The safe installation or the safe change process of the device is a central issue for a logistical concept for upgrading and retrofitting z. B. of fuel cell systems with sulfur filtration systems.
Eine der wichtigsten Herausforderungen bezüglich des Aufbaus eines logistischen Konzeptes zur Versorgung mit und Entsorgung von Entschwefelungskartuschen für Brennstoffzellen stellt der Transport von gebrauchten Entschwefelungskartuschen dar. Der Filterwechsel wird in der Regel von Servicetechnikern oder Gastechnikern durchgeführt, welche meistens keine spezielle Ausbildung im Umgang mit Gefahrgut aufweisen können. Es werden unter anderem aus diesem Grund Entschwefelungs-Adsorbentien entwickelt, die keiner Gefahrgutklassifizierung unterliegen. Nach Gebrauch können die Adsorbentien jedoch je nach Material in Abhängigkeit von den Gasbegleitstoffen des zu entschwefelnden Gases neben Schwefelverbindungen verschiedene andere toxische Gasbestandteile anreichern und damit ihre Eigenschaften verändern.One of the most important challenges in building a logistics concept for the supply and disposal of fuel cell desulphurisation cartridges is the transport of used desulphurisation cartridges. The filter replacement is usually carried out by service technicians or gas technicians, who usually have no special training in handling dangerous goods can. For this reason, among other things, desulphurisation adsorbents are developed which are not subject to any dangerous goods classification. However, depending on the material, depending on the material, the adsorbents can accumulate various other toxic gas constituents in addition to sulfur compounds depending on the gas accompanying substances of the gas to be desulphurized, and thus alter their properties.
Eine allgemein gültige Einstufung des Adsorbens in einer gebrauchten Entschwefelungskartusche kann aus diesem Grund nicht erfolgen. Je nach Adsorbens und Gaszusammensetzung können neben den Schwefelverbindungen unterschiedliche andere Stoffe adsorbiert sein oder auch nicht. Zur Vermeidung einer möglichen Exposition von Personen muss sichergestellt werden, dass ein Austausch des gebrauchten Adsorbens durch Öffnen der Kartusche nur durch Personen mit Fachkunde und Sicherheitsausrüstung durchgeführt wird. Es gibt daher einen Bedarf an sicheren Geräten zur Adsorptionsbehandlung, z. B. Geräten für die Entschwefelung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen.A general classification of the adsorbent in a used desulfurization can not be made for this reason. Depending on the adsorbent and gas composition, various other substances may or may not be adsorbed in addition to the sulfur compounds. In order to avoid possible exposure of persons, it must be ensured that replacement of the used adsorbent by opening the cartridge is only carried out by persons with expertise and safety equipment. There is therefore a need for safe equipment for adsorption treatment, e.g. B. equipment for the desulfurization of gaseous hydrocarbons.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine sichere Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids anzugeben, bei der der Anschluss an eine Fluidleitung, die Regenerierung und/oder Entsorgung des Adsorbens und der Wechselvorgang der Vorrichtung möglichst einfach und sicher sowie der Betrieb der Vorrichtung mit großer Zuverlässigkeit erfolgt.The object of the invention is to provide a safe device for the adsorption treatment of a fluid, wherein the connection to a fluid line, the regeneration and / or disposal of the adsorbent and the changing process of the device as simple and safe as possible and the operation of the device with great reliability.
In einer Ausführungsform wird eine Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms angegeben, umfassend einen Behälter zur Aufnahme von Adsorbermaterial, wobei der Behälter eine Fluideintrittsöffnung und eine Fluidaustrittsöffnung aufweist, und zwei Fluidanschlussvorrichtungen, wobei eine der Fluidanschlussvorrichtungen an der Fluideintrittsöffnung vorgesehen ist und die andere der Fluidanschlussvorrichtungen an der Fluidaustrittsöffnung vorgesehen ist, wobei die Fluidanschlussvorrichtungen fluiddicht verriegelt und derart ausgebildet sind, dass sie jeweils mit einem Fluidleitungsanschlussstück verbindbar und entriegelbar sind und unter der Voraussetzung, dass sie mit dem jeweiligen Fluidleitungsanschlussstück verbunden sind, entriegelbar oder entriegelt sind.In one embodiment, there is provided an apparatus for adsorbing a fluid or fluid stream comprising a container for receiving adsorbent material, the container having a fluid inlet port and a fluid outlet port, and two fluid port devices, one of the fluid port devices being provided at the fluid inlet port and the other of the fluid port devices is provided at the fluid outlet opening, wherein the fluid connection devices are locked in a fluid-tight manner and are designed so that they are each connectable and unlockable with a fluid line connection piece and under the condition that they are connected to the respective fluid line connection piece, unlocked or unlocked.
Eine Ausführungsform betrifft die Verwendung einer Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms nach der vorstehenden Ausführungsform zur Entschwefelung eines Brennfluids, insbesondere Erdgas oder Flüssiggas, für Brennstoffzellen.One embodiment relates to the use of a device for the adsorption treatment of a fluid or fluid stream according to the preceding embodiment for the desulfurization of a combustion fluid, in particular natural gas or liquid gas, for fuel cells.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Regenerieren und/oder Entsorgen, Befüllen und/oder Installieren einer Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms nach der oben aufgeführten Ausführungsform bereitgestellt, umfassend mindestens einen der Schritte: Entfernen der Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms, deren Behälter zu regenerierendes und/oder entsorgendes Adsorbermaterial enthält, von einer Einrichtung, an oder in der eine Adsorptionsbehandlung durchgeführt wurde, durch Lösen der Fluidanschlussvorrichtungen von Fluidleitungsanschlussstücken, die mit der Einrichtung verbunden sind; Transportieren des Behälters mit dem zu regenerierenden und/oder entsorgenden Adsorbermaterial und verriegelten Fluidanschlussvorrichtungen während der Behälter mit behandeltem oder zu behandelndem Fluid gefüllt ist; Transportieren des Behälters mit dem zu regenerierenden und/oder entsorgenden Adsorbermaterial und verriegelten Fluidanschlussvorrichtungen zu einer Regenerier- und/oder Entsorgungsstation; Spülen des Behälters, der zu regenerierendes und/oder entsorgendes Adsorbermaterial enthält, mit Schutzgas, Inertfluid oder anderen Gasen wie Luft; Entleeren des Behälters von dem zu regenerierenden und/oder entsorgenden Adsorbermaterial; Regenerieren und/oder Entsorgen des zu regenerierenden und/oder entsorgenden Adsorbermaterials; Befüllen des Behälters mit regeneriertem oder unbenutztem Adsorbermaterial; Spülen des Behälters mit Schutzgas, Inertfluid, Inertgas oder dem Fluid, das von einem durch die Adsorptionsbehandlung zu entfernenden Adsorptiv befreit ist, während und/oder nach dem Befüllen des Behälters mit dem regeneriertem oder unbenutztem Adsorbermaterial; Durchführen eines Druck- und/oder Leckagetests zur Überprüfung der Dichtigkeit des befüllten Behälters mit verriegelten Fluidanschlussvorrichtungen; Transportieren des Behälters mit dem regenerierten oder unbenutztem Adsorbermaterial und verriegelten Fluidanschlussvorrichtungen, während der Behälter mit Schutzgas, Inertfluid, oder Inertgas gefüllt ist; Transportieren des Behälters mit dem regenerierten oder unbenutztem Adsorbermaterial und verriegelten Fluidanschlussvorrichtungen zu einer Einrichtung, an oder in der eine Adsorptionsbehandlung durchgeführt werden soll; Verbinden von Fluidleitungsanschlussstücken mit der Einrichtung, an oder in der eine Adsorptionsbehandlung durchgeführt werden soll; Installieren der Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms an oder in einer Einrichtung, an oder in der eine Adsorptionsbehandlung durchgeführt werden soll, während der Behälter gefüllt ist mit regeneriertem oder unbenutztem Adsorbermaterial und einem Element ausgewählt aus Schutzgas, Inertfluid, Inertgas oder dem Fluid, das von einem durch die Adsorptionsbehandlung zu entfernenden Adsorptiv befreit ist, durch Verbinden der Fluidanschlussvorrichtungen mit Fluidleitungsanschlussstücken, die mit der Einrichtung verbunden sind. In a further embodiment, there is provided a method for regenerating and / or disposing, filling and / or installing a device for adsorbing a fluid or fluid stream according to the above-mentioned embodiment, comprising at least one of the steps of: removing the device for adsorption treatment of a fluid or fluid flow; the container of which contains adsorber material to be regenerated and / or disposed of by means of or in which an adsorption treatment has been carried out by detaching the fluid connection devices from fluid line connecting pieces connected to the device; Transporting the container with the adsorber material to be regenerated and / or disposed and locked fluid port devices while the container is being filled with treated or treated fluid; Transporting the container with the adsorbent material to be regenerated and / or disposed of and locking fluid connection devices to a regeneration and / or disposal station; Purging the container containing adsorbent material to be regenerated and / or disposed with inert gas, inert fluid or other gases such as air; Emptying the container from the adsorbent material to be regenerated and / or disposed of; Regenerating and / or disposing of the adsorbent material to be regenerated and / or disposed of; Filling the container with regenerated or unused adsorber material; Purging the container with inert gas, inert fluid, inert gas or the fluid freed from an adsorptive to be removed by the adsorption treatment, during and / or after filling the container with the regenerated or unused adsorbent material; Performing a pressure and / or leakage test to verify the tightness of the filled container with locked fluid connection devices; Transporting the container with the regenerated or unused adsorbent material and locked fluid connection devices while the container is filled with inert gas, inert fluid, or inert gas; Transporting the container with the regenerated or unused adsorber material and interlocking fluid connection devices to a device at or in which an adsorption treatment is to be performed; Connecting fluid line fittings to the device at or in which an adsorption treatment is to be performed; Installing the device for adsorption treatment of a fluid or fluid stream on or in a device at or in which an adsorption treatment is to be performed while the container is filled with regenerated or unused adsorber material and an element selected from inert gas, inert fluid, inert gas or the fluid is freed from an adsorbent to be removed by the adsorption treatment by connecting the fluid connection devices to fluid line fittings connected to the device.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms angegeben, insbesondere zur Entschwefelung von Erdgas oder Flüssiggas für Brennstoffzellen, umfassend: Bereitstellen einer Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms nach der oben aufgeführten Ausführungsform, wobei der Behälter mit einem Adsorbermaterial zur Adsorptionsbehandlung von Fluiden gefüllt ist oder wird, Verbinden einer Fluidzuleitung mit einem ersten Fluidleitungsanschlussstück und einer Fluidableitung mit einem zweiten Fluidleitungsanschlussstück, Verbinden des ersten und des zweiten Fluidleitungsanschlussstückes mit den zwei Fluidanschlussvorrichtungen der Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms und dadurch Entriegeln der Fluidanschlussvorrichtungen, und Einbringen eines Fluids in oder Leiten eines Fluids durch die Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung des Fluids.In a further embodiment, there is provided a process for adsorbing a fluid or fluid stream, in particular for desulfurizing natural gas or liquid gas for fuel cells, comprising: providing a device for adsorption treatment of a fluid or fluid stream according to the above-mentioned embodiment, wherein the vessel is provided with an adsorbent material for adsorption treatment of fluids, connecting a fluid supply line to a first fluid line fitting and a fluid discharge line to a second fluid line fitting, connecting the first and second fluid line fittings to the two fluid connection devices of the device for adsorbing a fluid or fluid flow, thereby unlocking the fluid connection devices, and introducing a fluid inlet Fluids in or passing a fluid through the device for adsorption treatment of the fluid.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen, den Figuren und den Unteransprüchen.Other features and advantages will become apparent from the following description of embodiments, the figures and the subclaims.
Alle hier beschriebenen und sich nicht gegenseitig ausschließenden Merkmale von Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden. Gleiche Elemente der Ausführungsformen sind in der folgenden Beschreibung mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Elemente einer Ausführungsform können in den anderen Ausführungsformen genutzt werden ohne weitere Erwähnung. Ausführungsformen der Erfindung werden nun durch die nachfolgenden Beispiele anhand von Figuren genauer beschrieben, ohne sie dadurch einschränken zu wollen. Es zeigen:All non-mutually exclusive features of embodiments described herein may be combined. Like elements of the embodiments are given the same reference numerals in the following description. Elements of one embodiment may be used in the other embodiments without further mention. Embodiments of the invention will now be described in more detail by the following examples with reference to figures, without wishing to restrict thereby. Show it:
In der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen werden die Begriffe Adsorber, Adsorbens, Sorbens und Adsorbermaterial synonym verwendet. Ferner wird die Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms im Folgenden auch Kartusche genannt. Die Fluidanschlussvorrichtungen sind im Folgenden anhand von Gassteckdosen mit einer im 90°-Winkel abgewinkelten Form beschrieben, aber nicht darauf beschränkt.In the following description of embodiments, the terms adsorbent, adsorbent, sorbent and adsorber material are used interchangeably. Furthermore, the device for the adsorption treatment of a fluid or fluid flow is also referred to below as a cartridge. The fluid connection devices are described below with reference to gas sockets with an angled at 90 ° angle form, but not limited thereto.
Zudem werden Ausführungsformen der Erfindung im Folgenden anhand der Entschwefelung eines Brenngases für Brennstoffzellen beschrieben, ohne die Erfindung darauf zu begrenzen. Außerdem wird in der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen als Fluid ein Gas eingesetzt, ohne die Erfindung darauf zu beschränken. Ferner werden im Folgenden Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit der adsorptiven Behandlung eines Fluidstroms beschrieben, können jedoch auch zur Behandlung eines stationären Fluids eingesetzt werden.In addition, embodiments of the invention are described below with reference to the desulfurization of a fuel gas for fuel cells, without limiting the invention thereto. In addition, in the following description of embodiments, a gas is used as the fluid, without limiting the invention thereto. Furthermore, embodiments of the invention will be described below in connection with the adsorptive treatment of a fluid stream, but may also be used to treat a stationary fluid.
In einer Ausführungsform wird eine Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms angegeben, umfassend einen Behälter zur Aufnahme von Adsorbermaterial, wobei der Behälter eine Fluideintrittsöffnung und eine Fluidaustrittsöffnung aufweist, und zwei Fluidanschlussvorrichtungen, wobei eine der Fluidanschlussvorrichtungen an der Fluideintrittsöffnung vorgesehen ist und die andere der Fluidanschlussvorrichtungen an der Fluidaustrittsöffnung vorgesehen ist, wobei die Fluidanschlussvorrichtungen fluiddicht verriegelt und derart ausgebildet sind, dass sie jeweils mit einem Fluidleitungsanschlussstück verbindbar und entriegelbar sind und unter der Voraussetzung, dass sie mit dem jeweiligen Fluidleitungsanschlussstück verbunden sind, entriegelbar oder entriegelt sind. Die Fluidanschlussvorrichtungen können zudem derart ausgebildet sein, dass sie unter der Voraussetzung, dass sie nicht mit dem jeweiligen Fluidleitungsanschlussstück verbunden sind, fluiddicht verriegelt sind.In one embodiment, an apparatus for the adsorption treatment of a fluid or fluid stream is provided, comprising a container for receiving adsorber material, wherein the container a Fluid inlet opening and a fluid outlet opening, and two fluid connection devices, wherein one of the fluid connection devices is provided at the fluid inlet opening and the other of the fluid connection devices is provided at the fluid outlet opening, wherein the fluid connection devices are fluid-tightly locked and formed so that they are each connectable to a fluid line connector and unlocked and provided that they are connected to the respective fluid conduit fitting, unlocked or unlocked. The fluid connection devices may also be designed so that they are fluid-tight, provided that they are not connected to the respective fluid line connection piece.
Die Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms kann zur Entschwefelung eines Brennfluids, insbesondere Erdgas oder Flüssiggas, für Brennstoffzellen verwendet werden. Die Vorrichtung kann auch nur mit einer Fluidanschlussvorrichtung ausgestattet sein. Die Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms wird hier auch Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung oder Vorrichtung genannt.The device for the adsorption treatment of a fluid or fluid stream can be used for desulfurization of a combustion fluid, in particular natural gas or liquid gas, for fuel cells. The device may also be equipped only with a fluid connection device. The device for the adsorption treatment of a fluid or fluid flow is also referred to here as an adsorption treatment device or apparatus.
Erfindungsgemäße Ausführungsformen ermöglichen eine Adsorptionsbehandlung von Fluiden mit einer intrinsisch sicheren Vorrichtung, z. B. zur Entschwefelung von Kohlenwasserstoffen, welche nach Ausbau aus der Gasleitung gasdicht verschlossen ist. Beispielsweise verriegelt sich die intrinsisch sichere Vorrichtung beim manuellen Ausbau aus der Gasleitung funktionsbedingt selbsttätig. Eine Exposition mit Schadstoffen sowie der Austritt von brennbaren Gasen werden damit sicher vermieden. Die Vorrichtung gemäß Ausführungsformen kann nach dem Ausbau an eine Entsorgungsfirma verschickt werden, von ausgebildeten Personen geöffnet werden und die Adsorber der entsprechenden Wiederaufarbeitung bzw. Entsorgung zugeführt werden, bevor die Vorrichtung mit neuem Material wiederbefüllt wird und erneut dem Zyklus zugeführt werden kann.Embodiments of the present invention enable adsorption treatment of fluids with an intrinsically safe device, e.g. As for the desulfurization of hydrocarbons, which is closed gas-tight after removal from the gas line. For example, the intrinsically safe device locks automatically during manual removal from the gas line due to the function. Exposure to pollutants and the escape of combustible gases are thus safely avoided. The apparatus according to embodiments may be shipped to a disposal company after removal, opened by trained persons, and the adsorbers subjected to appropriate refurbishment before the apparatus is refilled with new material and can be re-fed to the cycle.
In Ausführungsformen können die entriegelten Fluidanschlussvorrichtungen die Fluidleitungsanschlussstücke sichern, z. B. gegen unerwünschtes Ablösen. Ferner können die Fluidanschlussvorrichtungen derart ausgebildet sein, dass die Fluidleitungsanschlussstücke beim Entriegeln der Fluidanschlussvorrichtungen gesichert werden. Außerdem können die Fluidanschlussvorrichtungen derart ausgebildet sein, dass sie mittels der jeweiligen Fluidleitungsanschlussstücke manuell oder selbsttätig verriegelbar sind, z. B. durch Betätigen oder Ablösen der jeweiligen Fluidleitungsanschlussstücke. In Ausführungsformen ist mindestens eine der Fluidanschlussvorrichtungen derart ausgebildet, dass sie mit dem jeweiligen Fluidleitungsanschlussstück nacheinander oder gleichzeitig verbindbar und entriegelbar ist.In embodiments, the unlocked fluid port devices may secure the fluid conduit fittings, e.g. B. against unwanted detachment. Furthermore, the fluid connection devices can be designed such that the fluid line connection pieces are secured when the fluid connection devices are unlocked. In addition, the fluid connection devices can be designed such that they can be locked manually or automatically by means of the respective fluid line connecting pieces, for. B. by actuation or detachment of the respective fluid line fittings. In embodiments, at least one of the fluid connection devices is designed such that it can be connected and unlocked successively or simultaneously with the respective fluid line connection piece.
Der Behälter
In Ausführungsformen können die Fluidanschlussvorrichtungen am Behälter
In einer Ausführungsform der Vorrichtung weisen die Fluidanschlussvorrichtungen jeweils einen Fluiddurchflusskanal und einen bewegbaren Schließkörper auf, wobei der Schließkörper den Fluiddurchflusskanal fluiddicht verschließt und die Fluidanschlussvorrichtungen derart ausgebildet sind, dass der jeweilige Schließkörper durch Verbinden der Fluidanschlussvorrichtung mit dem Fluidleitungsanschlussstück bewegt wird und den Fluiddurchflusskanal öffnet, und/oder durch Lösen des Fluidleitungsanschlussstückes bewegt wird und den Fluiddurchflusskanal verschließt. Der Schließkörper kann derart vorgespannt sein, dass, wenn die Fluidanschlussvorrichtung nicht mit einem entsprechenden Fluidleitungsanschlussstück gekoppelt ist, die Fluidanschlussvorrichtung verriegelt ist und, wenn das Fluidleitungsanschlussstück gelöst wird, selbsttätig verriegelt wird.In one embodiment of the device, the fluid connection devices each have a fluid flow channel and a movable closing body, wherein the closing body fluid-tightly closes the fluid flow channel and the fluid connection devices are formed such that the respective Closing body is moved by connecting the fluid connection device with the fluid line connection piece and opens the fluid flow channel, and / or is moved by releasing the fluid line connection piece and closes the fluid flow channel. The closure body may be biased such that when the fluid connection device is not coupled to a corresponding fluid line connector, the fluid connection device is locked and, when the fluid line connector is released, is automatically locked.
In anderen Ausführungsformen kann im dem Behälter
Gemäß einer Ausführungsform (nicht gezeigt) sind mindestens eine Gassteckdose
Zusätzlich ist im vorliegenden Beispiel die Steck- und Drehkupplung so ausgeführt, dass der Gasstecker bei der Drehung an der Gassteckdose gesichert wird. Beispielsweise kann bei der Drehung ein vorgespannter Zapfen am Gasstecker in eine Ausnehmung in der Gassteckdose einrasten, um den Gasstecker an der Gassteckdose gegen ein unerwünschtes Ablösen zu sichern. Dieser Zapfen ist nur durch eine kombinierte Dreh- und Schubbewegung wieder aus der Ausnehmung lösbar.In addition, in the present example, the plug and rotary coupling is designed so that the gas plug is secured during rotation of the gas outlet. For example, during rotation, a biased pin on the gas plug engage in a recess in the gas socket to secure the gas plug to the gas socket against unwanted detachment. This pin is solvable again only by a combined rotational and pushing movement out of the recess.
Im vorliegenden Beispiel ist an dem Innenkupplungsstück des Gassteckers zudem eine Nut vorgesehen, in die ein in der Gassteckdose vorgesehener korrespondierender Vorsprung beim Einführen des Gassteckers eingreifen kann. Zusätzlich sind am Gasstecker eine rote und eine grüne Markierung vorgesehen. Die Gassteckdose besitzt ein Sichtfenster, das mit den Markierungen je nach Position des Gassteckers in der Gassteckdose korrespondiert.In the present example, a groove is also provided on the inner coupling piece of the gas connector, into which a corresponding projection provided in the gas socket can engage during insertion of the gas connector. In addition, a red and a green marking are provided on the gas connector. The gas socket has a viewing window that corresponds to the markings depending on the position of the gas plug in the gas socket.
Zum Verbinden des Gassteckers mit der Gassteckdose der vorliegenden Ausführungsform wird der Gasstecker derart ausgerichtet, dass die Nut in den Vorsprung der Gassteckdose eingreifen kann. Dann wird der Gasstecker in die Gassteckdose soweit eingeführt, so dass im Sichtfenster die rote Markierung erscheint. Dadurch ist der Gasstecker mit der Gassteckdose verbunden, während die Gassteckdose
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird zum Ablösen des Gassteckers dieser in der Gassteckdose gedreht, in einer Richtung entgegengesetzt zur Drehung bei der Entriegelung. Der Kugelhahn wird dabei verschlossen, wodurch die Gassteckdose gasdicht verriegelt wird. Gleichzeitig wird der Gasstecker entsichert und im Sichtfenster erscheint die rote Markierung. Dann kann die Verbindung des Gassteckers mit der Gassteckdose gelöst werden.According to the present embodiment, to detach the gas plug, it is rotated in the gas socket, in a direction opposite to the rotation upon unlocking. The ball valve is closed thereby, whereby the gas socket is locked gas-tight. At the same time the gas plug is unlocked and the red mark appears in the viewing window. Then the connection of the gas plug with the gas socket can be solved.
Die Gasstecker sind gemäß Ausführungsformen jeweils mit einer Gasleitung als Fluidleitung verbunden, was in
Gemäß Ausführungsformen enthält der Behälter
Weiter kann gemäß Ausführungsformen die Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eine thermisch auslösende Fluidabsperreinrichtung und/oder einen Fluidströmungswächter umfassen. Die thermisch auslösende Fluidabsperreinrichtung kann eine thermisch auslösende Absperreinrichtung (TAE)
In einer Ausführungsform kann der Behälter zur reversiblen Befüllung mit dem Adsorbermaterial ein Öffnungs- und Verschlusselement umfassen, das eine Sicherheitsvorrichtung zur Vermeidung von Manipulationen durch Unbefugte aufweist, ausgewählt aus: eine Abdeckung des Öffnungs- und Verschlusselements und eine Spezialverschraubung, die ausschließlich mit Spezialwerkzeug geöffnet werden kann. Die Sicherheitsvorrichtung kann auch eine Versiegelung sein.In one embodiment, the container for reversible filling with the adsorber material may comprise an opening and closing element having a safety device to prevent tampering, selected from: a cover of the opening and closing element and a special screw, which are opened exclusively with special tool can. The security device may also be a seal.
Für die (Wieder-)Befüllung und Entleerung des Behälters mit dem Adsorbens kann in einer Ausführungsform die Kartusche so ausgeführt sein, dass der Behälter
Zum Befestigen der Kartusche z. B. an einer Wand, kann an der Manschette ein Haken angebracht sein, an welchem die Kartusche an einer entsprechenden Öse (nicht gezeigt), die an der Wand vorgesehen ist, befestigt werden kann. Die Öse kann natürlich auch an der Manschette angebracht werden und der Haken an der Wand. Diese Art der Aufhängung ist z. B. von Wandfeuerlöschgeräten bekannt. Die definierte Anbringung einer solchen Aufhängung hat den Vorteil, dass die Gasstecker des Gasein- und -ausgangs der Kartusche nicht versehentlich falsch angeschlossen werden können, wenn die entsprechenden Gaszuleitungen so montiert sind, dass der Anschluss auf die Aufhängung abgestimmt ist, z. B. durch eine definierte Länge des Gasschlauches. Natürlich können auch voneinander verschiedene Fluidanschlussvorrichtungen für den Gasein- und -ausgang der Kartusche verwendet werden. In einer weiteren Ausführung der Erfindung sind daher die Fluidanschlussvorrichtungen und/oder die zugehörigen Fluidleitungsanschlussstücke für die Fluideintrittsöffnung und für die Fluidaustrittsöffnung in unterschiedlichen Geometrien ausgebildet. So kann eine Verwechslung der Anschlüsse ausgeschlossen werden. Die richtige Durchströmung ist insbesondere für die Durchströmung von Multikomponenten-Adsorbersystemen wichtig. In einer anderen Ausführung der Erfindung sind die Gassteckdosen drehbar an die Kartusche montierbar, so dass der Servicetechniker beim Einbau der Kartusche größtmögliche Flexibilität hinsichtlich Anschlüsse der Gasschläuche und Platzverhältnisse hat. To attach the cartridge z. On a wall, a hook may be attached to the cuff, to which the cartridge can be attached to a corresponding eyelet (not shown) provided on the wall. The eyelet can of course also be attached to the cuff and the hook on the wall. This type of suspension is z. B. from Wandfeuerlöschgeräten known. The defined attachment of such a suspension has the advantage that the gas plug of the gas inlet and outlet of the cartridge can not be accidentally connected incorrectly when the corresponding gas supply lines are mounted so that the port is matched to the suspension, z. B. by a defined length of the gas hose. Of course, different from each other fluid connection devices for the gas inlet and outlet of the cartridge can be used. In a further embodiment of the invention, therefore, the fluid connection devices and / or the associated fluid line connection pieces for the fluid inlet opening and for the fluid outlet opening are formed in different geometries. So a confusion of the connections can be excluded. The correct flow is particularly important for the flow through multicomponent adsorber systems. In another embodiment of the invention, the gas sockets are rotatably mounted on the cartridge, so that the service technician has the greatest possible flexibility in terms of connections of the gas hoses and space when installing the cartridge.
Gemäß Ausführungsformen kann der Behälter
Wie aus
Die in
Hier beschriebene Abmessungen und/oder Längen sind Beispiele und können übliche Fertigungs- und Messtoleranzen aufweisen.Dimensions and / or lengths described herein are examples and may include common manufacturing and measurement tolerances.
In einer Ausführungsform liegt die äußere Länge des Behälters zwischen der Fluideintrittsöffnung und der Fluidaustrittsöffnung in einem Bereich von 700 bis 800 mm. Beispielsweise beträgt die Länge zwischen der Fluideintrittsöffnung und der Fluidaustrittsöffnung 729 mm, 717 mm, 723 mm, 750 mm oder 756 mm.In one embodiment, the outer length of the container between the fluid inlet opening and the fluid outlet opening is in a range of 700 to 800 mm. For example, the length between the fluid inlet opening and the fluid outlet opening is 729 mm, 717 mm, 723 mm, 750 mm or 756 mm.
In einer weiteren Ausführungsform besitzt die Vorrichtung einschließlich der Fluidanschlussvorrichtungen eine Länge im Bereich von 850 mm bis 900 mm, beispielsweise 871 mm.In a further embodiment, the device including the fluid connection devices has a length in the range of 850 mm to 900 mm, for example 871 mm.
In Ausführungsformen hat der Behälter einen Außendurchmesser von 110 mm und/oder einen Innendurchmesser von 90 mm.In embodiments, the container has an outer diameter of 110 mm and / or an inner diameter of 90 mm.
In einer Ausführungsform kann eine Gesamtlänge L1 der Kartusche einschließlich der Fluidanschlussvorrichtungen 871 mm betragen. Eine Länge L2 des Behälters zwischen der Fluideintrittsöffnung und der Fluidaustrittsöffnung kann 729 mm betragen. Die Fluidanschlussvorrichtungen können jeweils eine um einen 90°-Winkel abgewinkelte Form, z. B. eine L-Form mit zwei Schenkeln besitzen. Eine der Fluidanschlussvorrichtungen, z. B. die Fluidanschlussvorrichtung an der Fluideintrittsöffnung, kann im an der Kartusche montierten Zustand parallel zur Länge des Behälters eine Länge L3 von 53 mm besitzen. Hat diese Fluidanschlussvorrichtung eine L-Form, beträgt eine Länge L4 der Fluidanschlussvorrichtung zwischen dem freien Schenkel der L-Form und dem Behälter 21 mm. Die andere der Fluidanschlussvorrichtungen, z. B. die Fluidanschlussvorrichtung an der Fluidaustrittsöffnung, kann im an der Kartusche montierten Zustand parallel zur Länge des Behälters eine Länge L5 von 89 mm besitzen. Hat diese Fluidanschlussvorrichtung eine L-Form, beträgt die Länge L6 der Fluidanschlussvorrichtung zwischen dem freien Schenkel der L-Form und dem Behälter 56 mm. Als Beispiel ist in
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Behälter 717 mm lang und eine erste Öffnung ausgewählt aus der Fluideintrittsöffnung und der Fluidaustrittsöffnung umfasst ein Rohrstück mit einer Länge von 33 mm. Ferner kann in dem Rohrstück ein Pressverbinder vorgesehen und mit der zugehörigen Fluidanschlussvorrichtung verbunden sein.In a further embodiment, the container is 717 mm long and a first opening selected from the fluid inlet opening and the fluid outlet opening comprises a tube piece with a length of 33 mm. Furthermore, a compression connector can be provided in the pipe section and connected to the associated fluid connection device.
Gemäß einer Ausführungsform ist in einer zweiten Öffnung ausgewählt aus der Fluideintrittsöffnung und der Fluidaustrittsöffnung eine Verschraubung oder Schottverschraubung vorgesehen. Die Schottverschraubung kann den Behälter um 6 mm verlängert.According to one embodiment, a screw connection or bulkhead screw connection is provided in a second opening selected from the fluid inlet opening and the fluid outlet opening. The bulkhead fitting can extend the tank by 6 mm.
Ferner können in Ausführungsformen der Vorrichtung die Fluidanschlussvorrichtungen
In der Endkappe
Der Behälter der Kartusche
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass eine Durchströmung der Kartusche von unten nach oben positive Auswirkungen auf die gewünschte homogene Anströmung der Adsorbentien hat. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist deshalb die Kartusche so ausgebildet, dass sie senkrecht installiert und von unten nach oben durchströmt werden kann. Ferner kann sie, wie oben erläutert, zwischen Gaseintrittsöffnung
Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann die Kartusche umfassen: einen wiederverschließbaren Behälter mit zwei Sicherheitsgasanschlüssen, d. h. am Gasein- und Gasausgang, eine Gaseintritts- und/oder Gasaustrittszone zur Verbesserung der Strömungsverteilung des durchströmenden Gases, eine einfachen Aufhängung und/oder mehreren Sicherheitselementen zum Schutz gegen Öffnen durch Unbefugte.According to a particular embodiment, the cartridge may comprise: a resealable container with two safety gas connections, i. H. at the gas inlet and gas outlet, a gas inlet and / or gas outlet zone to improve the flow distribution of the gas flowing through, a simple suspension and / or several security elements to protect against opening by unauthorized persons.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Regenerieren und/oder Entsorgen, Befüllen und/oder Installieren der Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms angegeben, umfassend mindestens einen der Schritte: Befüllen des Behälters mit dem Adsorbermaterial, z. B. unter Schutzgas, Inertfluid, Inertgas oder dem Fluid, das von einem durch die Adsorptionsbehandlung zu entfernenden Adsorptiv befreit ist; Spülen des Behälters während und/oder nach dem Befüllen des Behälters mit dem Adsorbermaterial, z. B. mit Schutzgas, Inertfluid, Inertgas oder dem Fluid, das von einem durch die Adsorptionsbehandlung zu entfernenden Adsorptiv befreit ist; Durchführen eines Druck- und/oder Leckagetests zur Überprüfung der Dichtigkeit des befüllten Behälters mit verriegelten Fluidanschlussvorrichtungen; Installieren der Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms vor oder in einer dafür vorgesehene Einrichtung während der Behälter gefüllt ist mit Adsorbermaterial und einem Element ausgewählt aus Inertfluid, Inertgas oder dem Fluid, das von einem durch die Adsorptionsbehandlung zu entfernenden Adsorptiv befreit ist; und Installieren der Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms nach der vorstehenden Ausführungsform vor oder in dem Gehäuse einer Brennstoffzelle und/oder vor oder nach einem Gasverdichter einer Brennstoffzelle.According to another embodiment, there is provided a method for regenerating and / or disposing, filling and / or installing the apparatus for the adsorption treatment of a fluid or fluid stream comprising at least one of the steps of: filling the container with the adsorber material, e.g. Under inert gas, inert fluid, inert gas or the fluid freed from an adsorptive to be removed by the adsorption treatment; Rinsing the container during and / or after filling the container with the adsorber material, for. With inert gas, inert fluid, inert gas or the fluid freed from an adsorptive to be removed by the adsorption treatment; Performing a pressure and / or leakage test to verify the tightness of the filled container with locked fluid connection devices; Installing the device for adsorption treatment of a fluid or fluid stream before or in a dedicated device while the container is filled with adsorber material and an element selected from inert fluid, inert gas or the fluid freed from an adsorptive to be removed by the adsorption treatment; and installing the apparatus for adsorption treatment of a fluid or fluid stream according to the above embodiment before or in the housing of a fuel cell and / or before or after a gas compressor of a fuel cell.
Befüllen des Behälters mit Adsorbermaterial bedeutet hier, dass der Behälter vollständig oder unvollständig mit Adsorbermaterial derart gefüllt wird, dass in beiden Fällen im Behälter freies Volumen für Fluid oder Gas vorhanden ist. So kann der Behälter auch mit Gas oder Fluid gefüllt sein. Filling the container with adsorbent means here that the container is completely or incompletely filled with adsorbent material such that in both cases in the container free volume for fluid or gas is present. Thus, the container may also be filled with gas or fluid.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Regenerieren und/oder Entsorgen, Befüllen und/oder Installieren der Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms bereitgestellt, umfassend mindestens einen der folgenden Schritte.In another embodiment, there is provided a method of regenerating and / or disposing, filling, and / or installing the apparatus for adsorbing a fluid or fluid stream comprising at least one of the following steps.
Einer der Schritte beinhaltet Entfernen der Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms, deren Behälter zu regenerierendes und/oder entsorgendes Adsorbermaterial enthält, von einer Einrichtung, an oder in der eine Adsorptionsbehandlung durchgeführt wurde, durch Lösen der Fluidanschlussvorrichtungen
Ein weiterer möglicher Schritt des Verfahrens zum Regenerieren und/oder Entsorgen, Befüllen und/oder Installieren der Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung umfasst Transportieren des Behälters mit dem zu regenerierenden und/oder entsorgenden Adsorbermaterial und verriegelten Fluidanschlussvorrichtungen unter Sicherheitsvorkehrungen und/oder unter Schutzgas, Inertfluid oder Inertgas. In dem Verfahren zum Regenerieren und/oder Entsorgen, Befüllen und/oder Installieren der Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung können alle, einzelne oder mehrere Transportschritte unter Sicherheitsvorkehrungen, wie z. B. unter Schutzgas, Inertfluid oder Inertgas, durchgeführt werden, wobei das Schutzgas, Inertfluid oder Inertgas innerhalb und/oder außerhalb des Behälters vorgesehen werden kann. Beispiele für weitere Sicherheitsvorkehrungen beim Transport sind: Eine geeignete Verpackung mit speziellem Schutz für einzelne Bauteile, wie z. B. die Fluidanschlussvorrichtungen, damit während des Transports keine physikalischen Schädigungen an der Kartusche auftreten können; eine Markierung mit Warnhinweisen, z. B. „Nicht öffnen, Kartusche kann Rückstände gefährlicher Inhaltsstoffe enthalten”; und Verhindern von Gasaustausch mit dem Äußeren des Behälters durch intrinsisch sichere Anschlüsse.Another possible step of the method for regenerating and / or disposing, filling and / or installing the device for adsorption treatment comprises transporting the container with the adsorber material to be regenerated and / or disposed and locked fluid connection devices under safety precautions and / or under protective gas, inert fluid or inert gas. In the method for regenerating and / or disposing, filling and / or installing the device for adsorption treatment, all, single or multiple transport steps under safety precautions, such as. Example, under protective gas, inert fluid or inert gas, carried out, wherein the protective gas, inert fluid or inert gas can be provided within and / or outside of the container. Examples of other safety precautions during transport are: A suitable packaging with special protection for individual components, such as. B. the fluid connection devices, so that during transport no physical damage to the cartridge can occur; a mark with warnings, eg. B. "Do not open, cartridge may contain residues of hazardous ingredients"; and preventing gas exchange with the exterior of the container through intrinsically safe connections.
Ferner kann, in einem Schritt des Verfahrens zum Regenerieren und/oder Entsorgen, Befüllen und/oder Installieren der Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung, der Behälter mit dem zu regenerierenden und/oder entsorgenden Adsorbermaterial und verriegelten Fluidanschlussvorrichtungen zu einer Regenerier- und/oder Entsorgungsstation transportiert werden. Dort kann zum Beispiel unter Schutzvorkehrungen die Vorrichtung geöffnet und das Adsorbermaterial ausgetauscht oder regeneriert werden. In der Regenerier- und/oder Entsorgungsstation kann die Ausrüstung vorhanden sein und dort eingesetzt werden, die zur sicheren Handhabung und Regenerierung der Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms und/oder zur sicheren Handhabung, Regenerierung und/oder der Entsorgung des Adsorbermaterials nötig ist. Umfasst der Behälter zur reversiblen Befüllung mit dem Adsorbermaterial ein Öffnungs- und Verschlusselement, das eine Sicherheitsvorrichtung zur Vermeidung von Manipulationen durch Unbefugte aufweist, kann in der Regenerier- und/oder Entsorgungsstation zur Handhabung der Sicherheitsvorrichtung eine Spezialausrüstung oder Spezialwerkzeug vorhanden sein und eingesetzt werden, die/das nicht im Handel erhältlich ist, sondern nur Fachleuten zugänglich ist. Beispielsweise kann der Behälter der Vorrichtung eine Sicherheitsvorrichtung umfassen, ausgewählt aus: eine Abdeckung des Öffnungs- und Verschlusselements und/oder eine Spezialverschraubung, die ausschließlich mit Spezialwerkzeug geöffnet werden kann/können. Die Sicherheitsvorrichtung kann auch eine Versiegelung sein, die nur von Fachleuten geöffnet werden kann.Further, in a step of the method for regenerating and / or disposing, filling and / or installing the apparatus for adsorption treatment, the container with the adsorber material to be regenerated and / or disposed and locked fluid connection devices can be transported to a regeneration and / or disposal station. There, for example, under protective measures, the device can be opened and the adsorber material exchanged or regenerated. The equipment may be present and used in the regeneration and / or disposal station necessary for the safe handling and regeneration of the apparatus for the adsorption treatment of a fluid or fluid stream and / or for the safe handling, regeneration and / or disposal of the adsorbent material. If the container for reversible filling with the adsorber material comprises an opening and closing element which has a security device to prevent tampering by unauthorized persons, special equipment or special tools may be present and used in the regeneration and / or disposal station for handling the safety device / which is not commercially available but only available to professionals. For example, the container of the device may comprise a safety device, selected from: a cover of the opening and closing element and / or a special screw, which can be opened only with special tool / can. The security device may also be a seal that can only be opened by professionals.
Beispiele für weitere mögliche Schutz- oder Sicherheitsvorkehrungen in der Regenerier- und/oder Entsorgungsstation sind: Spülung der Kartusche mit Inertgas vor dem Öffnen, denn in einigen Fällen eines Adsorptivs kann beim Öffnen eine explosive Gasmischung entstehen oder es können beispielsweise im Falle von Schwefeladsorbern pyrophore Reaktionen mit Luft ablaufen; Öffnen und Umbefüllen der verbrauchten bzw. zu regenerierenden Adsorbermaterialien unter gängigen Sicherheitsvorkehrungen für das Personal in der Regenerier- und/oder Entsorgungsstation, beispielsweise persönliche Schutzausrüstung, wie Schutzbrille und Atemschutz, Luftaustausch und Absaugung der evtl. kontaminierten Luft; und oxidative Nachbehandlung des Spülgases, das möglicherweise Fluidreste der Kartusche enthält.Examples of other possible protective or safety measures in the regeneration and / or disposal station are: flushing of the cartridge with inert gas before opening, because in some cases an adsorptive can cause an explosive gas mixture when opened or, for example, in the case of sulfur adsorbers, pyrophoric reactions drain with air; Opening and refilling the used or to be regenerated adsorber under common safety precautions for the staff in the regeneration and / or disposal station, such as personal protective equipment, such as goggles and respiratory protection, air exchange and extraction of possibly contaminated air; and oxidative aftertreatment of purge gas, possibly containing fluid residues from the cartridge.
Ferner kann das Verfahren zum Regenerieren und/oder Entsorgen, Befüllen und/oder Installieren der Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung mindesten einen der folgenden Schritte umfassen: Spülen des Behälters, der zu regenerierendes und/oder zu entsorgendes Adsorbermaterial enthält, mit Schutzgas, Inertfluid oder Inertgas; Entleeren des Behälters von dem zu regenerierenden und/oder entsorgenden Adsorbermaterial, z. B. unter Schutzgas, Inertfluid, oder Inertgas; Entsorgen und/oder Regenerieren des zu regenerierenden und/oder entsorgenden Adsorbermaterials; Befüllen des Behälters mit regeneriertem oder unbenutztem Adsorbermaterial, z. B. unter Schutzgas, Inertfluid, Inertgas oder dem Fluid, das von einem durch die Adsorptionsbehandlung zu entfernenden Adsorptiv befreit ist; Spülen des Behälters mit Schutzgas, Inertfluid, Inertgas oder dem Fluid, das von einem durch die Adsorptionsbehandlung zu entfernenden Adsorptiv befreit ist, während und/oder nach dem Befüllen des Behälters mit dem regeneriertem oder unbenutztem Adsorbermaterial; und Durchführen eines Druck- und/oder Leckagetests zur Überprüfung der Dichtigkeit des befüllten Behälters mit verriegelten Fluidanschlussvorrichtungen.Further, the method for regenerating and / or disposing, filling and / or installing the adsorption treatment apparatus may include at least one of: purging the container containing adsorber material to be regenerated and / or disposed with inert gas, inert fluid or inert gas; Emptying the container from the adsorber material to be regenerated and / or disposed of, e.g. B. under inert gas, inert fluid, or inert gas; Disposal and / or regeneration of the regenerated and / or or dislodging adsorbent material; Filling the container with regenerated or unused adsorber material, eg. Under inert gas, inert fluid, inert gas or the fluid freed from an adsorptive to be removed by the adsorption treatment; Purging the container with inert gas, inert fluid, inert gas or the fluid freed from an adsorptive to be removed by the adsorption treatment, during and / or after filling the container with the regenerated or unused adsorbent material; and performing a pressure and / or leakage test to verify the tightness of the filled container with locked fluid connection devices.
Zum Beispiel ist folgender Ablauf einer Entfernung eines benutzen Adsorbermaterials aus der Kartusche möglich: zunächst wird der Behälter mit N2 gespült, bis das Restgas im Behälter entfernt ist. Danach wird der Behälter geöffnet. Dann wird das Absorbermaterial aus dem Behälter entnommen und in einem Spezialbehälter abgefüllt zur Entsorgung. Ferner wird in einem Beispiel der Behälter mit dem regeneriertem oder unbenutztem Adsorbermaterial unter Luft befüllt und anschließend mit Inertgas gespült. Dabei kann eine geringe Menge Restluft im Behälter verbleiben, denn das Inertgas dient vorwiegend dazu, den Großteil der Luft im Behälter für Folgeanwendungen zu verdrängen.For example, the following sequence of removal of a used adsorber material from the cartridge is possible: first, the container is purged with N 2 until the residual gas in the container is removed. Thereafter, the container is opened. Then the absorber material is removed from the container and filled in a special container for disposal. Further, in one example, the container is filled with the regenerated or unused adsorber material under air and then purged with inert gas. In this case, a small amount of residual air remain in the container, because the inert gas is mainly used to displace most of the air in the container for subsequent applications.
Weiterhin kann das Verfahren zum Regenerieren und/oder Entsorgen, Befüllen und/oder Installieren der Vorrichtung aufweisen: Transportieren des Behälters mit dem regenerierten oder unbenutztem Adsorbermaterial und verriegelten Fluidanschlussvorrichtungen zu einer Einrichtung, an oder in der eine Adsorptionsbehandlung durchgeführt werden soll; und/oder Verbinden von Fluidleitungsanschlussstücken
Ausführungsformen des Verfahrens zum Regenerieren und/oder Entsorgen, Befüllen und/oder Installieren der Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung ermöglichen, dass die benutztes Adsorbermaterial enthaltende Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung von einer Einrichtung, an oder in der die Adsorptionsbehandlung durchgeführt wurde, entfernt und zu einer Regenerier- und/oder Entsorgungsstation transportiert werden kann, während sich das mit der Adsorptionsbehandlung behandelte oder zu behandelnde Gas in der Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung befindet. Ferner ermöglichen Ausführungsformen des Verfahrens zum Regenerieren und/oder Entsorgen, Befüllen und/oder Installieren der Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung, dass die unbenutztes oder regeneriertes Adsorbermaterial enthaltende Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung zu einer Einrichtung, an oder in der die Adsorptionsbehandlung durchgeführt werden soll, transportiert werden kann, während sich Schutzgas in der Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung befindet.Embodiments of the method for regenerating and / or disposing, filling and / or installing the apparatus for adsorption treatment allow the adsorbent treatment apparatus used adsorbing material to be removed from a facility at or at which the adsorption treatment has been carried out, and to a regeneration and / or or disposal station, while the adsorption treatment treated or treated gas is in the adsorption treatment apparatus. Further, embodiments of the method for regenerating and / or disposing, filling and / or installing the adsorption treatment apparatus allow the adsorption treatment apparatus containing unused or regenerated adsorbent material to be transported to a facility at or at which the adsorption treatment is to be performed, while inert gas is in the adsorption treatment device.
In einem Beispiel des Verfahrens zum Regenerieren und/oder Entsorgen, Befüllen und/oder Installieren der Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung befindet sich eine Kartusche, die zu regenerierendes und/oder zu entsorgendes Adsorbermaterial enthält, an einer Einrichtung, an der eine Entschwefelungsbehandlung durchgeführt wurde. Die Kartusche umfasst den Behälter
Gemäß Ausführungsformen kann die Einrichtung, an oder in der eine Adsorptionsbehandlung durchgeführt werden soll, eine Brennstoffzelle oder ein Gasverdichter einer Brennstoffzelle sein. Die Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms oder die Einrichtung, an oder in der eine Adsorptionsbehandlung durchgeführt werden soll, kann einen Adsorptivdetektor oder Schwefeldetektor aufweisen und die Regenerierung und/oder Entsorgung der Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms kann in Abhängigkeit von der Detektion eines Adsorptivs oder von Schwefelverbindungen durchgeführt werden. Ferner kann die Einrichtung, an oder in der eine Adsorptionsbehandlung durchgeführt werden soll, mit mindestens einem Absperrventil versehen sein, das in Strömungsrichtung vor oder nach der Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms installiert ist.According to embodiments, the device to or at which an adsorption treatment is to be performed may be a fuel cell or a gas compressor of a fuel cell. The device for adsorption treatment of a fluid or fluid stream or the device to which an adsorption treatment is to be carried out may comprise an adsorptive detector or a sulfur detector, and the regeneration and / or disposal of the device for adsorption treatment of a fluid or fluid flow may be dependent on the detection of a Adsorptive or be carried out by sulfur compounds. Furthermore, the device on or in which an adsorption treatment is to be carried out, be provided with at least one shut-off valve, which is installed in the flow direction before or after the device for the adsorption treatment of a fluid or fluid flow.
Zu einem Service-Zyklus können neben der Befüllung, dem Ein- und Ausbau, der Regenerierung und der Entsorgung auch Sicherheitsmaßnahmen, hier auch Sicherheitsvorkehrungen genannt, gehören. Ein Beispiel einer Ausführungsform ist die Durchführung eines Druck- und/oder Leckagetests vor der Auslieferung der Kartusche. Mit einem derartigen Test kann die technische Dichtigkeit überprüft werden. In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann vor der Auslieferung der Kartusche ein Druck- und/oder Leckagetest mit N2 oder anderen bekannten Inertgasen, wie z. B. CO2, He, Ne, oder Ar erfolgen. Dies hat zum Vorteil, dass nach Einbau der Kartusche in die Gasleitung und Öffnen des Gashahns in der Kartusche kein explosionsfähiges Gemisch entstehen kann oder nachfolgende Bauteile beschädigt werden können. Wird die Befüllung der Kartusche dagegen unter Luft durchgeführt und kein Spülvorgang in den Befüllvorgang integriert, beinhaltet die Kartusche Luft, welche bei Vermischung mit dem Brenngas explosionsfähige Gemische bilden kann oder zu Problemen in nachgeschalteten Anlagenteilen kommen kann. Wird z. B. ein reduzierter und damit pyrophorer Reformerkatalysator, beispielsweise ein Ni-Katalysator oder ein Wasser-Gas-Shift-Katalysator enthaltend Cu/Zn, mit Luft in Kontakt gebracht, können heftige Oxidationsreaktionen entstehen und im schlimmsten Fall Metallbrand verursachen.In addition to filling, installation and removal, regeneration and disposal, a service cycle may also include safety measures, including safety precautions. An example of one embodiment is to perform a pressure and / or leak test prior to shipment of the cartridge. With such a test, the technical tightness can be checked. In a particularly advantageous embodiment of the invention, prior to delivery of the cartridge, a pressure and / or leakage test with N 2 or other known inert gases such. As CO 2 , He, Ne, or Ar take place. This has the advantage that after installation of the cartridge in the gas line and opening the gas tap in the cartridge no explosive mixture can occur or subsequent components can be damaged. If the filling of the cartridge, however, carried out under air and no flushing integrated into the filling process, the cartridge contains air, which can form explosive mixtures when mixed with the fuel gas or can cause problems in downstream equipment parts. If z. As a reduced and thus pyrophoric reforming catalyst, such as a Ni catalyst or a water-gas shift catalyst containing Cu / Zn, brought into contact with air, violent oxidation reactions can occur and cause metal burning in the worst case.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Kartusche anstatt mit Inertgas mit dem Hauptbestandteil eines zu behandelnden Gases gespült und ausgeliefert werden. Beispiel hierzu ist schwefelfreies Erdgas oder reines Methan bzw. technisches, schwefelfreies Propan oder Butan für die Verwendung von Flüssiggas.In a further preferred embodiment of the invention, the cartridge can be rinsed and delivered instead of inert gas with the main component of a gas to be treated. Example is sulfur-free natural gas or pure methane or technical, sulfur-free propane or butane for the use of LPG.
Bei der Beschickung des Behälters mit regeneriertem oder unbenutztem Adsorbermaterial können einen oder mehrere der folgenden Schritte durchgeführt werden: Kontrolle der Einwaage über gravimetrische oder volumetrische Verfahren; Rütteln oder Vibrieren während der Befüllung des Behälters, um eine optimale Setzung der Schüttung zu gewährleisten; und Luftabsaugung der Feinstaubpartikel als Sicherheitsvorkehrung.When loading the container with regenerated or unused adsorber material, one or more of the following steps may be performed: control of the weight by gravimetric or volumetric method; Shaking or vibrating while filling the container to ensure optimum settlement of the filling; and air extraction of particulate matter as a safety precaution.
Ein Spülvorgang kann nach erfolgter Befüllung des Behälters mit Adsorbermaterial mit Inertgas, wie z. b. N2, und/oder vor der Durchführung eines Druck- oder Leckagetests erfolgen: Z. B. wird erst der Behälter mit N2 gespült, bis der zu definierende Restsauerstoffgehalt in der Kartusche unterschritten wird, dann wird der Druck mit dem gleichen Inertgas auf Druck- und/oder Leckagetestniveau erhöht. Danach folgt der Druck- oder Leckagetest, z. B. über Bestimmung der Druckdifferenz, des Druckabfalls oder einer Leckage-Rate bei einem geeigneten Druck. Nach erfolgreichem Druck- oder Leckagetest wird das N2 wieder abgelassen bis ca. Raumdruck erreicht wird. Die Anschlüsse werden verschlossen und die Kartusche steht unter N2. Eine weitere Spülung ist typischerweise nicht erforderlich.A flushing process can be carried out after filling the container with adsorbent material with inert gas, such as N 2 , and / or before performing a pressure or leakage test: For example, first the container is flushed with N 2 until the defined oxygen content to be defined in the cartridge is, then the pressure with the same inert gas is increased to pressure and / or leakage test level. This is followed by the pressure or leakage test, z. Example, by determining the pressure difference, the pressure drop or a leakage rate at a suitable pressure. After successful pressure or leakage test, the N 2 is drained again until approx. Room pressure is reached. The connections are closed and the cartridge is under N 2 . Another rinse is typically not required.
Die Regenerierung des Adsorbermaterials kann thermisch erfolgen, z. B. mit Dampf, Luft oder anderen heißen gasförmigen Medien bei Temperaturen größer als 200°C. Eine Entsorgung kann z. B. zerstörend unter Wiedergewinnung der Metalle stattfinden: Z. B. wird aus einem Cu/Mn Adsorber entsprechend Schwefel abgeröstet, dann werden Cu und Mn über thermische Verfahren geschmolzen, getrennt und als Lösung wiedergewonnen.The regeneration of the adsorber can be done thermally, for. B. with steam, air or other hot gaseous media at temperatures greater than 200 ° C. A disposal can z. For example, sulfur is roasted from a Cu / Mn adsorber, then Cu and Mn are melted by thermal processes, separated and recovered as a solution.
Beispiele für Schutzgas, Inertfluid oder Inertgas sind N2, Ar, He, Nitrogen enriched Air (NEA), CO2, oder das jeweilige reine Gas, das mit dem Adsorbermaterial behandelt werden soll.Examples of inert gas, inert fluid or inert gas are N 2 , Ar, He, nitrogen enriched air (NEA), CO 2 , or the respective pure gas to be treated with the adsorber material.
Die Installation der Kartusche kann wahlweise vor der Brennstoffzelle (extern) oder im Brennstoffzellengehäuse (intern) erfolgen. Bei einer externen Installation ist zu beachten, dass das entschwefelte Gas nach Durchströmung der Kartusche keine Odoriermittel mehr enthält und im Falle einer Leckage kein Warngeruch abgegeben wird. Die Gasstrecke nach der Kartusche und vor Eintritt in das Brennstoffzellengerät kann deshalb so ausgebildet sein, dass sie keine Einbauten enthält. Eine mögliche Lösung ist beispielsweise die Befestigung eines Gasschlauches oder eines ähnlichen Leitungsstückes im Brennstoffzellengehäuse, so dass die Befestigung von außen nicht zugänglich ist. Wird das zugängliche freie Ende des Gasschlauchs, an dem der Gasstecker montiert ist, mit der vorgesehenen Gassteckdose an der Kartusche verbunden, kann kein nicht-odoriertes Gas austreten. Da die Gasstrecke bis zur Gassteckdose keine weiteren Einbauten oder Verschraubungen enthält, kann die Gasstrecke nach erfolgter Druckprüfung als technisch dauerhaft dicht eingestuft werden. Der Wechselvorgang sowie der Betrieb der Kartusche können mit dem beschriebenen Aufbau sicher erfolgen.The cartridge can be installed either in front of the fuel cell (external) or in the fuel cell housing (internally). In the case of an external installation, it should be noted that the desulfurized gas no longer contains odorants after flowing through the cartridge and that no warning smell is emitted in the event of a leak. The gas line to the cartridge and before entering the fuel cell device may therefore be designed so that it contains no internals. One possible solution is, for example, the attachment of a gas hose or a similar line piece in the fuel cell housing, so that the attachment from the outside is not accessible. If the accessible free end of the gas hose to which the gas plug is mounted is connected to the provided gas socket on the cartridge, no non-odorized gas can escape. Since the gas line up to the gas socket contains no other installations or screw connections, the gas line can be classified as permanently leak-proof after the pressure test has been carried out. The change process and the operation of the cartridge can be done safely with the described structure.
Bei einer internen Installation sind gemäß Ausführungsformen zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen wie z. B. Gaswarnsensoren oder eine Absaugung der Gehäuseluft vorhanden. Gasleckagen können damit unabhängig vom Odoriermittelgehalt detektiert oder die Bildung einer explosionsfähigen Atmosphäre verhindert werden. Bei internen Installationen wird gemäß Ausführungsformen unterschieden, ob die Kartusche vor oder nach einem Gasverdichter installiert wird. Bei Installationen vor einem Verdichter kann bei betriebsbedingten Störungen Unterdruck entstehen, bei einer Installation nach einem Gasverdichter kann von einem leichtem Überdruck als Betriebsdruck ausgegangen werden.In an internal installation, additional security measures such. B. gas warning sensors or suction of the housing air available. Gas leaks can do with it Detected independently of Odoriermittelgehalt or the formation of an explosive atmosphere can be prevented. In internal installations, a distinction is made according to embodiments as to whether the cartridge is installed before or after a gas compressor. In the case of installations upstream of a compressor, negative pressure may occur during operational malfunctions; in the case of an installation after a gas compressor, a slight overpressure may be assumed as the operating pressure.
Neben den Drücken resultieren unterschiedliche Betriebstemperaturen bei den unterschiedlichen Installationsvarianten. Bei Installationen in einem Brennstoffzellengehäuse sind Temperaturen von bis zu 70°C denkbar, während bei externen Installationen Umgebungstemperaturen z. B. in Kellerräumen vorherrschen.In addition to the pressures, different operating temperatures result in the different installation variants. For installations in a fuel cell housing temperatures of up to 70 ° C are conceivable, while for external installations ambient temperatures z. B. prevail in basements.
Daher ist in Ausführungsformen die Kartusche und/oder das verwendete Adsorbermaterial bei Temperaturen von –10 bis +90°C und einem Druckbereich von –500 mbar über Atmosphärendruck bis +10 bar über Atmosphärendruck, bevorzugt bei einem Temperaturbereich von –10 bis +80°C und einem Druckbereich von –300 mbar über Atmosphärendruck bis +3 bar über Atmosphärendruck, und besonders bevorzugt bei einem Temperaturbereich von –10 bis +70°C und einem Druckbereich von –100 mbar über Atmosphärendruck bis +100 mbar über Atmosphärendruck einsetzbar. Die hier verwendete Einheit „bar über Atmosphärendruck” entspricht der Einheit barg und bedeutet bar relativ zu Atmosphärendruck.Therefore, in embodiments, the cartridge and / or the adsorbent material used is at temperatures of -10 to + 90 ° C and a pressure range of -500 mbar above atmospheric pressure to +10 bar above atmospheric pressure, preferably at a temperature range of -10 to + 80 ° C. and a pressure range of -300 mbar above atmospheric pressure to +3 bar above atmospheric pressure, and particularly preferably at a temperature range of -10 to + 70 ° C and a pressure range of -100 mbar above atmospheric pressure to +100 mbar above atmospheric pressure. The unit "bar above atmospheric pressure" used here corresponds to the unit barg and means bar relative to atmospheric pressure.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms angegeben, insbesondere zur Entschwefelung von Erdgas oder Flüssiggas für Brennstoffzellen, umfassend: Bereitstellen der Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms nach einer der hier beschriebenen Ausführungsformen, wobei der Behälter mit einem Adsorbermaterial zur Adsorptionsbehandlung von Fluiden gefüllt ist oder wird, Verbinden einer Fluidzuleitung mit einem ersten Fluidleitungsanschlussstück und einer Fluidableitung mit einem zweiten Fluidleitungsanschlussstück, Verbinden des ersten und des zweiten Fluidleitungsanschlussstückes mit den zwei Fluidanschlussvorrichtungen der Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms und dadurch Entriegeln der Fluidanschlussvorrichtungen, und Einbringen eines Fluids in oder Leiten eines Fluids durch die Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung des Fluids.In a further embodiment, there is provided a process for adsorbing a fluid or fluid stream, in particular for desulfurizing natural gas or liquid gas for fuel cells, comprising: providing the apparatus for adsorbing a fluid or fluid stream according to any of the embodiments described herein, wherein the vessel is provided with an adsorbent material Adsorption treatment of fluids is filled, connecting a fluid supply line with a first fluid line connection piece and a fluid outlet with a second fluid line connection piece, connecting the first and second fluid line connection piece with the two fluid connection devices of the device for adsorption treatment of a fluid or fluid flow and thereby unlock the fluid connection devices, and introduction of a fluid in or passing a fluid through the device for adsorption treatment of the fluid.
Es ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Kartusche in Kombination mit einem Absperrventil, welches vor der Kartusche installiert ist, betrieben wird. In einer anderen Ausführung der Erfindung kann die Kartusche in Kombination mit einem Schwefelwächter betrieben werden. Der Betrieb in Kombination mit einem Schwefelwächter ermöglicht dynamische Wechselzyklen der Kartuschen je nach aufgenommener Schwefelmenge und unabhängig von regionalen Unterschieden in der Erdgaszusammensetzung.It is provided in one embodiment that the cartridge is operated in combination with a shut-off valve which is installed in front of the cartridge. In another embodiment of the invention, the cartridge can be operated in combination with a sulfur monitor. Operation in combination with a sulfur monitor allows dynamic cartridge cycling, depending on the amount of sulfur absorbed and regardless of regional differences in natural gas composition.
Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen ist die Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms derart ausgebildet oder ausgerichtet, dass das Fluid durch die Vorrichtung vertikal von unten nach oben geleitet wird.In accordance with embodiments described herein, the apparatus for adsorbing a fluid or fluid stream is configured or oriented such that the fluid is passed vertically through the apparatus from bottom to top.
Wird das Fluid durch die Vorrichtung vertikal von unten nach oben geleitet, kann, falls sich die Adsorberschüttung z. B. durch starkes Rütteln oder Transportvorgänge setzt, an der Wand des Kartuschenbehälters, im Gegensatz zu einer horizontalen Installation und Durchströmung, kein Randströmungseffekt und damit kein frühzeitiges Durchbrechen von Schwefelsubstanzen eintreten.If the fluid is passed vertically through the device from bottom to top, if the adsorbent bed z. B. by strong shaking or transport operations, on the wall of the cartridge container, in contrast to a horizontal installation and flow, no edge flow effect and thus no premature breaking of sulfur substances occur.
Ferner bietet die Strömungsführung von unten nach oben Vorteile bezüglich der Betriebssicherheit in Hinblick auf Mitführung von kondensiertem Wasser in z. B. Erdgas. Es ist bekannt, dass Wasser in Gasleitungen zumindest in Gasform auftreten kann. Bei einer möglichen Kondensation, z. B. während des Gaseintritts in kühlen Bereichen eines Kellerraums, bei Akkumulation und beim Transport von flüssigem Wasser im Gas können die eingesetzten Adsorbentien deshalb mit flüssigem Wasser in Kontakt gebracht werden. In diesem Fall können die Adsorbentien mit Wasser unerwünschte Reaktionen eingehen oder aber ihre Funktionalität verlieren und damit den einwandfreien Betrieb nicht aufrechterhalten. Um die Gefahr zu verringern, dass das Adsorbens mit flüssigem Wasser in Kontakt kommt, kann das Verfahren so durchgeführt werden, dass die Kartusche senkrecht von unten nach oben durchströmt wird. Ist zudem zwischen Gaseintritt und Adsorber ein Hohlraum oder ein mit hochporösem Intertmaterial befüllter oder begrenzter Hohlraum vorgesehen, kann darin mögliches Kondensat zurückgehalten werden. Die Kombination aus Strömungsführung von unten nach oben mit dem beschriebenen Hohlraum kann zudem positive Auswirkungen auf die Strömungsverteilung im Gaseintrittsbereich haben. Überraschenderweise wurde nämlich festgestellt, dass eine Durchströmung der Kartusche von unten nach oben positive Auswirkungen auf die gewünschte homogene Anströmung der Adsorbentien hat, wie bereits oben im Zusammenhang mit den
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der hier beschriebenen Verfahren wird die Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms in Kombination mit einem Adsorptivdetektor oder Schwefeldetektor betrieben und der Austausch der Vorrichtung wird in Abhängigkeit von der Detektion eines Adsorptivs oder von Schwefelverbindungen durchgeführt. Ferner kann die Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms in Kombination mit einem Absperrventil betrieben werden, das in Strömungsrichtung vor oder nach dem Behälter installiert ist. Durch diese Maßnahmen kann die Sicherheit des Betriebs der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhöht werden. According to another embodiment of the methods described herein, the apparatus for adsorption treatment of a fluid or fluid stream is operated in combination with an adsorptive detector or a sulfur detector, and the replacement of the apparatus is performed depending on the detection of an adsorptive or sulfur compound. Further, the apparatus for adsorption treatment of a fluid or fluid flow may be operated in combination with a shut-off valve installed in the flow direction before or after the tank. By these measures, the safety of the operation of the device according to the invention can be increased.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens, insbesondere in Kombination mit einem Schwefeldetektor, kann das Fluid nach dem Durchleiten durch die Vorrichtung eine Reinheit < 50 ppb Rest-Schwefel aufweisen.In another embodiment of the process, in particular in combination with a sulfur detector, the fluid after passing through the device may have a purity of <50 ppb residual sulfur.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens, wird das Fluid bei Temperaturen von –10 bis +90°C und einem Druck in einem Druckbereich von –500 mbar über Atmosphärendruck bis +10 bar über Atmosphärendruck durch die Vorrichtung geleitet. Dadurch wird ein Verfahren zur Erzeugung eines entschwefelten Brenngases für Brennstoffzellen geschaffen, bei dem das Brenngas, insbesondere Erdgas und Flüssiggas, durch den Einsatz geeigneter Adsorbentien bei Temperaturen von –10 bis +90°C und einem Druckbereich von –500 mbar über Atmosphärendruck bis +10 bar über Atmosphärendruck, bevorzugt bei einem Temperaturbereich von –10 bis +80°C und einem Druckbereich von –300 mbar über Atmosphärendruck bis +3 bar über Atmosphärendruck, und besonders bevorzugt bei einem Temperaturbereich von –10 bis +70°C und einem Druckbereich von –100 mbar über Atmosphärendruck bis +100 mbar über Atmosphärendruck entschwefelt wird. Bei Installationen der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Brennstoffzellengehäuse sind nämlich Temperaturen von bis zu 70°C möglich, während bei externen Installationen Umgebungstemperaturen beispielsweise in Kellerräumen vorherrschen können.In a further embodiment of the method, the fluid is passed through the device at temperatures of -10 to + 90 ° C and a pressure in a pressure range of -500 mbar above atmospheric pressure to +10 bar above atmospheric pressure. As a result, a method for producing a desulfurized fuel gas for fuel cells is provided in which the fuel gas, in particular natural gas and LPG, by the use of suitable adsorbents at temperatures of -10 to + 90 ° C and a pressure range of -500 mbar above atmospheric pressure to +10 bar above atmospheric pressure, preferably at a temperature range of -10 to + 80 ° C and a pressure range of -300 mbar above atmospheric pressure to +3 bar above atmospheric pressure, and more preferably at a temperature range of -10 to + 70 ° C and a pressure range of -100 mbar above atmospheric pressure to +100 mbar above atmospheric pressure is desulfurized. For installations of the device according to the invention in a fuel cell housing namely temperatures of up to 70 ° C are possible, while in external installations ambient temperatures may prevail, for example in basements.
In Ausführungsformen kann der Behälter der Kartusche rohrförmig oder zylinderförmig ausgebildet sein, jedoch sind andere Formen des Behälters denkbar. Hier angegebene Gleichungen und Erläuterungen, die sich auf rohrförmige Kartuschen-Behälter beziehen, sind bei nicht-rohrförmigen Kartuschen analog zu verstehen.In embodiments, the container of the cartridge may be tubular or cylindrical, but other shapes of the container are conceivable. Equations and explanations given herein relating to tubular cartridge containers are to be understood as analogous to non-tubular cartridges.
Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung und des Verfahrens kann der Behälter ein Schüttungslänge-zu-Schüttungsdurchmesser-Verhältnis (L/D-Verhältnis) von 0,1 bis 40 aufweisen, und/oder im Behälter kann eine Raumgeschwindigkeit < 10.000 h–1 bezogen auf die Gesamtmenge des Adsorbermaterials eingestellt sein. In einer vorteilhaften Ausführungsform befindet sich das minimale L/D Verhältnis in einem Bereich von 1 bis 20 und in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform in einem Bereich von 1 bis 10. Ferner beträgt die Raumgeschwindigkeit in einer besonders bevorzugten Ausführungsform weniger als 2.000 h–1 bezogen auf die Gesamtmenge des Adsorbermaterials. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Schüttungs-zu-Partikeldurchmesser-Verhältnis Werte größer als 10, in einer besonders bevorzugten Ausführungsform Werte größer als 20 auf. Diese Ausführungsformen bewirken ein besonders günstiges Durchbruchsverhalten der Vorrichtung zur Adsorptionsbehandlung eines Fluids oder Fluidstroms wie im Folgenden erläutert ist.According to one embodiment of the apparatus and method, the container may have a packed length to bulk diameter ratio (L / D ratio) of 0.1 to 40, and / or in the container may have a space velocity <10,000 h -1 relative to Total amount of adsorber be set. In an advantageous embodiment, the minimum L / D ratio is in a range of 1 to 20 and in a particularly advantageous embodiment in a range of 1 to 10. In a particularly preferred embodiment, the space velocity is less than 2,000 h -1 based on the total amount of adsorber material. According to a preferred embodiment of the invention, the bulk-to-particle diameter ratio has values greater than 10, in a particularly preferred embodiment values greater than 20. These embodiments cause a particularly favorable breakdown behavior of the device for the adsorption treatment of a fluid or fluid flow, as explained below.
Das Schüttungslänge-zu-Schüttungsdurchmesser-Verhältnis (L/D-Verhältnis) ist das Verhältnis der Länge des Schüttbettes zu dessen Durchmesser. Die Gleichung hierfür lautet:
- LSchüttung:
- Durchströmte Länge der Schüttung in axialer Richtung
- DSchüttung:
- Durchmesser einer zylinderförmigen Schüttung
- L bed:
- Flowed length of the bed in the axial direction
- D bed:
- Diameter of a cylindrical bed
Ein höheres L/D-Verhältnis bedeutet einen längeren Weg durch den Adsorber und damit eine längere Verweilzeit (s. u.) im Adsorberbett. Daher wirkt sich ein L/D-Verhältnis im Bereich von 0,1 bis 40 positiv auf den Durchbruchszeitpunkt aus. Bei einer Variation des L/D-Verhältnisses ändert sich, im Falle eines rohrförmigen Behälters der Kartusche, der Durchmesser der Schüttung bzw. des Behälters. Dies hat bei konstantem Bettvolumen und Gasvolumenstrom eine Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit zur Folge. Diese Veränderung ist sowohl im freien Querschnitt des Behälters der Kartusche, welche hier auch als Reaktor bezeichnet wird, als auch innerhalb der Schüttung vorhanden. Die folgende Gleichung zeigt die Abhängigkeit der Leerrohrgeschwindigkeit von Volumenstrom und Reaktordurchmesser.
- W0:
- Strömungsgeschwindigkeit des Fluids im leeren Rohr (Leerrohrgeschwindigkeit)
- VGas:
- Gasvolumenstrom
- A:
- Reaktorquerschnittsfläche
- DReaktor:
- Reaktordurchmesser
- W 0 :
- Flow velocity of the fluid in the empty tube (empty tube velocity)
- V gas :
- Gas flow
- A:
- Reactor cross-sectional area
- D reactor :
- Reactor diameter
Eine höhere Leerrohrgeschwindigkeit kann sich negativ auf die Durchbruchskapazität des Adsorbens auswirken, da die zu entfernenden Moleküle weniger Zeit für die Sorption zur Verfügung haben. Dies kann somit einen beschleunigenden Effekt auf den Durchbruchszeitpunkt haben.A higher empty tube velocity can adversely affect the adsorbent breakthrough capacity because the molecules to be removed have less time available for sorption. This can thus have an accelerating effect on the breakthrough time.
Einen ähnlichen Einfluss auf die Durchbruchskapazität bewirkt die Wahl der Raumgeschwindigkeit. Die Raumgeschwindigkeit (RG) ist der Kehrwert der Verweilzeit und einer der wichtigsten Betriebsparameter für Katalysatoren und Adsorbentien. Sie wird nach der folgenden Formel berechnet:
- W0:
- Strömungsgeschwindigkeit des Fluids im leeren Rohr (Leerrohrgeschwindigkeit)
- V:
- Schüttbettvolumen
- A:
- Reaktorquerschnittsfläche
- W 0 :
- Flow velocity of the fluid in the empty tube (empty tube velocity)
- V:
- Packed bed volume
- A:
- Reactor cross-sectional area
Die Raumgeschwindigkeit wird üblicherweise in der Einheit 1/h angegeben und auf NL/h/L Adsorbens bezogen. Die Leerrohrgeschwindigkeit wird in der Chemietechnik oft indirekt durch die Raumgeschwindigkeit ausgedrückt, da diese zur Leerrohrgeschwindigkeit direkt proportional ist und zusätzlich den Zusammenhang mit dem verwendeten Bettvolumen ausdrückt. Jedoch ist kein Zusammenhang zu der Form des Schüttbettes gegeben. Wie aus der Formel ersichtlich, ist sie zur Strömungsgeschwindigkeit direkt proportional. Daher wirkt sich eine höhere Raumgeschwindigkeit ebenfalls beschleunigend auf den Durchbruchszeitpunkt aus. Messwerte zeigten, dass sich niedrige Raumgeschwindigkeiten positiv auf die Durchbruchskapazität des gewählten Adsorbens und verzögernd auf den Durchbruchszeitpunkt auswirken. Aus diesem Grund werden in Ausführungsformen niedrige Raumgeschwindigkeiten kleiner ungefähr 10000 h–1 gewählt. Ein weiterer wichtiger Grund für die Wahl von niedrigen Raumgeschwindigkeiten ist die benötigte Standzeit des Adsorbens. Das Serviceintervall beispielsweise von Brennstoffzellen-Hausheizungsanlagen soll ein Jahr nicht unterschreiten. Eine bestimmte Mindestmenge an Adsorber ist deshalb notwendig, um die erforderliche Gasreinheit über den Zeitraum zu realisieren.The space velocity is usually given in the
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Schüttungs-zu-Partikeldurchmesser-Verhältnis Werte größer als 10, in einer besonders bevorzugten Ausführungsform Werte größer als 20 auf. Das Schüttungs-zu-Partikeldurchmesser-Verhältnis ist folgendermaßen definiert:
- DSchüttung:
- Durchmesser einer zylinderförmigen Schüttung
- dP:
- mittlerer Partikeldurchmesser.
- D bed :
- Diameter of a cylindrical bed
- d P :
- average particle diameter.
Die Porosität, auch als Lückengrad bezeichnet, ist an der Wand eines Festbettadsorbers höher als im restlichen Schüttbett. Daher kann es an der Wand zu sogenannten Randströmungseffekten kommen. Diese Effekte können zu einem früheren Durchbruchszeitpunkt z. B. einer Schwefelverbindung führen. Die mittlere Porosität von Kugelschüttungen beträgt zwischen 0,37 und 0,4. Die Randporosität beträgt bei diesen Schüttungen etwa 0,5. Handelsübliche Entschwefelungsadsorbentien, wie z. B. das kugelförmige Material FCDS-GS12 der Fa. SüdChemie AG weist eine mittlere Porosität von 0,32 auf. Um Randströmungseffekte zu vermeiden, wird in einer Ausführungsform mindestens ein D/dP-Verhältnis größer ungefähr 10 eingehalten.The porosity, also referred to as the degree of voiding, is higher on the wall of a fixed bed adsorber than in the remaining packed bed. Therefore, there may be so-called edge flow effects on the wall. These effects can be at an earlier breakthrough time z. B. lead a sulfur compound. The average porosity of ball piles is between 0.37 and 0.4. The marginal porosity is about 0.5 at these beds. Commercially available desulfurization adsorbents, such. B. the spherical material FCDS-GS12 Fa. SüdChemie AG has an average porosity of 0.32. In order to avoid edge flow effects, in one embodiment at least one D / d P ratio greater than about 10 is maintained.
Beispiele Examples
Es wurden Versuche an einer Entschwefelungstestanlage als Beispiele für Ausführungsformen der Erfindung durchgeführt. Die Entschwefelungsanlage verfügt über vier zylinderförmige Kartuschen als Vorrichtungen zur Adsorptionsbehandlung, welche parallel mit verschiedenen Gasen durchströmt werden konnten. Die Kartuschen waren jeweils an der Gaseintrittsöffnung und an der Gasaustrittsöffnung mit Gassteckdosen versehen und mit entsprechenden Gassteckern mit einer jeweiligen Gasleitung verbunden. Die Gassteckdosen und Gasstecker stammen vom Hersteller Viega, Bauteil: 1/2'' Type TAE (G2016T) #526 788, die Gasleitungen bestanden jeweils aus Gasschläuchen des Herstellers Viega, Bauteil 1/2'' × 500 mm (G2023) #531 904.Experiments were performed on a desulphurisation test facility as examples of embodiments of the invention. The desulphurisation plant has four cylindrical cartridges as devices for adsorption treatment, which could be passed in parallel with different gases. The cartridges were each provided at the gas inlet opening and at the gas outlet opening with gas sockets and connected with corresponding gas plugs with a respective gas line. The gas sockets and gas plugs come from the manufacturer Viega, component: 1/2 '' Type TAE (G2016T) # 526 788, the gas pipes each consisted of gas hoses of the manufacturer Viega,
Ziel des Versuchs 1 war es, Auswirkungen des L/D-Verhältnisses und der Raumgeschwindigkeit zu dokumentieren, um zu zeigen dass beide Parameter einen direkten Einfluss auf die Adsorptionsleistung, z. B. auf die Entschwefelungsleistung, des Materials bzw. der Kartusche haben. Ziel des Versuchs 2 war es, die Strömung im Eintrittsbereich der Kartusche zu analysieren.The aim of
Das ein- und austretende Gas konnte mit einem Gaschromatographen, der mit dem Gasausgang und dem Gaseingang der Anlage verbunden war und mit einem gepulstem flammenphotometrischem Detektor (GC-PFPD) ausgerüstet war, spezifisch auf Schwefelverbindungen analysiert werden. Mass Flow Controller der Fa. Brooks ermöglichten die exakte Regelung der zugeführten Gase. Als Testadsorbentien wurde ein sequentielles Entschwefelungsbett wie in
Die Sorbentien wurden durch Mahlen und Sieben auf die Korngrößenfraktion 0,8 bis 1 mm gebracht. Da eine exakte Volumenbestimmung bei den kleinen Sorbentienvolumina sehr schwierig ist, wurden separat Schüttdichtemessungen mit den Materialien gemacht und für die Tests die Sorbentienmengen eingewogen. Auf diese Weise konnte sichergestellt werden, dass für jeden einzelnen Versuch gleiche Sorbentienmengen eingesetzt wurden. The sorbents were brought by grinding and sieving to the particle size fraction 0.8 to 1 mm. Since exact volume determination is very difficult with the small sorbent volumes, bulk bulk measurements were made with the materials and the sorbent levels were weighed for the tests. In this way it was possible to ensure that the same amounts of sorbent were used for each individual experiment.
Versuch 1
Über den konkreten Einfluss des L/D-Verhältnisses von Schüttgutreaktoren auf die Adsorberleistung ist wenig bekannt. Dieser Einfluss ist jedoch für die Auslegung einer Adsorptionskartusche sehr wichtig, weswegen Tests mit L/D-Verhältnissen durchgeführt wurden (vgl. Tabelle 2). Es wurden Raumgeschwindigkeiten im Bereich zwischen 3000 und 15000 1/h eingestellt.Little is known about the concrete influence of the L / D ratio of bulk material reactors on the adsorber performance. However, this influence is very important for the design of an adsorption cartridge, which is why tests were carried out with L / D ratios (see Table 2). Space velocities were set in the range between 3000 and 15000 1 / h.
Die Versuche waren so aufgebaut, dass je Versuchsdurchlauf eine Raumgeschwindigkeit und vier festgelegte L/D-Verhältnisse gemessen wurden. Tabelle 2 listet die Testvarianten auf.
Nachdem das Versuchsgas die mit Adsorbentien befüllten Kartuschen durchströmte, wurde mit dem GC-PFPD Detektor das Durchbruchsverhalten in Abhängigkeit des L/D Verhältnisses aufgezeichnet. Als Durchbruch wird der Zeitpunkt oder die Durchbruchskapazität bezeichnet, bei der zum ersten Mal eine spezifische Schwefelverbindung im Gas nach dem Adsorberbett detektiert wird. Die Bestimmungsgrenze lag bei 200 ppb pro Schwefelverbindung. Aus dem definierten Gasvolumen und den definierten Schwefelbestandteilen und -konzentrationen im Gas lässt sich errechnen, wie viel Schwefel durch den Kartusche läuft. Dies wird als Durchbruchskapazität bezeichnet. Hieraus lässt sich über die eingewogene Sorbentienmasse die Beladung zum Durchbruchszeitpunkt errechnen.After the test gas flowed through the cartridges filled with adsorbents, the breakthrough behavior was recorded with the GC-PFPD detector as a function of the L / D ratio. Breakthrough is the time or breakthrough capacity at which, for the first time, a specific sulfur compound in the gas is detected after the adsorber bed. The limit of quantification was 200 ppb per sulfur compound. From the defined gas volume and the defined sulfur components and concentrations in the gas can be calculated how much sulfur passes through the cartridge. This is called breakthrough capacity. From this, the load at break-through time can be calculated via the weighed sorbent mass.
Tabelle 3 zeigt beispielsweise die gemessenen Durchbruchskapazitäten des Entschwefelungsbettes, das dem Beispiel 1 der
Es konnte somit bestätigt werden, dass aus höheren L/D Verhältnissen höhere Durchbruchskapazitäten resultieren. Auf der anderen Seite sind die Bauhöhe und der resultierende Druckverlust des Behälters der Kartusche zu beachten, weshalb ein zu langer Behälter der Kartusche nicht erwünscht ist. Es konnte gezeigt werden, dass ein L/D Verhältnis von ca. 4 ein guter Kompromiss in der Auslegung der Kartusche darstellt.It could therefore be confirmed that higher breakthrough capacities result from higher L / D ratios. On the other hand, the height and the resulting pressure drop of the container of the cartridge are to be considered, so that an excessively long container of the cartridge is not desirable. It could be shown that an L / D ratio of about 4 represents a good compromise in the design of the cartridge.
Versuch 2
Ziel des Versuchs 2 war es, die Strömung im Eintrittsbereich der Kartusche zu analysieren. Für strömungstechnische Untersuchungen wurde ein zylinderförmiger Kartuschen-Prototyp aus klarem Plexiglas gefertigt. Dieser ermöglichte es, strömungsdynamische Gasverteilungen visuell zu beurteilen. Der Innendurchmesser des Prototypen betrug 14, die Länge ca. 55 cm. Das Volumen betrug etwa 8 Liter. Die Kartusche verfügte an beiden Enden des Zylinders über abnehmbare Deckel und konnte so geöffnet und gefüllt werden. In die Deckel waren erfindungsgemäß Gassteckdosen, in den vorliegenden Beispielen Gassteckdosen der Firma Viega, eingeschraubt, in die entsprechende Gasstecker mit daran angeschlossenen Gasleitungen eingebracht waren.The aim of
Mit Hilfe von künstlich erzeugtem Nebel wurde die Einströmung in die Kartusche sichtbar gemacht. Es wurden verschiedene Einbauten getestet, um zu überprüfen, ob diese eine vergleichbare Wirkung auf die Strömung ausüben.With the help of artificially generated mist, the inflow into the cartridge was made visible. Various installations have been tested to check if they exert a comparable effect on the flow.
Mit Hilfe eines Mass Flow Controllers (MFC) der Firma Brooks wurde der Gasvolumenstrom geregelt. Der MFC wurde hierfür auf das verwendete Medium, Stickstoff 3.0, mit Hilfe eines DRYCAL-Durchflussmessgeräts des Herstellers Westphal im Volumenstrombereich zwischen 70 und 600 Normlitern pro Stunde kalibriert. Dem Stickstoffstrom wurde über ein T-Stück Nebel aus einer handelsüblichen Disco-Nebelmaschine des Typs FOG-700 zugemischt. Das Gas/Nebelgemisch trat über die Anschlüsse in die Kartusche ein. Eine visuelle Dokumentation erfolgte mittels einer HD-Kamera, welche auf einem Stativ vor dem Testaufbau fixiert ist. Um den Kontrast zu erhöhen, wurde die Kartusche rückwärtig mit schwarzem Tonpapier beklebt.With the help of a Mass Flow Controller (MFC) from Brooks, the gas volume flow was regulated. The MFC was calibrated for this purpose to the medium used, nitrogen 3.0, with the aid of a DRYCAL flowmeter manufactured by Westphal in the volume flow range between 70 and 600 standard liters per hour. The nitrogen stream was mixed via a T-piece of fog from a commercial FOG-700 disco fogger. The gas / mist mixture entered the cartridge via the ports. A visual documentation was done by means of an HD camera, which is fixed on a tripod before the test setup. To increase the contrast, the cartridge was pasted with black construction paper.
Eine Voraussetzung des Versuchs war es, dass sich der Nebel im Gasmedium optimal vermischte und kein Setzungsverhalten aufwies. Dies konnte durch einen Test bestätigt werden, indem die Kartusche mit Nebel gefüllt und anschließend der Gasstrom gestoppt wurde. Der Nebel ”schwebte” daraufhin konstant und zeigte kein Absetzungsverhalten.A prerequisite of the experiment was that the mist in the gas medium mixed optimally and had no settling behavior. This could be confirmed by a test by filling the cartridge with mist and then stopping the gas flow. The fog "floated" then constant and showed no settling behavior.
Es wurde ein Volumenstrom von 400 NL/h N2 eingestellt, was einer Raumgeschwindigkeit von ca. 50 NL/h/L entspricht. In dem ersten Versuchslauf wurde das Einströmungsverhalten des Gases beobachtet bei einer Einströmung von oben nach unten durch eine inerte poröse Schicht aus Hartkunststoffschaum, die in dem Behälter der Kartusche in einem Abstand von der Gaseintrittsöffnung vorgesehen war. Im Vergleich hierzu wurde in einem zweiten Versuchslauf bei einer Gaseinströmung von unten nach oben eine Einströmung durch eine inerte poröse Schicht aus Hartkunststoffschaum desselben Materials wie beim ersten Versuchslauf, die in der Kartusche in einem Abstand von der Gaseintrittsöffnung vorgesehen war, durchgeführt. Es war gut zu erkennen, dass die Strömung bei Einströmung von oben nach unten stärker ”durchschoss”, d. h. sich ungleichmäßiger in dem Behälter der Kartusche verteilte. Ein optimales und gewünschtes Strömungsverhalten war bei Einströmung von unten nach oben zu beobachten. Bereits innerhalb weniger Zentimeter der Behälterhöhe stellte sich eine sogenannte Pfropfenströmung, d. h. die Ausbildung einer pfropfen-förmigen Nebelwolke, am Boden der Kartusche ein. Eine gleichmäßige Beaufschlagung des Adsorbens und damit eine optimale Ausnutzung der Füllung des Adsorbens ist die Folge eines solchen Strömungsverhaltens.A volume flow of 400 NL / h N 2 was set, which corresponds to a space velocity of approx. 50 NL / h / L. In the first test run, the inflow behavior of the gas was observed with an inflow from top to bottom through an inert porous layer of hard plastic foam which was provided in the container of the cartridge at a distance from the gas inlet opening. In comparison, in a second test run with a gas inflow from bottom to top, an inflow through an inert porous layer of hard plastic foam of the same material as in the first test run, which was provided in the cartridge at a distance from the gas inlet opening was performed. It was easy to see that the flow "shot through" more from top to bottom as it flowed in, ie distributed more unevenly in the container of the cartridge. An optimal and desired flow behavior was observed at inflow from bottom to top. Already within a few centimeters of the container height, a so-called plug flow, ie the formation of a gland-shaped mist cloud, set in at the bottom of the cartridge. A uniform loading of the adsorbent and thus an optimal utilization of the filling of the adsorbent is the result of such flow behavior.
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