DE2208467A1 - Adsorptionsverfahren und Adsorptions vorrichtung - Google Patents

Adsorptionsverfahren und Adsorptions vorrichtung

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Description

Dr. Hans-Heinrich WiHrath D _ 62
Dr. Dieter Weber · v/b ?«>«fa<hi327
T^v-I ΓΛ1 TVi C -rf Gustav-Freytag-StraSe 25
Dipl.-Fhvs. Klaus beiftert · * <°6121>3727*>
Telegrammadresse: WILLPATENT
Patentanwälte 22. Februar 1972
Serie 1839
I·1 Etude et
I1Air Liquide Soc. Anonyme ρour/l'Exploitation des Procedes
Georges Claude, 75, Quai d'Orsay, Paris (7s) / !Frankreich
AdsorptionsverfahBn und Adsorptionsvorrichtung
Priorität: 24. Februar 1971,
EH 71 06216, Frankreich
Die Erfindung, bezieht sich auf ein Adsorptionsverfahren, mit dem Wasser und Kohlendioxid, die in einem zu reinigenden Gas enthalten sind, entfernt werden könnenj die Erfindung bezieht sich gleichfalls auf eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung.
Die Erfindung betrifft insbesondere die Eegenerierung von Luft in einer isolierten und geschlossenen Kammer (durch Austrocknung und Entziehen von Kohlensäure)^ etwa von Luft in einem Unterwasserbehälter, einem Luftschiff oder dergleichen.
BAD ORIGlNAL 8/1ObH /;>
— P —
220846?
Ein Verfahren nach der Erfindung schläft eine Vorrichtung für gleichzeitige Austrocknung und Entziehung von Kohlensäure vor, mit beispielsweise zwei parallelen Adsorptionskammern oder Adsorbern, die jeweils eine Adsorbonsraasse enthalten, welche aus einer Adsorbensschicht zur Austrocknung des Gases oder der zu reinigenden Gasmiachung und einer Adsorbensschicht für die KohlensäureentZiehung des genannten Gases besteht.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein Adsorptionsverfahren und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, mit der die Adsorbensmasse völlig abgekühlt werden soll, wobei nur ein Minimum an Energie zur Erwärmung der Masse verbraucht werden soll.
Die Erfindung betrifft demnach ein Adsorptionsverfahren, mit dem mindestens ein Teil des in einem zu reinigenden Gas enthaltenen Wassers und Kohlendioxids entfernt wird, wobei während einer Adsorbierphase das Gas mit einer Adsorbensmasse in Berührung gebracht wird, die sich in einer Adsorbierkammer befindet und in Strömungsrichtung des zu reinigenden Gases eine Adsorbensschicht für die Trocknung des Gases und eine Adsorbensschicht für die Kohlensäureentziehung des Gases aufweist, und v/obei v/ährend einer Begenerationsphase die Adsorbensmasso regeneriert wird. Gemäß der tSrfindun.rr besteht die Itegenerat Lonsphase aus
BAD OBIGiNAL
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einer ersten Stufe, in der ausschließlich die Kohlensäureentziehungsschicht erhitzt und der Druck der Adsorptionskarnner vermindert wird, um dadurch wenigstens die Kohlensäureentziehungsschicht zu desorbieren, und zwar entgegengesetzt der Strömungsrichtung des zu reinigenden Gases; ferner aus einer zweiten Stufe, in der die Erhitzung unterbrochen und die Adsorbensroasse entgegengesetzt der genannten StröTDungsrichtung durch ein Gas gespült wird, das zumindest teilweise von Kohlendioxid und Wasser gesäubert ist, vorzugsweise durch das während der Adsorptionsphase gewonnene gereinigte Gas, um die Austroclaiungsschicht wieder zu erhitzen und mindestens diese letzte zu desorbieren sowie die Kohlensäureentziehungsschicht abzukühlen; und schließlich aus einer dritten Stufe, während der die Adsorbensmasse weiter gespült und ausschließlich die Austrocknungsschicht abgekühlt wird.
Folglich wird in der zweiten Stufe der Begenerationsphase, nämlich der Spülung der Adsorbensmasse, die entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des zu reinigenden Gases während der Adsorptionsphase geschieht, gleichzeitig die Kohlensäure-Entziehungsschicht abgekühlt und die Trocknungsschicht erhitzt, indem die während der ersten Begenerierungsphase gewonnene Wärme von der Kohlensäure-Entziehungsschicht zur
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Trocknungsschicht übertragen wird. Es ist also hier nicht erforderlich, unabhängige Kühlung bzw. Erhitzung der Kohlensäure-Entziehungsschicht bzw. Trocknungsschicht vorzusehen. Man spart also die Wärmeenergie, die sonst für die Erwärmung der Trocknungeschicht erforderlich wäre. Andererseits wird gemäß der Erfindung die Eegenerierungsphase beschleunigt. Die Erfindung schafft gleichzeitig eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens mit mindestens einer Adsorptionskammer, in der sich eine Adsorbensmasse befindet und die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie Heizorgane in einem Teil der Adsortaismasse und Kühlorgane in einem anderen Teil derselben Masse aufweist.
Die Vorrichtung nach der Erfindung zeichnet sich also durch einen viel geringeren Platzbedarf aus verglichen mit einer Vorrichtung, bei welcher die Heiz- und Ktihlo^pne die gesamte Adsorbensmasse einnehmen.
Weitere ziele und Vorteile der Erfindung werden bei der nun folgenden detaillierten Beschreibung anhand der beigefügten zeichnungen deutlich, die beispielsweise verschiedene Ausführungsformen der Erfindung darstellen.
Die in der Figur dargestellte Vorrichtung nach der Erfindung besteht aus zwei Adsorptionskamroer oder Adsorbern 1
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und 2 herkömmlicher Art, welche eine Adsorbensmasse enthalten, die beispielsweise aus zwei Adsorbensschichten 10 und 20 zur Adsorption von Wasser oder Trocknung bzw. 11 und 21 zur Adsorption von Kohlendioxid oder Entziehung von Kohlensäure besteht.
In der Masse für die Adsorptionsschichten 11 bzw. 21 sind Heizorgane bzw. elektrische Widerstände 111 und 211 eingelassen, während in der Masse für die Adsorptionsschichten 10 bzw. 20 Kühlorgane oder Kühlschlangen 101 und 201 zur Zirkulation eines Kühlmediums, wie etwa entmineralisiertera Wasser, eingelassen sind. Dieses Wasser kann in einem geschlossenen Kreis in den genannten Kühlschlangen zirkulieren, und zwar dank der Wirkung von Pumpen (,nicht dargestellt ) und Wäaetiuschern (nicht dargestellt), die am äußeren Wasserlauf vorgesehen sind.
Während einer Adsorptionsphase wird die durch die Leitung einströmende Luft oder jedes andere zu reinigende Gas beispielsweise über Leitungen 31 und 33 zum Adsorber 1 geleitet, wobei das Ventil 32 geöffnet und das Ventil 32' geschlossen ist. Diese Luft gelangt sodann nach und nach in Berührung mit den Adsorbensschichten 10 und 11, wo das Wasser und mindestens ein Teil des in dieser Luft enthaltenden Kohlensäureanhydrids zurückgehalten werden.
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Die Adsorbensschichten sind so ausgebildet, daß sie während der Adsorptionsphase das gesamte Wasser und je nach den zurückzuhaltenden Mengenanteil das ganze Kohlendioxid oder einen Teil davon festhalten.
Die von Wasser gereinigte Luft mit dera richtigen Verhältnis an COp verläßt den Adsorber über die Leitungen 35, 36, 38 und 39, wobei die Ventile 35 und 37 geöffnet sind; das Ventil 35 ist mindestens während eines l'eils dieses Zyklus geschlossen.
Während dieser Zeit geschieht im Adsorber 2 eine itegenerationsphase. Die Eegeneration geschieht in 3 Etappen auf folgende Weise:
in der ersten Etappe ist das Ventil 35' geschlossen, und der elektrische Widerstand 211 wird angestellt, um ausschließlich die Adsorbensschicht 21 des Adsorbers 2 zu erhitzen; da die Ventile 52 und 32 geschlossen sind und das Ventil 42 geöffnet ist, wird gleichzeitig unter der Wirkung der in der Leitung 4 vorgesehenen Pumpe 5 eine Druckminderung im Adsorber 2 erzielt. Die Kohlensäureentziehungsschicht wird also entgegengesetzt der Strömungsrichtung des zu reinigenden Gases im Adsorber 1 desodtierfc
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_ 7 —
In einer zweiten Etappe \£rd die Erhitzung der Schicht 21 unterbrochen, das Ventil 35' wird geöffnet, und die Adsorbensschicht 21 wird mit geainigtem Gas vom Adsorber 1 gespült entgegengesetzt der Strömungsrichtung des zu reinigenden Gases im Adsorber 1, was die Schürt 21 abkühlt und bei Auftreffen des Gases auf die Schicht 20 letztere erhitzt, wobei das Ventil 42 geschlossen ist, während das Ventil 52 geöffnet ist, so daß das Spülgas zur Leitung 39 zurückgeführt wird. Somit wird die Trocknungsschicht desorbiert.
Während der ersten dieser beiden Etappen ist die Säugpumpe 5 in .Betrieb und die Kühlschlange 201 von Wasser gereinigt, während in der zweiten Etappe die Pumpe nicht angestellt ist.
In der dritten Etappe wird die Spülung der Adsorbensraasse mit dem gereinigten Gas fortgesetzt und Hillwasser der Kühlschlange zugeführt, wodurch ausschließlich die Trocknungsschicht 20 abgekühlt wird. Diese dritte Etappe beginnt erst dann, wenn die Temperatur in der Schicht 20 zu hoch ist. Diese Temperatur ist abhängig von dem benutzten Adsorbens. Sie kann beispielsweise etwa 200 0O betragen. Während der dritten Etappe kann in gewissen Fällen die einfache Spülung der Adsorbensmasse ausreichen,
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um die Kühlung der Trocknungsschicht 20 sicherzustellen. Beispiel 1
Man verwendet eine Säule von 30 mm Durchmesser mit einer aus einer Aluminiumoxidmasse vestehenden Irocknungsschicht von 15 cm Höhe und einer aus Zeolit 13X bestehenden
Ende Kohlensäureentziehungsschicht von 75 cm Höhe. AmVeiner 90-mintitigen- Eegenerationsphase, die aus den ersten beiden oben erwähnten Eegenerationsetappen besteht, stellt man fest, daß die Aluminiumoxidmasse 50 - 60 0C erreicht.
Beispiel 2
Unter den gleichen Bedingungen wie bei Beispiel 1, wenn die dritte Etappe in der 33. Minute beginnt, wenn die Temperatur der Trocknungsschicht etwa 200 0 erreicht hat, stellt man fest, daß aufgrund der Wasserzirkulation die Temperatur der Trocknungsschicht vor dem Ende der Eegenerationsphase wieder auf die Umgebungstemperatur zurückkommt ·
Es ist selbstverständlich, daß die Erfindung keinesfalls auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist sondern vielfach verändert werden kann, je
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nach Können des Fachmanns und Yerwendungsform, ohne daß man sich hiermit vom Grundgedanken der Erfindung entfernte. Es sei besonders vermerkt, daß die erwähnten Kühlmittel (Kühlschlangen 101-201) vorzugsweise während der Adsorption dazu verwendet werden können, die in der entsprechenden Masse durch die Adsorption erzeugte Wärme zu eliminieren.
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Claims (5)

Patentansprüche
1. Adsorptionsverfahren aum Entfernen mindestens eines Teils des in einem zu reinigenden Gas enthaltenen Wassers und Kohlendioxids, wobei während einer Adsorptionsphase das Gas mit einer Adsorbensmasse in Berührung gebracht wird, die sich in einer Adsorbierkammer befindet und in Strömungsrichtung des Gases eine Adsorbensschicht für die Trocknung des Gemisches und eine Adsorbensschicht für die KohlensäureentZiehung des Gemisches aufweist, und wobei während einer Begenerationsphase die Adsorbensmasse regeneriert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Begenerationsphase aus einer ersten Stufe besteht, in der ausschließlich die KohlensäureentziehungsÄCb.i.cht erhitzt und der Brück der Adsorptionskammer vermindert wird, um dadurch entgegengesetzt der Strömungsrichtung des zu reinigenden Gases mindestens die Kohlensäureentziehungsschlcht zu desorbieren, ferner aus einer zweiten Stufe, in der die Erhitzung unterbrochen und die Adsorbensmasse entgegengesetzt der genannten Ströraungsriohtung mit einem Gas gespült wird, das zumindest teilweise von Kohlendioxid und Wasser gesäubert ist, vorzugsweise durch das während der Adsorptionsphase gewonnene gereinigte Gas, um die Austrocknungssohicht wieder zu erhitzen
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und mindestens diese letzte zu desorbieren sowie die Kohlensäureentziehungsschicht abzukühlen, und schließlich aus einer dritten Stufe, während der die Adsorbensraasse zur Kühlung ausschließlich der Trocknungsschicht weiter gespült wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man während der dritten Etappe außerdem die Trocknungsschicht durch Zirkulation eines Kühlfließraittels in dieser Schicht kühlt.
3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit mindestens einer Adsorptionskammer, in der sich eine Adsorbensmasse befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionskammer in einem Teil der Adsorbensmasse Heizorgane und in einem anderen Teil der Masse Kühlorgane aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Adsorbensmasse eine Adsorbensschicht für die Trocknung des zu reinigenden Gases und eine Adsorbensschicht für die Kohlensäureentziehung des Gases aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß die Heizorgane in der
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Kohlensäureentziehungsschicht und die Kühlorgane in der Trooknungsschicht angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Heizorgane und die Kühlorgane in der Kohlensäureentziehungsschicht bzw. in der iDrocknungsschicht versenkt sind.
6, Vorrichtung nah Anspruch 5t dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlorgane eine Leitung aufweisen, insbesondere eine Kühlschlange, die in der Trocknungsschicht für die Zirkulation eines Kühlmediums, vorzugsweise demineralisiertes Wasser, versenkt ist.
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