DE2460401A1 - Verfahren und vorrichtung zum entfernen von unerwuenschten bestandteilen aus einem gas - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von unerwtlnschten Bestandteilen aus einem Gas Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchftlhrung dieses Verfahrens zum Entfernen von unerwUnichten Bestandteilen aus einem Gas in einer ein Adsorptionsmittel enthaltenden drehbaren Trommel, die einen Adsorptionsabschnitt und einen Reaktivierungsabschnitt enthält.
• Derartige Verfahren eignen sich fur die Nachbehandlung von Inertgas, das durch Verbrennung von kohienwasserstofftaltigen Stoffen mit Luft oder direkt aus Verbrennungsabgaben erzeugt wird und das in erster Linie aus Stickstoff und Kohlendioxid besteht. Dieses Inertgas wird in großen Mengen an Bord von Schiffen beim Transport von brennbaren Flüssigkeiten oder explosiven Gasen gebraucht.
• Dabei wird das Inertgas in die Behälter, z.B. beim Entleeren eingefUhrt, um Explosionen zu verhindern. Weiterhin werden beim Transport von Erdgas oder ktlnstlichem Gas an Bord von Schiffen die Behälter fär das Erdgas oder k(1nstliche Gas mit doppelten Wänden gebaut und der Raum zwischen diesen Wänden mit Inertgas ausgefüllt.
• Um über die großen Inertgasmengen verfolgen zu kennen, ist es bekannt, das Inertgas in besonderen an Bord befindlichen Inertgaserzeugern herzustellen. In einer solchen Einrichtung werden die brennbaren Bestandteile des Gases oder der Flüssigkeit so vollständig wie möglich verbrannt, so daß das auf diese Weise erzeugte Gas in erster Linie nur Kohlendioxid und Stickstoff enthält Die zusätzlichen Bestandteile, wie z.B. Sauerstoff, Kohlenmonoxid und Schwefeldioxid, sind entweder mengenmäßig vernachlässigbar gering oder werden durch den Waschprozeß im Anschluß an die Verbrennung entfernt.
• Weiterhin ist es bekannt, fur die Erzeugung von Inertgas auf großen Brennstofftankern von den Verbrennungsabgasen der Kesselanlage auszugehen. Diese Gase haben eine Temperatur von etwa 450 Grad C und tthren Je nach dem zur Verwendung gekommenen Brennstoff noch verhältnismäßig große Mengen an Schwefelverbindungen sowie an Staub oder Ruß mit sich. Die Gase nissen daher zuvor gekühlt und gewaschen werden Es ist bekannt, Wasser aus Gas oder Luft in Trockeninittelschichten zu adsorbieren und diese Schichten durch Erhitzung und anschließende Kehlung oder Druckminderung zu reaktivieren.
• In ähnlicher Weise können auch anders Bestandteile, wie Kohlenbiozid adsorbiert werden. Es ist auch bekannt, eine Regenerativ-Drehtrommel für die kontinuierliche Adsorption von Wasser aus Luft zu benutzen. Dieses Verfahren wird Ublicherweise eingesetzt, um einen Taupunkt von etwa -18 Grad C zu erhalten. Dabei wird das zuvor genannte Verfahren etwa bei atmosphärischen Druck und bei nicht mehr als etwa 250 um WS durchgefährt. Außerdem konnte die Gasadsorption aus schmutzigen oder giftigen Gasen nicht durchgeführt werden, weil die dazu Üblicherweise verwendete Vorrichtung, z.B. die konventionelle Regenerativ-Drehtrommel mit Trockenmittel, nicht dicht gegen die umgebende Atmosphäre abgesperrt war. Dementsprechend begrenzte der niedrige Betriebsdruck das Trocknen auf einen Taupunktwert nicht unter -18 Grad C.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einen Verfahren der eingangs genannten Art und der dazu gehörenden Vorrichtung durch eine geeignete Gasbehandlung die Qualität des erzeugten Gases zu verbessern und optimale Mengen-, Druck- und Temperaturverhältnisse einzustellen.
• Das geschieht gesäß der Erfindung dadurch, daß die Adsorption bei einem fiber dem Atiosphärendruck liegenden Druck durchgefuhrt wird und daß in dem Reaktivierungsabschnitt ein Druck eingehalten wird, der etwa bei oder unter dem Atmosphärendruck liegt. Dabei wird die Adsorption vorzugsweise bei einem Überdruck von 0,5 bis 10 kplqcm durchgeffihrt.
• Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich in dem behandelten Gas der Taupunkt und damit der Wassergehalt senken und somit ein qualitativ hochwertiges Inertgas herstellen.
• Ferner wird die aufzubringende Kfihlleistung gesenkt. Der Druck im Adzorptionsteil läßt sich so einstellen, daß das behandelte Inertgas ohne weitere Verdichtung einer Verbraucherstelle suströmen kann.
• Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung lassen sich aus den nachfolgend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen entnehmen. Es zeigen: Figur 1 das Flußbild far ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung gesäß der Erfindung, Figur 2 die Abdichtung der Drehtrommel und igur 3 bis 6 das Flußbild für andere Ausführungsformen gemäß der Erfindung.
• Das Gas strömt von einem Kompressor 1 zu einem Inertgaserzeuger 2 Der Inerterzeuger kann aus einer besonders ausgebildeten Brennkammer bestehen, in der ein kohlenwasserstoffhaltiger Efrennstoff mit Luft vollständig verbrannt wird. Wahlweise kann das Gas auch dem Verbrennungsabgas einer Kesselanlage an Bord eines Schiffes entnommen werden. In diesem Fall wird das Verbrennungsabgas in einem Waschkühler gekühlt und gewaschen.
• Von dem Erzeuger 2 strömt das Gas zu einem Kältemittelkühler 3, wo es dicht bis an den Gefrierpunkt gekühlt wird, z.B. auf 5 Grad C. Von dem Kältemittelkühler 3 strömt das aus zu einem Drehtrommeladsorbtionsapparat, welcher ein Trockenmittel auf einer Drehtrommel 4 enthält und so angeordnet ist, daß der mit dem Buchstaben A bezeichnete Abschnitt der Drehtrommel 4 den von dem Kältemittelkühler 3 anströmenden Gasen ausgesetzt ist, während der mit dem Buchstaben R bezeichnete Abschnitt der Trommel einen Reaktivierungsprozeß unterzogen wird, um die Adsorptionseigensciiaften des Trockenmittels in der Trommel wieder herzustellen. Bei kontinuierlicher Umdrehung der Trommel werden in dem Abschnitt A kontinuierlich unerwfinsohte Bestandteile aus dem Gas adsorbiert, während in dem Abschnitt R das Trooken-bzw. Adsorptionsmittel reaktiviert wird. Die Drehtrommel 4 entspricht in ihrem grundsätzlichen Aufbau den LJungström-Wärmetauschen zum Vorwärmen von -Verbrennungsluft.
• Das Adsorptionsmittel in dem Abschnitt R der Drehtrommel 4 kann mittels einer Heizvorrichtung 5, die mit Dampf, Gas oder Strom be triebes wird, reaktiviert werden. Ein Teil des Produktgases, d.h. ein Teil des Gases, das durch den Abschnitt A der Drehtrommel 4 geströmt ist, fließt durch eine Leitung 6 zu einem Reaktivieriiinzgas-Mengenregelgerät 7 und dann zu dem Reaktivierungserhitzer 5, wo das das erhitzt wird und von wo aus es zu dem Reaktivierungsabschnitt R der Drehtrommel geleitet wird. Das Reaktivierungsgas reaktiviert das frockenmittel in der Drebtrom-4 * und strömt dann durch eine Leitung 8 zu einem Nachfullgebläse oder einer Vakuumpumpe 9, bevor es an einer Stelle 10 vor dem Kältemitteiktihler 3 wieder in den Kreislauf gebracht wird. Somit wird das Reaktivierungsgas entspannt, erhitzt und vor dem KältemittelkUhler 3 wieder dem Gas beigemischt.
• Der Adsorptionsabschnitt der Drehtrommel 4 wird gegenüber der Atmosphäre auf Uberdruck.gehalten, von t*B. 0>5 kp/qcm, um optimale Adsorptionsverhältnisse zu schaffen. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß im.allgemeSnen Je höher der Druck bei einer gegebenen Eintrittstemperatur ist, desto niedriger ist die Feuchtigkeit in dem Gas und der Temperaturanstieg in der Trockenmittelschicht, während die Adsorptionsfähi keit des Trockenmittels besser ist und deshalb der erreichbare Taupunkt gesenkt wird. Das Trockenmittel kann aus Lithiumhalogen, Aluminiumoxid oder Silikagel bestehen. Es können Molekularsiebe eingesetzt werden, die kristalline Metall-Alumino-Silikate mit einer räumlichen, vermaschenden Netzwerkstruktur aus Kieselsäure- und TonerdeTetraedern sind.
• Der in dem Adsorptionsabschnitt A der Drehtrommel 4 eingestellte Überdruck von etwa 0,5 kp/qcm ermöglicht es, einen niedrigen Tau punkt-von -46 Grad C und niedriger entsprechend weniger als 100 Vol. ppm H20 einzuhalten. In dem Kältemittelkühler 3 wird daß dem Adsorptionsabschnitt zuströmende Gas auf eine möglichst niedrige Temperatur dicht beim Gefrierpunkt, B. 5 Grad C, gekühlt. Der Druck des trockenen Reaktivierungsgases liegt bei oder unter atmosphärischem Druck.
• Die Regelung der Druckdifferenz zwischen dem Adsorptionsabschnitt A und dem Reaktivierungsabschnitt R der Drehtrommel 4 erfolgt durch verstellbare Dichtungen zwischen den beiden Abschnitten. Diese bestehen nach Figur 2 aus einem elastomeren Material 11, das gegen die Drehtrommel 4 wirkt. Dieses Material 11 ist an einem Verstellglied 12 betestigt, das in das feststehende Gehäuse 13 der Drehtrommel 4 geschraubt ist. Durch ein Drehen des Verstellgliedes 12 kann das elastomere Material 11 in einer Höhenlage verstellt werden. Dadurch wird die Höhe des Gasdurchganges zwischen dem stationären elastomeren Materie und der sich bewegenden Drehtrommel 4 geregelt und somit die gewuns chte Druckdifferenz zwischen dem Adsorptionsabschnitt A und dem Reaktivierungsabschnitt R der Drehtrommel 4 eingestellt.
• Figur 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Reaktivierungsgas in einem geschlossenen Kreislauf rezierkuliert, welcher aus einem Gaskühler 14, einem Gebläse oder Kompressor 15 und einem Erhitzer 16 besteht. Das Reaktivierungsgas wird in dem Kühler 14 gekflhlt. Das hier kondensierte Wasser wird durch eine Leitung 17 abgeführt. Der Kompressor 15 setzt die Rezirkulation der Reaktivierungsgase durch die verschiedenen Teile in dem geschlossenen Kreislauf fort. Ein Druckregelventil 18 sorgt, daß der Druck in dem geschlossenen Kreislauf konstant gehalten werden kann.
• Bei der Ausfahrungsform gemäß Figur 4 ist die Drehtrommel 4 zusätzlich su dem Adsorptionsabschnitt A und dem Reaktivierungsabschnitt R mit einem Kflhlabschnitt C ausgestattet. Die Anordnung eines getrennten DGhlabsShnittes C fährt zu einem erhöhten Wirkungsgrad. Nach dem Reaktivierungsabschnitt R durchläuft die Drehtrommel den Ifihlabechnitt C, bevor sie in den Adsorptions abschnitt A gelangt. Indem sie auf diese Weise den KUhlabsohnitt 0 durchläuft, wird die Drehtrommel 4 fast sofort verfUgbar, um eine wirksame und maximale Adsorption zu bewerkstelligen, sobald sie in den Adsorptionsabschnitt A eintritt, weil sie bereits in dem KUhlabsohnitt C gekühlt worden ist Ohne einen solchen Kühlabschnitt müßte die Drehtrommel 4 zunächst durch das zuströmende Gas gekühlt werden, um den maximalen Adsorptionsgrad zu erreichen.
• Zu diesem Zweck ist Mob Figur 4 dem Kompressor 15 ein Regelventil 19 nachgeschaltet, das die Strömung teilt, so daß ein Teil zu dem Reaktivierungsabschnitt R der Drehtrommel 4 zurückkehrt und ein anderer Teil durch eine Leitung 20 zu dem Kfihlabachnitt 0 fließt. Die Gase strömen durch den Reaktivierungsabschnitt R und den Kfihlabsohnitt C, wonach beide Teilströme Uber Leitungen 21 und 22 zu einer gemeinsawn Leitung 23 zurückkehren, die zu dem Kühler 14 führt. Der Druck wird in diesem Kreislauf durch ein Drossel- oder Druckregelventil 24 konstant gehalten.
• Figur 5 zeigt eine weitere wahlweise Ausführungsform, bei der ein offener Reaktivierungskreislauf für eine Kohlendioxidadsorption vorgesehen ist. Hierbei strömt das Produktgas von dem Adsorptionsabschnitt A zu dem Reaktivierungsabschnitt R, nachdem es einen Erhitzer 25 durchströmt hat. Das Reaktivierungsgas strömt dann von dem Reaktivierungsabschnitt R fieber ein Gebläse oder einen Kompressor 26 zu einem Abgas schornstein. Alternativ kann der Kompressor 26 weggelassen werden, so daß das Reaktivierungsgas direkt zu einem Abgasschornstein strömen kann.
• Wahlweise kann der in Figur 5 gezeigte offene Reaktivierungsgaskreislauf, bei dem das Reaktivierunggas zu einem Schornstein strömt, auch bei den Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 und 3 eingesetzt werden. Das Reaktivierungsgas kann irgendeinem Teil des Adsorptionsabsohnittes entnommen werden.
• Figur 6 zeigt eine weitere Aus führungsform fär die Beseitigung von Kohlendioxid unter Verwendung eines Kühlabschnittes C in der Drehtrommel 4. Das Reaktivierungsgas strömt von dem Adsorptionsabschnitt A zu einem Teilventil 27 und einem Erhitzer 28, bevor es in den Reaktivierungsabschnitt R eintritt. Ein Teil des Reaktivierungsgases wird durch das Teilventil 27 abgetrennt und strömt zu dem Kühlabschnitt G. Das Gas aus dem Reaktivierungsabsehnitt R und dem Kfihlabschnitt C strömt fieber eine Leitung 29 zu einem Abgasschornstein. Ein Gebläse oder eine Vakuumpumpe 30 kann in der Leitung 29 vorgesehen werden.
• Im folgenden sei eine bei Überdruck vorgenommen Adsorption mit einer solchen bei Atmosphärendruck verglichen. Die sich bei der zuletzt genannten Verfahrensweise einstellenden Werte sind in Klammern gesetzt.
• Druck, bei dem die Adsorption erfolgt: 1,53 kp/qcm (1,03 kp/qcm) Inertgaseintritt in den Adsorptionsapparat:32 Grad C (32 Grad C), gesättigt Reaktivierungsgas: Strömungskreislauf gemäß Darstellung in Figur 1, wobei die Reaktivierungsmenge 15 bis 35 S (50 % 3 der Gesamtgasmenge beträgt.
• 1. Kühlleistung, um das Inertgas von 32 Grad C (32 Grad C) auf 5 Grad C (5 Grad C) herabzukühlen: 17,4 kcal/kg Naßgas (22,6 kcal/kg) 26,1 kcal/kg Trockgas (34,0 kcal/kg) 2. Erzielbarer Taupunkt: -46 Grad C (-18 Grad C) 3. Adsorbiertes Wasser: 3,4 g/kg Trockengas (7,7 g/kg) 4. Im Trockengas belassenes Wasser: 0,03 g/kg Trockengas (0,7 g/kg) Das Beispiel zeigt, daß ffir das erfindungsgemäße Überdruck-Adsorptionssystem der Bedarf an Kühlleistung 76,8 % des Bedarfs rür das ohne Überdruck arbeitende System beträgt. Auch braucht der Adsorptionsapparat nur 44 % gegenüber dem ohne Überdruck arbeitenden Trockner zu adsorbieren (d.h. 3,4 gegenüber 7,7 g/kg Trockengas), während die Temperatur der Drehtrommel des über druck-Adsorptionsapparates es erlaubt, einen Taupunkt von -46 Grad C zu erreichen, dah. es verbleiben 0,03 gegenfiber 0,7 g/kg, was außerordentlich wichtig ist ffir die Inertisierung von kalten Vorratsbehältern, wie z.B. Flüssigerdgasbehältern, oder dieselben umgebenden Raume, in denen das Flfissiggas bei sehr niedrigen Temperaturen in der Größenordnung von -165 Grad C gespeichert wird.

Claims (12)

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Entfernen von unerwünschten Bestandteilen aus einem Gas in einer ein Adsorptionsmittel enthaltenden drehbaren Trommel, die einen Adsorptionsabschnitt und einen Reaktivierungsabschnitt enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorption bei einem über dem Atmosphärendruck liegenden Druck durchgeführt wird und daß in dem Reaktivierungsabschnitt ein Druck eingehalten wird, der etwa bei oder unter dem Atmosphärendruck liegt

2. Verfahren nach Anspruch P, dadurch gekennzeichnet> daß die Adsorption bei einem Überdruck von 0,5' bis 10 kp/qcm durchgeführt wird.

3. Verfahren nach den Ansprtlchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Adsorptionsabschnitt geffihrte Gas auf eine Temperatur gebracht wird, die gerade oberhalb des Gefrierpunktes liegt.

4. Verfahren nach den Ansprfichen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gas nach Durchströmen des Adsorptionsabschnittes ein Taupunkt von unterhalb -18 Grad C eingehalten wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen t bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des den Adsorptionsabschnitt verlassenden Gases zur Reaktivierung des Adsorptionsmittels durch den Reaktivierungsabschnitt geffihrt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das den Reaktivierungsabschnitt verlassende Gas zurückgeführt und zusammen mit dem zu reinigenden Gas nach einer Kühlung auf eine Temperatur gerade oberhalb des Gefrierpunktes erneut dem Adsorptionsabschnitt zugeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Reaktivierung verwendete Gas erhitzt wird.

8. Verfahren nach den Ansprfichen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Reaktivieren verwendete Gas in einem geschlossenen Kreislauf gewährt wird, in dem es nach Durchlauf durch den Reaktivierungsabschnitt zur Abscheidung der Feuchtigkeit gektihlt und anschließend verdichtet und erhitzt wird.

9. Verfahren nach den Ansprechen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in dem geschlossenen Kreislauf dadurch konstant gehalten wird, daß Gas aus diesem Kreislauf abgeführt wird.

LO. Verfahren nach den AnsprEchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trommel am Übergang des Reaktivierungsabschnittes in den Adsorptionsabschnitt ein Kuhlabsehnitt eingeschaltet wird und daß durch diesen Kühlabschnitt ein Teilstrom des dem Adsorptionsabschnitt verlassenden Gases oder ein Teilstrom des den Reaktivierungsabschnitt verlassenden und gekfihlten Gases geleitet wird.

1. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren nach den Ansprechen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine kontinuierlich rotierende Trommel in einen Adsorptionsabschnitt (A) Und einen Reaktivierungsabsohnitt (R) unterteilt ist, daß in der Trommel (4) Durchgangskanäle fär Gas vorgesehen sind, aut deren Wände ein Adsorptionsmittel aufgebracht ist, daß ein Umführungskanal (8) von dem Austritt des Reaktivierungsabschnittes (R) zu der Zuführungsleitung zum Adsorptionsabschnitt (A) geführt ist und daß zwischen dem Adsorptionsabschnitt (A) und dem Reaktivierungsabschnitt (R) eine Druckdifferenz durch verstellbare Abdichtungen (11,12) der Innenabsohnitte der Trommel (4) eingehalten ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet daß in der Drehrichtung der Trommel (4) hinter dem Reaktivierungs-| abschnitt (R) ein Kflhlabschnitt (c) vorgesehen ist, wobei der Reaktivierungsabschnitt (R) und der Kühlabschnitt (C) von dem gleichen Gasstrom beaufschlagber sind, indem von einer gemeinsamen Leitung zwei Zweigleitungen abzweigen, von denen eine (20) zu dem Gaseintritt in den Kühlabschnitt (C) gerührt und die andere über einen Wärmetauscher (id) mit dem Gaseintritt in den Reaktivierungsabschnitt (R) verbunden ist.

L e e r s e i t e