DE2507623C2 - Verfahren zum Entfernen eines ersten Bestandteils aus einem aus mindestens drei Bestandteilen zusammengesetzten Gas - Google Patents

Description

a) zunächst das Gas mit einem ersten reversiblen Adsorptionsmittel für den zweiten Bestandteil behandelt wird (adsorbierendes Bett), sodann

b) der erste Bestandteil mit einem zweiten Adsorptionsmittel aus dem Gas entfernt wird,

c) das Gas dann mit einem dritten reversiblen Adsorptionsmittel für den zweiten Bestandteil behandelt wird, welches zuvor den zweiten Bestandteil adsorbiert hat, wobei der zweite Bestandteil aus dem Adsorptionsmittel desorbiert und in das Gas wiedereingeführt wird (desorbierendes Bett) und

d) durch Umkehrung der Flußrichtung des Gases vor der Sättigung des adsorbierenden Bettes und vor dem Freiwerden des desorbierenden Bettes die Schritte a. b und c zyklisch durchgeführt werden und das adsorbierende Bett mit einem höheren Druck betrieben wird als das desorbierende Bett nach dem Hauptpatent 2342397, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Adsorptionsmittel in einem gemeinsamen Adsorptionsbett angeordnet werden und das erste Adsorptionsmittel des Bettes unter einem Druck gehalten wird, der 3,5 N/cm² bis 4 N/cm² größer ist als der des dritten Adsorptionsmittels des Bettes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das dritte Adsorptionsmittel des Bettes das gleiche ist

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bestandteil des Gases Kohlendioxid und der zweite Wasser ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites gemeinsames Adsorptionsbett vorgesehen wird, wobei beide Adsorptionsbetten abwechselnd mit dem Gas in Kontakt gebracht und regeneriert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei feuchtem kohlendioxidhaltigem Gas aus einem geschlossenen Raum die Regenerierung jeweils eines Adsorptionsbettes durch Durchleiten von Luft durchgeführt wird.

6. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bei der Lagerung von Obst.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5 mit wenigstens einem gemeinsamen Adsorptionsbett, einem Einlaß für das Gas in den das erste Adsorptionsmittel enthaltenden ersten Teil des Adsorptionsbettes und einem Auslaß für das Gas aus dem das dritte Adsorptionsmittel enthaltenden dritten Teil des Adsorptionsbettes, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zur Aufrechterhaltung eines Druckes im ersten Teil (4, 4'; 13) des Adsorptionsbettes (3, 3'; 12) enthält, der größer ist als der Druck im dritten Teil (6, 6'; 15) des Adsorptionsbettes (3,3'; 12).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweiten Teil (5, 5'; 14) des Adsorptionsbettes (3,3'; 12) und dem dritten Teil Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen eines ersten Bestandteils aus einem aus mindestens drei Bestandteilen zusammengesetzten Gas nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gemäß Hauptpatent 23 42 397.

Bei dem Verfahren nach dem Hauptpatent sind die drei Adsorptionsmittel in voneinander getrennten, durch Leitungen miteinander verbundenen Adsorptionsbetten angeordnet Um das Verfahren zu beschleunigen und dabei auftretende Energieverluste auszugleichen, wird bei dem Verfahren nach dem Hauptpatent das jeweils adsorbierende Bett mit einem um 5 bis 10% höheren Drück betrieben als das jeweils desorbierende Bett

Nach der DE-OS 22 00 210 ist es bekannt, ein adsorbierendes Bett aus Kieselgel, ein Wärmespeichermaterial und ein adsorbierendes Bett aus Molekularsieb-Materia! in einem gemeinsamen Bettraum anzuordnen.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren nach dem

Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß es mit geringeren Energieverlusten in kompakter räumlicher Anordnung durchführbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben.

Dadurch, daß die drei Adsorptionsmittel in einem gemeinsamen Adsorptionsbett angeordnet werden, ergeben sich minimale Energieverluste und eine kompakte Anordnung. Im Gegensatz zu dem Verfahren nach dem Hauptpatent muß jedoch das erste Adsorptionsmittel des Bettes unter einem Druck gehalten werden, der 3,5 N/cm² bis 4,0 N/cm² größer ist als der des dritten Adsorptionsmittels des Betts, was jedoch bautechnisch keine Schwierigkeiten bereitet.
Eine entsprechend ausgebildete Vorrichtung ist in den Ansprüchen 7 und 8 angegeben.

Bevorzugt dient das Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxid aus einem feuchten Gas (erster Bestandteil Kohlendioxid, zweiter Bestandteil Wasser). Das feuchte Gas wird durch ein Adsorptionsbett geleitet, das in einem ersten Teil ein Adsorptionsmittel für Wasser enthält, das das Wasser aus dem Gas entfernt, in einem zweiten Teil ein Adsorptionsmittel für Kohlendioxid enthält, das das Kohlendioxid aus dem Gas entfernt, und in einem dritten Teil ein mit Wasser gesättigtes Wasser-Adsorptionsmittel enthält, das in das Gas wieder Wasser einführt. Eine derartige Gasreinigung ist insbesondere bei der atmosphärenkontrollierten Lagerung von Früchten, beispielsweise Äpfeln oder Birnen, erforderlich. Hierbei wird Kohlendioxid aus gasdichten, gekühlten Lagerräumen entfernt, um die Lagerzeit beträchtlich verlängern zu können. Die Entfernungn von Kohlendioxid aus Gasen, vor allem aus geschlossenen Atmosphären und insbesondere aus Obstlagern mit kontrollierter Atmosphäre, ist ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung.

Als Adsorptionsmittel für Wasser kann Kiesclgcl, ein 3A-Molekularsieb-Material, aktiviertes Aluminium oder ein anderes entfeuchtetes Material verwendet werden. Als Adsorptionsmittel für Kohlendioxid kann ein 5A-, 10A- oder 13X-Molekularsieb-Material, Aktivkohle, Adsorptionskohle oder ein anderes Kohlendioxid adsorbierendes Adsorptionsmittel verwendet werden. Auch eine Mischung aus adsorbierenden Materialien

kann verwendet werden. Vorzugsweise enthalten der erste und der dritte Teil des Adsorptionsbettes das gleiche Adsorptionsmaterial für passer, wobei sich.das Adsorptionsmittel im ersten Teil im Zustand des Adsorbierens befindet, während das Adsorptionsmittel im dritten Teil gerade desorbiert

Vorzugsweise stammt das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelte Gas aus einer geschlossenen Atmosphäre, beispielsweise einer geschlossenen Luftatmosphäre. In diesem Fall wird das Gas aus der geschlossenen Atmosphäre mit Hilfe eines Kompressors o. dgl. entnommen, sodann zur Entfernung von Kohlendioxid durch das gemeinsame Adsorptionsbett geleitet und schließlich in die geschlossene Atmosphäre zurückgeführt.

Falls erwünscht, kann das Verfahren kontinuierlich durchgeführt werden. Hierzu ist es erforderlich, ein zweites Adsorptionsbett hinzuzunehmen, das jeweils dann mit dem Gas in Kontakt gebracht wild, wenn das erste Adsorptionsbett verbraucht ist Das erste Adsorptionsbett kann dann regeneriert werden, um wieder einsatzbereit zu sein, wenn das zweite Adsorptionsbett verbraucht ist. Stammt das zu behandelnde Gas aus einer geschlossenen Atmosphäre, so wird das verbrauchte Adsorptionsbett mit Außenluft regeneriert.

Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung wird das bei Verwendung vieler Adsorptionsmittel sich ergebende Problem überwunden, daß vorzugsweise Wasserdampf adsorbiert wird. Darüberhinaus verringert das erfindungsgernäße Verfahren nicht die Feuchtigkeit des Gases, wenn das Gas bei Fepchtigkeitswerten- unterhalb der vorherrschenden Atmosphärenfeuchtigfceit behandelt wird. Dieser letzte Faktor ist besonders wichtig bei der Lagerung von Äpfeln, da jede Verringerung der Luftfeuchtigkeit im Apfel-Lager zu einer Austrocknung der Äpfel führen würde; dadurch würde das Gewicht der Äpfel geringer und ihre Schale schrumpfen und ein unansehnliches Aussehen annehmen.

Die Erfindung sei nun anhand zweier spezieller Ausführungsbeispiele eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Beide Ausführungsbeispiele befassen sich mit der Entfernung von Kohlendioxid aus der abgeschlossenen Atmosphäre eines Apfel-Lagers, In der Zeichnung sind einander entsprechende Teile in den F i g. 1 a, 1 b einerseits und in den F i g. 2,3,4,5 andererseitsmitgleichen Bezugszeichen versehen. Eszeigen:

Fig. 1a und Ib Flußdiagramme eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens und ^;

F i g. 2,3,4 und 5 Flußdiagramme eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Im ersten Ausführungsbeispiel (F i g. 1 a) wird Luft aus einem Apfel-Lager 1 mit einem Kompressor 2 auf etwa 7 N/cm² verdichtet und durch ein integriertes Adsorptionsbett 3 geführt. Der Luftstrom durchsetzt zunächst einen mit Kieselgel versehenen ersten Teil 4 des Adsorptionsbettes 3, dieser Teil entfernt das Wasser aus dem Luftstrom. Dann wird der Luftstrom durch einen mit einem Molekularsieb versehenen zweiten Teil 5 des Adsorptionsbettes geleitet, in diesem Teil wird das Kohlendioxid des trockenen Luftstroms entfernt. Schließlich wird der Luftstrom über einen wiederum mit Kieselgel versehenen dritten Teil 6 des Adsorptionsbettes geführt und desorbiert in diesem Teil Wasser. Hiernach wird der Luftstrom wieder zum Lager 1 zurückgeleitet. Zur gleichen Zeit, in der das integrierte Adsprptionsbett 3 Kohlendioxid aus der aus dem Apfel-Lager kommenden Luft adsorbiert, wird ein zweites integriertes Adsorptionsbett 3' einer Regeneration unterzogen. Hierbei wird Luft aus der Atmosphäre außerhalb des Apfel-Lagers durch eine Leitung 7 zu einem Kompressor 2' geführt und dann zum integrierten Bett 3' geleitet In diesem Bett durchsetzt die Luft zunächst den ersten, mit Kieselgel versehenen Teil 6' des Bettes, so daß aus dem Luftstrom Wasser entfernt wird. Die Luft strömt dann durch den zweiten, das Molekularsieb enthaltenden Teil 5' des Bettes, in welchem Kohlendioxid in den Luftstrom desorbiert wird, Schließlich passiert der Luftstrom den Kieselgel enthaltenden Teil 4' des Bettes, der Wasser desorbiert.

Hiernach wird die Luft durch eine zweite Leitung 8 in die Atmosphäre entlassen. Der zur Aufrechterhaltung des Prozeßgleichgewichtes erforderliche Druckunterschied wird dadurch hergestellt daß in jedem integrierten Bett eine die Strömung hemmende Druckplatte 8 bzw. 9' angeordnet ist.

F i g. 1 b zeigt das Verfahren in einem Moment, in dem die Betriebsweise der beiden Betten 3 und 3' vertauscht ist In diesem Falle arbeitet also das Bett 3' als das adsorbierende einteilige Bett, das Kohlendioxid aus dem aus dem Lager 1 kommenden Luftstrom entfernt, während das Bett 3 regeneriert wird, und zwar dadurch, daß es von Luft aus der Atmosphäre außerhalb des Lagers durchsetzt wird.

Die F i g. 2 bis 5 sind Flußdiagramme eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Entfernung von Kohlendioxid aus der abgeschlossenen Atmosphäre eines Apfel-Lagers, sie veranschaulichen schematisch die Anordnung und die Ventilfolge zur Adsorption, Desorption und zum Umschalten einer speziellen Anlage.

Die in den F i g. 2 bis 5 dargestellte Anlage enthält ein integriertes Adsorptionsbett 12 mit einem Kieselgel-Teil 13, einem Molekularsieb-Teil 14 und einem Kieselgel-Teil 15. Eine Druckplatte 16 ist hinter dem Moiekularsieb-Teil 14 des Bettes und vor dem Kieselgel-Teil 15 des Bettes angeordnet, sie sorgt dafür, daß der stromaufwärts gelegene Kieselgel-Teil unter einem ungefähr 3,5 N/cm² höheren Druck als der stromabwärts gelegene Kieselgel-Teil des Bettes gehalten werden kann. Diese Druckdifferenz liefert die für die geeigneten Adsorptions- und Desorptionsprozesse erforderliche Antriebskraft.

F i g. 2 illustriert schematisch die Anlage, die Kohlendioxid aus der geschlossenen Atmosphäre eines Apfel-Lagers 10 adsorbiert. Die Luft des Apfel-Lagers 10 wird mit einem Kompressor 11 entnommen, über das integrierte Adsorptionsbett 12 geführt und dann wieder in das Apfel-Lager 10 zurückgeleitet. Das feuchte, mit Kohlendioxid angereicherte Gas aus der geschlossenen Atmosphäre kommt zunächst mit dem Kieselgel-Teil 13 des Bettes in Kontakt. Dabei wird Wasser adsorbiert und trockenes Gas gebildet. Das trockene Gas gelangt dann durch den Molekularsieb-Teil 14 des Bettes, in dem Kohlendioxid adsorbiert wird. Nach Entzug des Kohlendioxids durchsetzt das trockene Gas die Druckplatte 16 und gelangt in den Teil 15 des Bettes, der gesättigtes Kieselgel enthält. Das Kieselgel gibt Wasser ab und erzeugt feuchtes Gas. Dieses Gas, nunmehr frei von Kohlendioxid, gelangt dann zurück zum Apfel-Lager ιυ.

Wenn das Adsorptionsbett 13 seine Adsorptionskapazität erreicht hat, schaltet die Anlage, wie schematisch in F i g. 3 dargestellt, um von der Adsorption zur Regeneration.

Während dieses Umschaltens befindet sich die Anlage während einer sehr kurzen Zeit in einem Übergangszustand, damit das im integrierten Adsorptionsbett 12 noch enthaltene Gasvolumen durch die frische Luft, die durch eine Leitung 17 in die Anlage einströmt, in das Apfel-Lager 10 gespült werden kann. Sobald das im Adsorptionsbett befindliche Gas ausgespült ist, schaltet die Anlage auf vollständige Regeneration, wie schematisch in F i g. 4 illustriert.

Während dieser Regeneration tritt frische Luft über die Leitung 17 in die Anlage und wird mittels des Kompressors 11 durch das integrierte Adsorptionsbett 12 geleitet, und zwar in einer Richtung, die zu der Gasstromrichtung während der Adsorption entgegengesetzt ist, und gelangt schließlich durch eine Leitung 18 zurück in die Außenatmosphäre.

Während die feuchte Luft das einteilige Adsorptionsbett 12 durchsetzt, wird der Wasserbestandteil der Luft durch den Kieselgel 15 des Bettes adsorbiert, der zuvor dazu diente, das Gas aus dem Apfel-Lager mit Feuchtigkeit zu versehen. Die trockene Luft gelangt dann durch die Druckplatte 16 in den Molekularsieb-Teil 14 des Bettes und desorbiert dort Kohlendioxid aus dem Molekularsieb-Material. Danach passiert die trockene Luft den Kieselge!-Teil 13 des Bettes, der zuvor zur Trocknung des aus der geschlossenen Atmosphäre kommenden Gases diente. Der Teil 13 des Bettes desorbiert Wasser, so daß eine mit Kohlendioxid angereicherte feuchte Luft entsteht, die dann durch die Leitung 18 nach draußen gedrückt wird.

Nachdem das Bett vollständig regeneriert ist, geht die Anlage wiederum für kurze Zeit in einen Übergangszustand über, damit das noch im integrierten Adsorptionsbett 12 enthaltene Frischluftvolumen durch das vom Apfel-Lager 10 kommende Gas über die Leitung 18 nach draußen gespült werden kann; dieser Zustand ist schematisch in F i g. 5 dargestellt. Sobald die Luft im einteiligen Adsorptionsbett 12 ausgespült ist, beginnt der Adsorptionsabschnitt des nächsten Zyklus.

Der Übergangszustand während des Umschaltens von Adsorption auf Desorption verhindert, daß Gas aus dem Apfel-Lager nach draußen entweicht, während der zweite Übergangszustand während des Umschaltens von Desorption auf Adsorption dafür sorgt, daß keine Luft von draußen in das Apfel-Lager überführt wird.

Die Erfindung sei nun an zwei konkreten, die Erfindung in keiner Weise beschränkenden Beispielen illustriert.

B e i s ρ i e I 2

Die folgenden Ergebnisse sind für die Senkung der Kohlendioxidkonzentration von Luft der Atmosphäre gewonnen worden; dabei kam eine modifizierte Anlage des geschilderten Typs zur Anwendung.

Lagertemperatur
CCVGehalt des Lagers
Feuchtigkeit des Lagers

Flußrate der Anlage
Druckplatte
Adsorptionsdruck
Desorptionsdruck
hhO-entfernende Betten
COs-entfernendes Bett

Zyklusdauer

Reinigungszeit

Rate der CO2-Entfernung

Temperatur der Einlaßluft CO2-Gehalt des Lagers
Feuchtigkeit der Einlaßluft

Flußrate der Anlage
Druckplatte
Adsorptionsdruck
Desorptionsdruck
H₂ö-entfernende Betten
CO₂-entfernendes Bett

Zyklusdauer

Reinigungsdauer

Rate der COvEntfernung

18°C

1,2%

67% relative

Feuchtigkeit

450 l/min

18 16 mm-Löcher

5,75 N/cm²

2,1 N/cm²

2 χ 7 kg Kieselgei

7 kg eines

5A-Molekularsiebs

10 min

11 see. 6,4 kg/Tag

25

30

Beispiel 1

Eine Anlage befand sich in einem Apfel-Lager mit 30 t Äpfeln, hauptsächlich von der Sorte Cox Orange Pippin. Die folgenden Resultate wurden erzielt:

50

3,4-3,7°C

0,95-1,15%

ungefähr 90%

relative Feuchtigkeit

16 100 l/h

12 16 mm-Löcher

5,7 N/cm²

1.7 N/cm²

2 χ 7 kg Kieselgel
7 kg eines

5A-Molekularsiebs 10 min
6 sea

3.8 kg/Tag

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Entfernen eines ersten Bestandteils aus einem aus mindestens drei Bestandteilen zusammengesetzten Gas, wobei

(6, 6'; 15) des Adsorptionsbettes (3, 3'; 12) eine Druckplatte (9,9'; 16) vorgesehen ist