DE2516223A1 - Verfahren und vorrichtung zum regenerieren von adsorbern - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum regenerieren von adsorbern

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Description

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
;h 796/Ή 803) H 75/21
De/Vo
9.4.1975
Verfahren und Vorrichtung zum Regenerieren von
Ads orbern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regenerieren periodisch umschaltbarer Adsorber
durch Erwärmen und Kühlen mit einem Regenerlergas.
Es ist bekannt, zum Zwecke des Regenerieren einem
Adsorber zuerst erwärmtes und anschließend kühles Regeneriergaa während bestimmter Zeiträume zuzuführen. Bei in der Technik bevorzugten Anlagen ist der Zeitraum der Erwärmung des Adsorbers, die dem Kühlen des Adsorbers vorangeht, häufig wesentlich kürzer als der Zeitraum des nachfolgenden Kühlens. Deshalb muß das Regeneriergas während des Erwärmens des Adsorbers jeweils während eines kurzen Zeitraumes aufgeheizt werden. Dazu benutzt man einen
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Erhitzer mit einem sehr hohen elektrischen oder kalorischen Anschlußwert, um die notwendige Energie innerhalb des kurzen Zeitraumes zur Verfügung stellen zu können. Da der elektrische oder kalorische Anschlußwert einer Anlage eine Maßzahl für die Energie ist, die ein Energielieferant ständig bereitstellen muß, bestimmt dieser neben der tatsächlich verbrauchten Energie wesentlich die Energiekosten, das heißt ein hoher elektrischer oder kalorischer Anschlußwert verursacht hohe Energiekosten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Energiekosten einsparende Methode zum Regenerieren periodisch umschaltbarer Adsorber zu finden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß während des Erwärmens des Adsorbers das Regeneriergas vor Eintritt in den Adsorber nacheinander über einen Wärmespeicher und einen Erhitzer geführt wird und daß mindestens während eines Teils des Zeitraumes während des Kühlens des Adsorbers ein Teilstrom des Regeneriergases vom Hauptstrom des Regeneriergases abgezweigt und nacheinander über einen Erhitzer und einen Wärmespeicher geführt wird.
Dem Wärmespeicher wird somit die während eines vorangegangenen Zeitraumes zugeführte Wärme entzogen» Der Erhitzer braucht deshalb nur einen wesentlich niedrigeren elektrischen oder kalorischen Anschlußwert zu besitzen, da das Regeneriergas beim Durchströmen des Wärmespeichers bereits wesentlich angewärmt
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LINüE AKTIENGESELLSCHAFT
3 -*
wird. Die gesamte aufzuwendende Energie bleibt zwar gleich, der elektrische oder kalorische Anschlußwert dieses Anlagenteiles wird jedoch erfindungsgemäß erheblich reduziert.
Für eine vereinfachte RohrIeitungsführung und Ventilsteuerung erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Teilstrom des Regeneriergases vom Hauptstrom des Regeneriergases vor dessen Eintritt in den Adsorber abgezweigt wird.
An Energie kann zusätzlich gespart werden, wenn der Teilstrom des Regeneriergases vom Hauptstrom des Regeneriergases nach dessen Austritt aus dem Adsorber abgezweigt wird. Die Energieersparnis resultiert daraus, daß das Regeneriergas des Teilstromes einen Teil der dem Adsorber zugeführten Wärme beinhaltet.
Bei zwei parallel geschalteten Adsorbern ergeben sich für den Wärmespeicher und den Erhitzer besonders günstige Betriebsdaten dadurch, daß der Zeitraum während dem der Adsorber gekühlt wird, mit dem Zeitraum während dem der V/arme speicher aufgeheizt wird, übereinstimmt. Das über Wärmespeicher und Erhitzer bzw. umgekehrt geführte Regeneriergas kann dann kontinuierlich dem Wärmespeicher Wärme entziehen bzw. Wärme zuführen.
Eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich, wenn der Erhitzer und der Wärmespeicher gemeinsam in einem Behälter angeordnet 3ind. Damit reduziert sich der Bauaufwand für Wärmespeicher und Erhitzer wesentlich. Weiterhin entfallen die bei getrennter Aufstellung notwendigen Verbindungsleitungen, Abstützungen und Gestelle.
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Um den Wärmeverlust möglichst gering zu halten und die Wirkung der durch den Erhitzer erzielbaren Nacherhitzung des Regeneriergases während des Erwärmens des Adsorbers zu steigern, erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Erhitzer in einem Wärme isolierten Rohr angeordnet ist, das von der Speichermasse des Wärmespeichers konzentrisch umgeben ist.
Die Führung der Strömungsquerschnitte innerhalb des Behälters gestaltet sich dann besonders einfach, wenn die Strömungsquerschnitte des Wärmespeichers und des Erhitzers hintereinander geschaltet sind und die Strömung des Regeneriergases im Wärmespeicher und die Strömung des Regeneriergases im Erhitzer einander entgegengesetzt gerichtet sind.
Die nachfolgenden Zeichnungen zeigen jeweils schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei parallel geschalteten Adsorbern, wobei einer der Adsorber erwärmt wird,
Figur 2 eine schematLsche Darstellung des gleichen erfindungsgemäßen Verfahrens mit zi-jei parallel geschalteten Adsorbern, wobei einer der Adsorber gekühlt wird,
Figur 3 eine schematische Darstellung eines anderen erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei parallel geschalteten Adsorbern, wobei, einer der Adsorber erwärmt wird,
B Π q ft /4 /, / Π A 7 1
LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
Figur 4 eine schematische Darstellung des in Figur 3 gezeigten erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei parallel geschalteten Adsorbern, wobei einer der Adsorber gelcühlt wird und
Figur 5 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Behälter in dem ein Erhitzer und ein Wärmespeicher angeordnet sind.
Figur 1 zeigt eine sinnbildliche Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei parallel geschalteten Adsorbern 1 und 2, wobei der Adsorber 1 durch das Regeneriergas erwärmt wird. Das Regeneriergas strömt dabei über die Leitungen 5» 4 und 5 durch den Wärmespeicher 6 und nimmt die darin gespeicherte Wärme auf. Im Erhitzer 7 wird das Regeneriergas nacherhitzt und gelangt von dort über Leitung 5 und 8 in den Adsorber 1 und durchströmt diesen. Der Weg des Regeneriergases ist durch die dick gezeichneten Leitungen und Pfeile verdeutlicht. Gleichzeitig gelangt das zu reinigende Gas über Leitung 9 in den Adsorber 2 und verläßt diesen über Leitung 10 entsprechend den dünn eingezeichneten Pfeilen. Ventileinrichtungen 11 bis 20 regeln die Strömung von Regeneriergas und des zu reinigenden Gases.
Figur 2 zeigt eine sinnbildliche Darstellung des gleichen erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei parallel geschalteten Adsorbern 1 und 2, wobei der Adsorber 1 durch den
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Hauptstrom des Regeneriergases gekühlt wird. Duron geeignetes . Schalten der Ventileinrichtungen 11 bis 20 wird dabei vom Hauptstrom des Regeneriergases vor dessen Eintritt in den Adsorber 1 von der Leitung 8 durch Leitung 5 ein Teilstrom des Regeneriergases abgezweigt und nacheinander Über den Erhitzer 7 und den Wärmespeicher 6 geführt. Leitung 4 ist abgesperrt. Die im Erhitzer 7 dem Teilstrorn des Regeneriergas zugeführte Wärme, gibt dieser größtenteils im Wärmespeicher 6 wieder ab. Der Teilstrom des Regeneriergases ist dabei in der Regel wesentlich geringer als der Hauptstrom des Regeneriergases, beispielsweise nur ein Drittel des Hauptstromss oder weniger.
Der Weg äes Regeneriergases während des Kühlens des Adaorfoers Ist dureh diok gezeichnete Leitungen und Pfeile verdeutlicht.
Figur 3 zeigt eine sinnbildliche Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei parallel geschalteten Adsorbern 21 und 22, wobei der Adsorber 21 durch das Regeneriergas erwärmt wird. Das Regeneriergas strömt dabei über ύίβ Leitungen 23, 24 und 25 durch den Warmespeicher 26 und nimmt die darin gespeicherte Wärme auf. Im Erhitzer 27 wird das Regeneriergas nacherhitzt und gelangt von dort über Leitungen 25 und 2β in üen Adsorber 21 und durchströmt diesen. Durch Leitungen 42, 43 wird das Regenerier gas. wieder abgeleitet. Der Weg des Regeneriergases ist durch die diolc gezeißhneten Leitungen und Pfeile verdeutlicht. Während der Adsorber 21 regeneriert
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wird, gelangt das zu reinigende Gas über Leitung 27 in den Adsorber 22 und verläßt diesen über Leitung 28, entsprechend den dünn gezeichneten Pfeilen. Ventileinrichtungen 29 bis 41 regeln die Strömung von Regenerlergas und des zu reinigenden Gases.
Figur 4 zeigt eine sinnbildliche Darstellung des gleichen wie in Figur 3 gezeigten erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei parallel geschalteten Adsorbern 21 und 22, wobei der Adsorber 21 durch den Hauptstrom dee Regeneriergases gekühlt wird. Durch geeignetes Schalten der Ventileinrichtungen 29 bis 41 wird dabei vom Hauptstrom des Regeneriergases nach dessen Austritt aus dem Adsorber 21 durch Leitungen 42, 44 ein Teilstrom des Regeneriargases abgezweigt und nacheinander Über den Erhitzer 27> den Wärmespeicher 26 und Leitung 45 geführt. Während des KÜhlens des Adsorbers bleibt Leitung 24 geschlossen. Die im Erhitzer 27 dem Teilstrora des Regeneriergases zugeführte Wärme gibt dieser größtenteils im Wärmespeicher wieder ab. Der Weg des Regeneriergases ist ebenfalls durch dick gezeichnete Leitungen und Pfeile verdeutlicht.
Die gezeigten Verfahren eignen sich besonders zum Einsatz in Gaszerlegungs-, insbesondere in Luftzerlegungsanlagen. Bei bekannten Adsorbern für Luftzerlegungsanlagen wird beispielsweise die notwendige Regeneriergasmenge durch einen Erhitzer in einer dem Zyklus von Regenerieren und Adsorbieren
ρ η Q R /, α / Π U η
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entsprechenden kurzen Zeit erwärmt. Bei einem Zyklus von beispielsweise 90 Minuten entfallen auf die Heizzeit während der der Erhitzer betrieben wird ca. ein Viertel dieses Zeitraumes. Wird der Erhitzer jedoch erfindungsgemäß mit einem Wärmespeicher kombiniert und erfindungsgemäß kontinuierlich betrieben, d.h. sowohl während des Erwärmens als auch während dee Kühlens des Adsorbers, so braucht dieser Erhitzer nur mehr ein Viertel der bisherigen elektrischen oder kalorischen AnschlußIeIstung zu besitzen. Der Erhitzer kann mit elektrischer Energie, Gas, beispielsweise Erdgas, oder mit anderen Energieträgern beheizt werden. Dadurch, daß der Erhitzer erfindungsgemäß kontinuierlich betrieben werden kann, wird der Erhitzer nicht so stark belastet, da er beispielsweise wesentlich geringeren Temperatur-.Schwankungen unterworfen ist.
Figur 5 zeigt einen Schnitt duroh einen erfindungs« gemäßen Behälter 46 in dem ein Erhitzer 47, beispielsweise ein Elektroerhitzer, und ein Wärmespeicher 48, 49 und 50 angeordnet sind. Der Behälter weist im wesentlichen ein zylinderförmiges Mittelstück 48 und einen oberen 51 und einen unteren 52 Deckel auf und ist auf einem Gestell 53 abgestützt. Am unteren Deckel 52 sind Leitungen 54 für die Ausblasung vorgesehen. In Richtung der Behälterlängsachse ist ein wärmeisoliertes Rohr 50 angeordnet, das zugleich einen wesentlichen Teil des innerhalb des Behälters 46 verlaufenden Strömungsquerschnittes darstellt. Im
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oberen Bereich des Rohres 50 befindet sich der Erhitzer 47 der über einen Anschluß 55 an die Energieversorgung angeschlossen ist. Das zylinderförmige Mittelstück 48, das wärmeisolierte Rohr 50 sowie die zwischen diesen eingebrachte Speichermasse 49 bilden den Wärmespeicher. Die Speichermasse 49 stützt sich am Rost 56 ab und kann aus einer Schüttung von Quarzsteinen bestehen. Im oberen Deckel 51 münden ein Einfüllstutzen 57* während ein Mannloch 58 im unteren Bereich des zylinderförmigen Mittelstückes 48 angeordnet ist.
Während des Kühlens des Adsorbers strömt nur ein Teilstrom des Regeneriergases gemäß der Richtung des gestrichelt gezeichneten Pfeiles durch den wärmeisolierten Stutzen 59 in den Behälter 46. Vom wärmeisolierten Stutzen 59 gelangt der Teilstrom des Regeneriergases in das wärmeisolierte Rohr 50. Im wärmeisolierten Rohr 50 wird das Regeneriergas durch den Erhitzer 47 erwärmt. Am unteren Deckel 52 wird das Regeneriergas umgelenkt und durch die Speichermasse 49, wo es die aufgenommene Wärme größtenteils wieder abgibt, geführt und durch Stutzen 60 wieder aus dem Behälter geleitet.
Während des Erwärmens des Adsorbers nimmt das Regeneriergas den umgekehrten Weg durch den Behälter 46 wie beim Kühlen des Adsorbers. Die Strömungsrichtung ist durch die ausgezogen gezeichneten Pfeile wiedergegeben. Dabei strömt jedoch das gesamte Regeneriergas durch den Behälter, weshalb die Strömungsquerschnitte nach dem Hauptstrom des Regeneriergases bemessen sein müssen.
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Claims (7)

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT (H 796/te 805) -10- H 75/21 De/Vo 9-4.1975 Patentansprüche
1. Verfahren zum Regenerieren periodisch umschaltbarer Adsorber durch Erwärmen und Kühlen mit einem Regeneriergas, dadurch gekennzeichnet, daß während des Erwärmens des Adsorbers (I, 21) das Regeneriergas vor Eintritt in den Adsorber (I, 21) nacheinander über einen Wärmespeicher (6, 2β) und einen Erhitzer (7, 27) geführt wird und daß mindestens während eines Teils des Zeitraumes während des Kühlens des Adsorbers (I, 21) ein Teilstrom des Regeneriergases vom Hauptstrom des Regeneriergases abgezweigt und nacheinander über den Erhitzer (7, 27) und den Wärmespeicher (6, 26) geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom des Regeneriergases vom Hauptstrom des Regeneriergases vor dessen Eintritt in den Adsorber (lt 21) abgezweigt wird.
J>. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom de
3 Regeneriergases vom Hauptstrom des Regeneriergases nach dessen Austritt aus dem Adsorber (1, 21) abgezweigt wird.
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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis J> mit zwei parallel geschalteten Adsorbern, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitraum während dem ein Adsorber gekühlt wird mit dem Zeitraum während dem der Wärmespeicher aufgeheizt wird, übereinstimmt·
5· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Erhitzer (47) und der Wärmespeicher (48, 49, 50) gemeinsam in einem Behälter (46) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Erhitzer (47) in einem wärmeisolierten Rohr (50) angeordnet ist, das von der Speichermasse (49) des Wärmespeichers (48, 49, 50) konzentrisch umgeben ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsquerschnitte des Wärmespeichers (48, 49, 50) und des Erhitzers (47) hintereinander geschaltet und die Strömung des Regeneriergases im Wärmespeicher (48, 49, 50) und die Strömung des Regeneriergases im Erhitzer einander entgegengesetzt gerichtet sind.
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