DE2516223B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Regenerieren von Adsorbent - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Regenerieren von Adsorbent

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regenerieren periodisch umschallbarer Adsorber gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Es ist bekannt, zum Zwecke des Regenerierens einem Adsorber zuerst erwärmtes und anschließend kühles Regeneriergas 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 Zeitraums aufgeheizt werden. Dazu benützt man einen 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 mindestens während eines Teils des Zeitraumes während des Kühlens des Adsorbers durch das
ίο Regeneriergas ein Teilstrom des Regeneriergases vom Hauptstrom des Regeneriergases abzweigt und nacheinander über den Erhitzer und den Wärmespeicher geführt wird.
Dem Wärmespeicher wird somit die während eines vorangegangenen Zeitraumes zugeführte Wärme entzogen. Der Erhitzer braucht deshalb nur einen wesentlich niedrigen elektrischen oder kalorischen Anschlußwert zu besitzen, da das Regeneriergas beim Durchströmen des Wärmespeichers bereits wesentlich angewärmt wird. Die gesamte aufzuwendende Energie bleibt zwar gleich, der elektrische oder kalorische Anschlußwert dieses Anlagenteiles wird jedoch erfindungsgemäß erheblich reduziert.
Zwar ist aus der DE-PS 9 75 393 ein Verfahren zur Reinigung von Gasgemischen mit adsorbierbaren Bestandteilen bekannt, bei dem das zum Regenerieren verwendete Spülgas vor Eintritt in den Adsorber ebenfalls m>t Hilfe eines Wärmespeichers und einer Heizung erwärmt wird, und bei dem die Heizung ebenfalls im Dauerbetrieb arbeitet. Das bekannte Verfahren weist jedoch gewisse Besonderheiten auf, durch die es sich vom Verfahren der Erfindung in ungünstiger Weise unterscheidet. So benötigt es für jeden der beiden umschaltbaren Adsorber einen
J5 eigenen Wärmespeicher und eine eigene Heizung sowie außerdem noch zusätzlich je eine Kühlvorrichtung und einen Kältespeicher. Die Kühlung des zu beladenden Adsorbers erfolgt erst während der Adsorptionsphase, wobei zunäcnst Kälte von der Kühlvorrichtung auf das
■Ό vom Adsorber kommende Spülgas, von diesem auf den Kältespeicher und erst während der anschließenden Adsorptionsphase vom Kältespeicher auf das zu zerlegende Frischgas übertragen wird. Dies schließt allein am Kältespeicher zwei Wärmeaustauschprozesse ein, die jeweils mit Verlusten behaftet iind. Außerdem bleibt beim bekannten Verfahren die Beladungskapazität der Adsorberschichten zu einem beträchtlichen Teil ungenutzt.
Für eine vereinfachte Rohrleitungsführung und Ventilsteuerung erweist es sich gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung 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
bl) Teil der dem Adsorber zugeführten Wärme beinhaltet.
Bei zwei parallelgeschalteten 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 Wärmespeicher aulgeheizt wird, übereinstimme 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 sind und der Erhitzer innerhalb des Behälters in einem wärmeisolierten Rohr angeordnet ist, das von der Speichermasse des Wärmespeichers konzentrisch umgeben ist. Damit reduziert sich der Bauaufwand für Wärmespeicher und Erhitzer wesentlich. Weiterhin entfallen die bei getrennter Aufstellung notwendiger. Verbindungsleitungen, Abstützungen und Gestelle. Außerdem kann so der Wärmeverlust möglichst gering gehalten und die Wirkung der durch den Erhitzer erzielbaren Nacherhitzung des Regeneriergases während des Erwärmens des Adsorbers gesteigert werden.
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 Wärmespeicher und die Strömung des Regeneriergases im Erhitzer einander entgegengesetzt gerichtet sind.
Die Zeichnungen zeigen jeweils schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es zeigt
Fig. 1 und 3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei parallel geschalteten Adsorbern, wobei einer der Adsorber erwärmt wird,
Fig. 2 und 4 eine schematische Darstellung des erfingungsgemäßen Verfahrens mit zwei parallel geschalteten Adsorbern, wobei einer der Adsorber gekühlt wird,
Fig. 5 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Behälter, in dem ein Erhitzer und ein Wärmespeicher angeordnet sind.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei parallel geschalteten Adsorbern I und 2, wobei der Adsorber 1 durch das Regeneriergas erwärmt wird. Das Regeneriergas strömt dabei über die Leitungen 3,4 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.
Fig.2 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei parallel geschalteten Adsorbern I und 2, wobei der Adsorber 1 durch den Hauptstrom des Regeneriergases gekühlt wird. Durch geeignetes Schalten der Ventileinrichtungen U 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 Teilstrom 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 Hauptstromes oder weniger.
Der Weg des Regeneriergases während des Kühlens des Adsorbers ist durch dick gezeichnete Leitungen und Pfeile verdeutlicht.
Fig.3 zeigt eine weitere schematische Darstellung
ίο des erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei parallel geschalteten Adsorbern 21 und 22, wobei der Adsorber 21 durch das Regeneriergas erwärmt wird. Das Regeneriergas strömt dabei über die Leitungen 23, 24 und 25 durch den Wärmespeicher 26 und nimmt die darin gespeicherte Wärme auf. Im Erhitzer 27 wird das Regeneriergas nacherhitzt und gelangt von dort über Leitungen 25 und 26 in den Adsorber 21 und durchströmt diesen. Durch Leitungen 42, 43 wird das Regeneriergas wieder abgeleitet. Der Weg des Regeneriergases ist durch die dick gezeichneten Leitungen und Pfeile verdeutlicht. Während der Adsorber 21 regeneriert wird, gelangt das zu reinigende Gas über Leitung 27 in den Adsorber 22 und verläßt diesen über Leitung 28, entsprechend den dünn gezeichneten Pfeilen.
Veritileinrichtungen 29 bis 41 regeln die Strömung von Regeneriergas und des zu reinigenden Gases.
Fig.4 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Fig.3 mit zwei parallel geschalteten Adsorbern 21 und 22, wobei der
3d Adsorber 21 durch den Hauptstrom des Regeneriergases gekühlt wird. Durch geeignetes Schalten der Venlileinrichtungen 29 bis 41 wird dabei vom Hauptstrom des Regeneriergases nach dessen Austritt aus dem Adsorber 21 durch Leitungen 42, 44 ein Teilstrom des Regeneriergases 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 Teilstrom des Regeneriergases 7:ugeführte Wärme gibt dieser größtenteils im Wärmespeicher wieder ab. Der Weg des Regeneriergases ist ebenfalls durch dick gezeichnete Leitungen und Pfeile verdeutlicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zum Einsatz in Gaszerlegungs-, insbesondere in Luftzerlegungsanlagen. Bei bekannten Adsorbern für Luftzerlegungsanlagen wird beispielsweise die notwendigen Regeneriergasmenge durch einen Erhitzer in einer dem Zyklus von Regenerieren und Adsorbieren 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 mit einem Wärmespeicher kombiniert und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kontinuierlich betrieben, d. h.
sowohl während des Erwärmens als auch während des Kühlens des Adsorbers, so braucht dieser Erhitzer nur mehr ein Viertel der bisherigen elektrischen oder kalorischen Anschlußleitung zu besitzen. Der Erhitzer kann mit elektrischer Energie, Gas, beispielsweise
«ι Erdgas, oder mit anderen Energieträgern beheizt werden. Dadurch, daß der Erhitzer kontinuierlich betrieben werden kann, wird der Erhitzer nicht so stark beUitet, da er beispielsweise wesentlich geringeren Temperaturschwankungen unterworfen ist.
<■>'< Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen 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 zyiinderförmiges 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 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 de> gestrichelt gezeichneten Pfeiles durch den wärmcisolierten Stutzen 59 in den Behälter 46. Vom wärmeisolierten Stutzen 59 gelangt der Teilstrom des Regenericrgases in das wärmeisolierte Rohr 50. Im wärmeisoüerten Rohi 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
ίο geführt und durch Stutzen 60 wieder aus dem Behälter geleitet.
Während des Erwärmers 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 Slrömungsquerschnittc nach dem Hauptstrom des Regenericrgases bemessen sein müssen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Regenerieren periodisch umschaltbarer Adsorber durch Erwärmen und Kühlen, wobei während des Erwärmens des Adsorbers das Regeneriergas vor Eintritt in den Adsorber nacheinander über einen Wärmespeicher und einen Erhitzer geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens während eines Teils des Zeitraumes während des Kühlens des Adsorbers (I, 21) durch das Regeneriergas 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 (1,21) abezweigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom des Regeneriergases vom Hauptstrom des Regeneriergases nach dessen Austritt aus dem Adsorber (1,21) abgezweigt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 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 und daß der Erhitzer (47) innerhalb des Behälters (46) in einem wärmeisolierten Rohr (50) angeordnet ist, das von der Speichermasse (49) des Wärmespeichers (48,49, 50) konzentrisch umgeben ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsquerschnitte des Wärmespeichers (48, 49, 50) und des Erhitzers (47) hintereinander geschaltet (48, 49, 50) und die Strömung des Regeneriergases im Erhitzer einander entgegengesetzt gerichtet sind.
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