DE2729558B2 - Adsorptions/Desorptionsverfahren zur Gewinnung von Wasserstoff - Google Patents
Adsorptions/Desorptionsverfahren zur Gewinnung von WasserstoffInfo
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Description
55
Die Erfindung betrifft ein Adsorptions/Desorptionsverfahren zur Gewinnung von Wasserstoff hoher
Reinheit aus einem wasserstoffhaltigen Rohgasgemisch, das neben Wasserstoff stark adsorbierbare Spurenverunreinigungen
in Konzentrationen unter 1 Vol.-% und schwach adsorbierbare Komponenten in Konzentrationen
über 1 Vol.-% enthält, mittels einer Vorreinigungsstufe (erste Adsorptionsstufe) zur Adsorption der stark
adsorbierbaren Spurenverunreinigungen und einer nachgeschalteten Hauptreinigungsstufe (zweite Adsorptionsstufe)
zur Adsorption der schwach adsorbierbaren Komponenten und Abströmung des Wasserstoffs
sowie Regeneration des Adsorptionsmittels der Vorreinigungsstufe durch Temperaturerhöhung und/oder
Heißdampfspülung und isotherme Desorption der in der Hauptreinigungsstufe adsorbierten Gase durch Druck-
und/oder PartiaJdruckerniedrigung.
Wasserstoffhaltige Rohgase, die bei technischen Prozessen wie der Kokserzeugung, der Kohlevergasung,
der Erdöldestillation u.a. anfallen, werden in zunehmendem Maße zur Wasserstoffgewinnung genutzt.
Hierzu setzt man bevorzugt Adsorpticnsmittel ein, die aus dem wasserstoffhaltigen Rohgas bis auf den
Wasserstoff alle anderen Gase adsorbieren, während der Wasserstoff selbst, der praktisch nicht adsorbiert
wird, den Adsorptionsmittelbehälter, kurz Adsorber genannt, mit relativ hoher Reinheit wieder verläßt. Die
in solchen Rohgasen enthaltenen stark adsorbierbaren Spurenverunreinigungen können z. B. höhere Kohlenwasserstoffe,
NOx, H2S, COS, Mercaptane, NH3,
Wasserdampf und andere, die weniger stark bzw. schwach adsorbierbaren Komponenten können Gase
wie N2, CO, CO2, CH4, C2H6 und andere sein.
Die Adsorptionskapazität eines jeden Adsorptionsmittels ist irgendwann einmal erschöpft, d. h, es ist
durch die adsorbierten Stoffe völlig kontaminiert Da ein Verwerfen des völlig kontaminierten Adsorptionsmittels jedoch meist zu kostspielig wäre, muß letzteres
von Zeit zu Zeit von den adsorbierten Stoffen befreit werden — dieser Vorgang wird als Desorption
bezeichnet —.
Die Desorption erfolgt am bequemsten durch
isotherme Druckerniedrigung, also Entspannen und/ oder Evakuieren bzw. durch Spülgasanwendung, d. h.
Partialdruckerniedrigung, die auch zusätzlich zur Druckerniedrigung angewendet werden kann. Mit
solchen Maßnahmen werden aber nur schwach adsorbierte Gase desorbiert Stark adsorbierte Gase,
hier — wegen ihrer relativ geringen Konzentrationen in den zur Rede stehenden Rohgasen — stark adsorbierbare
bzw. stark adsorbierte Spurenverunreinigungen genannt, können jedoch erst durch Temperaturerhöhung
und/oder Heißdampfspülung mehr oder weniger vollständig desorbiert werden, bzw. sie müssen, wenn sie
im Porensystem des Adsorptionsmittels aufgrund dessen katalytischer Wirkung zerfallen oder chemisch
reagieren (cracken, polymerisieren), durch chemische Reaktion mit einem oxidierenden Medium, z. B.
Wasserdampf oder CO2, bei Temperaturen von meist höher als 970 K vom Adsorptionsmittel entfernt
werden. — Im folgenden wird, wenn es sich um die Entfernung der genannten Spurenverunreinigungen
handelt, von der Regeneration des Adsorptionsmittels gesprochen werden, im Gegensatz zur reinen Desorption
durch Druck- und/oder Partialdruckerniedrigung.
In der Technik verwendet man zur Wasserstoffgewinnung
aus wasserstoffhaltigen Rohgasen häufig zweistufige Adsorptionsprozesse. Dabei werden in einer ersten
Adsorptionsstufe (Vorreinigungsstufe) die stark adsorbierbaren Gase und in einer zweiten Adsorptionsstufe
(Hauptreinigungsstufe) außer Wasserstoff alle übrigen — leicht adsorbierbaren — Gase adsorbiert, während
der Wasserstoff in mehr oder minder hoher Reinheit, meist besser als 99%, aus dem zweiten Adsorber
abströmt.
Die Vorreinigungsstufe wird im allgemeinen unter konstanter Betriebsbedingung ständig mit Rohgas
durchströmt und füllt sich dabei allmählich mit stark adsorbierten Gasen auf, d. h. das Adsorptionsmittel wird
allmählich kontaminiert. Nach einer gewissen Zeit, wenn das Adsorptionsmittel völlig kontaminiert ist, wird·
es, je nach Art der Ablagerungen an den Porenwänden,
erhitzt, mit Wasserdampf bei Temperaturen zwischen 370 K und 570 K gespült oder bei Temperaturen
oberhalb 970 K mit einem teilvergasenden Medium wie Wasserdampf oder CO2 reaktiviert. Für den letzteren
Prozeß wird das Adsorptionsmittel aus der Reinigungsstufe ausgeschleust Bisweilen verzichtet man, meist aus
Kostengründen, auch auf die Regeneration und ersetzt einfach das verbrauchte Adsorptionsmittel gegen neues
Material. to
Nach Verlassen der Vorreinigungsstufe tritt das Gasgemisch in eine zweite Adsorptionsstufe, in der der
Wasserstoff von den verbliebenen schwach adsorbierbaren Gasen abgetrennt wird. Das geschieht in der
Weise, daß das vorgereinigte Gasgemisch, meist unter erhöhtem Druck, durch das Adsorptionsmittel geleitet
wird, wobei alle Komponenten bis auf H2 adsorbiert werden ucd H2 in mehr oder minder reiner Form als
Produktgas abströmt. Die Desorption erfolgt im Wechsel mit der Adsorption durch Druck- bzw.
Partialdruckerniedrigung jeweils beim ersten Erreichen der Adsorptionskapazität des Adsorptionsmittel für
eine der abzutrennenden Gaskomponenten — man sagt, daß diese Gaskomponente »durchbricht« —.
Die Zykluszeiten von Adsorption und Regeneration betragen bei der Vorreinigungsstufe meist mehrere
Tage bis Wochen. Bei der Hauptreinigungsstufe liegen die Zykluszeiten von Adsorption und Desorption
dagegen im Bereich von wenigen Minuten bis höchstens
1 oder 1V2 Stunden. jo
Aufgrund der gegenüber der Hauptreinigungsstufe wesentlich aufwendigeren und daher teureren Art der
Regeneration in der Vorreinigungsstufe ist man bestrebt, die Gesamtadsorptionszeit dieser Reinigungsstufe
(Standzeit) möglichst lang zu halten. Eine schnelle Kontamination des Adsorptionsmittels in der Vorreinigungsstufe
kann die Wirtschaftlichkeit des gesamten Adsorptionsverfahrens in Frage stellen.
Die Standzeit wird im wesentlichen durch die Zusammensetzung des Rohgases, die Qualität des
Adsorptionsmittels und durch Druck und Temperatur des Gases beeinflußt. Doch selbst bei optimaler
Ausnutzung dieser Einflußgrößen ergeben sich bei den bisherigen Verfahrensweisen viel zu kurze Standzeiten.
Oder die Adsorber für die Vorreinigungsstufe müssen sehr groß gebaut werden, so daß dar ganze Adsorptions/Desorptionsverfahren
aus diesem Grunde unwirtschaftlich wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Wasserstoffgewinnungsanlage die Standzeit der Ad- y>
sorptionsmittel der Vorreinigungsstufe, in der stark adsorbierbare Spurenverunreinigungen adsorbiert werden,
auf einfache Weise gegenüber bisher bekannten Maßnahmen zu verlängern.
Diese Aufgabe wini erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorreinigungsstufe — bis zu ihrer völligen
Kontamination mit stark adsorbierbaren Spurenverunreinigungen — den gleichen Druckwechselzyklen wie
die Hauptreinigungsstufe unterzogen wird und hierzu die Vorreinigungsstufe und die dazugehörige Hauptreinigungsstufe während der Druckwechselzyklen in Reihe
geschaltet werden, und die Vorreinigungsstufe bei völliger Kontamination von der Hauptreinigungsstufe,
zwecks Regeneration durch an sich bekannte Maßnahmen, abgetrennt wird.
Durch diese Verfahr jnsweise werden der Vor- und
der Hauptreinigungsstufe die zu reinigenden Gasgemische unter annähernd gleichem Druck zugeführt, d. h.,
das aus der Vorreinigungsstufe abströmende Gasgemisch wird auf kürzestmöglichem Wege durch eine
Rohrleitung mit geöffnetem Ventil in die Hauptreinigungsstufe geleitet, an deren anderem Ende der
Wasserstoff mit einer Reinheit von in der Regel mehr als 99Vol.-%, meist sogar mehr als 99,9Vol.-%,
abströmt Die Druckerniedrigung erfolgt für beide Reinigungsstufen zusammen ebenfalls nur über einen
einzigen Gasaustritt, so daß keine aufwendigen Rohrleitungs- und Ventilsysteme notwendig sind.
Überraschenderweise wird so erreicht daß das Adsorptionsmittel
der Vorreinigungsstufe erheblich langsamer kontaminiert, als bei gebräuchlichen Verfahrensweisen,
die ja für diese Stufe keine Druckwechselzyklen vorsehen. — Man verfuhr bisher wohl deshalb so, weil
Druckerniedrigung allein bekanntlich zu keiner erheblichen Desorption stark adsorbierter Gase führt —.
Auch bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise ist die Regeneration des Adsorptionsmittels in der
Vorreinigungsstufe auf einfache Weise möglich, weil hierzu nur — bei abgestellter Rohg^zufuhr — das
Ventil in der Verbindungsleitung der beider. Reinigungsstufen geschlossen werden muß und sofort mittels an
sich bekannter Maßnahmen das Adsorptionsmittel im Adsorber, oder nach Ausschleusung außerhalb des
Adsorbers, regeneriert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden die bei der Druckerniedrigung abströmenden
Gase in der zur Adsorptionsrichtung entgegengesetzten Richtung geführt. Dadurch wird das Standzeitverhalten
der Vorreinigungsstufe noch weiter verbessert
Weiterhin hat sich gezeigt daß die Druckwechselzyklen zu einer besonders effektiven Ausnutzung der
Adsorptionsmittel der Vor- und Hauptreinigungsstufe führen, wenn die Adsorption bei Drucken größer oder
gleich 1 bar, vorzugsweise zwischen 5 und 70 bar, und die Desorption bei deutlich geringeren Drucken als bei
der Adsorption, vorzugsweise zwischen 1 und 0,01 bar, vorgenommen wird. Jedoch ist die bevorzugte oiere
Grenze des Gasdrucks bei der Adsorption von 70 bar im Sinne der Erfindung nicht von grundsätzlicher Natur,
sondern entspricht nur den derzeit höchsten Drucken, bei denen die hier zur Rede stehenden Rohgase anfallen.
Genauso wie die untere Grenze des Gasdruckes bei der Desorption von 0,01 bar im wesentlichen durch den
Stand der technischen Entwicklung großer Vakuumpumpen und Wirtschaftlichkeitsfragen bestimmt ist.
Darüber hinaus ist es zur besseren Bewältigung der unterschiedlichen Adsorptionsaufgaben in der Vorbzw.
Hauptreinigungsstufe besonders vorteilhaft, in der Vorreinigungsstufe εϊ·η weitporiges Adsorptionsmittel,
vorzugsweise mit mittleren Adsorptionsporendurchmessern von 0,5 bis 2,0 nm, und in der Hauptreinigungsstufr·
ei, 1 engporiges Adsorptionsmittel, vorzugsweise mit mittleren Adsorptionsporendurchmessern von weniger
als 0,6 nm, einzuhetzen.
Anstelle der Regeneration des völlig kontaminierten Adsorptionsmittel in der Vorreinigungsstufe ist es je
nach Art der Komamination von Vorteil, jenes gegen frisches Adsorptionsmittel auszutauschen.
Zur kontinuierlichen Wasserstoffgewinnung ist es weiterhin besonders vorteilhaft, mindestens zwei
Adsorptions/Desorptionseinheiten, bestehend aus je einer Vor- und einer Hauptreinigungsstufe, Verbindungsleitungen
und Ventilen, wechselweise auf Adsorption und Desorption zu schalten.
Schließlich hat sich gezeigt, daß bei Einsatz von noch nicht feingereinigtem Koksofengas als wasserstoffbad-
ges Rohgas eine besonders hohe Standzeitverlängerung des Adsorptionsmittels der Vorreinigungsstufe erzielt
wird.
In Fig. la) und Ib) sind zwei zweistufige Adsorptions/Desorptionseinheiten
einander gegenübergestellt. Dabei entspricht F i g. la) einer erfindungsgemäßen und
Fig. Ib) einer herkömmlichen Verfahrensweise. In beiden Figuren wurden die gleichen Bezeichnungen für
die Details gewählt.
Das Rohgas wird über Leitung 1 der mit Adsorptionsmittel gefüllten Vorreinigungsstufe (Adsorber VR)
zugeführt. Über das geöffnete Ventil Vgelangt das von den stark adsorbierbaren Spurenverunreinigungen
befreite Gasgemisch in die ebenfalls mit Adsorptionsmittel gefüllte Hauptreinigungsstufe (Adsorber HR). An
dem den Gaseintrittsstutzen des Adsorbers HR gegenüberliegenden Ende verläßt der Wasserstoff
diesen über Leitung 2. Die Druckerniedrigung durch tntspannen erfolgt über Leitung 3, durch evakuieren
über Leitung 4. Das aus den beiden zuletzt genannten Leitungen austretende Gasgemisch wird als Armgas
bezeichnet. Zusätzlich zu den Maßnahmen des Entspannens und/oder Evakuierens kann eine Spülung mit
einem reinen Gas oder einem Gasgemisch vorgenommen werden. Schließlich kann zur Regeneration des
Adsorbers VR das Ventil Kgeschlossen werden und ggf. durch die gestrichelten Leitungen ein Regenerationsmedium
in den Adsorber VR eingespeist bzw. aus ihn wieder ausgetragen werden.
F i g. 2 zeigt eine dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechende Wasserstoffgewinnungsanlage mit drei
Adsorp tions/Desorptionseinheiten, die zur kontinuierlichen Gewinnung von Wasserstoff wechselweise auf
Adsorption, Desorption und gegebenenfalls Regeneration geschaltet werden können. Die dazu erforderlichen
weiteren, aber nicht erfindungswesentlichen Ventile sind — ebenso wie in Fig. 1 — der Übersichtlichkeit
halber fortgelassen worden genauso wie darauf verzichtet wurde, weitere im Rahmen der Erfindung
liegende Kombinationsmöglichkeiten zwischen den einzelnen Adsorbern sowie deren Zu- und Ableitungen
aufzuzeigen.
Folgende Messungen wurden durchgeführt, um die durch aas erfindungsgemäße Verfahren hervorgerufene
Standzeitverbesserung des Adsorptionsmittels in der Vorreinigungsstufe zu demonstrieren:
Um jeweils feststellen zu können, wie stark nach einer bestimmten Zeit das Adsorptionsmittel der Vorreinifungsstufe
kontaminiert war. wurde der entsprechende Adsorber (Vorreinigungsstufe), der mit einer Aktivkohle
gefüllt war, ii.it Rohgas, z. B. Koksofengas, bei konstantem Druck — also ohne Druckwechsel —
längere Zeit durchströmt In bestimmten Zeitabständen bzw. nachdem gewisse Mengen an Rohgas (m3 Gas/m3
Aktivkohle) durch den Adsorber geströmt waren, wurde der Rohgasstrom kurz abgeschaltet und der folgende
Test der eine Aussage über die Qualitätsminderung der Aktivkohle — hervorgerufen durch die Spurenverunreinigungen
— macht durchgeführt:
Die Aktivkohle wurde zuerst mit H2 gespült und dann wurde wieder Koksofengas (andere Testgasgemische
sind ebenfalls möglich!) eingeleitet Am anderen Ende des Adsorbers strömt H2, der praktisch nicht adsorbiert
wird, ab, und zwar so lange, bis die nächste Gaskomponente, in diesem Fall N2, durchbricht Dieser
Durchbruch erfolgt um so eher, je stärker die Aktivkohle mit Spurenveranreinigungen belegt ist Ist
die Aktivkohle noch frei von Spurenverunreinigungen, dann erfolgt der N2-Durchbruch erst relativ spät. Aus
der Durchbruchszeit für N2 wird nach folgender
Gleichung in bekannter Weise der dynamische Adsorptionskoeffizient für das Testgas N2 berechnet:
/d — N2-Durchbruchszeit (h),
ν = abgeströmte H2-Menge (mVh),
M = Volumendes Adsorptionsmittels (m3).
Ein hoher dynamischer Adsorptionskoeffizient K für eine bestimmte Gaskomponente (z. B. N2) bedeutet eine
gute Adsorbierbarkeit für diese Komponente. In unserem Fall folgt daraus, daß eine solche Aktivkohle
π mit hohem K-Wert bezüglich N2 noch keine oder nur
eine sehr geringe Kontamination infolge von Spurenverunreinigungen
erlitten hat. Statt N2 kann man auch beliebige andere Testgase verwenden.
Der Nachweis über die Ablagerung von stark
2(i adsorbierbaren Spurenverunreinigungen, die zudem
unter der katalytischen Wirkung des Adsorptionsmittels noch chemisch miteinander reagieren können, erfolgt
hier also indirekt über die beschriebene Messung der dynamischen Adsorptionskoeffizienten für eine »saube-
>> re« Gaskomponente (z. B. N2). Direkte Analysenmethoden
entfallen meistens, da die Spurenverunreinigungen aufgrund der sehr niedrigen Konzentrationen nicht
exakt ge.iug gemessen werden können.
Zum Vergleich einer erfindungsgemäßen mit einer
si) herkömmlichen Verfahrensweise wurde je eine zweistufige
Adsorptions/Desorptionseinheit gemäß Fig. la) und Fig. 1 b)aufgebaut.
ii Die beiden in Reihe geschalteten Adsorber wurden
mit Aktivkohle gefüllt. Und zwar der erste mit 465 g und der zweite mit 1832 g. Als Rohgas wurde ein
Koksofengas wie weiter oben beschrieben gewählt. Dieses Gas wurde in der angegebenen Richtung bei
einem Druck von 15 bar durch die Adsorber geleitet, bis am Ende von HR der erste Durchbruch an N2
festgestellt wurde. Bis dahin strömte reiner H2 ab. Seine
Reinheit und auch der Durchbruch von N2 wurde mit Hilfe eines Massenspektrometer festgestellt.
Nach Erreichen des N2-Durchbruchs erfolgte die
Desorption durch Druckerniedrigung (Entspannen und Evakuieren) in der angegebenen Richtung (Fig. 1).
Danach folgte eine erneute Adsorption, wobei wieder Produkt-Wasserstoff abströmte. Dieser Vorgang
wiederholte sich — automatisch geregelt — entsprechend den bekannten Druckwechselprozessen. Die
Zykluszeiten zwischen Adsorption und Desorption lagen bei allen Versuchen zwischen 3 und 6 Minuten.
Der Desorptionsdruck lag zwischen 0,01 und 0,1 bar.
In einer ersten Versuchsreihe wurde in beiden Adsorbern der Druckwechsel gemäß Fig. la) vollzogen,
in der zweiten Versuchsreihe nur in der Hauptreinigungsstufe gemäß F i g. Ib).
Um jeweils die Kontamination des Adsorptionsmittels der Vorreinigungsstufe infolge der Adsorption stark adsorbierbarer Spurenverunreinigungen feststellen zu können, wurde von Zeit zu Zeit z. B. einmal am Tag, der Druckwechsel unterbrochen und am entsprechenden Adsorber der dynamische Adsorptionskoeffizient für N2 in der oben beschriebenen Weise mit Hilfe des Massenspektrometers gemessen.
Um jeweils die Kontamination des Adsorptionsmittels der Vorreinigungsstufe infolge der Adsorption stark adsorbierbarer Spurenverunreinigungen feststellen zu können, wurde von Zeit zu Zeit z. B. einmal am Tag, der Druckwechsel unterbrochen und am entsprechenden Adsorber der dynamische Adsorptionskoeffizient für N2 in der oben beschriebenen Weise mit Hilfe des Massenspektrometers gemessen.
In F i g. 3 sind die Ergebnisse dargestellt Man erkennt sehr deutlich, daß in dem Fall, in dem auch in der
Vorreinigungsstufe der Druckwechsel vollzogen wird, die Schädigung durch Spurenverunreinigungen lange
nicht so schnell eintritt wie in dem Fall, daß die Vorreinigucgsstufe in bekannter Weise nur durchströmt
wird. Es wurde gemessen, daß der Adsorber der Vorreinigungsstufe erst nach einer durchgesetzten
Rohgasmenge von 350 000 mW Aktivkohle beim Test ί-inen ersten eindeutigen Abfall des dynamischen
AJsorptionskoeffizienten zeigte. Das war nach 39 Tagen der Fall. In F i g. 3 ist zur besseren Gegeniiberstellung
der Ergebnisse nur der Bereich bis etwa 40 000 m3 Rohgas/mJ Aktivkohle dargestellt. Der erste Abfall in
beiden Kurven (unterhalb 2000 m3/m3) rührt von der
fast immer zu beobachtenden Adsorption von Wasserdampf, der im Kokereigas vorhanden ist. her und hat für π
das erfindungsgemäße Verfahren keine Bedeutung.
Nachdem der Adsorber der Vorreinigungsstufe mit Spurenverunreinigungen weitgehend beladen war. wur-Je
eine Regeneration Hiesns Adsorber«: vnrupnnnuripn
Dazu wurde die Aktivkohle der Vorreinigungsstufe nach Schließen des Trennventils auf 780°C aufgeheizt
und mit überhitztem Wasserdampf gespült. Nach 10 min
wurde die Wasserdampfzufuhr abgestellt und der Voradsorber wieder abgekühlt. Der Test ergab wieder
einen K-Wert für N2 von 30,9 mVrn3 entsprechend dem
Ausgangswert. Die Apparatur war damit für einen neuen Druckwechselbetrieb bereit.
30
Der Versuch aus Beispiel 1, bei dem beide Reinigungsstufen in erfindungsgemäßer Weise dem
gleichen Druckwechsel unterzogen wurden, wurde wiederholt. Allerdings wurde in der Vorreinigungsstufe
eine weitporige Aktivkohle (Schüttdichte 370 kg/m3), in der Hauptreinigungsstufe dagegen die gleiche relativ
engporige Aktivkohle (Schüttdichte 690 kg/m3) eingesetzt wie im Beispiel 1. Der Abfall der dynamischen
Adsorptionskoeffizienten in der Vorreinigungsstufe trat nicht nach 350 000 m3 durchgeleitetem Rohgas pro m3
Aktivkohle, sondern erst nach 420 000 m3/m3 ein. Die
weitporige Aktivkohle ist also günstiger für die Entfernung der Spurenverunreinigungen.
Beim Vergleich der Versuche nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren und denjenigen nach dem bekannten Verfahren wurde — wie bereits erwähnt — stets die
insgesamt in der Versuchszeit durchgesetzte Rohgasmenge, bezogen auf 1 m3 Aktivkohle in der betreffenden
Reinigungsstufe, zugrunde gelegt. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere das verbesserte
Standzeitverhalten, treten damit eindeutig in F.rscheinung —. Selbstverständlich hätten die beispielhaft
gezeigten Versuche auch mit jedem anderen Rohgas, das der obengenannten Zusammensetzung
f»nlcr»rir*ht Aiimhae*(i'ihrt u/pr^pn Ιήηηρη
Es ist aber noch ein zusätzlicher Vorteil herauszustellen: Bei dem bekannten Verfahren ist ersichtlicherweise
für die gewonnene H2-Menge die Größe der Hauptieinigungsstufe
alleine maßgebend. Beim erfindungsgemäßen Verfahren nimmt diese Reinigungsstufe an den
Druckwechselzyklen mit teil. Dadurch wird die gewonnene H2-Menge am Anfang, wo die Vorreinigungsstufe
noch unbeladen ist, von der Größe der Vor- und Hauptreinigungsstufe zusammen bestimmt. Mit allmählich
zunehmender Kontamination durch Spurenverunreinigungen geht die anteilige Wirkung der Vorreinigungsstufe
zwar zurück, doch wird sich, da die Vorreinigungsstufe zwecks Schonung der Hauptreinigungsstufe
niemals bis zur völligen Kontamination mit Spurenverunreinigungen beladen wird, immer ein
gewisser Teil der Vorreinigungsstufe vermehrend auf die Menge des gewonnenen H2 auswirken.
Hierzu 3 Blatt Zeichnunccn
Claims (4)
1. Adsorptions/Desorptionsverfahren zur Gewinnung
von Wasserstoff hoher Reinheit aus einem wasserstoffhaltigen Rohgasgemisch, das neben Wasserstoff
stark adsorbierbare Spurenverunreinigungen in Konzentrationen unter 1 VoI.-% und schwach
adsorbierbare Komponenten in Konzentrationen über ί Vol.-% enthält, mittels einer Vorreinigungs- ι ο
stufe (erste Adsorptionsstufe) zur Adsorption der stark adsorbierbaren Spurenverunreinigungen und
einer nachgeschalteten Hauptreinigungsstufe (zweite Adsorptionsstufe) zur Adsorption der schwach
adsorbierbaren Komponenten und Abströmung des Wasserstoffs sowie Regeneration des Adsorptionsmittels der Vorreinigungsstufe durch Temperaturerhöhung
und/oder Heißdampfspülung und isotherme Desorption der in der Hauptreinigungsstufe adsorbierten
Gase durch Druck- und/oder Partialdruckerniedrigung. dadurch gekennzeichnet, daß
die Vorreinigungsstufe — bis zu ihrer völligen Kontamination mit stark adsorbierbaren Spurenverunreinigungen
— den gleichen Druckwechselzyklen wie die Hauptreinigungsstufe unterzogen wird und
hierzu die Vorreinigungsstufe und die dazugehörige Hauptreinigungsstufe während der Druckwechselzyklen
in Reihe geschaltet werden, und die Vorreinigungsstufe bei völliger Konstarniriaiion von
der Hauptreinigungsstufe, zwecks Regeneration, durch an sich bekannte Maßnahmen abgetrennt
wird.
2. Verfahren nach Anspru; Ί 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die bH der Druckerniedrigung abströmenden Gase in der zur.' dsorptionsrichtung
entgegengesetzten Richtung geführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorreinigungsstufe ein weitporiges
Adsorptionsmittel, vorzugsweise mit mittleren Adsorptionsporendurchmessern von 0,5 bis 2,0 nm,
und in der Hauptreinigungsstufe ein engporiges Adsorptionsmittel, vorzugsweise mit mittleren Adsorptionsporendurchmessern
von weniger als 0,6 nm, eingesetzt wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens zwei Adsorptions/Desorptionseinheiten, bestehend aus je einer Vor- und einer Hauptreinigungsstufe,
Verbindungsleitungen und Ventilen, wechselweise auf Adsorption und Desorption geschaltet werden.
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