DE3006836A1 - Verfahren zur adsorptiven abtrennung von verunreinigungen aus gasen - Google Patents

Description

• "Verfahren zur adsorptiven Abtrennung von
• Verunreinigungen aus Gasen" Aus der US-PS 3 986 849 ist ein Verfahren zur selektiven Abtrennung von Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Stickstoff und Methan bekannt, die als Verunreinigung in dem Rohwasserstoffgas aus dem Steam-Reforming-Process enthalten sind. Nach dem bekannten Verfahren wird das Rohwasserstoffgas unter Druck durch ein Bett von Adsorptionsmitteln geleitet, die die in dem Gas enthaltenden Verunreinigungen selektiv adsorbieren, bis die Adsorptionskapazität des Adsorptionsmittels fast erschöpft ist. Es zeigt sich, daß die Adsorptionskapazität eines Adsorbers scharf begrenzt ist. Wird diese auch nur um weniger als 1 % überschritten, so steigt der Gehalt an Verunreinigungen im Reingas auf ein Vielfaches an. Zur Reinigung eines Adsorbers wird der Druck in dem Adsorptionsmittelbett bis auf Werte nahe dem Umgebungsdruck vermindert. Hierbei tritt eine Desorption der Verunreinigungen von dem Adsorptionsmittel ein. Die desorbierten Verunreinigungen werden mit einem Spülgasstrom aus dem Bett des Adsorptionsmittels entfernt, bevor in diesem wieder der für die Adsorption notwendige Druck aufgebaut wird und danach die neue Adsorptionsperiode beginnt. Im technischen Einsatz wird dieses Verfahren in einer Mehrzahl von Adsorptionsmittelbetten betrieben, die al-ternierend so geschaltet werden, daß die aus dem Druckabbau in einem Adsorptionsmittelbett resultierenden Gasmengen zum Druckaufbau in einem anderen Adsorptionsmittelbett eingesetzt werden, wobei der Druck in dem abgebenden Adsorptionsmittelbett bei Ende der Abgabe ebenso groß sein soll wie der angestrebte Druck in dem Adsorptionsmittelbett, dessen Druck aufgebaut werden soll. Um diese Gasüberleitungen von einem Adsorptionsmittelbett auf ein anderes Adsorptionsmittelbett mit optimalem Nutzeffekt betreiben zu können, wird der Druckabbau in einem Adsorptionsmittelbett in mehrere Stufen unterteilt. Die in diesen z.B. drei Stufen anfallenden Gasmengen enthalten nur sehr geringe Mengen an Verunreinigungen und können daher zum Druckaufbau in anderen Adsorptionsmittelbetten eingesetzt werden.An die dritte Druckabbaustufe schließt sich noch eine vierte an, in der ein Gas anfällt, das zunächst ebenfalls sehr geringe Mengen an Verunreinigungen enthält und daher als Spülgas verwendet werden kann. Dieses Gas wird in einem anderen Adsorptionsmittelbett eingesetzt. Der Gehalt an Verunreinigungen nimmt während der Spülgasabgabe, besonders gegen Ende eines Druckabbaues, zu. Danach erfolgt noch die Restentspannung des zu entspannenden Adsorptionsmittelbettes, dem sich die Beaufschlagung mit Spülgas anschließt, bevor in diesem Adsorptionsmittelbett der Druck wieder aufgebaut wird. Die bei der Restentspannung anfallenden Gasmengen enthalten die Hauptmenge der desorbierten Verunreinigungen und das Spülgas als Energieträger. Sie werden vorzugsweise im Steamreformerofen verbrannt. Hierzu muß das aus Restenentspannungs- und Spülgas bestehende Abgas möglichst in gleichbleibender Menge und Zusammensetzung anfallen, wenn der Verbrennungsablauf nicht gestört werden soll. Die Gleichmäßigkeit der Zusammensetzung des Abgases ist jedoch nur bei völlig störungsfreiem Ablauf des Druckwechsel-Adsorptions-Prozesses gewährleistet.
• Bei jeder Reinigung eines Adsorbers durch Druckabsenken und Spülen wird eine bestimmte Menge Reingas verbraucht, unabhängig von der Ausnutzung der Adsorptionskapazität eines Adsorbers. Aus wirtschaftlichen Gründen wird daher angestrebt, die Kapazität aller Adsorber voll auszunutzen und dadurch die Ausbeute zu erhöhen. Bei mehr als fünf Adsorptionsmittelbetten werden stets mehrere Adsorptionsmittelbetten in adsorptiver Funktion betrie ben, während die restlichen in zeitlicher Verschiebung zueinander regeneriert werden. Hierbei kann eine maximale Reingasausbeute nur erreicht werden, wenn die Adsorptionskapazität aller in adsorptiver Funktion stehenden Adsorptionsmittelbetten voll ausgenutzt wird. Da stets mehrere Adsorptionsmittelbetten parallel in adsorptiver Funktion betrieben werden, muß der Rohgasstrom entsprechend der in den einzelnen Adsorptionsmittelbetten vorhandenen Adsorptivkapazität auf diese Betten aufgeteilt werden. Jede Überladung eines Adsorptionsmittelbettes hat automatisch einen Durchbruch der Verunreinigung durch dieses Bett und eine zunehmende Verunreinigung des Reingases zur Folge. Aus dieser Erkenntnis heraus ist der funktionelle Ablauf solcher adsorptiver Reinigungen von Gasen bisher folgerichtig nach dem Gehalt an Verunreinigungen im Reingas gesteuert worden. Wenn der Gehalt an Verunreinigungen im Reingas ansteigt, wird die Adsorptionsdauer in allen Adsorptionsmittelbetten drastisch reduziert, bis die Menge der Verunreinigungen in dem Reingasstrom wieder unter die vorgegebenen Grenzwerte abgesunken ist. Durch das Ineinandergreifen der zur Beladung und Regenerierung der einzelnen Adsorptionsmittelbetten eines Vielbettprozesses ist bei derartigen Störungen des Verfahrensablaufs stets eine längere Zeit erforderlich, bis nach diesem Verfahren wieder ein einwandfreies Reingas erhalten wird. Derartige Störungen beeinflussen auch die Zusammensetzung des Abgases und können auf diesem Weg Störungen in der Abgasverbrennung zu Heizzwecken verursachen.
• Es wurde daher nach Möglichkeiten gesucht, die eine frühere Erkennung solcher Durchbrüche von Verunreinigungen durch ein Adsorptionsmittelbett erlauben und damit auch eine Verminderung der daraus entstehenden negativen Folgewirkungen bewirken.
• Es wurde ein Verfahren zur adsorptiven Abtrennung von Verunreinigungen aus Gasen unter Druck in einer Mehrzahl von Adsorptionsmittelbetten, die im Druckwechsel alternierend bei hohem Druck mit den Verunreinigungen beladen und von diesen bei niederem Druck wieder freigespült werden, gefunden.
• Danach wird die Menge des aufgegebenen Rohgases für jedes Adsorptionsmittelbett in Abhängigkeit von der Menge an Verunreinigungen in dem aus diesem Adsorptionsmittelbett bei der Druckerniedrigung abgezogenen Spülgas gesteuert, wobei bei Ansteigen der Verunreinigungsmenge in dem Spülgas die Menge des je Adsorptionsperiode aufgegebenen Rohgases vermindert wird, und zwar zu Lasten der anderen gleichzeitig auf Adsorption geschalteten Adsorber. Wenn auch deren Spülgas zuviel Verunreinigungen enthält, kann die Zeitdauer der nächstfolgenden Adsorptionsperiode verkürzt werden.
• Die Erfindung geht von der Feststellung aus, daß eine Überschreitung der Adsorptionskapazität eines Adsorptionsmittelbettes bzw. ein sich anbahnender Durchbruch der Verunreinigungen durch dieses Adsorptionsmittelbett ein Ansteigen der Mengen der Verunreinigungen in der bei der Druckminderung in diesem Adsorptionsmittelbett abgezogenen Gasmenge, die für ein anderes Adsorptionsmittelbett als Spülgas dienen soll, zur Folge hat.
• Diese stärker als vorgesehen verunreinigte Spülgasmenge bewirkt dann wieder eine unvollständige Spülung bzw.
• Regenerierung des Adsorptionsmittelbettes, in das dieses Spülgas zum Ausspülen der desorbierten Verunreinigungen eingeführt wird. Das aus diesem Grund unvollständig regenerierte Adsorptionsmittelbett hat eine geringere Adsorptionskapazität, so daß hier in der nächsten Adsorptionsperiode ein Durchbruch der Verun -reinigungen wahrscheinlich ist.
• Außerdem aber wird das aus dem betreffenden Adsorptionsmittelbett abgezogene, stark verunreinigte Spülgas, auch das Adsorptionsmittelbett nur unzureichend regenerieren, zu dessen Spülung es eingesetzt wird. Damit aber sinkt auch die Aufnahmefähigkeit dieses Adsorptionsmittelbettes für Verunreinigungen, so daß bei diesem Adsorptionsmittelbett ein Durchbruch der Verunreinigungen mit Sicherheit erfolgt, wenn es für die Adsorptionsperiode mit der gleichen Rohgasmenge beaufschlagt wird, die für einen Verfahrensablauf ohne Störungen vorgesehen ist. Aus diesem Adsorptionsmittelbett wird dann im Verlauf der Druckminderung ein noch stärker verunreinigtes Spülgas gewonnen. Auf diese Weise setzt sich entweder die Veränderung der Adsorptionsfähigkeit der Adsorptionsmittelbetten oder entsprechend die Erhöhung der Verunreinigungskonzentrationen in dem Produktgas durch mehrere der zusammenwirkenden Adsorptionsmittelbetten hindurch fort und wird häufig zu spät festgestellt. Hieraus ist zu erkennen, daß die herkömmlichen Vielbett-Adsorptionsanlagen noch längere Zeit nach erfolgter Überladung eines Adsorptionsmittelbettes ein Produktgas hinreichender Reinheit liefern, weil immer mehrere Betten parallel beladen werden, bis dieser Verunreinigungsdurchbruch das letzte Adsorptionsmittelbett eines Stranges erreicht hat. Zur Beseitigung dieses Durchbruches der Verunreinigungen muß eine herkömmliche Anlage in ihrer Leistung erheblich zurückgefahren werden, bis die gewünschte Reinheit des Produktes wieder erreicht ist.
• In einer nach dem Verfahren der Erfindung betriebenen Vielbett-Adsorptionsanlage wird die Erhöhung des Verunreinigungsgehaltes hinter jedem Adsorptionsmittelbett in dem aus diesem bei Druckminderung abgezogenen Gasanteil, der als Spülgas für ein anderes Adsorptionsmittelbett eingesetzt werden soll, mit einem Analysengerät festgestellt. Bei jeder Spülgasabgabe eines Adsorbers steigt der Gehalt an Verunreinigungen erst langsam und dann schneller an. Der ma,2imale Gehalt wird bei der Abschaltung festgestellt. Der Meßwert wird gespeichert. Entsprechend dem maximalen Gehalt an Verunreinigungen wird das betreffende Adsorptionsmittelbett in den nächsten Adsorptionsperioden mit einer Rohgasmenge beschickt. Diese Maßnahmen, d.h. die 2nderung der Belastung der einzelnen Adsorptionsmittelbetten, werden gegebenenfalls wiederholt, bis die Analysen werte der aus den verschiedenen Adsorptionsmittelbetten abgezogenen Spülgasmengen etwa gleich groß sind. Zur Bestimmung dieser Maximalwerte der Verunreinigungen aller Adsorber genügt ein umschaltbares Analysengerät, weil nur am Ende der Spülgasabgabe eines Adsorbers gemessen werden muß.
• Die Änderung der Belastung der einzelnen Adsorptionsmittelbetten kann durch Veränderung der Stellung von Schiebern erfolgen, die vor jedem Adsorber angeordnet sind In der Praxis waren HLb#Iyerringerun#en von weniger als 10 X erforderlich, um etwa gleiche Maximalwerte der Verunreinigung des Spülgases bei allen Adsorbern zu erreichen. Dieser Abgleich kann von Hand durchgeführt werden, aber auch zum Beispiel von einem entsprechend programmierten Mikroprozessor eingeleitet werden. Durch diese Maßnahmen der Erfindung wird nicht nur die Ausbeute der Gesamtanlage erhöht, sondern auch verhindert, daß sich ein Abfall der Adsorptionswirkung eines Adsorptionsmittelbettes durch die gesamte Vielbett-Adsorptionsanlage fortsetzt und erst durch drastische Reduzierung der Adsorptionszeit der einzelnen Adsorptionsmittelbetten in verhältnismäßig langer Zeitdauer erst wieder ein einwandfreies Produktgas erhalten wird.
• Außerdem fällt das Abgas nach dem erfindungsgernäßen Verfahren im kontinuierlichen Strom und in etwa gleicher Zusammensetzung an. Es erfüllt somit die wesentlichsten Voraussetzungen für eine stetige und gleichmäßige Verbrennung in dem Feuerungsraum eines Prozeßofens.

Claims (1)

1. Patentansprucli Verfahren zur adsorptiven Abtrennung von Verunreinigungen aus Gasen unter Druck in einer Mehrzahl von Adsorptionsmittelbetten, die im Druckwechsel alternierend mit den Verunreinigungen bei hohem Druck beladen und von diesem bei niederem Druck wieder freigespült werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des aufgegebenen Rohgases für jedes Adsorptionsmittelbett in Abhängigkeit von der Menge an Verunreinigungen in dem aus diesem Adsorptionsmittelbett bei der Druckerniedrigung abgezogenen Spülgas gesteuert wird, wobei bei An; steigen der Verunreiigungsmenge in dem Spülgas die Menge des je Adsorptionsperiode aufgegebenen Rohgases vermindert wird.