DE3033219A1

DE3033219A1 - Verfahren zur abtrennung von verunreinigungen aus einsatzproduktstroemen unter verwendung von magnetisch stabilisierten wirbelbetten

Info

Publication number: DE3033219A1
Application number: DE19803033219
Authority: DE
Inventors: David W. Summit N.J. Savage
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1979-09-07
Filing date: 1980-09-04
Publication date: 1981-03-19
Also published as: NL8005020A; ZA805498B; BE885105A; IT8024459A0; CA1146095A; JPS5645711A; IT1132652B; FR2464735A1; GB2057910B; GB2057910A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Komponenten aus Mischungen enthaltenden Einsatzproduktströmen unter Verwendung von magnetisch stabilisierten Betten. Die Erfindung betrifft insbesondere die Entfernung von Verunreinigungen aus fließenden Strömen in einem kontinuierlichen Verfahren durch Verwendung von festen Adsorptionsmitteln, die in der Lage sind, die Verunreinigung(en) aus dem fließenden Strom zu adsorbieren. Die Adsorptionsmittel enthalten eine magnetisierbare Komponente. Die Adsorptionsmittelteilchen und die magnetisierbare Komponente, die sich durch das Gefäß bewegen oder durch das Gefäß fließen, sind durch die Verwendung eines angelegten Magnetfeldes gegen im allgemeinen bei Wirbelbetten auftretenden by-pass und Feststoff rückvermischung sowie Rezirkulation (mit Ausnahme des Flusses oder der Bewegung der Feststoffteilchen durch die Kontaktgefäße) während der Adsorption und Desorption stabilisiert. Die Verwendung des angelegten Magnetfeldes ermöglicht die Verwendung kleinteiliger Adsorptionsmittelteilchen, ohne daß hohe Druckverluste wie bei Festbettverfahren eintreten. Die kleinen Adsorptionsmittelteilchen führen zu einem schnelleren Übergang der Verunreinigungen als große Teilchen, so daß eine bessere Annäherung an das Gleichgewicht erreicht

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wird. Ferner können kleinere Betten als bei Festbettverfahren verwendet werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, nur ein Adsorptionsbett anstelle von einer Vielzahl von Betten, wie bei Festbettverfahren, zu verwenden. Durch die Erfindung können viele Trennstufen in einem einzigen Gefäß erhalten werden, ohne daß damit ein hoher Druckverlust (side pressure drop) verbunden ist.

Bei herkömmlichen Trennverfahren werden die Dämpfe der zu behandelnden Gase mit dem Adsorptionsmittel in Festbetten kontaktiert, wobei eine Vielzahl von Betten verwendet wird, so daß ein oder mehrere Betten einer Regenerationsstufe unterworfen werden, während ein oder mehrere andere Betten in der Absorptionsstufe des Zyklus eingesetzt werden. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß cyclische Festbettverfahren eine Reihe von nachteiligen Aspekten aufweisen, wie die Notwendigkeit umfangreicher Ventil- und Verteilervorrichtungen sowie Produktverlust aufgrund der Druckveränderungen, erhebliche Wärmeverluste durch Erwärmen und späteres Abkühlen der verschiedenen Durchflußleitungen,· Gefäßwände und internen Komponenten der Gefäße. Wenngleich theoretisch nur zwei Gefäße für ein cyclisches Verfahren erforderlich sind, eines für die Adsorption und eines für die Regenerierung, ist in der Praxis die Verwendung

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von mehr als zwei Gefäßen vorteilhaft, um die Größe der Gefäße und die Spülgasmenge (Produktgasverlust) zu reduzieren und den Einsatz von Adsorptionsmittel auf ein Minimum zu beschränken. Mit zunehmender Zahl der Gefäße kommt jedoch der für die Regenerierung zur Verfugung stehenden Zeit eine kritische Bedeutung zu, so daß Vorkehrungen für ausreichende Zeitintervalle getroffen werden müssen, damit alle für die Regenerierung notwendigen Schritte einschließlich des Umschaltens der Ventile, der Drucksenkung, des Erhitzens, des Aufrechterhaltens einer hohen Temperatur, des Kühlens und des erneuten Erhöhens des Druckes durchgeführt werden können. Siehe hierzu H.M. Barry, Chemical Engineering, Seiten 105 bis 120, Februar 8, 1960; E. Kehat et al, I & EC Process Design and Development, 4: 217-220 (1965); J.I. Nutter et al, A.I.CH.E. Journal, Seiten 202 bis 206, März, 1963; G.J. Griesmer et al, Hydrocarbon Processing, 44: 147-150 (1965); W.J. Schumacher et al, I &. EC Process Design and Development, 6: 321-327 (1967); und D.M. Ruthven et al, Chemical Engineering Sciences, 26: 1145-1154 (1971).

Aufgrund der für Festbettadsorptionsverfahren erforderlichen hohen Investitionen sowie der hohen Betriebskosten besteht seit langem der Wunsch, ein kontinuierliches Gegenstiromadsorptionsverf ahren zur Trennung von

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Komponenten in Einsatzproduktströmen zu verwenden. Die Technik der fluidisierten Feststoffe ist ein attraktiver Weg für ein derartiges kontinuierliches Verfahren, weil durch sie die Notwendigkeit der für cyclische Festbettverfahren erforderlichen umfangreichen Ventil- und Verteilervorrichtungen sowie anderer Vorrichtungen entfällt. In einer Reihe von Patentschriften und Veröffentlichungen ist das Konzept der Trennung von Kohlenwasserstoffmischungen mittels fluidisierter oder simulierter fluidisierter Betten beschrieben worden. Auch Trocknungsverfahren in fluidisierten Betten sind in der Patentliteratur beschrieben worden. So werden beispielsweise in der US-PS 3 494 046 und der US-PS 3 104 806 Verfahren zur Trocknung von teilchenförmigen Materialien beschrieben. Die Wirbelbetten eigenen Vorteile bei Verwendung für solche Verfahren wie das katalytische Cracken und Hydroformieren von Kohlenwasserstoffen, nämlich die vollständige Vermischung der Feststoffe und die dadurch sichergestellten isothermen Bedingungen und maximaler Wärmeübergang, sind ein Nachteil für ein Adsorptionsverfahren, bei dem eine Rückvermischung der Feststoffe unerwünscht ist. Aus diesem Grund ist es bei Verwendung von fluidisierten Feststoffen in Adsorptionsverfahren erforderlich gewesen, eine Vielzahl von vertikai angeordneten, flachen Wirbelbetten zu verwenden, die ein stufenweises Kontaktieren von Gas und Adsorp-

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tionsmittel ergeben; vergl. z.B. L.B. Etherington et al, Chemical Engineering Progress, Seiten 274 bis 280, Juli, 1956 und E.D. Ermenc, Chemical Engineering, Seiten 87 bis 94, Mai 1961.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren findet die Adsorption und Desorption der Verunreinigung(en) in einem Einsatzproduktstrom in einem fluidisierten (d.h. expandierten und aufgeschwebten) Bett statt, wobei die Notwendigkeit einer Vielzahl von vertikal angeordneten, flachen Betten durch Anlegung eines Magnetfeldes zur Stabilisierung oder Strukturierung des fluidisierten Bettes entfällt. Das Ergebnis ist, daß im Hinblick auf die Strömung des Fluids, z.B. Produkt und Verunreinigungen enthaltende Fluide, das das Bett fluidisiert, ein echter mehrstufiger Gegenstrom der Feststoffe (countercurrent staged flow of solids) erhalten werden kann, wobei die Gesamtinvestitionskosten und die Betriebskosten gegenüber bekannten Verfahren stark verringert sind. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt vorzugsweise die Vorteile der Verwendung eines magnetisch stabilisierten Wirbelbetts, wie es in der US-PS 4 115 927 insbesondere in Spalte 21, Zeilen 16 bis 28 beschrieben ist.

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Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur selektiven Abtrennung von Verunreinigungen aus einem eine Mischung enthaltenden Einsatzproduktstrom in einem äußeren Kraftfeld, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

a) einen Teil der Verunreinigungen aus dem Einsatzproduktstrom adsorbiert, indem man den Einsatzproduktstrom mit einem Bett kontaktiert, das zum Adsorbieren der Verunreinigungen aus dem Einsatzproduktstrom geeignete Adsorptionsmittelteilchen enthält,

b) zur Regenerierung mindestens eines Teils der Adsorptionsmittelteilchen mindestens einen Teil der Verunreinigungen von den Adsorptionsmittelteilchen aus Stufe (a) desorbiert,

c) zusammen mit den Adsorptionsmittelteilchen eine magnetisierbare Komponente verwendet und ein magnetisches Feld auf die magnetisierbare Komponente und die Adsorptionsmittelteilchen in Richtung des äußeren Kraftf-eldes und mit ausreichender Stärke einwirken läßt, um Feststoffrückvermischung und "by-pass" zu verhindern und/oder 2U unterdrücken,

d) die Adsorptionsmittelteilchen und die magnetisierbare Komponente expandiert oder aufschwebt-,

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indem man sie im Gegenstrom mit dem Einsatzproduktstrom kontaktiert, und

e) die Adsorptions- und Desorptionsstufe bei im wesentlichen gleichem Druck durchführt.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß sowohl die Adsorptions- als auch die Desorptionsstufe bei im wesentlichen dem gleichen Druck durchgeführt werden, d.h. die Druckdifferenz beträgt nur etwa

4,92 kg/cm oder weniger. Bei bestimmten Niederdruckverfahren beträgt die Druckdifferenz vorzugsweise weniger als etwa 25 % des Adsorptionsdruckes, aber niemals mehr

2 als etwa 4,92 kg/cm .

Im weitesten Sinne kann das erfindungsgemäße Verfahren also als ein Verfahren zur Abtrennung von Verunreinigungskomponenten aus einem Einsatzproduktstrom definiert werden, bei dem der Einsatzproduktstrom in ein Bett aus Adsorptionsmittelteilchen eingespeist wird, die mit magnetisierbaren Teilchen vermischt sind oder diese enthalten, diese Teilchen unter Fluidisierungsbedingungen (z.B. durch Expandieren oder Aufschweben mittels des Einsatzproduktstromes) im Geg-enstrom mit dem Einsatzproduktstrom kontaktiert werden, wobei das Bett durch Anlegen, eines Magnetfeldes stabilisiert wird, und der an Verunreinigungen verarmte Einsatzproduktstrom zurückgewonnen wird.

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Unter der Bezeichnung "Verunreinigung" werden im weitesten Sinne solche Substanzen, Moleküle oder Verbindungen verstanden, die das erwünschte Endprodukt "verunreinigen". Dies bedeutet ganz offensichtlich, daß eine aus einem Einsatzproduktstrom nach dem erfindungsgemäßen Verfahren entfernte Verunreinigung durchaus für sich wertvoll sein kann. Dementsprechend bezieht sich die Bezeichnung "Verunreinigung" nur auf Substanzen, Moleküle oder Verbindungen, die aus einem Einsatzproduktstrom entfernt werden sollen, unabhängig vom vorhandenen oder fehlenden Wert der "Verunreinigungen".

Beispiele für einige Verunreinigungen, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens aus Einsatzproduktströmen entfernt werden können, sind u.a. saure Gase und polare oder nichtpolare Verbindungen.

Typische polare Verbindungen (von denen einige auch sauer sind) sind u.a. CO, COS, NH₃, H₂S, SO₂, H₃O, HCN, RSH (wobei R ein organischer Rest ist, z.B. Mercaptane), RS (wobei R ein organischer Rest ist, z.B. C₄H S) usw. Typische nichtpolare saure Gase sind beispielsweise und CO und CS .

Typische nichtpolare Verbindungen sind u.a. Kohlenwasserstoffe, wie Methan, Ethan, Propan, Butan, substituierte Kohlenwasserstoffe usw.

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Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise durchgeführt, indem die Adsorptionsmittelteilchen und die magnetisierbaren Komponenten unter Gegenstrom- und im wesentlichen Pfropfenströmungsbedingungen fluidisiert, expandiert oder aufgeschwebt werden, indem die Adsorptionsmittelteilchen und die magnetisierbare Komponente einem magnetischen Feld, vorzugsweise einem gleichförmig angelegten magnetischen Feld mit einer wesentlichen Komponente in Richtung des äußeren Kraftfeldes (z.B. Schwerkraft), ausgesetzt werden, so daß die magnetisierbare Komponente eine Magnetisierungskomponente in Richtung des äußeren Kraftfeldes hat. Ferner wird mindestens ein Teil der Betteilchen durch einen Fluidstrom in entgegengesetzter Richtung zum äußeren Kraftfeld fluidisiert, wobei die Oberflächenströmungsgeschwindigkeit

a) größer ist als die normale minimale Aufwirbelungsoberflächenströmungsgeschwindigkeit, die erforderlich ist, um das Bett in Abwesenheit des angelegten Magnetfeldes aufzuwirbeln, und

b) kleiner ist als die Oberflächenströmungsgeschwindigkeit, die erforderlich ist, um in dem stabilen Teil des Wirbelbetts zeitlich veränderliche Druckdifferenzschwankungen während der kontinuierlichen Aufwirbelung (Fluidisierung) in Anwesenheit des angelegten Magnetfeldes zu bewirken.

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Vorzugsweise werden die Stärke des Magnetfeldes und seine Abweichung von einer vertikalen Ausrichtung so aufrechterhalten, daß die Ausbildung von Blasen in dem fluidisierten oder expandierten oder aufgeschwebten Medium bei gegebener Strömungsgeschwindigkeit des Fluids und -der ausgewählten Beschaffenheit der zu fluidisierenden Teilchen verhindert und/oder unterdrückt wird .

Die magnetisch stabilisierten fluidisierten Adsorptions- und Desorptionsbetten erscheinen wie expandierte Festbetten mit im wesentlichen fehlender Zirkulation oder Umwälzung der Feststoffteilchen (mit Ausnahme der pfropfenförmigen Strömungsbewegung der Feststoffteilchen durch die Gefäße) und mit sehr geringem oder keinem "by-pass" (Kanalbildung) des Fluids. Das Anlegen des magnetischen Feldes erlaubt die Verwendung von Oberflächenströmungsgeschwindigkeiten ohne ein Auftreten von Blasen, die 2, 5, 10, 20 oder mehr Male größer sind als die Oberflächenströmungsgeschwindigkeit des Fluids bei anfänglicher Fluidisierung des Bettes in Abwesenheit des angelegten Magnetfeldes. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß der Druckverlust im Bett bei Erhöhung der Oberflächenströmungsgeschwindigkeit des Fluids ähnlich dem ist, der bei einem normalen Wirbelbett ohne Anlegung eines Magnetfeldes zu erwarten wäre; der Druck-

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verlust steigt auf das auf die Flächeneinheit bezogene Schüttgewicht des Feststoffes (bed weight support value) bei minimaler Fluidisierungsgeschwindigkeit an und
bleibt dann bei weiter zunehmender Oberflächenströmungsgeschwindigkeit des Fluids verhältnismäßig konstant. Diese stabilen Fließbettbedingungen bleiben auch dann erhalten, wenn die Feststoffteilchen sich in absteigender, im wesentlichen pfropfenströmungsmäßiger Weise durch die Kontaktgefäße bewegen (Gegenstrombett).

Im folgenden sollen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben werden. Hierzu wird auch auf die Figuren Bezug genommen, die zeigen:

Figur 1 einen vertikalen Schnitt durch den magnetisch stabilisierten Adsorber und Desorber (Regenerator), wobei der Adsorber und der Desorber nebeneinander angeordnet sind; und

Figur 2 einen vertikalen Schnitt durch einen magnetisch stabilisierten Adsorber und Desorber (Regenerator), wobei der Desorber oberhalb des Adsorbers angeordnet ist.

Wie bereits erwähnt, betrifft die Erfindung ein Verfahren zur vorzugsweisen Adsorption von Verunreinigungen, z.B. polaren oder nichtpolaren Verbindungen, aus einem Einsatzproduktstrom, der mindestens eine andere Kompo-

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nente enthält, bei dem der Einsatzproduktstrom unter Adsorptionsbedingungen für die Verunreinigungen mit einem Adsorptionsmittelteilchen enthaltenden Bett kontaktiert wind und die adsorbierten Verunreinigungen von den Adsorptionsmittelteilchen desorbiert werden, wodurch ein an den bevorzugt adsorbierten Verunreinigungen angereicherter Strom erhalten wird. Dieses Verfahren wird in Gegenwart einer magnetisierbaren Komponente und eines angelegten Magnetfeldes zur Stabilisierung oder Strukturierung des die Adsorptionsmittelteilchen und die magnetisierbare Komponente enthaltenden Bettes durchgeführt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Abtrennung stufenweise erfolgen.

Die Adsorptionsmittelteilchen können als Mischungen oder als Zusammensetzungen mit einer ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Komponente oder Substanz verwendet werden. Alle ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Substanzen können als magnetisierbare und fluidisierbare Feststoffteilchen, die gemischt oder zusammengesetzt mit den Adsorptionsmittelteilchen verwendet werden können, eingesetzt werden. Hierzu gehören u.a. magnetisches Fe O , f-Eisenoxid (Fe„O.), Ferrite der Form MO-Fe„O , wobei M ein Metall oder eine Mischung von Metallen, wie Zn, Mn, Cu usw. ist, ferromagnetische Elemente, wie Eisen, Nickel, Kobalt oder Gadolinium,

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Legierungen ferromagnetischer Elemente usw. Alternativ kann das Adsorptionsmittel selbst eine ferromagnetische oder ferrimagnetische Substanz enthalten. In diesem Fall ist das Adsorptionsmittel bereits magnetisch, und es braucht dem Adsorptionsmittel kein zusätzliches magnetisches Material zugemischt oder zugesetzt werden.

Die Adsorptionsmittelteilchen werden im allgemeinen je nach zu behandelndem Einsatzproduktstrom und daraus zu entfernenden Verunreinigungen ausgewählt. Es können anorganische; organische oder hochmolekulare anorganische oder organische Adsorptionsmittel verwendet werden.

Beispiele für geeignete Adsorptionsmittel sind u.a. aktivierte Kohlen, behandelte aktivierte Kohlen, Molekularsiebkohle, nicht stöchiometrische Kohlenstoff/Schwefel-Verbindungen (z.B. C S-Verbindungen, wie in US-PS 4 201 665 beschrieben), ausgewählte synthetisch hergestellte Zeolithe wie solche mit einem bestimmten Verhältnis der Hauptkomponenten bekannt als: "Typ A", "Typ L", "Typ X", Typ Y", "Typ ZSM", Mordenit, Faujasit, Erionit und ähnliche, solche Zeolithe, die bestimmte Siliciumdioxid/Aluminiumoxid-Verhältnisse aufweisen, und solche, in denen die ursprünglichen Natriumkationen gegen andere Kationen ausgetauscht sind, bestimmte SiIikagele wie solche mit bestimmten relativen Antei-len an

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Siliciumdioxid, Aluminiumoxid und Eisen(III)oxiden, solche, die bestimmte sterische Eigenschaften wie einen bestimmten mittleren Porendurchmesser, eine bestimmte spezifische Oberfläche, ein bestimmtes Porenvolumen und bestimmte andere Eigenschaften aufweisen, ausgewählte aktivierte Aluminiumoxide wie solche mit bestimmten Anteilen an Aluminiumoxid und Wasser, die entsprechenden hydratisierten Formen, einige bestimmte Kristallformen und mit einer bestimmten Struktur, aktivierter Ton oder ausgewählte saure Tone wie Montmorillonit, in welchem Fall die Basis ausgetauschter Holloysit oder Attapulgit ist, Aluminiumoxide und Schichttone.

Die genannten Adsorptionsmittel, die Kohlenstoff, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Metalloxide, Eisen, Magnesium, hydratisierte Oxide und/oder andere Elemente enthalten, sind dadurch gekennzeichnet, daß sie

1. mehrere verschiedene Strukturen besitzen oder

2. verschiedene Komponenten aufweisen oder daß

3. einige Elemente durch andere ersetzt worden sind, woran sich eine weitere chemische oder physikalische Behandlung angeschlossen hat.

Die meisten der zuvor genannten Adsorptionsmittel sind ohne weiteres im Handel erhältlich. Außerdem können

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diejenigen Adsorptionsmittel, die den im Handel erhältlichen ähneln, im allgemeinen ohne sehr aufwendige Technik synthetisiert werden, und viele Adsorptionsmittel können durch chemische oder physikalische Behandlung von im Handel erhältlichen Adsorptionsmitteln hergestellt werden. Eine weiter Beschreibung der oben erwähnten Zeolithe und der Verfahren zu ihrer Herstellung findet sich beispielsweise in den US-Patentschriften

2 882 243, 2 882 244, 3 130 007, 3 410 808, 3 733 390,

3 827 968 und in den darin genannten weiteren Patentschriften .

Andere für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Adsorptionsmittel sind u.a. Kationenaustauscherharze mit Austauschgruppen aus Benzolsulfonsäure, Carbonsäure, Phosphorsäure; stark oder schwach basische Anionenaustauscherharze; hochmolekulare Teilchen aus Styrol/Divinylbenzol-Copolymeren oder aus entsprechenden halomethylierten oder cyanoethylierten Polymeren; Acrylnitrilcopolymere; hochmolekulare Verbindungen mit verschiedenen funktioneilen Gruppen wie Cyano-, Cyanomethyl-, Chloromethyl-, Thioether-, Sulfon-, Isocyanat-, Thiocyanat-, Thioharnstoff-, Allyl-, Acetyl-aceton-, Aldehyd-, Keton-, aliphatischen, Anhydrid-, Ester-, Halogen-, Nitro- und anderen Gruppen.

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Die geeignetsten Adsorptionsmittel zur Erzielung hoher Adsorptions-/Desorptions-Raten sind aktivierte Kohlen, Molekularsiebkohle, synthetische Zeolithe und hochmolekulare organische Materialien. Diese Adsorptionsmittel zeigen im allgemeinen eine hohe Austauschrate von adsorbierenden Komponenten, was auf ihrer chemischen Affinität zu verschiedenen Verunreinigungssubstanzen, wie sauren Gasen, und polaren und nichtpolaren Molekülen im Fall von hochmolekularen Materialien und auf den Makroporen im Fall von aktivierten Kohlen, Molekularsiebkohle und synthetischen Zeolithen beruht, die winzige Kristalle mit einer Größe von weniger als einigen pm sowie Ton oder ein anderes Bindemittel enthalten.

Typische Beispiele für geeignete Adsorptionsmittel sind synthetischer Zeolith vom Typ A für die Abtrennung von verschiedenen polaren Molekülen aus gasförmigen Einsatzproduktströmen. Zeolith A besitzt eine typische Oxidformel NA₂O-Al₂O -2SiO ·4 1/2HO, eine typische Einheitszellen-Formel Na.₂t(AlO ) (SiO )]-27H 0, eine

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Dichte von 1,99 g/cm , eine Einheitszellenkonstante von

12,32 bis 24,64 X, ein Porenvolumen von 0,47 cm /cm , einen freien Querschnitt (free aperture) von 2,2 A (ß) - 4,2 A (α) und einen kinetischen Durchmesser von 3,6 bis 3,9 A.

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Synthetische Zeolithe sind eine brauchbare Klasse von anorganischen Adsorptionsmitteln, weil die Adsorptionskraft der für die Adsorption auf Zeolithen ausgewählten Moleküle leicht geändert werden kann, indem die gewöhnlich aus der ursprünglichen Herstellung stammenden Natriumionen gegen andere Kationen ausgetauscht werden, um die Kristallstruktur oder die Elektronenkonfiguration in der gewünschten Weise zu verändern. Gewöhnlich werden Metallionen der Gruppe I wie Lithium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Silber und Kupfer, Metallionen der Gruppe II.wie Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Zink, Cadmium und Quecksilber, Titan, Vanadin, Chrom, Nickel, Kobalt, Eisen, Mangan, Seltene Erdmetalle, Uran und Blei oder Mischungen dieser Metallkationen für den Ersatz der ursprünglich vorhandenen Natriumionen verwendet. Effektive Zusammenstellungen von Kationen sind u.a.: Kalium und Lithium, Kalium und Calcium, Kalium und Cadmium, Kalium und Eisen, Kalium und Nickel, Kalium und Kobalt, Kalium und Barium, Kalium und Magnesium, Calcium und Magnesium, Calcium und Mangan, Lithium und Mangan, Barium und Natrium, Barium und Blei, Eisen und Uran, und andere. Für einen bestimmten Einsatzproduktstrom kann die geeignetste Zusammenstellung von Kationen, deren relative Zusammensetzung oder deren effektivste Aktivierungsbehandlung leicht durch verschiedene Experimente bestimmt werden, da das

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Kationenaustauschverfahren leicht viele Male wiederholt werden kann. Xm allgemeinen werden synthetische Zeolithe vom Typ A zur Abtrennung von polaren oder nichtpolaren Molekülen aus Einsatzproduktströmen mit Calcium oder Magnesium oder deren Mischungen ausgetauscht.

Das Adsorptionsmittel, d.h. der synthetische Zeolith, enthält typischerweise 75 bis 98 % der Zeolithkomponen-.te und 2 bis 25 % einer Matrix (z.B. Bindemittel). Die Zeolithe werden gewöhnlich mit ausreichend Kationen ausgetauscht, um den Natriumgehalt des Zeolith auf weniger als 5 Gew.%, vorzugsweise weniger als 1 Gew.%, zu verringern. Es wird hierzu auf die US-Patentschriften 3 140 249, 3 140 251, 3 140 252 und 3 140 253 verwiesen.

Wenn die magnetisierbare Komponente mit nicht magnetischen Adsorptionsmittelteilchen vermischt wird, ist es bevorzugt, daß die Volumenfraktion der magnetisierbaren Komponente 25 Vol.% und vorzugsweise 50 Vol.% und insbesondere mehr als 60 Vol.% beträgt, um die größte Bettstabilität bei geringster Stärke des angelegten Feldes zu erhalten.

Im Falle von aus magnetisierbarer Komponente und Adsorptionsmittel zusammengesetzten Teilchen soll der Anteil des ferromagnetischen und/oder ferrimagnetischen Mate-

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' ²² ' 3033213

rials, bezogen auf das Gesamtvolumen des zusammengesetzten Adsorptionsmittels 1 bis 25 und vorzugsweise 5 bis 15 Vol.% betragen. In jedem Fall sollte die Zusammensetzung eine Magnetisierung von mindestens 50 Gauss und vorzugsweise mehr als 250 Gauss aufweisen.

Die Zusammensetzung aus magnetisierbarer Komponente und Adsorptionsmittel kann beispielsweise wie folgt hergestellt werden: Die Teilchen den magnetischen Komponente, wie beispielsweise 400 Series rostfreier Stahl und das Adsorptionsmittel, z.B. das Zeolithsieb, werden mit einer Basis (Matrix oder Bindemittel) für das Adsorptionsmittel vermischt, und es wind ein verhältnismäßig homogenes Gel gebildet. Die Adsorptionsmittelbasis kann beispielsweise aus Siliciumdioxid, Aluminiumoxid oder Siliciumdioxid-Aluminiumoxid zusammengesetzt sein. Das Gel wird dann getrocknet, calciniert und/oder zu einer bestimmten Teilchengröße und -form verarbeitet. Die Größe und die Form des zusammengesetzten Adsorptionsmittels kann in geeigneter Weise durch Extrudieren, Hei— stellen von Pillen oder Perlen, Sprühtrocknen usw. eingestellt werden. Die magnetisierbare Komponente kann auch durch Imprägnieren, gemeinsames Gelieren, gemeinsame Ausfällung usw. mit dem Adsorptionsmittel zusammengebracht werden.

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Die Betteilchen (zusammengesetzte oder gemischte Teilchen) haben typischerweise einen durchschnittlichen mittleren Teilchendurchmesser von etwa 50 bis etwa 1500 pm, vorzugsweise etwa 100 bis 1000 pm und insbesondere etwa 175 bis 850 pm. Die Teilchen können jede beliebige Form besitzen, beispielsweise rund, unregelmäßig oder länglich geformt sein.

Die Anwendung eines magnetischen Feldes auf die fluidisierten, expandierten oder aufgeschwebten, die magnetisierbaren Teilchen enthaltenden Teilchen in der Adsorptions- oder Desorptionszone ist nicht auf irgendeine bestimmte Methode zur Erzeugung des magnetischen Feldes beschränkt. Es können herkömmliche Permanentmagnete und/oder Elektromagnete verwendet werden. Die Anordnung der Magnete ändert sich selbstverständlich in Abhängigkeit von den verwendeten Feststoffen, dem erforderlichen Grad der Fluidisierung und den gewünschten Effekten. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein ringförmiger Elektromagnet verwendet, der mindestens einen Teil des fluidisierten Bettes umgibt, da dies das gleichförmigste Magnetfeld und folglich die beste Stabilität im Bett ergibt. Die Elektromagnete können mit Wechsel- oder Gleichstrom betrieben werden, wenngleich mit Gleichstrom erzeugte Magnetfelder aufgrund der geringeren Betriebskosten bevorzugt werden..

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Derartige mit Gleichstrom unter Verwendung eines Rheostaten betriebene Elektromagnete sind besonders zur Anwendung eines magnetischen Feldes auf die Betteilchen geeignet und liefern ein ausgezeichnetes Verfahren zur Stabilisierung der Fluidisierung der Betteilchen aufgrund der Strömung des Fluidisierungsmediums.

Die Erfindung ist nicht durch die Form oder die Anordnung des zur Erzeugung des magnetischen Feldes verwendeten Magneten beschränkt. Der Magnet kann jede beliebige Größe, Stärke oder Form besitzen und kann über oder unter dem Bett angeordnet sein, um spezielle Effekte zu erzielen. Die verwendeten Magnete können im oder außerhalb des Gefäßes angeordnet sein und können sogar ein integrierter Teil der Gefäßstruktur selbst sein. Das Verfahren ist nicht auf irgendein bestimmtes Gefäßmaterial beschränkt und kann leicht für die Verwendung in Kontaktgefäßen, die zur Zeit in der Industrie verwendet werden, angepaßt werden.

Die Größe des auf die fluidisierten Feststoffteilchen in den Kontaktzonen (Adsorptions- und Desorptionszonen) angewendeten Magnetfeldes richtet sich selbstverständlich nach der gewünschten Magnetisierung der magnetisierbaren Teilchen und dem gewünschten Grad der Stabilisierung. Teilchen mit verhältnismäßig schwachen magneti-

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sehen Eigenschaften, z.B. Kobalt, Nickel usw., erfordern die Anwendung eines stärkeren Magnetfeldes als teilchenförmige Feststoffe mit starken ferromagnetischen Eigenschaften, z.B. Eisen, um entsprechende Stabilisierungseffekte zu erzielen. Die Größe und Form der Feststoffe hat offensichtlich eine Auswirkung auf die Stärke des zu verwendenden Magnetfeldes. Da jedoch die Stärke des durch einen Elektromagneten erzeugten Feldes durch Regulierung des Stromflusses eingestellt werden kann, kann die Feldstärke leicht so eingestellt werden, daß der gewünschte Grad der Stabilisierung für das bestimmte System erreicht wird. Spezielle Methoden der Anwendung des Magnetfeldes sind außerdem in den US-Patentschriften 3 440 731, 3 439 899, 4 115 927 und 4 143 469, in der GB-PS 1 148 513 und in der veröffentlichten Literatur, z.B. M.V. Filippov, Applied Magnetohydrodynamics, Trudy Instituta Fizika Akad.Nauk., Latviiskoi SSR 12:215-236 (1960), Ivanov et al, Zhurnal Prikladnoi Khimii, 4_5:248-252 (1972) und R„E.Rosenweig, Science, 204:57-60 (1979) beschrieben. Das am meisten bevorzugte angelegte Magnetfeld ist ein gleichförmiges Magnetfeld, wie es in der US-PS 4 115 927 beschrieben ist. Typischerweise beträgt das angelegte Magnetfeld (leeres Gefäß), wie in der US-PS 4 115 927 angegeben, etwa 50 bis 1500 Oersted, vorzugsweise etwa 100 bis 600 Oersted und insbesondere etwa 125 bis 400 Oersted.

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Die zu verwendenden Verfahrensbedingungen können in weiten Bereichen schwanken und umfassen solche Behandlungsbedingungen, die typischerweise bei aus dem Stand der Technik bekannten Adsorption/Desorption-Trennverfahren angewendet werden. Wie allgemein bekannt, variieren diese Bedingungen im allgemeinen in Abhängigkeit von dem zu behandelnden Einsatzproduktstrom, dem verwendeten Adsorptionsmittel usw. Es ist jedoch ein wesentliches Merkmal der Erfindung, die Adsorption und die Desorption bei im wesentlichen gleichem Druck durchzuführen, d.h. die Druckdifferenz zwischen der Adsorptions- und der Desorptionszone beträgt nicht mehr als etwa 25 % und vorzugsweise nicht mehr als 10 bis 20 %.

Außerdem soll die Druckdifferenz 4,92 kg/cm nicht übersteigen. Der Druck in den beiden Zonen soll sich nur um

2
etwa 0,07 bis 4,92 kg/cm und vorzugsweise nur um 0,7

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bis 3,52 kg/cm unterscheiden. Dementsprechend wird die Regenerierung (Desorption) thermisch bei demselben oder im wesentlichen demselben Gesamtdruck wie in der Adsorptionszone durchgeführt. Die in der Adsorptionszone verwendeten Temperaturen sind diejenigen, bei denen die zu adsorbierenden Verunreinigungen durch das verwendete Adsorptionsmittel vorzugsweise adsorbiert werden. Diese Temperaturen können im Bereich von -200°C bis etwa 350 C, vorzugsweise etwa O C bis etwa 300 C und insbesondere 10 bis etwa 200 C und besonders bevorzugt etwa

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15 C bis 150 C liegen. Die Temperaturen während der Desorption liegen mindestens etwa 100°C, vorzugsweise 2OO°C und insbesondere 300 C höher als die Temperaturen bei der Adsorption. Die während der Adsorption und

Desorption angewandten Drücke können etwa 0,007 bis

2 2

140,6 kg/cm , vorzugsweise etwa 0,07 bis 52,7 kg/cm

2
und insbesondere 0,07 bis 45,7 kg/cm betragen. Der erfindungsgemäß zu behandelnde Einsatzproduktstrom kann entweder gasförmig oder flüssig sein. Die Oberflächenströmungsgeschwindigkeit des fluidisierenden Fluids kann im Falle eines Gases etwa 0,01 bis 3 m/sec und vorzugsweise etwa 0,08 bis 1,5 m/sec betragen. Die Oberflächenströmungsgeschwindigkeit des fluidisierenden Fluids im Falle einer Flüssigkeit kann etwa 0,001 bis 0,3 cm/sec und vorzugsweise etwa 0,008 bis 0,15 cm/sec. betragen. Die Betteilchen bewegen sich vorzugsweise im Gegenstrom in einer im wesentlichen pfropfenförmigen Strömung gegenüber dem nach oben strömenden Einsatzproduktstrom oder Spülgas aufgrund der Schwerkraft oder des Druckes in den Kontaktgefäßen. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Feststoffteilchen kann je nach der Konzentration der Verunreinigungen in dem Einsatzproduktstrom, der Größe der Gefäße, der Strömungsgeschwindigkeit des Einsatzproduktstromes usw. variieren.

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Wie bereits erwähnt, kann die Adsorption in jedem geeigneten Gefäß durchgeführt werden. Das Gefäß kann mit internen Trägern (supports), Böden usw. ausgestattet sein. Im unteren Teil des Adsorptionsgefäßes soll ein geeignetes Rost zur Verteilung des eintretenden Einsatzproduktstromes angebracht sein. Der Boden oder der untere Teil des Adsorptionsgefäßes soll Vorrichtungen zur Entfernung der verbrauchten Feststoffe aus dem Adsorptionsgefäß aufweisen. Diese Öffnung kann an der Seite des Gefäßes oder an seinem Boden sein. Ein Rohrrost, d.h. perforierte Rohre, können zur Einspeisung des Einsatzproduktstromes verwendet werden. In diesem Fall können die verbrauchten Feststoffteilchen aufgrund der Schwerkraft vorbei an den perforierten Röhren zu dem Regenerator oder Desorber fließen. Die Einsatzproduktmischung kann aus einer Vielzahl von Quellen stammen. So ist das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise auf folgende Trennungsverfahren anwendbar: Trocknung von natürlichen Gasen vor der Verflüssigung für LNG; Trocknung von natürlichen Gasen vor der Tieftemperaturfraktionierung zu Pipelinegas mit hohem BTU-Wert, Ethan usw. ; Trocknung von bei der Dampfcrackung austretenden Gasen vor der Tieftemperaturdestillation in Ethylenanlagen, Trocknung von bei der katalytischen Crackung austretenden Gasen vor der Tieftemperaturdestillation; Trocknung von Luft vor der Verflüssigung und Destilla-

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tion zur Herstellung von Sauerstoff und Stickstoff; Trocknung von Luft für verschiedene Anwendungen wie Instrumentenkontrollsysteme; Trocknung von zurückgeführtem Wasserstoffgas für das katalytische Reformieren zur Herstellung von Benzin und andere entsprechende Trocknungs- und Trennverfahren; Entfernung von polaren Verbindungen wie H O₅ HS, SO₀, NH COS, RSH usw. aus nichtpolaren Gasen wie Erdgas, Kohlenwasserstoffgasen, z.B. aus Raffinerien, Wasserstoff und Mischungen derselben; Entfernung von CO oder H_? aus nichtpolaren Gasen; Entfernung von CO aus Einsatzgäsen für Tieftemperaturanlagen; Entfernung von Schwefelverbindungen aus Erdgas; Wasserstoffreinigungsverfahren, z.B. Reinigung von

(1) bei der Demethanisierung anfallenden Gasen, die Wasserstoff, CH₄, CO₅ C₃H₄, C₃H₂, CO₂ und N₂ enthalten;

(2) Wasserstoff aus Dampfreformieranlagen, der CO , H₂O, CH , CO und Stickstoff enthält;

(3) bei der katalytischen Reformierung anfallenden Gasen, die Wasserstoff, CH , CpH , ^C3^H8^{S C}4^H1O "^nd Spuren von C,- -Kohlenwasserstoffen enthalten;

(4) Brennstoffgasströmen aus Raffinerien und chemischen Anlagen, die Wasserstoff, CH₄, C₂H₅, C₃H₅, C₄H₁₀, ^?^4' ^^^-s⁵ ^4.^a ^zusammen roi'^ Spuren von C -Kohlenwasserstoffen, CO , CO, M und HO enthalten;

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(5) beim Hydrofinieren anfallenden Gasen, die Wasserstoff, CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀, C₂H₄, C₃H₆, C₄H₈ zusammen mit Spuren von C -Kohlenwasserstoffen,

D~f~

H₂S, CO₂, CO, N₂, NH₃ und H₃O enthalten;

(6) elektrolytischen Abgasen, die N_?, CO und HO enthalten ;

(7) dissoziiertem NH enthaltend N und NH · und

(8) NH^-reaktiven Umlaufspülgasen, die CH , Ar, N_ und NH enthalten; Umlaufspülgasen aus Methanolanlagen, die CO, CO , CH₄ und N enthalten; Entfernung von organischen Lösungsmitteln aus Luft, Lösungsmittelrückgewinnung mit aktivierter Kohle; Adsorption von Kohlenwasserstoffen aus Gasströmen, z.B. Propan und höhere Kohlenwasserstoffe aus Erdgas; Abtrennung von Ethan aus Methan/Ethan-Mischungen; Entfernung von Krypton 80 aus Luft und

(9) Methan von Luft.

In der folgenden Tabelle sind Beispiele von Verfahren zusammengestellt, in denen untergeordnete Mengen an polaren Molekülen und CO_?, CS_? und ähnlichen Verbindungen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aus Gasströmen entfernt werden können.

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Anwendung

Typische Gaszusammensetzung

zu entfernende Komponenten

Reinigung von Inertgasen (1,07 bis 1,35 kg/cm²) N₂ - 89 %, CO₂ - 11 %,
HO - Spur

und

Ethylenreinigung (d.h. Produktion von Polyethylen kunststoff )

( ^ 22,1 kg/cm²) Hauptsächlich Ethylen
mit Spuren an C0_? und H_?0

und

CO O O

Einsatzgas fur Tieftemperaturanlagen

2 (^ 6,27 kg/cm ) N₂, O₂ Ar, CO₂, H₂O,
Spuren Kohlenwasserstoffe,
NO usw.

+ Luftzufuhr zu O_-Anlage

+ Einsatzstrom für LNG-Anlage

+ Leichtdestillate

(light ends) vom Raffinerieren

Behandlung von Erdgas (71,3 bis 113,5 kg/cm²) C .-C„-Kohlenwasserstoffe,

geringe Mengen an N , H_?S, RSH, C0_

und H₂O und HO

, und HO », RSH und

Abgase (tail gas) von Salpetersäureanlagen

( ^ 1,07 kg/cm²)

Rauchgasentschwefelung (^ 1,07 kg/cm²) N₂ - 95-98 %, O₂ - 0-3 %, Ar 1,5-2 %, H- - gesättigt,
MO - 150-3000 ppm

N - 75-76%, CO₂ - 13-15%, H₂O
7-10%, O₂ - 1-3%, SO₂ - 0,25%,
SO - 0,005%

NO

SO und SO

CD CO CO

Die adsorbierten Verunreinigungsmoleküle werden, wie bereits oben erwähnt, durch ein thermisches Verfahren (thermal swing process) desorbiert, d.h. durch ein Verfahren, bei dem die verbrauchten Teilchen auf eine Temperatur erhitzt werden, bei der die Adsorptionskapazität des Adsorptionsmittels für die Verunreinigungsverbindungen oder -moleküle auf ein niedriges Niveau verringert ist. Die Entfernung äer Verunreinigungsverbindungen oder -moleküle, die auf den Adsorptionsmittelteilchen festgehalten werden, wird durch einen geeigneten Spülgasstrom, z.B. Dampf, Ammoniak, Wasserstoff oder niedermolekulare. Kohlenwasserstoffgase oder Produktgas von dem Absorber usw., verbessert.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird beispielsweise ein Bett aus Teilchen bestehend aus Zeolith 4A enthaltend eine ferromagnetische Komponente im Gegenstrom mit einem Einsatzproduktstrom aus Dämpfen, z.B. einem natürlichen Gas und Wasserdampf in der magnetisch stabilisierten Adsorptionszone kontaktiert. Die Feststoffe verlassen die Adsorptionszone mit Wasser beladen, wobei sich die Teilchen im wesentlichen im Gleichgewicht mit dem Wasserdampf des Einsatzproduktstromes befinden. Gemäß der Natur des Molekularsiebs werden vorzugsweise polare Moleküle (z.B. Wasser) von den Bestandteilen des Naturgases (Erdgases) adsorbiert. Durch die Verwendung

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des magnetisch stabilisierten Bettes ist es möglich, kleinere Teilchen als bei Festbettverfahren zu verwenden. Durch die Verwendung dieser kleineren Teilchen verringert sich der Diffusionswiderstand. Darüber hinaus ist die Größe des Adsorptionsbettes im Vergleich zu Festbetten aus Molekularsiebteilchen herkömmlicher Größe verhältnismäßig gering. Die Molekularsiebteilchen fließen von der Adsorptionszone in die magnetisch stabilisierte Desorptionszone, wo sie abwärts im Gegenstrom zu dem aufsteigenden heißen Spülgasstrom fließen. Die heißen Gase erhitzen die verbrauchten Teilchen auf eine Temperatur, bei der die Adsorptionskapazität des Molekularsiebs für Wasser auf ein niedriges Niveau reduziert und folglich Wasser von den Adsorptionsmittelteilchen desorbiert wird. ^Λ/ie in der Adsorptionsstufe verringert auch hier die geringe Teilchengröße den Diffusionswiderstand und führt zu einer sehr guten Annäherung an das Gleiehgewi-cht zwischen Dämpfen und Feststoffen an jedem gegebenen Punkt. Wie schon zuvor erwähnt, ist der Druck in allen Zonen nahezu gleich, während di-e Temperatur in der ,Desorptionszone wesentlich höher als in der Adsorptionszohe ist.

In Figur Ϊ ist eine grundsätzliche Ausführungsform des erf i-ndüh'gsgemäßen Verfahrens sehematisch dargestellt·. Der die "Gastnisehung enthaitende Einsatzproduktstrom

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wird in den unteren Bereich des Gefäßes 1 eingeleitet, das ein selektiv adsorbierendes Material und eine rnagnetisierbare Komponente 3 enthält. Ein Solenoid oder magnetische Vorrichtungen 5 sind in geeigneter Weise angeordnet, um die in Gefäß 1 eingebrachten festen Teilchen einem im wesentlichen gleichförmigen Magnetfeld auszusetzen. Die gasförmige .Einsatzmischung wird dem Adsorptionsgefäß über Leitung 7 zugeführt. Der Einsatzproduktstrom aus Leitung 7 wird mit einer zum Aufschweben oder Fluidisieren der Betteilchen ausreichenden Oberflächenströmungsgeschwindigkeit direkt zum Rost 9 geleitet. Die Betteilchen verlassen das Gefäß 1 in absteigender Richtung über das Standrohr 13. Der Feststoffstrom in dem Standrohr kann durch nicht eingezeichnete VentilvOrrichtungen reguliert werden. Die Betteilchen werden dann über Leitung 17 in den Desorber 21 überführt. Ein Transportgas aus Leitung 15 unte-rstützt die Überführung der Feststoffe durch Leitung 17, so daß die Teilchen über den Einlaß 19 in das Desorbergefäß 21 gelangen. Im f luidisierten Zustand t>ewegen sich die Teilchen im Desorber 21 abwärts gegen den nach oben strömenden Gasstrom (vorzugsweise heißes Trockengas), der über Leitung 23 zugeführt wird. Das. heiße Trockengas wird direkt unter dem Rost 25 eingespeist. Die verbrauchten Betteilchen 3a werden durch ein Solenoid oder Magnetvorrichtungen 5a stabilisiert. Die desorbiej—

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ten oder regenerierten Betteilchen fließen im Gegenstrom aus dem Gefäß 21 und vorzugsweise in pfropfenförmig.er Strömung in das Standrohr 29. Die regenerierten Betteilchen werden dann über das Standrohr 29 und die Transportleitung 31 in das Adsorptionsgefäß 1 überführt. Die Überführung der Betteilchen kann durch ein über Leitung 15a eingespeistes Transportgas erleichtert werden. Die Betteilchen werden durch die Einlaßöffnung 33 in das Gefäß 1 zurückgeführt. Die Art des verwendeten selektiven Adsorptionsmittels ermöglicht es, daß die Gase frei von polaren Molekülen das Gefäß 1 über Leitung 11 verlassen, während die polaren Moleküle von den Betteilchen adsorbiert werden. Die adsorbierten polaren Moleküle werden andererseits im Desorber 21 desorbiert und treten über Leitung 27 zusammen, mit dem heißen Spülgas aus dem Desorber aus. Die regenerierten Teilchen können mittels eines Wärmeaustauschers (nicht eingezeichnet) während des Durchgangs durch Leitung 31 und vor Eintritt in den Adsorber bei Einlaß 33 gekühlt werden.

In Figur 2 ist eine Trennanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, die sich zur Trocknung eines natürlichen Gases vor Verflüssigung für LNG eignet. Das vertikal angeordnete Gefäß 1 enthält ein fluidisiertes oder expandiertes oder aufgeschwebtes

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Bett 3 aus sich nach unten bewegenden Adsorptionsmittelteilchen, die magnetisierbare Teilchen enthalten. Das sich nach unten bewegende Adsorptionsmittel und die magnetisierbarer! Teilchen sind vorzugsweise zusammengesetzte Teilchen aus Zeolith 4A und 400 Series rostfreiem Stahl. Das Gefäß 1 ist von einer Anordnung von elektrischen Spulen 5 zur Anwendung eines magnetischen Feldes auf das fluidisierte Bett umgeben. Ein Strom feuchten Gases, das in dem Gefäß getrocknet werden soll, wird unterhalb des Bettes über Leitung 7 mit einer zur- Aufrechterhaltung des f luidisierten Zustands des Bettes ausreichenden Geschwindigkeit eingeleitet, und trockenes Gas wird über Leitung 11 oberhalb der dichten Phase des Bettes aus dem Gefäß abgenommen. Die zu regenerierenden Teilchen werden aus dem Bett über den Feststoffauslaß 13 abgenommen, der mittels Ventil 14 (slide valve) oder einer entsprechenden Vorrichtung reguliert wird. Die entfernten Feststoffe werden durch Transportleitung 17 nach oben in das Regenerationsgefäß 21 geführt. Die festen Teilchen 3a im Gefäß 21 werden durch einen Strom von Regeneriergas, der eine geeignete Geschwindigkeit besitzt und durch Einlaß 23 eingeleitet wird, aufgeschwebt. Eine Anordnung von elektrischen 'Spulen 5a umgibt das Gefäß 21, so daß ein .gleichförmiges Magnetfeld auf die Teilchen 3a des Fließbetts angewendet werden kann.

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Mit Feuchtigkeit beladenes, verbrauchtes Regenerierungsgas verläßt den oberen Bereich des Gefäßes 21 über Leitung 27, wird in einem Wärmeaustauscher 40 gekühlt und in den Abscheider 41 geleitet. Abgeschiedenes Wasser tritt über Leitung 42 aus, und das entwässerte Gas strömt durch Leitung 43 zum Kompressor 45.

Die regenerierten Feststoffteilchen werden durch die Schwerkraft durch Leitung 29 weitertransportiert, wobei der Feststoffstrom mittels des Ventils 30 oder entsprechender Vorrichtungen reguliert wird.

Wenngleich jedes beliebige Trocknungsgas zur Regenerierung der Feststoffteilchen im Gefäß 21 verwendet werden kann, ist es am vorteilhaftesten, einen Teil des trockenen Gases aus Leitung 11 durch das Ventil 35 in die Leitung 34 zu leiten und im Ofen 37 zu erhitzen. Das erhitzte Gas wird über Leitung 38 in den Eintritt 23 geleitet.

Der größte Teil des entwässerten Regenerierungsgases, das in den Kompressor 45 eintritt, wird verwendet, um Feststoffteilchen aus dem Gefäß 1 über Leitung 17 in das Gefäß 21 z\i transportieren. Da in dem Zirkulationssystem umfassend die Leitungen 17 und 47 aufgrund des über Leitung 38 zugeführten Gases eine Zunahme der

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Gasmenge eintreten würde, wird eine entsprechende Menge Gas über Leitung 50, die mittels Ventil 51 reguliert wird, entfernt.

Bei Verwendung der in Figur 2 dargestellten Vorrichtung betragen die Temperatur und der Druck in Gefäß 1 beispielsweise 21,1 C und 44,9 kg/cm und im Regenerationsgefäß 21 315,5°C und 42,8 kg/cm . Die Teilchen

haben eine Dichte von 1,6 g/cm und eine durchschnittliche Teilchengröße von 300 \im. Zur Trocknung von

3
14 300 m natürlichem Gas je Strömungstag, das 463,07 kg Wasser je Stunde enthält, auf einen Taupunkt von -67,8⁰C beträgt die Betthöhe 1,8 m, der Bettdurchmesser 3,6 m und die Oberflächenströmungsgeschwindigkeit des Gases 0,21 m/sec im Gefäß 1. Die Betthöhe im Regenerierungsgefäß 21 beträgt 4,5 m, der Bettdurchmesser 0,9 m und die Oberflächenströmungsgeschwindigkeit des Gases 0,27 m/sec. Die Zirkulationsgeschwindigkeit der Feststoffe durch das System beträgt 454 kg je Stunde. Das angelegte Magnetfeld ist so ausgelegt, daß das Porenvolumen sowohl im Adsorptions- als auch im Desorptionsgefäß etwa 0,35 bis 0,7 oder mehr beträgt. Die Adsorptionsmittelteilchen sind aus 75 Gew.% 4A Molekularsieb und 25 Gew.% ferromagnetischer Komponente zusammengesetzt, wobei die letztere aus 4OO Series rostfreiem Stahl besteht, so daß das Verhältnis 95 Vol.% zu 5 Vol.% beträgt.

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Wenngleich in den Figuren ein einziges Adsorptions- und ein einziges Desorptionsgefäß dargestellt sind, sei darauf hingewiesen, daß gewünschtenfalls mehrere Gefäße verwendet werden können. Die Verwendung von kleinen Feststoffteilchen beim erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht es jedoch, weniger oder kleinere Gefäße zu verwenden.

ka: bü

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Claims

U EX K Ü LL & STOi-Bt-. PATENTANWÄLTE BESEIERSTRASSE A D 2000 HAMBURG 52 Exxon Research and Engineering Company P.O.Box 390 Florham Park, N.J. 07932 V.St.A. ·■ .- -1I !.WONAL REPRESENTATIVES r·: ;·α. Tnr. fuROPEAN patent office DK J D FKHR von UEXKULL DR ULRICH GRAF STOLBERG DIPL ING JÜRGEN SUCHANTKE DIPL ING ARNULF HUBER DR ALLARD von KAMEKE DR KARL-HEINZ SCHULMEYER (Prio: 7. September 1979 US 73 481 - 17002) September 1980 Verfahren zur Abtrennung von Verunreinigungen aus Einsatzproduktströmen unter Verwendung von magnetisch stabilisierten Wirbelbetten Patentansprüche

1. Verfahren zur selektiven Abtrennung von Verunreinigungen aus einem eine Mischung enthaltenden Einsatzproduktstrom in einem äußeren Kraftfeld, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) einen Teil der Verunreinigungen aus dem Einsatzprodu-ktstrom adsorbiert, indem man den Einsatzproduktstrom mit einem Bett kontaktiert, das zum Adsorbieren der Verunreinigungen aus dem Einsatzproduktstrom geeignete Adsorptionsmittelteilchen enthält,

b) zur Regenerierung mindestens eines Teils der Adsorptionsmittelteilchen mindestens einen Teil

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der Verunreinigungen von den Adsorptionsmittelteilchen aus Stufe (a) desorbiert,

c) zusammen mit den Adsorptionsmittelteilchen eine magnetisierbare Komponente verwendet und ein magnetisches Feld auf die magnetisierbare Komponente und die Adsorptionsmittelteilchen in Richtung des äußeren Kraftfeldes und mit ausreichender Stärke einwirken läßt, um Feststoffrückvermischung und "by-pass" zu verhindern und/oder zu unterdrücken,

d) die Adsorptionsmittelteilchen und die magnetisierbare Komponente expandiert oder aufschwebt, indem man sie im Gegenstrom mit dem Einsatzproduktstrom kontaktiert, und

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein im wesentlichen gleichförmiges Magnetfeld verwendet und die Adsorptions- und Oesorptionsstufe in getrennten Gefäßen durchführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Adsorptionsmittelteilchen und die magnetisierbare Komponente abwärts und im wesentlichen pfropfenströmungsmäßig fließen läßt.

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4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Adsorptionsstufe eine Temperatur von etwa -200 C bis 350 C und in der Adsorptions- und Desorptionsstufe einen Druck

2 von etwa 1,007 bis 140,67 kg/cm verwendet.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man Adsorptionsmittelteilchen und magnetisierbare Komponente mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser im Bereich von 50 bis etwa 1500 pm verwendet.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Desorptionsstufe durchführt, indem man die Adsorptionsmittelteilchen erhitzt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Desorptionsstufe einen Spülstrom verwendet.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die mit der Verunreinigung beladenen Adsorptionsmittelteilchen und die magnetisierbare Komponente im wesentlichen im Gleichgewicht mit dem eintretenden Einsatzproduktstrom aus der Adsorptionszone austreten läßt.

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