DE3131202A1 - Verfahren zum anfahren von druckwechsel-adsorptionsanlagen - Google Patents

Verfahren zum anfahren von druckwechsel-adsorptionsanlagen

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Description

  • Verfahren zum Anfahren von Druckwechsel-Adsorptionsanlagen
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren von Druckwechsel-Adsorptionsanlagen mit mindestens zwei Adsorbern zur Zerlegung von Gasen, wobei die Adsorber zyklisch vertauscht werden und jeder Adsorber innerhalb eines Zyklus nacheinander mindestens eine Adsorptions-, eine Druckausgleichs-, eine Entspannungs- und eine Wiederaufdrückphase durchläuft und der in seiner Adsorptionsphase befindliche Adsorber an seinem Eintrittsende mit zu zerlegendem Gas beschickt wird und an seinem Austrittsende an der oder den leichter adsorbierbaren Komponenten verarmtes Produktgas abgibt.
  • Breiten Eingang in die Technik der Gasreinigung oder Gaszerlegung haben seit einer Reihe von Jahren Druckwechsel-Adsorptionsverfahren gefunden. Bei diesen Verfahren erfolgt die Adsorption unter einem höheren Druck als die Desorption der zuvor adsorbierten Komponenten, die einfach durch Drucksenkung, meist mehrstufig und gegebenenfalls bis auf unteratmosphärischen Druck und häufig durch zusätzliches Überleiten eines Spülgases bewirkt wird. Der Druckwechsel erfolgt dabei in einem nur Minuten oder Sekunden dauernden Zyklus. Bei den bekannten Druckwechsel-Adsorptionsverfahren wird innerhalb der Adsorbensmasse eine Adsorptionsfront der bevorzugt adsorbierten Komponenten erzeugt, die während des Adsorptionsvorganges in Richtung auf das Austrittsende des Adsorbers wandert und während der Desorption in der umgekehrten Richtung zurückgeschoben wird. Die Adsorptionsfront wird also in zyklischer Weise durch den Adsorber vor- und zurückgeschoben.
  • Bekannte Druckwechsel-Adsorptionsverfahren sind beispiels weise in den deutschen Offenlegungsschriften 26 24 346, 27 02 784, 27 24 763 oder 28 40 357 beschrieben.
  • Daß die bekannten Druckwechsel-Adsorptionsverfahren zufriedenstellend arbeiten,zeigt nicht zuletzt die Tatsache, daß diese Verfahren in den letzten Jahren in zunehmendem Umfang Eingang in die Technik der Gaszerlegung bzw. Gasreinigung gefunden haben. Dennoch gibt es bei diesen Verfahren noch verbesscrungsbedürftige Punkte. Hierzu gehört die Inbetriebnahme entsprechender Anlagen. Beim Neu- oder Wiederanfahren einer Anlage trat bisher das Problem auf, daß zunächst kein spezifikationsgerechtes Produkt aus den Adsorbern austrat.
  • Der Grund hierfür ist offenbar darin zu sehen, daß während der ersten Betriebsphase,beispielsweise während der ersten acht bis fünfzehn Zyklen, zunächst eine Stabilisierung der Adsorptionsfront stattfindet. Während dieser Zeit, die in der Größenordnung von etwa 15 Minuten bis zu mehreren Stunden liegen kann, wird ein nicht als Produktgas verwertbares Gas aus den Adsorbern abgezogen und muß durch zusätzliche Maßnahmen aufgearbeitet, anderweitig verwertet oder, sofern dies zulässig ist, als Abgas abgeblasen werden. Während die letztgenannte Möglichkeit beispielsweise bei der Luftzerlegung ohne weiteres durchgeführt werden kann, sind bei der Behandlung anderer Gasgemische, beispielsweise bei der Gewinnung von Wasserstoff aus einem Dampfreformiergas, der Zerlegung von Synthesegas oder Kohlenwasserstoffgemischen und vielen anderen Anwendungsfällen zusätzliche Maßnahmen erforderlich.
  • Der Erfindung lag deshalb dib Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem die Zeitspanne zwischen der Inbetriebnahme der Anlage und der Abgabe eines spezifikationsgerechten Produktgases möglichst kurz ist.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Neu- oder Wiederanfahren der Anlage mindestens während der Dauer des ersten Zyklus das Austrittsende jedes eine Adsorptionsphase durchlaufenden Adsorbers geschlossen bleibt.
  • Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß durch die erz in dungsgemäße Maßnahme eine wesentliche Verkürzung der Anfahrzeit erreichen läßt. Statt der bisher üblichen Dauer von acht bis fünfzehn Zyklen reicht beim erfindungsgemäßen Verfahren häufig bereits ein einziger Zyklus aus, um ein Produktgas mit der geforderten Reinheit aus der Anlage abziehen zu können. In jedem Fall reicht eine Anfahrphase von sehr wenigen Zyklen, etwa zwei oder drei Zyklen,aus, um die geforderte Produktreinheit zu erreichen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird lediglich während der in den ersten Zyklen auftretenden Adsorptionsphasen der einzelnen Adsorber eine Abweichung vom normalen Betricbszustand vorgenommen, indem das Austrittsende der Adsorber nicht geöffnet wird. Alle anderen Phasen werden dagegen genauso durchgeführt wie beim nachfolgenden Normalbetrieb der Anlage. So werden beispielsweise während einer im Gleichsstrom mit der Adsorptionsrichtung durchgeführten Entspannungsphase, falls eine solche vorgesehen ist, die Entspannungsgase über das Austrittsende des Ad- sorbers abgezogen und so verwertet, wie es auch im Normalbetrieb erfolgt. Dort wird ein solches Gleichstromentspannungsgas meist als Spülgas für einen anderen Adsorber oder zum Aufdrückeneinesanderen Adsorbers,der zuvor eine Desorptionsphase durchlaufen hat, herangezogen.
  • Neben der verkürzten Anfahrdauer ist ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin zu sehen, daß auf der Produktabgabeseite überhaupt kein Gas abgezogen wird,das nicht spezifikationsgerecht ist.Durch das Verschlie-Ben der Adsorberaustrittsenden erübrigen sich damit alle bisher üblichen Maßnahmen,die im Hinblick auf die anderweitige Verwertung des anfangs anfallenden unreinen Produktgases erforderlich waren.
  • Die Vorteile deserfindungsgemäßen Verfahrens werden dadurch erreicht, daß am Ende der Adsorptionsphase,die erfindungsgemäß ja nur eine Phase des Druckhaltens ohne Durchströmung des Adsorbers ist, die Adsorptionsfront der leichter adsorbierbaren Komponente(n) nicht so weit zum Adsorberaustritt vorgeschoben ist wie dies beim üblichen Verfahren mit sofortiger Durchströmung des Adsorbers der Fall wäre. Das zwischen der Adsorptionsfront und dem Adsorberaustritt sich befindende Gas ist an leichter adsorbierbaren Komponenten verarmt und hat Produktgualität. Bedingt durch die Lage dieser Adsorptionsfront steht in diesem Bereich beim erfindungsgemäßen Verfahren mehr Gas mit Produktqualität zur Verfügung,als dies beim üblichen Anfahrbetrieb der Fall ist.
  • Dieses Gas wid bei der anschließenden Gleichstromentspannung üblicherweise zum Spülen eines zu regenerierenden oder zum Wiederaufdrücken eines bereits regenerierten Adsorbersim Gegenstrom zur Adsorptionsrichtung eingesetzt. Da diese Verfahrensschritte erfindungsgemäß mit qualitativ besserem Gas bzw. mit einer größeren Menge an qualitativ gutem Gas erfolgen, wird eine raschere Stabilisierung des Adsorpionsverfahrens und eine wesentlich kürzere Anfahrphase bis zur Erzeugung von spezifikationsgerechtem Produkt erreicht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht an die Verwendung spezieller Adsorptionsmittel oder an spezielle Verfahrensführungen gebunden. Es können sämtliche bekanntenAdsorptionsmittel, beispielsweise Aktivkohle, Silicagel, Aluminiumoxidgel und Molekularsiebe als Adsorptionsmittel verwendet werden. Beispielhaft sei die Verwendung von Aktivkohle, Silicagel oder Aluminiumoxidgel bei der Trocknung und/oder Abtrennung von Kohlendioxid aus verschiedenen Gasgemischen genannt.
  • Zeolithische Molekularsiebe haben breite Verwendung bei der Zerlegung von Kohlenwasserstoffen, der Reinigung von Wasserstoff oder der Sauerstoffgewinnung aus Luft gewonnen. Zur Gewinnung von Stickstoff aus Luft werden beispielsweise Kohlenstoffmolekularsiebe verwendet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur bei Druckwechsel-Adsorptionsverfahren anwendbar, die wie die eingangs genannten bekannten Verfahren eine Adsorptionsphase enthalten,während der eine Durchströmung des Adsorbers stattfindet, bei denen also gleichzeitig über das Eintrittsende zu zerlegendes Gasgemisch zugeführt und vom Austrittsende Produktgas abgezogen wird. Vielmehr läßt es sich auch in Verbindung mit anderen Verfahren anwenden, beispielsweise mit solchen, die nur während einer Entspannungsphase Produktgas abgeben. In diesen wie auch in allen anderen Fällen ist das erfindungsgemäße Merkmal, das Austrittsende eines in einer zdsorstionschase befindlichen Adsorbers aeschlossen zu halten, so zu verstehen, daß die für eine Produktgasabgabe erforderliche Verbindung zwischen dem Adsorber und der Produktgasleitung geschlossen bleibt.
  • Anhand eines Ausführungsbeispiels wird der Konzentrationsverlauf im Produktgas in der Figur graphisch dargestellt.
  • Der dort aufgezeigte Konzentrationsverlauf im Produktgas einer Luftzerlegungsanlage zur Gewinnung von Stickstoff zeigt den auch für andere Adsorptionsverfahren typischen Verlauf der Produktgaszusammensetzung, bezogen auf die geforderte Produktzusammensetzung. Die gekrümmt ver-laufende Kurve a gibt den relativen Stickstoffgehalt im Produkt beim Anfahren einer konventionell betriebenen Druckwechsel-Adsorptionsanlage wieder und läßt erkennen, daß erst während des elften Zyklus spezifikationsgerechtes Produktgas anfällt. Die Kurve b gibt den Konzentrationsverlauf beim Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wieder, wobei lediglich während der Dauer des ersten Zyklus keine Produktabgabe vorgenommen wurde. Die Kurve b zeigt, daß bereits zu Beginn des zweiten Zyklus spezifikationsgerechtes Produktgas geliefert werden kann.

Claims (4)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Anfahren von Druckwechsel-Adsorptionsanlagen mit mindestens zwei Adsorbern zur Zerlegung von Gasen, wobei die Adsorber zyklisch vertauscht werden und jeder Adsorber innerhalb eines Zyklus nacheinander mindestens eine Adsorptions-, eine Druckausgleichs-, eine Entspannungs- und eine Wiederaufdrückphase durchläuft und der in seiner Adsorptionsphase befindliche Adsorber an seinem Eintrittsende mit zu zerlegendem Gas beschickt wird und an seinem Austrittsende an der oder den leichter adsorbierbaren Komponenten verarmtes Produktgas abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Neu- oder Wiederanfahren der Anlage mindestens während der Dauer des ersten Zyklus das Austrittsende jedes eine Adsorptionsphase durchlaufenden Adsorbers geschlossen bleibt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Austrittsende jedes eine Adsorptionsphase durchlaufenden Adsorbers für die Dauer von 1 bis 2 Zyklen geschlossen bleibt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Austrittsende jedes eine Adsorptionsphase durchlaufenden Adsorbers bis zu drei Zyklen geschlossen bleibt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zyklen mit Ausnahme der Adsorptionsphase wie im Normalbetrieb durchlaufen werden.
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