DE3320735A1 - Verfahren zum betrieb eines sorptionsfilters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Sorptionsfilters, wobei das Sorptionsfilter sorptionsfähige Beimengungen eines Gasstromes abscheidet und nach Beladung maximal zu der den Beimengungen entsprechenden Gleichgewichtsbeladungen mit einem erhitzten gasförmigen Desorptionsmedium regeneriert wird, wobei der zu reinigende Gasstrom durch mindestens zwei Sorptionsmaterialschichten geführt wird und alle Sorptionsmaterialschichten ri Art einer Parallelschaltung durchströmt werden, und wobei zur Desorption der beladenen Sorptionsmaterialschichten diese in Art einer Hintereinanderschaltung von gasförmigen Desorptionsmittel durchströmt werden, nach dem deutschen Patent ... (Patentanmeldung P 32 32 134.1).

In der deutschen Patentanmeldung P 32 32 134.1 wird ein Verfahren zum Betrieb eines zwei- oder mehrschichtigen Sorptionsfilters beschrieben, bei dem mit geringem Energieaufwand in der Phase der Reinigung des durchströmenden Gases gearbeitet werden kann und in der Phase der Regeneration des Adsorptions-

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materials schließlich ein großer Teil der aus dem Gasstrom sorptiv abgeschiedenen sorptionsfähigen Beimengungen desorbiert und kondensiert werden kann. Mit Hilfe dieses Verfahrens gelingt es, das Sorptionsmaterial bis auf kleine verbleibende Restbeladaungen zu desorbieren und die Reingaskonzentration in der darauf folgenden Reinigungsphase sind dementsprechend niedrig. Dies wird dadurch erreicht, daß das im Kreislauf geführte gasförmige Desorptionsmedium durch mindestens zwei Schichten strömt, so daß in Strömungsrichtung erste Schicht desorbiert und die zweite entsprechend höher beladen wird. Ist die Desorption der ersten Schicht nahezu beendet, wird das gasförmige Desorptionsmedium nur noch über die zweite Schicht geleitet, so daß die mit der Kondensation zwangsweise verbundene und gleichzeitig ablaufende Rückladung nur die zweite Schicht betrifft und damit nur die zweite Schicht eine höhere Restbeladung behält; sind mehr als zwei Schichten vorhanden, gilt dies sinngemäß für die letzte Schicht. Diese Restbeladung verteilt sich in der auf die Desorptionsphase im Zuge der Regeneration folgenden Kühlphase gleichmäßig auf alle Schichten. Nun hat sich gezeigt, daß auch diese Restbeladung noch zu hoch sein kann, insbesondere, wenn die Desorptionstemperaturen relativ niedrig und die Kondensationstemperaturen relativ hoch sind. Aus wirtschaftlichen und betrieblichen Gründen ist dies häufig so, da für die Beheizung im Regelfall nur Dampf mit Temperaturen von wenig über 1oo Grad Celsius und für die Kühlung Kühlwasser von 1o Grad Celsius bis 2o Grad Celsius zur Verfügung steht. Diese niedrige Temperaturdifferenz zwischen Desorptions- und Kondensationstemperatur von 80/90 K führt wegen des besonders bei solchen ausgetriebenen Beimengungen mit niedrigem Siedepunkt zu einem hohen Rest-Partialdruck und somit zu einer Rückbeladung des desorbierten Sorptionsmaterials. Dies hat wiederum eine Verkürzung der Standzeit (Zeit zwischen zwei Desorptionen) zur Folge und führt insbesondere zu einer hohen Konzentration der abzuscheidenden Stoffe im Reingas, schon bei Beginn der Sorptionsphase.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren so weiter zu entwickeln, daß auch mit relativ geringen Temperaturunterschieden zwischen Desorptionstemperatur und Kondensationstemperatur die Restbeladung wirksam begrenzt werden kann, längere Stanzzeiten erreicht werden und insbesondere hohe Reingaskonzentrationen auch bei Beginn der Reinigungsphase vermieden werden; darüber hinaus soll das Verfahren wirtschaftlich und betriebssicher durchgeführt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, daß während der Desorption der beladenen Sorptions materialschichten diesen eine zusätzliche Sorptionsmaterialschicht in Strömungsrichtung des gasförmigen Desorptionsmittels nachgeschaltet wird. Durch diesen Vorschlag wird das Sorptionssystem um eine Schicht erweitert, wobei diese Schicht an de.r Reinigung des Gasstromes selbst nicht beteiligt wird, sondern ausschließlich in der Regenerationsphase als letzte Schicht der Desorption unterworfen wird.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gegeben, daß nach Beendigung der Desorption mit Hilfe des als Kühlmedium umgewälzten Desorptionsmediums die zur Abscheidung der sorptions- ] fähigen Beimengungen aus dem zu reinigenden Gasstrom eingesetzter! Sorptionsmittelschichten sowie die zusätzliche, während der De- j sorption in .Durchflußrichtung des gasförmigen Desorptionsmediums_: diesen Schichten nachgeschaltete, zusätzliche Desorptionsmittelschicht unabhängig voneinander gekühlt werden, wobei das Kühlmedium jeweils nur die eine Gruppe von SorptiQnsmittelschichten j

oder die zusätzliche Sorptionsmittelschicht durchströmt. Bei dieser Weiterbildung der Erfindung wird die anschließende Kühlphase in zwei Etappen durchgeführt: Man führt das gasförmige Desorptionsmedium, das hier gekühlt als Kühlmedium eingesetzt wird, zuerst nur über die zusätzliche Sorptionsmittelschicht und dann ausschließlich über die anderen, zur Gasreinigung dienenden· Sorptionsmittelschichten oder umgekehrt. Damit wird erreicht, da"¹ die von der Unvollständigkeit der Desorption bedingte hohe Rest-

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beladung der zusätzlichen Sorptionsmittelschicht nicht auf die zur Gasreinigung eingesetzten Sorptionsmittelschichten übertragen wird, sondern in der zusätzlichen Sorptionsmittelschicht verbleibt, die ja ihrerseits nicht mit dem zu reinigenden Gasstrom in Berührung kommt.

Die Figur 1 erläutert beispielhaft die Erfindung anhand des Verfahrens - Flußbildes näher. Das zu reinigende Gas wird über die Rohrleitungen 2, 2.1 und 2.2 den Sorptionsmaterialschichten 1.1, 1.2 und 1.3 zugeführt. Es durchströmt diese Sorptionsmaterialschichten, wird dabei gereinigt, dann über die Rohrleitungen 3.1, 3.2 und 3 abgeführt. Sobald die Beladung des in diesen Schichten eingesetzten Sorptionsmaterials, beispielsweise Aktivkohle, mit den abgeschiedenen Verunreinigungen, z.B. Lösemittel, so hoch · geworden ist, daß die Konzentrationen der Lösemittel im Reingas einen vorgegebenen Grenzwert der Höhe nach zu überschreiten drohen, wird die Phase der Gasreinigung beendet bzw. von anderen nicht näher dargestellten Adsorptionssystemen gleicher Bauart übernommen. Die Klappen 4.1, 4.2, 5.1 und 5.2 werden geschlossen und das eingeschlossene Gas, z.B. fm Behälter 1 und dem angeschlossenen Kreislaufsystem gegen das gasförmige Desorptionsmittel, z.B. Stickstoff ausgetauscht. Dann beginnt die Desorption damit, daß das Gebläse 6 und die Heizung 7 in Betrieb genommen wird und die Klappen 11.1 und 11.5 geöffnet werden. Alle anderen Klappen bleiben vorerst geschlossen, auch die Kühlung im Wärmetauscher 1o wird noch nicht betrieben. Es erwärmt sich so zuerst die -Sorptionsmittelschicht 1.3 und gibt die adsorbierten Stoffe in hoher Konzentration frei und das nächste Bett 1,2 weiter, wo sie wieder adsorbiert werden, weil die Höhe der Beladbarkeit des Sorptionsmaterials mit dem Partialdruck und somit mit der Konzentration der zu adsorbierenden Stoffe im Gas ansteigt. Nach dem nun die Sorptionsmittelschicht 1.3 erhitzt und ihre Beladung ausgetrieben ist, wird das Ventil 11.1 geschlossen und das Absperrorgan 11.2 geöffnet. Es erhitzt sich·nun die Schicht 1.2 und ihre

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Beladung wird desorbiert. Dann werden die Klappen 11.2 geschlossen und 11.3 geöffnet und damit die Desorptionsmaterialschicht

1.1 erhitzt, deren desorbierte Beladung schließlich von der zusätzlichen Sorptionsmaterialschicht 1.4 adsorptiv aufgenommen wird. Allmählich steigt nun die Konzentration der Verunreinigunge im gasförmigen Desorptionsmittel hinter der zusätzlichen Sorptionsmaterialschicht 1.4 in der Rohrleitung 9.2 an, weil die Obergrenze der Beladbarkeit dieser zusätzlichen Sorptionsmaterialschicht erreicht ist und die Temperatur zwischen der Sorptionsmaterialschicht 1.1 und der zusätzlichen Sorptionsmaterialschicht 1.4 ansteigt. Dies ist nun der Zeitpunkt, zu dem die Sorptionsmaterialschichten 1.3., 1.2 und 1.1 heiß und praktisch vollständig von adsorbierten Stoffen befreit sind. Die zurückge-r bliebenen Restbeladungen der Schichten 1.3, 1.2 und 1.1 kann dann besonders niedrig gehalten werden, wenn das im Kreislauf geführte gasförmige Desorptionsmittel praktisch keine Verunreinigungen mehr enthält. Dies wird dann erreicht, wenn die zusätzliche Sorptionsmaterialschicht 1.4.ausreichend groß deminsioniert ist um die gesamte Beladung der Sorptionsmaterialschichten 1.3,

1.2 und 1.1 aufzunehmen, wobei allerdings berücksichtigt werden kann, daß die mögliche Beladung durch den hohen Partialdruck des Desorbats gegenüber der Beladbarkeit der "normalen" Sorptions materialschichten gesteigert ist.

Der Anstieg der Konzentration der aus den Sorptionsmaterialschich ten ausgetriebenen adsorbiert gewesenen Beimengungen des Gasstroms zeigt an , daß die Beladbarkeit der zusätzlichen Sorptionsmaterialschicht erreicht ist. Zu diesem Zeitpunkt wird die Klappe 11.3 geschlossen und die Klappen 11.4 und11.6 werden geöffnet. Gleichzeitig wird die Kühlung des als Kondensator geschalteten Wärmetauschers 1o aufgenommen. Da das zusätzliche Sorptionsmaterial Bett 1.4 seine maximale Beladbarkeit für niedrige Temperaturen erreicht hatte, beginnt nun mit steigender i Temperatur die Konzentration des Desorbats in der Leitung 9.2 !

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anzusteigen um schließlich über die maximale DampfSättigungskonzentration bei kühler Temperatur hinauszuwachsen. Dies bedeutet, daß im Kühler die Sättigungsgrenze unterschritten wird und der Überschuß kondensiert. Das Kondensat wird gesammelt und kann über die Leitung 1o.1 das System verlassen. Nach einer gewissen Zeit beginnt die Konzentration des Desorbats vor dem Kondensator, also in der Leitung 9.2 zu fallen. Der Kondensatanfall verringert sich entsprechend. Schließlich wird der Anfall von Kondensat beim Unterschreiten der Dampfsättigungskonzentration beendet. Die zusätzliche Sorptionsmittelschicht behält nun eine Restbeladung, die zu dieser Konzentration bei Desorptionstemperatur im Gleichgewicht steht. Die Heizung des das gasförmige Desorptionsmittel aufheizenden Wärmetauschers 7 wird nun abgeschaltet, die Umwälzung des gasförmigen Desorptionsmittels durch das Gebläse 6 und die Kühlung im Wärmetauscher 1o aber weiter

wird
aufrecht erhalten. Damit axe zusätzliche Sorptionsmaterialschicht 1.4 abgekühlt. Nach Beendigung der Abkühlung werden in analoger Weise die Sorptionsmaterialschichten 1.3, 1.2 und 1.1 gekühlt, wobei aber durch Schließen des Ventils 11.5 sichergestellt ist, daß die zusätzliche Sorptionsmaterialschicht 1.4 mit dem Großteil der Restbeladung vom gasförmigen Desorptionsmedium nicht mehr durchströmt wird und so ihre Restbeladunq behält.

Nach dem Abkühlen stehen nun die Sorptionsmaterialschichten 1.3, 1.2 und 1.1 für die nächste Adsorptionsperiode zur Gasreinigung praktisch ohne Restbeladung zur Verfügung. Damit können kleinste Reingaskonzentrationen realisiert werden.

Verfahrenstechnisch kann die Reihenfolge des Kühlens gegenüber dieser Darstellung auch umgekehrt sein, das heißt zuerst werden die Sorptionsmaterialschichten 1.3, 1.2 und 1.1 und danach unabhängig davon die · zusätzliche Sorptionsamterialschicht 1.4 gekühlt. Wesentlich ist dabei nur,das während der Kühlung nicht gleichzeitig die zusätzliche Sorptionsmaterialschicht 1.4 und

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eine der anderen Sorptionsmaterialschichten 1.3, 1.2 oder 1.1 vom als Kühlmedium eingesetzten gasförmigen Desorptionsmittel durchflossen werden. Die Ausführung des Erfindungsgedankens bleibt natürlich nicht auf die beispielhaft dargestellte Form beschränkt. So können z.B. die einzelnen Sorptionsmaterialschichten in jeweils eigenen Behältern untergebracht werden, was bei großen Anlagen sicher von Vorteil ist. Durch besondere Schaltungen kann dabei erreicht werden, daß die zusätzliche Sorptionsamterialschicht für mehrere Sorptionssysteme nur einmal vorhanden zu sein braucht, wenn sie dem als Kondensator geschalteten Wärmetauscher direkt vorgeschaltet ist. Für die Zeit-j dauer der Regenerationsphase ist es dabei vorteilhaft, zunächst j die für die Gasreinigung eingesetzten Sorptionsmaterialschichten zu kühlen und danach erst die zusätzliche Sorptionsmaterialschici· so daß die "normalen" Sorptionsmaterialschichten schon während ; die zusätzliche Sorptionsmaterialschicht noch gekühlt wird, zur Gasreinigung eingesetzt werden können.

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   Verfahren zum Betrieb eines Sorptionsfilters, wobei das Sorptionsfilter sorptionsfähiqe Beimengungen eines Gasstromes abscheidet und nach Beladung bis maximal zu der den Beimengungen entsprechenden Gleichgewichtsbeladungen mit einem erhitzten, gasförmigen Desorptionsmedium regeneriert wird, wobei der zu reinigende Gasstrom durch mindestens zwei Sorptionsmaterialschichten geführt wird und alle Sorptionsmaterialschichten in Art einer Parallelschaltung durchströmt werden und wobei zur Desorption der beladenen Sorptionsmaterialschichten diese in Art einer Hintereinanderschaltung vom gasförmigen Desorptionsmittel durchströmt werden, nach dem deutschen Patent ... (Patentanmeldung P 32 32 134.1), dadurch gekennzeichnet, daß während der Desorption der beladenen Sorptionsmaterialschichten (1.1/ 1.2, 1.3) diesen eine zusätzliche Sorptionsmaterialschicht (1.4) in Strömungsrichtung des j

   i gasförmigen Desorptionsmittels nachgeschaltet wird. j
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß j nach der Beendigung der Desorption mit Hilfe des als Kühlmedium umgewälzten Desorptionsmediums die zur Abscheidung der sorptionsfähigen Beimengungen aus dem zu reinigenden Gasstrom eingesetzten Sorptionsmittelschichten (1.1/ 1.2, 1.3) sowie die zusätzliche, während der Desorption in Durchflußrichtung des gasförmigen Desorptionsmediums diesen Schichten nachgeschaltete, zusätzliche Desorptionsmittelschicht (1.4) unabhängig voni

   einander gekühlt werden, wobei das Kühlmedium jeweils

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   nur die eine Gruppe von Sorptionsmittelschichten oder die zusätzliche Sorptionsmittelschicht durchströmt -