DE3338494A1

DE3338494A1 - Adsorptionsverfahren

Info

Publication number: DE3338494A1
Application number: DE19833338494
Authority: DE
Inventors: Paul Dr. 8023 Pullach Leitgeb
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1983-10-22
Filing date: 1983-10-22
Publication date: 1985-05-02

Description

Adsorptionsverfahren
Die Erfindung betrifft ein Adsorptionsverfahren zur Zerlegung eines Gasgemisches, bei dem das Gasgemisch in einer Adsorptionsphase unter Druck durch einen Adsorber mit einer Füllung eines Adsorptionsmittels, das mindestens eine Komponente des Gasgemisches bevorzugt vor anderen Komponenten zu adsorbieren vermag, geleitet und ein an einer oder mehreren anderen Kompenten angereicherter Gasstrom abgezogen wird, bei dem nach Abschluß der Adsorptionsphase der Druck über dem Adsorber in einer Druckausgleichsstufe mit einem anderen, zuvor regenerierten und auf einem niedrigeren Druck befindlichen Adsorber abgesenkt wird, wobei die daran beteiligten Adsorber sowohl über ihre Eintritt senden als auch über Austrittsenden miteinander verbunden sind, mit einer auf den Druckausgleich folgenden weiteren Druckabsenkung, Regenerierung des Adsorbers, Druckerhöhung unter Einschluß einer mit einem anderen Adsorber durchzuführenden Druckausgleichsphase und neuerlichem Überleiten des Gasgemisches.
Ein derartiges Verfahren, das beispielsweise bei der Luftzerlegung zur Gewinnung von Stickstoff, der mit geringen Mengen Sauerstoff, beispielsweise zwischen 0,5 und 3 Vol-% Sauerstoff verunreinigt ist, angewendet werden kann, ist aus der DE-OS 27 02 784 bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß während des Druckausgleichs zusätzlich die mittleren Bereiche der Adsorber miteinander verbunden werden.
Erfindungsgemäß wird somit der Druckausgleich über drei Leitungen durchgeführt, die jeweils gleiche Bereiche verschiedener Adsorber miteinander verbinden. Dies hat den Vorteil, daß beim Aufdrücken eines zuvor regenerierten Adsorbers Gase verschiedener Zusammensetzung an die jeweils günstigsten Stellen in den aufzudrückenden Adsorber geführt werden. Das vom Austrittsende eines zu entspannenden Adsorbers abgezogene Entspannungsgas, das im wesentlichen der gewünschten Produktgaszusammensetzung entspricht, im Fall der Luftzerlegung also angereicherter Stickstoff, wird zum Austrittsende des aufzudrückenden Adsorbers geführt und sorgt dort beim Druckaufbau dafür, daß das Austrittsende im wesentlichen von adsorbierbaren Komponenten freigehalten wird. Über das Eintrittsende des zu entspannenden Adsorbers wird dagegen ein Entspannungsgas abgezogen, das an der zu adsorbierenden Komponente angereichert ist und das in das Eintrittsende des aufzudrückenden Adsorbers eingeführt wird. Der mittlere Bereich des Adsorbers, der einen Übergangsbereich zwischen der eintrittsseitigen Zone mit der angereicherten adsorbierten Komponente und der austrittsseitigen Zone mit der angereicherten Produktkomponente darstellt, liefert bei der separaten Entspannung ein Gas, das sowohl die Produktgaskomponente als auch die adsor- bierbare Komponente enthält und in den mittleren Bereich des aufzudrückenden Adsorbers geführt wird. Im Unterschied zu dem bekannten Verfahren mit nur zwei Druckausgleichsleitungen wird somit verhindert, daß die an der einen bzw.
anderen Komponente angereicherten Eintritts- bzw. Austrittsenden der Adsorber mit der jeweils anderen Komponente in Berührung treten. Insbesondere ist dies von Nachteil, wenn zu adsorbierende Komponenten in den Austrittsbereich der Adsorber eintreten, da hierdurch unmittelbar die Produktreinheit in nachfolgenden Adsorptionsphasen beeinträchtigt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt hinsichtlich Reinheit und Ausbeute der nicht adsorbierten Komponente zu Verbesserungen gegenüber Verfahren mit einem Druckausgleich, der nur eintritts- und/oder austrittsseitig erfolgt.
Durch eine Regelung der Mengenverhältnisse der einzelnen Druckausgleichsströme in Abhängigkeit derjeweils vorliegenden Trennaufgabe und des jeweils verwendeten Adsorptionsmittels lassen sich diese Verbesserungen optimieren.
So ist es beispielsweise bei der Luftzerlegung an einem Kohlenstoffmolekularsieb zur Stickstoffgewinnung günstig, wenn die Menge des Gases, das über die Austrittsseiten der am Druckausgleich beteiligten Adsorber geführt wird, mehr als die Hälfte des gesamten Gases ist und die Mengen der beiden anderen Ströme etwa gleich sind, beispielsweise, wenn sich die Gasmengen etwa wie 3 : 1 : 1 verhalten.
Infolge seiner günstigen Strömungsführung erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren auch die Realisierung größerer Schütthöhen des Adsorptionsmittels, was sich wiederum günstig auf die Produktreinheit und die Ausbeute auswirkt.
Hierzu können die Adsorber zweckmäßig, insbesondere weil platzsparend, als abgewinkelte Rohre mit obenliegendem Scheitel ausgebildet sein.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind nachfolgend anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
In der Figur sind mit 1 und 2 zwei wechselbar betriebene Adsorber bezeichnet, die mit einer Schüttung aus Kohlenstoffmolekularsieb als Adsorptionsmittel versehen sind.
Der Adsorptionsanlage strömt durch Leitung 3 Luft unter dem Adsorptionsdruck, der beispielsweise zwischen 3 und 12 bar, insbesondere zwischen 4 und 6 bar liegt, zu. Dieses Rohgas wird wechselseitig über die Leitungen 4 bzw. 5 durch das jeweils geöffnete Ventil 11 oder 21 zu dem gerade in einer Adsorptionsphase betriebenen Adsorber geleitet.
Produktstickstoff, der mit sehr geringen Mengen Sauerstoff verunreinigt ist, tritt aus den Leitungen 6 bzw. 7 aus den Adsorbern aus und gelangt über die Austrittsventile 12 bzw. 22 zur Produktsammelleitung 8.
Während der Adsorber 1 eine Adsorptionsphase durchläuft, wird Adsorber 2 auf den niedrigsten Druck abgesenkt und regeneriert. Nach Beendigung der Adsorption im Adsorber 1 wird ein Druckausgleich mit dem Adsorber 2 durchgeführt, wozu die Ventile 15, 16 und 17 in den Druckausgleichsleitungen 18, 19, 20 geöffnet werden, so daß Entspannungsgas vom Eintrittsende des Adsorbers 1 über die Leitung 18 und das geöffnete Ventil 15 zum Eintrittsende des Adsorbers 2 strömt, desgleichen Entspannungsgas aus dem mittleren Bereich des Adsorbers 1 über Leitung 19 und das geöffnete Ventil 16 in den mittleren Bereich des Adsorbers 2 und Entspannungsgas aus dem oberen Bereich des Adsorbers 1 über Leitung 20 und das geöffnete Ventil 17 in den oberen Bereich des Adsorbers 2. Sobald der Druck in den Adsorbern 1 und 2 ausgeglichen ist, werden die Ventile 15, 16 und 17 geschlossen und der Adsorber 1 durch öffnen des Ventils 13 entspannt. Das dabei freigesetzte Entspannungsgas, das an der zuvor adsorbierten Komponente angereichert ist, wird über Leitung 9 abgezogen. In die Leitung 9 kann im Bedarfsfall eine Vakuumpumpe geschaltet sein. Die Desorption wird unterstützt durch Abzug von Entspannungsgas durch die Leitung 25, die mit dem mittleren Bereich des Adsorbers 1 verbunden ist und die ein Rückschlagventil 14 aufweist, das bei geöffnetem Ventil 13 infolge des Druckabfalls in der Leitung 25 öffnet.
Ist der Adsorber 1 hinreichend regeneriert, dann wird das Ventil 13 wieder geschlossen. Durch erneutes offenen der Ventile 15, 16 und 17 wird ein erneuter Druckausgleich zwischen den Adsorbern 1 und 2 durchgeführt, wobei der Adsorber 2, der in der Zwischenzeit eine Adsorptionsphase durchlaufen hat, Entspannungsgas abgibt und den Adsorber 1 auf einen Zwischendruck aufdrückt. Nach erfolgtem Druckausgleich schließen die Ventile 15, 16 und 17, und der Adsorber 1 wird durch über Leitungen 3und 4 und das geöffnete Ventil 11 zugeführte Luft auf den. Adsorptionsdruck aufgedrückt. Schließlich wird durch öffnen des Ventils 12 eine neue Adsorptionsphase im Adsorber 1 eingeleitet.
Der Adsorber 2 wird in entsprechender Weise betrieben, wobei anstelle der Ventile 11, 12, 13, 14 die Ventile 21, 22, 23 und 24 treten.
- L e e r s e i t e -

Claims

Patentansprüche 1. Adsorptionsverfahren zur Zerlegung eines Gasgemisches, bei dem das Gasgemisch in einer Adsorptionsphase unter Druck durch einen Adsorber mit einer Füllung eines Adsorptionsmittels, das mindestens eine Komponente des Gasgemisches bevorzugt vor anderen Komponenten zu adsorbieren vermag, geleitet und ein an einer oder mehreren anderen Komponenten angereicherter Gasstrom abgezogen wird, bei dem nach Abschluß der Adsorptionsphase der Druck über dem Adsorber in einer Druckausgleichsstufe mit einem anderen, zuvor regenerierten und auf einem niedrigeren Druck befindlichen Adsorber abgesenkt wird, wobei die daran beteiligten Adsorber sowohl über ihre Eintrittsenden als auch über ihre Austrittsenden miteinander verbunden sind, mit einer auf den Druckausgleich folgenden weiteren Druckabsenkung, Regenerierung des Adsorbers, Druckerhöhung unter Einschluß einer mit einem anderen Adsorber durchzuführendenDruckausgleichsphase und neuerlichem Überleiten des Gasgemisches, dadurch gekennzeichnet, daß während des Druckausgleichs zusätzlich die mittleren Bereiche der Adsorber miteinander verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über die mittleren Bereiche der Adsorber während der weiteren Druckabsenkung und/oder der Regenerierung Entspannungsgas abgezogen wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit zwei Adsorbern, deren Eintrittsseite über umschaltbare Ventile mit einer Zuführungsleitung für das Gasgemisch, einer Abzugsleitung für während der Entspannung und Regenerierung der Adsorber anfallendes Restgas und einer Druckausgleichsleitung verbunden ist, und deren Austrittsseite über umschaltbare Ventile mit einer Produktgasleitung und einer Druckausgleichsleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mittleren Bereiche der Adsorber durch eine mit einem Ventil versehene Leitung verbunden sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Bereich eines Adsorbers durch eine mit Ventilen versehene Leitung mit der Eintrittsseite des Adsorbers verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile als Rückschlagklappen ausgebildet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorber ausgebildet sind als abgewinkeltes Rohr mit oben liegenden Scheitel.