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Adsorbereinheit und Verfahren zum Be-
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treiben derselben Die Erfindung betrifft eine Adsorbereinheit mit
zwei in einem gemeinsamen Gehäuse angeordneten Adsorberbetten zum komponentenweisen
Entfernen zweier Komponenten aus einem diese neben anderen Bestandteilen enthaltenden
Gasgemisch, wobei eine der Komponenten beim Regenerieren des ersten Adsorbettes
in zumindest teilweise flüssigem, die andere beim Regenerieren des zweiten Adsorberbettes
in gasförmigem Zustand anfällt, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen
Adsorbereinheit.
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Eine derartige Adsorbereinheit umfaßt zwei Adsorber mit zwei verschiedenen
Adsorbereinheiten, die auf zwei verschiedene Komponenten des zu behandelnden Gases
selektiv wirken. Beispielsweise für die Entfernung zweier Komponenten aus einem
Gasgemisch sind die Behandlung feuchter Luft, wobei Wasser und Kohlendioxid aus
der Luft entfernt werden, oder von Erdgas, wobei Wasser und Kohlenwasserstoffe aus
dem Erdgas entfernt werden. Die beiden Komponenten werden beim Durchströmen der
Adsorber nacheinander getrennt adsorbiert. Wenn nach einer gewissen Zeit die Adsorber
beladen sind, wird die Gaszufuhr abgestellt und ein Rege-
neriergas
zur Regenerierung der beladenen Adsorbentien durch die Adsorber geleitet. Beim Regenerieren
der Adsorber fällt die eine der Komponenten in flüssiger, die andere in gasförmiger
Phase an.
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Um die Betriebsweise der Adsorber zu gewährleisten, muß Sorge dafür
getragen werden, daß nicht nur die gasförmige, sondern auch die flüssige Phase vollständig
bei der Regenerierung entfernt wird. Um dies zu erreichen, weist eine bekannte Adsorberkonstruktion
(DE-OS 27 46 673) ein liegend angeordnetes Adsorberbett auf, das von dem zu behandelnden
Gas in vertikaler Richtung durchströmt wird. Die Adsorptionsmittelschüttung ist
auf einem gasdurchlässigen Rost angeordnet, durch den die Flüssigkeit nach unten
ablaufen kann.
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Diese Adsorber weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie große Leervoluminia
enthalten, so daß sie sehr viel Platz benötigen. Außerdem sind die Adsorber aufgrund
ihrer Baugröße relativ teuer in der Herstellung.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Adsorbereinheit
der eingangs genannten Art zu entwickeln, die bei gleichbleibender Betriebssicherheit
ein möglichst geringes Bauvolumen aufweist und die wirtschaftlich günstig herstellbar
ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest eines
der Adsorberbetten stehend angeordnet ist Das stehend angeordnete Adsorberbett wird
von dem zu reinigenden Gas und von dem Regeneriergas in horizontaler Richtung durchströmt.
Mit der erfindungsgemäßen Adsorbereinheit wird das Leervolumen bei gleicher Adsorptionsleistung
gegenüber herkömmlichen Adsorbern verringert,
so daß sich eine deutlich
kleinere Baugröße ergibt.
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Es ist insbesondere von Vorteil, wenn gemäß einer bevorzugten Weiterbildung
des Erfindungsgegenstandes das zweite Adsorberbett, in dem die Komponente in gasförmigem
Zustand anfällt, stehend angeordnet ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist
das erste Adsorberbett liegend angeordnet.
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Das liegend angeordnete Adsorberbett wird von den Gasen in vertikaler
Richtung durchströmt.
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Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
ist das erste Adsorberbett stehend angeordnet.
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Die Kombination zweier stehend angeordneter Adsorberbetten in einem
gemeinsamen Gehäuse ergibt neben dem Vorteil einer geringen Baugröße noch den zusätzlichen
Vorteil einer einfachen Konstruktion.
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Es erweist sich als zweckmäßig, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
des Erfindungsgegenstandes das zweite Adsorberbett oberhalb des ersten Adsorberbettes
angeordnet ist. Mit dieser Anordnung kann die in flüssiger Form anfallende Komponente
besonders einfach aus dem Gehäuse geführt werden.
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In bevorzugter Weiterbildung der erfindungsgemäßen Adsorbereinheit
wird vorgeschlagen, daß das zweite Adsorberbett in Form eines Zylinders mit ringförmigem
Querschnitt ausgebildet ist und das Innere des Zylinders mit einer Einrichtung zur
Gaszuführung bzw. Gasabführung in der Gehäusewand in Verbindung steht.
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Die zylinderförmige Anordnung erweist sich als besonders platzsparende
Möglichkeit zur Unterbringung des Adsorptions-
mittels, dessen Schütthöhe
(Adsorptionslänge) und Materialmenge als Randbedingungen für den jeweiligen Anwendungsfall
vorgegeben sind. Das Gasgemisch durchströmt das die Zylinderwand bildende Adsorptionsmittel
in horizontaler Richtung.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes
erstreckt sich das zweite Adsorberbett in einer oder mehreren parallel und mit Abstand
zur Gehäuseachse verlaufenden Ebenen und bildet, gegebenenfalls in Verbindung mit
der Gehäusewand, einen Raum, dessen Inneres mit einer Einrichtung zur Gaszuführung
bzw. - Gasabführung in der Gehäusewand verbunden ist. t r Nach demselben Prinzip
wie bei der zylinderförmigen Anordnung des Adsorptionsmittels ist hierbei ein an
einer oder mehreren Seiten von der Adsorptionsmittelschüttung begrenzter Teilraum
innerhalb des Gehäuses geschaffen, der von dem Gas horizontal durchströmt wird.
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Eine konstruktive Vereinfachung ergibt sich insbesondere dann, wenn
gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes das erste Adsorberbett
zylinderringförmigen Querschnitt aufweist, koaxial zu dem zweiten Adsorberbett angeordnet
und von diesem durch eine Trennwand getrennt ist.
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Es erweist sich weiterhin als zweckmäßig, wenn die Trennwand zwischen
den Adsorberbetten ein keilförmiges Profil aufweist, dessen halber öffnungswinkel
dem maximalen Schüttungswinkel der Adsorptionsmittelschüttung entspricht, und wenn
im Bereich der Keilspitze eine Einfüllöffnung für Adsorptionsmittel zwischen den
beiden Adsorberbetten vorgesehen ist. Diese Anordnung ermöglicht es, beide Adsorberbetten
nacheinander von oben mit Adsorptionsmittel zu befüllen. Zunächst wird das erste
Adsorptionsmittel
eingefüllt, das durch die Einfüllöffnung zwischen
den beiden Adsorberbetten in das untere Adsorberbett gelangt. Da die Trennwand entsprechend
dem Schüttungswinkel des Adsorptionsmittels geneigt ist, wird das Adsorberbett vollständig
gefüllt. Anschließend wird durch dieselbe Einfüllöffnung das zweite Adsorberbett
gefüllt.
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In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen,
daß das erste Adsorberbett ein Trocknungsgel und das zweite Adsorberbett ein Molekularsieb
enthält.
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Ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Adsorbereinheit,
bei dem zwei Adsorberbetten von dem Gasgemisch und anschließend von einem Regeneriergas
durchströmt werden, ist dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Adsorberbetten
in horizontaler Richtung durchströmt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das erste Adsorberbett in vertikaler Richtung von unten nach oben von dem Gasgemisch
durchströmt.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens werden beide Adsorberbetten in horizontaler Richtung durchströmt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erweist sich als besonders vorteilhaft,
wenn im ersten Adsorberbett Wasser und im zweiten Adsorberbett Kohlendioxid und/oder
ein Kohlenwasserstoff, beispielsweise Athan, entfernt werden.
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Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand
von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Hierbei zeigen:
Figuren 1 und 2 eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Adsorbereinheit, Figuren 3 und 4 eine zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Adsorbereinheit, jeweils im Längs- und im Querschnitt, Figur
5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Adsorbereinheit.
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Die Adsorbereinheit gemäß Figur 1 und 2 weist ein zylindrisches Gehäuse
1 auf, das an seinem oberen und unteren Ende jeweils eine Gaszuführungs- bzw. Gasabführungsöffnung
2, 3 für ein zu behandelndes Gas und ein Regeneriergas enthält.
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Das Gehäuse ist stehend, d.h. mit vertikaler Mittelachse, angeordnet.
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Im unteren Abschnitt des Gehäuses 1 befindet sich ein erstes Adsorberbett
4, das ein erstes Adsorptionsmittel enthält.
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Das erste Adsorptionsmittel ruht beispielsweise auf einem in der Zeichnung
nicht dargestellten gasdurchlässigen Rost.
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Das erste Adsorberbett 4 ist liegend angeordnet und erstreckt sich
über den gesamten Querschnitt des Gehäuses 1.
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Oberhalb des ersten Adsorberbettes befindet sich in dem Gehäuse 1
ein zweites Adsorberbett 5, welches ein zweites Adsorptionsmittel enthält. Das zweite
Adsorberbett 5 ist in zwei parallel zur Zylinderachse und mit Abstand zueinander
vertikal verlaufende ebene Teilbetten 5a und 5b aufgeteilt, wobei jedes der Teilbetten
5a, 5b an seinen beiden Seitenrändern und mit seinem oberen Rand dicht an die Innenwand
des Gehäuses 1 anschließt. An der Unterseite erstreckt sich zwischen den beiden
Teilbetten 5a, 5b eine Wand 6. Durch die beiden Teilbetten 5a, 5b, die Wand 6 und
die zwischen den Teilbetten Sa, Sb liegenden Abschnitte der Gehäusewand ist ein
Raum 7 geschaffen, in welchen die obere Gaszuführungs- bzw. Gasabführungsöffnung
2 mündet.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Adsorbereinheit sei am Beispiel
einer Luftreinigung erläutert, wie sie beispielsweise vor einer Tietemperaturzerlegung
der Luft stattfindet. Bei der Vorreinigung werden Feuchtigkeit und Kohlendioxid
sowie Kohlenwasserstoffe aus der Luft entfernt.
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In einem ersten Verfahrenstakt wird die Luft der Adsorbereinheit über
die öffnung 3 zugeführt. Im ersten Adsorberbett 4, das ein Trocknungsgel enthält,
wird im wesentlichen die Feuchtigkeit aus der Luft adsorbiert. Die Luft durchströmt
dabei das liegend angeordnete erste Adsorberbett 4 in vertikaler Richtung. Anschließend
durchströmt die getrocknete Luft die stehend angeordneten Teilbetten 5a, 5b des
zweiten Adsorberbettes 5 in horizontaler Richtung. Dieses enthält ein Molekularsieb
zur Entfernung von Kohlendioxid sowie Kohlenwasserstoffen. Die gereinigte Luft verläßt
die Adsorbereinheit über die öffnung 2.
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Wenn die Adsorbereinheit beladen ist, wird in einem zweiten Verfahrenstakt
die Luftzufuhr abgeschaltet und ein Regeneriergas, z.B. Stickstoff, über die öffnung
2 zugeführt.
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Das Regeneriergas durchströmt zuerst das zweite Adsorberbett 5, wobei
das Regeneriergas das Kohlendioxid und die Kohlenwasserstoffe gasförmig aufnimmt.
Anschließend durchströmt das Regeneriergas das erste Adsorberbett 4 und nimmt dort
die Feuchtigkeit auf. Zumindest ein Teil der Feuchtigkeit kondensiert dabei und
fällt in flüssiger Phase an.
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Da das erste Adsorberbett 4 jedoch liegend angeordnet ist, kann die
Flüssigkeit rasch und ungehindert nach unten ablaufen und über die öffnung 3, durch
die auch das Regeneriergas entnommen wird, abfließen.
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Die erfindungsgemäße Adsorbereinheit bietet demnach hohe Betriebssicherheit.
Zugleich wird durch die gemeinsame Anordnung der zwei Adsorberbetten 4, 5 in einem
gemeinsamen Gehäuse 1 ein sehr kompakter Aufbau mit kleinen Abmessungen erzielt.
Die stehende Anordnung des zweiten Adsorberbettes 5 erweist sich dabei als besonders
paltzsparend, weil für die Entfernung des Kohlendioxids etwa viermal soviel Adsorbens
benötigt wird wie für die Entfernung der Feuchtigkeit.
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Die in den Figuren 3 und 4 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Adsorbereinheit unterscheidet sich von derjenigen gemäß Figur 1 und 2 im wesentlichen
durch die Form des zweiten Adsorberbettes 8. Für die übrigen analogen Bauteile sind
dieselben Bezugszeichen wie in den Figuren 1 und 2 verwendet. Das Adsorberbett 8
weist die Form eines Zylinders mit ringförmigem Querschnitt auf. Die Zylinderlängsachse
fällt mit der Gehäuselängsachse zusammen. Das obere Ende des Zylinders ist dicht
mit der Gehäusewand verbunden, während das untere Ende durch eine Wand 6 verschlossen
ist.
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Die Gaszuführungs- bzw. Gasabführungsöffnung 2 mündet ins Innere des
von dem Zylinder umschlossenen Raumes. Die Funktionsweise dieser Adsorbereinheit
ist dieselbe wie diejenige der Adsorbereinheit gemäß Figuren 1 und 2.
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Figur 5 zeigt eine Adsorbereinheit, bei der beide Adsorberbetten 9,10
stehend angeordnet sind. Die Adsorberbetten besitzen beide zylindrische Form mit
ringförmigem Querschnitt. Sie sind an ihrer Außenfläche von einem durchgehenden
Sieb 11 begrenzt, während an der Innenseite zwei getrennte Siebabschnitte 12a, 12
b für das obere Adsorberbett 9 bzw. das untere Adsorberbett 10 vorgesehen sind.
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Zwischen den beiden Siebabschnitten 12a, 12b ist eine Trennwand 13
vorgesehen, die die beiden Adsorberbetten 9, 10 voneinander trennt. Die Trennwand
13 besitzt keilförmigen Querschnitt, wobei der halbe öffnungswinkel des Keiles dem
Schüttwinkel des Adsorptionsmittels im unteren Adsorberbett 10 entspricht. Dieser
beträgt etwa 300. Im Bereich der Keilspitze befindet sich ein Spalt zwischen Trennwand
13 und dem Sieb 11.
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I Mit dieser Anordnung wird der Einfüllvorgang für die Adsorptionsmittel
erheblich vereinfacht. Das Einfüllen erfolgt über Stutzen 14, wobei zunächst das
Adsorptionsmittel für das erste Adsorberbett 10 eingefüllt wird.
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Durch die keilförmige Ausbildung der Trennwand 13 entsprechend dem
Schüttungswinkel des ersten Adsorptionsmittels kann das erste Adsorberbett 10 lückenlos
aufgefüllt werden. Wenn das erste Adsorberbett 10 gefüllt ist, wird über die Stutzen
14 das zweite Adsorptionsmittel eingefüllt.
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Stutzen 15 dienen zur Entleerung der Adsorberbetten 9,10.
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Wie in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen dient auch hier das
untere Adsorberbett 10 zur Entfernung einer bei der Regenerierung zumindest teilweise
in flüssiger Phase anfallenden Komponente, während das obere Adsorberbett 11 zur
Entfernung einer bei der Regenerierung gasförmig anfallenden Komponente dient.
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Zu- und Abführung des zu behandelnden Gases und des Regeneriergases
erfolgt über Stutzen 16, 17. Die Gasströmung ist durch Pfeile 18 angedeutet.