DE3345379A1 - Process for the isolation and recovery of gases relatively strongly adsorbable to adsorbents from gas mixtures otherwise containing essentially gases only weakly adsorbable - Google Patents
Process for the isolation and recovery of gases relatively strongly adsorbable to adsorbents from gas mixtures otherwise containing essentially gases only weakly adsorbableInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem OberbegriffThe invention relates to a method according to the preamble
von Patentanspruch 1.of claim 1.
Man kann Kohlendioxid, Methan und andere, relativ stark an Adsorptionsmitteln adsorbierbare Gase (Produktgaskomponenten) aus solche enthaltenden Gasgemischen abtrennen, indem man die Produktgaskomponenten an, insbesondere kohlenstoffhaltigen, Adsorptionsmittel adsorbiert. Bisher gelang es jedoch nicht, diese adsorbierten Produktgaskomponenten in reiner Form, beispielsweise mit Konzentrationen von über 99,5 Vol.-%, bei der Desorption mit zufriedenstellender Produktgasausbeute zurückzugewinnen. Bei einigen technischen Anwendungsfällen fallen solche Produktgaskomponenten in Mengenanteilen von etwa 15 bis 50 Vol.-% an, so daß ihre Gewinnung durchaus interessant wäre, so z. B.: - Methan aus Grubengas Acetipylen aus einem AcetXylen/Wasserstoffkreislaufgas - Kohlenmonoxid aus einem Reformergas - Kohlendioxid aus Konvertergas oder Rauchgas.One can get carbon dioxide, methane and others, relatively strong on adsorbents Adsorbable gases (product gas components) from gas mixtures containing them separate by the product gas components, in particular carbon-containing, Adsorbent adsorbed. So far, however, it has not been possible to adsorb them Product gas components in pure form, for example with concentrations of over 99.5% by volume, to be recovered in the desorption with a satisfactory product gas yield. In some technical applications, such product gas components fall into place Quantities of about 15 to 50 vol .-%, so that their extraction is quite interesting would be so z. E.g .: - methane from mine gas acetipylene from an acetXylene / hydrogen cycle gas - Carbon monoxide from a reformer gas - Carbon dioxide from converter gas or flue gas.
Die Schwierigkeit der Abtrennung von solchen Produktgaskomponenten aus Gasgemischen durch Adsorption liegt bisher darin, daß bei der Desorption eines beladenen Adsorbers auch die gleichzeitig adsorbierten, anderen Gaskomponenten des Ausgangsgasgemisches freigesetzt werden. Auf diese Weise sind in den desorbierten Gasen (Produktgas) auch die im Ausgangsgasgemisch enthaltenen Komponenten mehr oder weniger als Verunreinigungen enthalten. Dieses Problem hat die Anmelderin bereits im Rahmen einer früheren Patentanmeldung (P 32 22 560.1) im Umfang des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 gelöst.The difficulty of separating such product gas components from gas mixtures by adsorption is so far that in the desorption of a loaded adsorber also the simultaneously adsorbed, other gas components of the Starting gas mixture are released. In this way they are desorbed Gases (product gas) also the components contained in the starting gas mixture more or contain less than impurities. The applicant already has this problem in the context of an earlier patent application (P 32 22 560.1) within the scope of the preamble of claim 1 solved.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Gasgemische, welche die Produkügaskomponente(n) von unter 15 Vol.-% bis über 50 Vol.-% enthalten, selektiv an, insbesondere kohlenstoffhaltigen, Adsorptionsmitteln so zu trennen, daß eine Produktgaskomponente(n) in einer möglichst hohen Reinheit von z. B. über 99,5 Vol.-% und in noch höherer Ausbeute erhalten wird (werden).The invention is therefore based on the object of gas mixtures which the product component (s) below 15 % By volume to over 50% by volume contain, selectively to, in particular carbonaceous, adsorbents so to separate that a product gas component (s) in the highest possible purity of z. B. is obtained over 99.5 vol .-% and in even higher yield (are).
Diese Aufgabe wird hinsichtlich eines Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.This task is carried out with regard to a method by the characterizing Features of claim 1 solved.
Die Erfindung basiert also auf dem Grundgedanken, bei dem eingangs genannten Druckwechseladsorptions/-desorptionsprozeß zur Gewinnung relativ stark adsorbierbarer Produktgaskomponenten, bei dem zwischen der Adsorptions- und Desorptionsphase eine besondere Spülphase (Adsorptionsspülung) eingefügt wird, eine Ausbeutesteigerung an Produktgaskomponenten dadurch zu erzielen, daß zwischen dem Ende der Adsorptionsphase und vor dem Beginn der Produktionsphase (Produktgasgewinnung durch Druckerniedrigung) eine besondere Druckabsenkungsphase eingefügt wird, während der Druck im Adsorber durch Abströmen einer Teilgasmenge im Gleichstrom zur Strömungsrichtung der vorangehenden Arbeitsphase abgesenkt wird. Hierdurch verdrängen Produktgaskomponenten aus dem abströmenden Gas im Endbereich des Adsrobers einen guten Teil der dort noch vorhandenen Abgaskomponenten auf Adsorptionsplätzen des Adsorptionsmittels und im Zwischenlückenvolumen der Adsorptionsmittelschicht. Dieser besondere Druckabsenkungsschritt kann vor oder nach der Spülphase mit Produkgaskomponenten erfolgen.The invention is based on the basic idea in which called pressure swing adsorption / desorption process for recovery relatively strong adsorbable product gas components, in which between the adsorption and desorption phases a special flushing phase (adsorption flushing) is inserted, increasing the yield to achieve product gas components that between the end of the adsorption phase and before the start of the production phase (product gas extraction by lowering the pressure) a special pressure reduction phase is inserted while the pressure in the adsorber by flowing off a partial amount of gas in cocurrent to the flow direction of the preceding Work phase is lowered. This displaces product gas components from the outflowing gas in the end area of the adsorber a good part of the still existing there Exhaust gas components on the adsorption sites of the adsorbent and in the space in between the adsorbent layer. This particular depressurization step can be before or after the flushing phase with product gas components.
Bevorzugt erfolgt diese Spülphase des Adsorbers im Gleichstrom zur Adsorption und die Adsorptionsphase wird vor Beginn des Durchbruches der Produktgaskomponente(n) durch die Adsorptionsmittelschicht beendet, weil diese Maßnahmen in Kombination mit dem besonderen Druckabsenkungsschritt die günstigste Ausbeutesteigerung und beste Produktgasanreicherung bewirken. Nach der Erfindung ist es daher möglich, die Adsorption des Rohgases auf einem deutlich oberhalb von Atmosphärendruck liegenden Gasdruck, insbesondere bei dem Druck durchzuführen, bei dem das Rohgas z. B. aus einem chemischen Prozeß anfällt. Diesem Adsorptionsschritt auf erhöhtem Druck kann eine Voradsorptionsstufe auf dem selben Druck vorgeschaltet sein, in der bevorzugt Wasserdampf aus dem Rohgas entfernt wird (Trocknungsstufe). Nach dem Ende der Adsorption erfolgt dann eine Druckabsenkung auf etwa Atmosphärendruck und bei diesem die Spülphase mit einem Gas von etwa Produktgasqualität. Diese Adsorption auf erhöhtem Druck führt zu kleineren Adsorbervolumina und gestattet es, den Druckaufbau eines parallel arbeitenden Adsorbers auf Drücke oberhalb Atmosphärendruck z. T. mit der bei der Druckabsenkung eines anderen Adsorbers zwischen Adsorptionsphase und Spülphase anfallenden Teilgasmenge durchzuführen. Der besondere Druckabsenkungsschritt kann allerdings auch bei einer auf etwa Atmosphärendruck betriebenen Adsorptionsphase in ein Vakuum hinein erfolgen, wobei die nachfolgende Adsorptionsspülung bevorzugt wieder bei etwa Atmosphärendruck erfolgt. Schließlich kann der besondere Druckabsenkungsschritt auch nach der Adsorptionsspülung erfolgen, wobei entweder ein Druckausgleich mit einem evakuierten Adsorber oder eine besondere Vakuumpumpe zum Einsatz kommen, so daß die Produktgasgewinnung nachfolgend auf einem durch weitere Druckabsenkung noch niedrigeren Druckniveau erfolgt.This flushing phase of the adsorber is preferably carried out in cocurrent to the Adsorption and the adsorption phase is carried out before the breakthrough of the product gas component (s) terminated by the adsorbent layer because these measures in combination with the special pressure reduction step the most favorable increase in yield and bring about the best product gas enrichment. According to the invention it is therefore possible the Adsorption of the raw gas at a pressure well above atmospheric pressure Perform gas pressure, in particular at the pressure at which the raw gas z. B. off a chemical process. This adsorption step at elevated pressure can a pre-adsorption stage at the same pressure as preferred Water vapor is removed from the raw gas (drying stage). After the end of adsorption the pressure is then reduced to approximately atmospheric pressure and the rinsing phase at this point with a gas of approximately product gas quality. This adsorption leads to increased pressure to smaller adsorber volumes and allows the pressure build-up of a Adsorbers at pressures above atmospheric pressure z. T. with the pressure reduction of another adsorber between the adsorption phase and the purging phase perform. The special pressure reduction step can, however, also be done with a take place at about atmospheric pressure operated adsorption phase into a vacuum, the subsequent adsorption rinsing preferably again at approximately atmospheric pressure he follows. Finally, the special pressure reduction step can also take place after the adsorption flushing take place, with either a pressure equalization with an evacuated adsorber or a special vacuum pump can be used, so that the product gas recovery is subsequently carried out takes place at an even lower pressure level due to a further pressure reduction.
Weiterbildungen und besonders bevorzugte Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Developments and particularly preferred embodiments of the object of the invention emerge from the subclaims.
Als Produktgaskomponenten werden erfindungsgemäß diejenigen Gaskomponenten des Ausgangsgasgemisches verstanden, die relativ am stärksten und deshalb im Eingangsbereich der Adsorptionsmittelschicht adsorbieren und die schwächer adsorbierbaren Gaskomponenten beim Fortschreiten der Adsorptionsfront von ihren Adsorptionsplätzen verdrängen; entsprechend umgekehrtes gilt für die schwächer adsorbierbaren Gaskomponenten, die der Einfachheit halber als Abgaskomponenten bezeichnet werden. Dementsprechend beinhaltet das Produktgas einen höheren Volumenanteil an Produktgaskomponenten als das Ausgangsgasgemisch, während das Abgas entsprechend stark an Produktgaskomponenten abgereichert ist.According to the invention, those gas components are used as product gas components of the outlet gas mixture understood, the relatively strongest and therefore in the entrance area adsorb the adsorbent layer and the weaker adsorbable Gas components as the adsorption front advances from their adsorption sites push away; the opposite applies to the more weakly adsorbable gas components, which are referred to as exhaust gas components for the sake of simplicity. Accordingly the product gas contains a higher volume fraction of product gas components than the starting gas mixture, while the exhaust gas is correspondingly high in product gas components is depleted.
Der Spülschritt (Spülphase) wird nun mit einem Gasgemisch aus dem Druckwechselprozeß durchgeführt, welches an Produktgaskomponenten angereichert ist; hierbei kann das Spülgas im Laufe der Spülphase konzentrationsmäßig an der Produktgaskomponente allmählich oder stufenweise zunehmen, in jedem Fall ist aber zum Ende der Spülphase mit einem Gas von etwa Produktgasqualität zu spülen. Das beste Ergebnis wird erzielt, wenn die gesamte Spülung mit einem Gasgemisch von Produktgasqualität erfolgt. Dieser Spülschritt, der eigentlich mehr ein zweiter Adsorptionsschritt ist, der in der Regel auf Atmosphärendruck stattfindet, führt also dazu, daß die noch nicht von den Produktgaskomponenten besetzten Adsorptionsplätze unter Verdrängung der dort adsorbierten Abgaskomponenten mit Produktgaskomponenten aufgefüllt werden. Auf diese Weise ist am Ende der Spülphase das gesamte Adsorptionsmittel mit Produktgaskompaonenten belegt, so daß bei der darauffolgenden Druckerniedrigung in der Desorptionsphase nur noch unwesentlich verunreinigtes Produktgas abströmt. Für eine hohe Ausbeute an der Produktgaskomponente versteht es sich, daß die eigentliche Adsorption dann beendet wird, wenn die Produktgaskomponente kurz vor dem Durchbruch steht oder gerade durchgebrochen ist, und es versteht sich weiterhin, daß die "Spülung" höchstens so lange betrieben wird, bis der Durchbruch von zunächst nur einigen Prozent an Produktgaskomponente annähernd vervollständigt ist, d.The rinsing step (rinsing phase) is now carried out with a gas mixture from the Pressure change process carried out, which is enriched in product gas components; Here, the flushing gas can be concentrated in the product gas component in the course of the flushing phase increase gradually or in stages, but in any case it is at the end of the rinsing phase to purge with a gas of approximately product gas quality. The best result is achieved if the entire purging is carried out with a gas mixture of product gas quality. This Rinsing step, which is actually more of a second adsorption step that occurs in the Usually takes place at atmospheric pressure, so leads to the fact that the not yet of the product gas components occupied adsorption sites, displacing those there adsorbed exhaust gas components are filled with product gas components. To this At the end of the flushing phase, the entire adsorbent with product gas components is wise occupied, so that with the subsequent pressure reduction in the desorption phase only insignificantly contaminated product gas flows off. For a high yield on the product gas component it goes without saying that the actual adsorption then is ended when the product gas component is about to break through or is about to break through has broken through, and it is further understood that the "flushing" at most is operated until the breakthrough of only a few percent at Product gas component is nearly complete, d.
h. annähernd 100 % Produktgas aus der Adsorptionsmittelschicht abströmen. Das bei der "Spülung" abströmende Gasgemisch kann nach einer längeren Spüldauer eine höhere Produktgaskonzentration als das Ausgangsgasgemisch aufweisen und wird in diesem Falle bevorzugt dem Druckwechselprozeß wieder zugeführt, und zwar für die Adsorptionsphase oder die Spülphase; zumindest das gegen Ende der Spülphase abströmende Gasgemisch eignet sich jedoch am besten zum Einsatz für die Adsorptions- bzw. Spülphase in einem parallelen Adsorber, weil dann die Gaskonzentration (Konzentration im abströmenden Gasgemisch) schnell bis auf Produktgasqualität steigt und so den Anforderungen des "Spülschrittes" in besonderem Maße genügt.H. approximately 100% product gas flow out of the adsorbent layer. The gas mixture flowing off during "flushing" can after a longer flushing period have and will have a higher product gas concentration than the starting gas mixture in this case preferably fed back to the pressure change process, namely for the adsorption phase or the flushing phase; at least that towards the end of the rinsing phase however, the outflowing gas mixture is best suited for use for the adsorption or flushing phase in a parallel adsorber, because then the gas concentration (concentration in the outflowing gas mixture) quickly increases to product gas quality and so the The requirements of the "rinsing step" are particularly sufficient.
Es versteht sich, daß beim Anfahren einer Anlage nach der Erfindung eine gewisse Einlaufzeit erforderlich ist, in der sich die einzelnen Mengenströme und Gaskonzentrationen noch verschieben; entscheidend für die Erfindung ist der nach einer gewissen Zahl von Zyklen erreichte Gleichgewichtszustand.It goes without saying that when starting up a system according to the invention a certain running-in period is required, in which the individual flow rates and gas concentrations are still shifting; decisive for the invention is the state of equilibrium reached after a certain number of cycles.
Besonders vorteilhaft ist eine schnelle und hohe Aufnahmefähigkeit des Adsorptionsmittels für die Produktgaskomponente(n) bei der Adsorptionsphase sowie eine schnelle und möglichst vollständige Desorption der Produktgaskomponente(n) bei der Desorption. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Druckwechselprozeß im wesentlichen adiabatisch geführt wird.A fast and high absorption capacity is particularly advantageous of the adsorbent for the product gas component (s) in the adsorption phase as well as a fast and as complete as possible desorption of the product gas component (s) during desorption. This is achieved according to the invention in that the pressure change process is performed essentially adiabatically.
Mit dem Verfahren der Erfindung lassen sich alle relativ stark adsorbierbaren Gase, insbesondere Methan und Kohlendioxid, enthaltende Gasgemische, beispielsweise solche mit Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenmonoxid, Wasserstoff, IIelium, Argon oder anderen, an dem, vorzugsweise kohlenstoffhaltigen, Adsorptionsmittel schwach adsorbierbaren Gasen, zu einem Produktgas hoher Reinheit und Ausbeute aufarbeiten. Uberraschenderweise ist es auch unschädlich, wenn im Ausgangsgasgemisch auch Spuren, z. B. unter 1 Vol.-%, von noch stärker adsorbierbaren Gaskomponenten als der (den) Produktgaskomponente(n) - das Produktgas kann auch ein besonders interessierendes Gasgemisch aus mehreren etwa gleich stark adsorbierbaren Gaskomponenten sein - vorhanden sind, weil diese in jedem Falle adsorbiert, meistens aber durch Druckerniedrigung allein nicht desorbiert werden, so daß sie das Desorptionsgas (Produktgas) nicht verunreinigen, sondern z. B. in einem sich an die Desorptionsphase anschließenden Spülschritt entfernt werden könnennt man kann auf diesen Spülschritt aber verzichten, wenn die Spurenverunreinigungen nur sehr gering sind und die dadurch hervorgerufene Kontamination des Adsorptionsmittels in vertretbaren Grenzen bleibt, oder man verwendet einen speziellen Vorfilter für die Spurenverunreinigungen, insbesondere einen Trockner für Wasserdampf im Einsatzgasgemisch (Rohgas). In jedem Fall muß das Adsorptionsmittel - in an sich bekannter Weise - hinsichtlich seiner Adsorptionseigenschaften auf die Produktgaskomponente(n) abgestimmt sein.The method of the invention can all be relatively strongly adsorbable Gas mixtures containing gases, in particular methane and carbon dioxide, for example those with oxygen, nitrogen, carbon monoxide, hydrogen, IIelium, argon or other, on the, preferably carbonaceous, Adsorbent Weakly adsorbable gases, work up to a product gas of high purity and yield. Surprisingly, it is also harmless if there are traces of z. B. less than 1% by volume, of even more strongly adsorbable gas components than the Product gas component (s) - the product gas can also be of particular interest Gas mixture consisting of several gas components that can be adsorbed to the same degree - be present because they are adsorbed in any case, but mostly by lowering the pressure alone cannot be desorbed, so that they do not contain the desorption gas (product gas) contaminate, but z. B. in a subsequent to the desorption phase Rinsing step can be removed but this rinsing step can be omitted, if the trace impurities are only very small and the resulting Contamination of the adsorbent remains within acceptable limits, or is used a special pre-filter for the trace impurities, especially a dryer for water vapor in the feed gas mixture (raw gas). In any case, the adsorbent must - In a manner known per se - in terms of its adsorption properties the product gas component (s) must be matched.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch z. B. bei der Stickstoffgewinnung aus Luft an Zeolithen mit Druckwechseltechnik durchgeführt werden, da hierbei der Stickstoff stärker als der Sauerstoff adsorbiert, und er im Desorptionsschritt gewonnen wird.The inventive method can also, for. B. in nitrogen production be carried out from air on zeolites with pressure change technology, since this is the Nitrogen is adsorbed more strongly than oxygen, and it is obtained in the desorption step will.
Es ist allgemein schon vor der Erfindung bekannt gewesen, Gasgemische unter Ausnutzung der unterschiedlichen Adsorptions- und Desorptions-Eigenschaften an Adsorptionsmitteln durch Druckwechsel oder Temperaturwechsel zu trennen. Der Erfindung liegt demgegenüber eine Arbeitsweise zugrunde, mit der es gelingt, daß vor Beginn der Desorptionsphase praktisch keine anderen Gasbestandteile außer der (e) Produktgaskomponente(n) im Adsorber vorhanden sind.It was generally known even before the invention, gas mixtures taking advantage of the different adsorption and desorption properties to separate adsorbents by pressure changes or temperature changes. Of the In contrast, the invention is based on a mode of operation with the it is possible that there are practically no other gas constituents before the start of the desorption phase except for the product gas component (s) are present in the adsorber.
Diese vollständige Beladung mit der Produktgaskomponente wird bei der Erfindung also einerseits dadurch erreicht, daß nach der Adsorptionsphase der Adsorber mit einem Teil des Produktgases, das bevorzugt über 99,5 Vol.-% Produktgaskomponente enthält, gespült wird und das dabei den Adsorber verlassende, an Produktgaskomponente angereicherte Gas (Rücklaufgas), dessen Produktgaskomponente-KOnzentration zwischen dem Ausgangsgas und dem Produktgas liegt, erneut dem Druckwechselprozeß zugeführt wird. Für zumindest das Ende der Spülphase wird gemäß der Erfindung ein Anteil des Produktgases verwendet. Dieser sollte über etwa 10 Vol.-% sein und etwa 90 Vol.-% des Produktgases nicht überschreiten. Die Höhe des Anteiles hängt von der Konzentration der Produktgaskomponente(n) im Ausgangsgas ab; er ist desto höher, je niedriger die Produktgaskomponenten-Konzentration hier ist. Ein vorteilhaftes, weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß während der Spülung des Adsorbers mit Produktgas in den ersten zwei Dritteln der Spülphase das den Adsorber verlassende Gas in das Abgas gegeben wird und nur das im letzten Drittel anfallende, an Produktgaskomponenten angereicherte Gas (Rücklaufgas) zur erneuten Adsorption oder Spülung in einem nachfolgenden Zyklus eingesetzt wird (Patentanspruch 3); hierdurch wird bei hoher Ausbeute die Zykluszeit vermindert.This complete loading with the product gas component is at the invention thus achieved on the one hand that after the adsorption phase Adsorber with part of the product gas, which is preferably over 99.5% by volume of product gas component contains, is flushed and the product gas component leaving the adsorber enriched gas (return gas), its product gas component concentration between the starting gas and the product gas is fed back to the pressure swing process will. For at least the end of the rinsing phase, according to the invention, a portion of the Product gas used. This should be above about 10% by volume and about 90% by volume of the product gas. The level of the proportion depends on the concentration the product gas component (s) in the starting gas; the lower it is, the higher it is the product gas component concentration is here. Another advantageous feature the invention consists in that during the purging of the adsorber with product gas in the first two thirds of the purging phase, the gas leaving the adsorber into the Exhaust gas is given and only the product gas components accumulating in the last third enriched gas (return gas) for re-adsorption or purging in a subsequent one Cycle is used (claim 3); this is the high yield Cycle time reduced.
In besonderen Fällen kann es sich als ausreichend erweisen, die Spülung nicht bis zum vollständigen Durchbruch der Produktgaskomponente zu betreiben. Dann wird das bei der Desorption des Adsorbers gewonnene Gasgemisch zu Beginn der Desorptionsphase zum Spülen eines anderen Adsorbers verwendet, und erst nach einiger Zeit wird das in einer Reinheit von über 99,5 Vol.-% gewonnene Produktgas in einen Antei1#um Spülen und in einen in die Produktgasleitung gehenden Teilstrom aufgeteilt.In special cases it may prove sufficient to do the rinse not to operate until the product gas component has completely breached. then is the gas mixture obtained during the desorption of the adsorber at the beginning of the desorption phase used to rinse another adsorber, and only after some time will that in a Product gas obtained in purity of more than 99.5% by volume a portion for purging and in a partial flow going into the product gas line divided up.
Außerdem ist es für die gewünschte vollständige Beladung mit der (den) Produktgaskomponente(n) wichtig, daß der Druckaufbau bei Ausgangsgasen mit z. B. weniger als etwa 15 Vol.-% Kohlendioxid oder weniger als etwa 10 Vol.-% Methan mit Ausgangsgas selbst, dagegen bei Ausgangsgasen mit höherer Konzentration der Produktgaskomponente(n) mit dem Abgas der Gasgemischtrennung durchgeführt wird. Außerdem wird nach einem weiteren, bevorzugten Merkmal der Erfindung in der Adsorptionsphase nach dem Druckaufbau nur für eine begrenzte Zeitspanne das zu trennende Ausgangsgas, später dagegen ein an der Produktgaskomponente angereichertes Gas, aus der Spülphase eines anderen Zyklus oder eine Mischung aus beiden eingeleitet. Ziel aller vorgenannten Maßnahmen ist es, daß bei der Druckentspannung oder Evakuierung - die Adsorption wird vorteilhaft auf dem natürlich vorhandenen Druckniveau des Ausgangsgases vorgenommen - in der Desorptionsphase ein Produktgas mit vorzugsweise mindestens 99,5 Vol.-% Produktgaskomponente aus dem Adsorber austritt.In addition, it is necessary for the desired full load with the (the) Product gas component (s) important that the pressure build-up in the case of output gases with z. B. less than about 15 volume percent carbon dioxide or less than about 10 volume percent methane Starting gas itself, on the other hand in the case of starting gases with a higher concentration of the product gas component (s) the gas mixture separation is carried out with the exhaust gas. Also, after a Another preferred feature of the invention in the adsorption phase after the pressure build-up the starting gas to be separated only for a limited period of time, later on Gas enriched in the product gas component, from the purging phase of another Cycle or a mixture of both initiated. The aim of all of the above measures it is that when the pressure is released or evacuated - the adsorption becomes advantageous made on the naturally existing pressure level of the starting gas - in the Desorption phase a product gas with preferably at least 99.5% by volume of product gas component emerges from the adsorber.
Die Spülung des Adsorbers sollte bei der beschriebenen Arbeitsweise im Gleichstrom zur Adsorption erfolgen, dagegen kann die Desorption des Adsorbers im Gleich- oder Gegenstrom zur Adsorption oder auch, besonders schnell, von beiden Enden des Adsorbers gleichzeitig erfolgen.The flushing of the adsorber should be carried out as described take place in cocurrent to the adsorption, on the other hand, the desorption of the adsorber in cocurrent or countercurrent to adsorption or, particularly quickly, of both Ends of the adsorber take place at the same time.
Die Zeitdauer für einen vollständigen Adsorptions- und Desorptionsschritt sollte nach der Erfindung etwa so aufgeteilt sein, daß der Druckaufbau und die Beladung des Adsorptionsmittels mit Produktgaskomponente in der Adsorptionsphase etwa zwischen halb bis doppelt so lang wie die Spülphase oder die Desorptionsphase dauern. Es hat sich nämlich gezeigt, daß beispielsweise in einer Vier-Adsorber-Anlage die Adsorptionsphase etwa doppelt so lang ist, wie die Spül- oder Desorptionsphase. In einer Drei-Adsorber-Anlage genügen in der Regel zwar gleiche Zeiten für alle drei Phasen, jedoch ist der Wirkungsgrad niedriger als bei der Vier-Adsorber-Anlage.The length of time for a complete adsorption and desorption step should be divided according to the invention so that the pressure build-up and the loading of the adsorbent with product gas component in the adsorption phase approximately between half to twice as long as that Rinsing phase or the desorption phase last. It has been shown that, for example, in a four-adsorber system the adsorption phase is about twice as long as the rinsing or desorption phase. In a three-adsorber system, the same times are usually sufficient for all three phases, but the efficiency is lower than with the four-adsorber system.
Für die "Spülung" eines Adsorbers wird eine relativ hohe Gasmenge benötigt, die beim Evakuieren eines anderen Adsorbers gewonnen wird. Dies bedeutet, daß von dem beim Evakuieren eines Adsorbers gewonnenen Gas nur ein Teil als Produktgas genutzt werden kann, während der andere für die Spülung verwendet werden muß. Der Energieaufwand für den Betrieb der Anlage wird wesentlich bestimmt durch die Pumpenergie beim Evakuieren. Diese hängt ab von den Anteilen der Produktgas- zur Spülgasmenge (d.h. je weniger Spülgas im Verhältnis zum Produktgas benötigt wird, desto geringer ist der Energieverbrauch) und vom Wirkungsgrad der Vakuumpumpe über den gesamten Druckbereich. Der Erfindung liegt deshalb die weitere Aufgabe zugrunde, den Energieverbrauch und ggf. die spezifische Anlagengröße zu verringern.A relatively large amount of gas is required to "flush" an adsorber required, which is obtained when evacuating another adsorber. This means, that of the gas obtained during evacuation of an adsorber only a part as product gas can be used, while the other must be used for flushing. Of the The energy required to operate the system is largely determined by the pump energy when evacuating. This depends on the proportions of the product gas and the flushing gas amount (i.e. the less purging gas is required in relation to the product gas, the less is the energy consumption) and the efficiency of the vacuum pump over the entire Pressure area. The invention is therefore based on the further object of the energy consumption and, if necessary, to reduce the specific system size.
Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei herausgestellt, zwei Vakuumpumpen einzusetzen (Versionl), von denen die erste zwischen dem Spüldruck und einem Zwischendruck und die zweite zwischen dem Zwischendruck und dem Enddruck der Evakuierung betrieben wird. Mit der ersten Pumpe wird das Spülgas gefördert, mit der zweiten das Produktgas. Bei Versuchen hat sich als besonderer Vorteil gezeigt, daß beide Pumpen während des jeweiligen Evakuierungsvorgangs nur einen Druckbereich zu durchfahren haben, der geringer ist als der zwischen Spüldruck und Enddruck des Vakuums. Es zeigt sich nämlich, daß während des ersten Evakuierungsschritts relativ viel Gas mit geringem Differenzdruck, während des zweiten Evakuierungsschrittes relativ wenig Gas bei größerem Differenzdruck anfällt. Für beide Anforderungen gibt es Pumpen, die mit höherem Wirkungsgrad arbeiten als eine einzige Pumpe, die über den gesamten Bereich arbeitet. Als besonderer unerwarteter Vorteil dieser Vorgehensweise hat es sich herausgestellt, daß sich durch Verwendung zweier geeigneter Pumpen der Rohgas-Durchsatz durch eine Druckwechselanlage gegebener Größe nicht unerlleblich steigern läßt, da für die Desorption bei Unterdruck offollsichtlich mehr Zeit benötigt wird, als die Theorie (xergl. E. Richter, u.a.; - Chemie-Ingenieur-'Pechnik 50 (1373) S.60ö,/61l) voraussagt.It has been found to be particularly advantageous to use two vacuum pumps to be used (Versionl), the first of which is between the flushing pressure and an intermediate pressure and the second operated between the intermediate pressure and the final pressure of the evacuation will. The purging gas is conveyed with the first pump, the product gas with the second. In tests it has been shown to be a particular advantage that both pumps during only have to pass through one pressure range of the respective evacuation process, which is lower than that between the rinsing pressure and the final pressure of the vacuum. It appears namely that during the first evacuation step a relatively large amount of gas with little Differential pressure, relatively little gas during the second evacuation step greater differential pressure occurs. For both requirements there are pumps that come with higher efficiency work than a single pump that covers the entire range is working. It has proven to be a particular unexpected advantage of this approach found that the raw gas throughput can be increased by using two suitable pumps cannot be increased by a pressure change system of a given size, since obviously more time is required for the desorption at negative pressure than the theory (xergl. E. Richter, u.a .; - Chemie-Ingenieur-'Pechnik 50 (1373) S.60ö, / 61l) predicts.
Diese betrachtet die Desorption als Umkehrung der Adsorption, deren Geschwindigkeit allein durch die Diffusion der Gas in den Poren des Adsorbens bestimmt ist. Als weiterer Vorteil der Verwendung zweier Vakuumpumpen für die Desorption hates sich herausgestellt, daß es nicht erforderlich ist, daß um Spülen des Adsorbers ein Gas verwendet wird, das Produktgasqualität aufweist. Damit kann die Spülgasmenge verringert werden, ohne daß die Produktgasqualität beeinträchtigt wird.This regards the desorption as a reversal of the adsorption, their Speed is determined solely by the diffusion of the gas in the pores of the adsorbent is. Another advantage of using two vacuum pumps for desorption It has been found that it is not necessary to purge the adsorber a gas is used which has product gas quality. This allows the amount of purging gas can be reduced without the product gas quality being impaired.
Dies hat den wesentlichen Vorteil, daß die Leistung der Druckwechselanlage durch zeitweilige Veränderungen in der Rohgaszusammensetzung weniger beeinträchtigt wird. Ein weil terer Vorteil besteht darin, daß die Pumpen weniger durch Drucksprünge beansprucht werden und daß der Mengenstrom des Produktgases über dem jeweiligen Evakuierungsvorgang iocr stark mit der Zeit schwankt. Darüber hinaus läßt sich mit oer beschriebenen Version ein niedrigerer Enddruck bei der ,=akuierung (da die Evakuierungsdauer verlängert wird und die Produktgas erzeugende Pumpe speziell ausgelegt sein kann) erreichen. Damit kann eine höhere Ausbeute an der(n) zu gewinnenden Komponente(n) erreicht werden.This has the major advantage that the performance of the pressure change system less affected by temporary changes in the composition of the raw gas will. Another advantage is that the pumps are less affected by pressure jumps are claimed and that the flow rate of the product gas over the respective Evacuation process iocr fluctuates strongly over time. In addition, you can use The version described has a lower final pressure during, = acuation (since the evacuation time is extended and the product gas generating pump can be specially designed) reach. This allows a higher yield of the component (s) to be obtained can be achieved.
In vielen Fällen liegt das Rohgas bei einem Druck vor, dcr wesentlich über Umgebungsdruck liegt. Dann ist es nicht moglich, daß das bei der Evakuierung anfallende Gas direkt für eine Spülung des Adsorbers auf dem Niveau des Beladungsdrucks zu verwenden, da Vakuumpumpen nur gegen einen begrenzten Überdruck fördern können. Damit wäre ein zusätzlicher Kompressor erforderlich, der neben erhöhten Investitionskosten auch zusätzliche Betriebskosten erfordern würde. Den Beladungsdruck abzusenken wäre eine Möglichkeit. Als besonders vorteilhaft hat es sich aber erwiesen, den Beladungsdruck auf dem höheren Druckniveau zu belassen und die Spülung der Adsorber nicht bei Beladungsdruck sondern auf einem Druckniveau durchzuführen, das von der Vakuumpumpe erreicht wird (cl Es gilt gleichermaßen für die Modifikationen mit einer und mit zwei Vakuumpumpen). dabei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, nach Abschluß der Beladung den Adsorbern im (loicìlstrom zu entspannen (siehe Version 4).In many cases the raw gas is at a pressure which is substantial is above ambient pressure. Then it is not possible that that during the evacuation Accumulated gas directly for purging the adsorber at the level of the loading pressure to be used, as vacuum pumps can only deliver against a limited overpressure. This would require an additional compressor, in addition to increased investment costs would also require additional operating costs. The loading pressure would have to be lowered a possibility. However, the loading pressure has proven to be particularly advantageous to leave it at the higher pressure level and not to flush the adsorber at the loading pressure but to be carried out at a pressure level that is achieved by the vacuum pump (cl It applies equally to the modifications with one and with two vacuum pumps). it has been found to be advantageous after the loading is complete Adsorbers in (loicìlstrom to relax (see version 4).
Diese Entspannung hat bereits zur Folge, daß die zu gewinnende(n) Komponente(n) im Adsorber relativ zu den anderen Komponenten angereichert wird (werden). Überraschenderweise hat es sich bei Versuchen herausgestellt, daß sich die Verluste an Produktgas, die bei der Entspannung erwartet wurden, vermeiden lassen, wenn die Beladung zu einem Zeitpunkt abgebrochen wird, an dem die Durchbruchsfront noch nicht bis zum Adsorberausgang vorgerückt ist und wenn die Entspannung im Gleichstrom in der Weise erfolgt, daß bei Beendigung der Entspannung noch kein vollständiger Durchbruch des Produktgases erfolgt ist. Überraschenderweise kann bei dieser Vorgehensweise die Spülgasmenge reduziert werden.This relaxation already has the consequence that the (n) to be won Component (s) in the adsorber is (are) enriched relative to the other components. Surprisingly, it has been found in tests that the losses of product gas, which were expected in the expansion, can be avoided if the Loading is canceled at a point in time at which the breakthrough front has not yet been released is advanced to the adsorber outlet and when the expansion in cocurrent in takes place in such a way that when the relaxation is complete there is still no complete breakthrough of the product gas has taken place. Surprisingly, with this approach the amount of purging gas can be reduced.
Unerwarteterweise wurde nun festgestellt, daß sich auch nach einer Beladung bei einem Druck der nicht wesentlich über Umgebungsdruck liegt die Spülgasmenge reduzieren läßt, wenn ein Druckausgleich mit einem Adsorber erfolgt, dessen Evakuierung gerade abgeschlossen ist und in dem noch der Enddruck der Evakuierung herrscht (Version 3). Als besonderer Vorteil zeigt es sich dabei, daß weniger Abgas für den Druckaufbau erforderlich ist. Dies ist gerade dann wichtig, wenn die zu gewinnende(n) Komponente(n) bereits in relativ hohen Volumenanteilen (z.B. über 60 Vol.-%) vorliegt. Eine Verringerung der Spülgasmenge ergibt sich gleichermaßen, wenn der Druckausgleich nach der Spülung erfolgt (Version 2). Dies wird auch beobachtet, wenn die Beladung bei erhöhtem Druck und anschließend eine Gleichstromentspannung erfolgt.Unexpectedly it was found that even after a Loading at a pressure that is not significantly above ambient pressure is the amount of purging gas can be reduced when a pressure equalization with an adsorber, its evacuation has just been completed and in which the final pressure of the evacuation still prevails (version 3). It turns out to be a particular advantage that less exhaust gas is used to build up pressure is required. This is especially important when the component (s) to be extracted is already present in relatively high proportions by volume (e.g. over 60% by volume). A decrease the amount of purging gas is the same if the pressure equalization after purging takes place (version 2). This is also observed when loading at increased pressure and then a direct current relaxation takes place.
Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens und der hierfür ~erforderlichen Anlage zur Durchführung des Verfahrens werden anhand der Zeichnung näher erläutert.Further details of the method according to the invention and that for this ~ The system required to carry out the procedure is based on the drawing explained in more detail.
Es zeigen: Fig. 1 eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit vier Adsorbern (Version 1); Fig. 2 eine graphische Darstellung des Steuerablaufplanes der Phasen in den vier Adsorbern der Fig. 1; Fig. 3 eine weitere Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit vier Adsorbern (Version 2); Fig. 4 eine graphische Darstellung des Steuerablaufplanes der Phasen in den vier Adsorbern der Fig. 3; Fig. 5 eine weitere Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit vier Adsorbern (Version 3); Fig. 6 eine graphische Darstellung des Steuerablaufplanes der Phasen in den vier Adsorbern der Fig. 5; Fig. 7 eine weitere Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit vier Adsorbern (Version 4); Fig. 8 eine graphische Darstellung des Steuerablaufplanes in den vier Adsorbern der Fig. 7.1 shows a system for carrying out the method four adsorbers (version 1); Fig. 2 is a graphic representation of the control flow chart the phases in the four adsorbers of FIG. 1; 3 shows a further installation for implementation the process with four adsorbers (version 2); Fig. 4 is a graphical representation the control flow chart of the phases in the four adsorbers of FIG. 3; Fig. 5 a further system for carrying out the process with four adsorbers (version 3); Fig. 6 is a graphic representation of the control flow diagram of the phases in the four adsorbers of Fig. 5; 7 shows a further system for carrying out the method with four Adsorbers (version 4); 8 is a graphic representation of the control flow chart in the four adsorbers of FIG. 7.
Version 1 Bei dieser Version werden zwei Vakuumpumpen eingesetzt, von denen die eine Vakuumpumpe ein Spülgas absaugt und die zweite Vakuumpumpe das Produktgas absaugt. Die Trennung der Funktionen beider Vakuumpumpen bietet den besonderen Vorteil, daß jede der Pumpen spezifisch für die besondere Funktion ausgelegt werden kann. Dies bedeutet, daß die Vakuumpumpe, die zur Spülgaserzeugung eingesetzt wird, nur ein geringeres Vakuum ziehen muß als die Pumpe, die zur Produktgaserzeugung verwendet wird. Darüber hinaus müssen Spüldruck und Produktgasdruck nicht mehr identisch sein, sondern können in Grenzen, die durch die Auslegung der jeweiligen Vakuumpumpe festgelegt sind, betrieblichen Erfordernissen angepaßt werden. Das Fließbild der Anlage ist in Fig. 1 dargestellt, den Steuerablaufplan gibt Fig. 2 wieder; in letzterer ist auch der Verlauf des Drucks in Adsorber 1 über die Zeit während eines vollständigen Druckwechselzyklus eingetragen.Version 1 In this version two vacuum pumps are used, One vacuum pump draws off a flushing gas and the second vacuum pump that Sucks off product gas. The separation of the functions of both vacuum pumps offers the special Advantage that each of the pumps are designed specifically for the particular function can. This means that the vacuum pump, which is used to generate the purge gas, only needs to draw a lower vacuum than the pump that is used to generate the product gas is used. In addition, the purging pressure and product gas pressure no longer have to be identical but can be within limits that are determined by the design of the respective vacuum pump are set to be adapted to operational requirements. The flow diagram of the The system is shown in FIG. 1, the control flow chart is shown in FIG. 2; in the latter is also the profile of the pressure in adsorber 1 over time during a complete Pressure change cycle entered.
Das Einsatzgas liegt bei einem Druck vor, der leicht über dem Umgebungsdruck liegt, so daß der Druckverlust in den Adsorbern während der Durchströmung überwunden werden kann. Das Produktgas wird bei einem Druck gewonnen, der je nach Vakuumpumpe mehr oder weniger über dem Umgebungsdruck liegt. Nachfolgend wird die Funktionsweise der Anlage über einen vollständigen Druckwechselzyklus erklärt. Die Beschreibung beschränkt sich auf einen Adsorber, da die anderen Adsorber zeitlich versetzt dieselben Schritte durchlaufen.The feed gas is at a pressure that is slightly above ambient pressure is so that the pressure loss in the adsorbers overcome during the flow can be. The product gas is obtained at a pressure that depends on the vacuum pump is more or less above the ambient pressure. The following is how it works the system explained over a complete pressure change cycle. The description limited to one adsorber, since the other adsorbers are staggered in time Step through steps.
Das Einsatz-(Roh)Gas strömt während des Beladungsschrittes bei Rohgasdruck über Ventil 21 durch den Adsorber 1 und über die Ventile 17 und 26 in die Abgasleitung. Die Beladung wird abgebrochen, bevor das stärker adsorbierte Gas in merklichen Konzentrationen den Adsorber verläßt. Das bei der Adsorption abströmende Gas wird gleichzeitig zum Teil auch für den Druckaufbau in Adsorber 2 verwendet. Nach Beendigung der Beladung wird Adsorber 1 mit einem Gas gespült, das stärker mit der stärker adsorbierenden Komponente angereichert ist als das Rohgas. Dazu wird bei geöffnetem Ventil 12 Gas aus Adsorber 4 mit Hilfe der Vakuumpumpe 27 abgesaugt und über Ventil 5 durch Adsorber 1 gedrückt.The feed (raw) gas flows during the loading step at raw gas pressure Via valve 21 through adsorber 1 and via valves 17 and 26 into the exhaust line. The loading is stopped before the more strongly adsorbed gas in noticeable concentrations leaves the adsorber. The gas flowing out during the adsorption is at the same time to the Part also used to build up pressure in adsorber 2. After the loading is finished Adsorber 1 is flushed with a gas that is more strongly adsorbing with the more strongly Component is enriched as the raw gas. This is done when the Valve 12 gas is sucked out of adsorber 4 with the aid of vacuum pump 27 and via valve 5 pressed by adsorber 1.
Während des Spülvorgangs verläßt ein Gas den Adsorber 1 über Ventil 17, das weitgehend frei von der stärker adsorbierenden Komponente ist. Dieses Gas gelangt in die Abgasleitung. Mit dem Spülvorgang reichert sich die stärker adsorbierende Komponente in Adsorber 1 so stark an, daß bei der nachfolgenden Evakuierung mittels Pumpe 27 ein Gas gewonnen wird, dessen Gehalt an der stärker adsorbierenden Komponente nicht wesentlich unter dem Gehalt dieses Gases im Produktgas liegt. Das Gas wird bei geöffnetem Ventil 9 aus Adsorber 1 abgesaugt und bei geöffneten Ventilen 6 und 18 zum Spülen von Adsorber 2 verwendet. Dabei wird der Druck in Adsorber 1 von Rohgasdruck auf einen Druck abgesenkt, der zwischen dem Rohgasdruck und dem Endvakuum liegt, das bei der nachfolgenden zweiten Evakuierung erreicht wird. Nach Beendigung dieses ersten Evakuierungsschrittes beginnt der zweite Evakuierungsschritt, der mit der Gewinnung von Produktgas identisch ist. Dazu wird bei geöffnetem Ventil 13 mit Vakuumpumpe 28 ein Gas aus dem Adsorber 1 abgesaugt, das Produktgasqualität aufweist. Der Druckwechselzyklus wird abgeschlossen, indem nach Beendigung der Produktion ein Druckaufbau mit Abgas erfolgt. Dazu ist an Adsorber 1 das Ventil 17 geöffnet.During the flushing process, a gas leaves the adsorber 1 via a valve 17, which is largely free of the more strongly adsorbing component. This gas gets into the exhaust pipe. With the rinsing process, the more strongly adsorbing one accumulates Component in adsorber 1 so strongly that during the subsequent evacuation by means of Pump 27 a gas is obtained, the content of which is more strongly adsorbing component is not significantly below the content of this gas in the product gas. The gas will sucked out of adsorber 1 with open valve 9 and with open valves 6 and 18 used to flush adsorber 2. The pressure in adsorber 1 is dependent on the raw gas pressure lowered to a pressure that lies between the raw gas pressure and the ultimate vacuum, which is achieved in the subsequent second evacuation. After finishing this The first evacuation step begins the second evacuation step, which begins with the Obtaining product gas is identical. For this purpose, with the valve 13 open, a vacuum pump is used 28 sucked a gas from the adsorber 1, which has product gas quality. The pressure change cycle is completed by a pressure build-up with exhaust gas after the end of production he follows. For this purpose, the valve 17 on adsorber 1 is open.
Versuchsdaten: Adsorptionsmittel : Kohlenstoffmolekularsieb mit einer BET-Oberfläche von 1100 m²/g Beladungsdruck : 1,05 bar Einsatzgas : 16,7 Vol.-% CO2 83,3 Vol.-% N2 Adsorbervolumen : 1 m3 Vorgehensweise : Version 1 Gasvolumina im Normzustand C02(m3) N2(m ) Gesamtgas(m3) 1. Druckaufbau 0,25 1,32 1,57 (Einsatzgas) 2. Adsorption 3,25 16,94 20,19 (Einsatzgas) 3. Spülung 9,57 0,57 10,14 (Produktgas 1) 4. Desorption 3,19 --- 3,19 (Produktgas 2) Abgas: 0;31 18,26 18,57 (1,67 Vol.-% CO2) Ausbeute = (Produktgasmenge):(Einsatzgasmenge) = 0,91 Version 2 Bei dieser Version wird eine Vakuumpumpe eingesetzt. Die Beladung erfolgt bei einem Druck, der nahe Umgebungsdruck liegt und um einen Differenzdruck über dem Abgasdruck liegt, der dem Druckverlust in der Anlage während der Beladung entspricht. Es erfolgt ein Druckausgleich (nach erfolgter Adsorptionsspülung) in den Unterdruckbereich hinein, wodurch in besonders vorteilhafter Weise die stärker adsorbierende Komponente im Adsorber angereichert wird und die Vakuumpumpe weniger stark durch Drucksprünge beim Umschalten von einem Adsorber auf den nächsten beansprucht wird. Gleichermaßen wird dadurch der Anfall des Produktgases über die Zeit vergleichmäßigt.Experimental data: Adsorbent: carbon molecular sieve with a BET surface area of 1100 m² / g Loading pressure: 1.05 bar Feed gas: 16.7% by volume CO2 83.3% by volume N2 adsorber volume: 1 m3 Procedure: Version 1 gas volumes under normal conditions C02 (m3) N2 (m) total gas (m3) 1st pressure build-up 0.25 1.32 1.57 (feed gas) 2. Adsorption 3.25 16.94 20.19 (feed gas) 3. Purge 9.57 0.57 10.14 (product gas 1) 4th desorption 3.19 --- 3.19 (product gas 2) exhaust gas: 0; 31 18.26 18.57 (1.67% by volume CO2) Yield = (amount of product gas): (amount of feed gas) = 0.91 version 2 A vacuum pump is used in this version. Loading takes place at a pressure that is close to ambient pressure and a differential pressure above that Exhaust pressure is, which corresponds to the pressure loss in the system during loading. A pressure equalization takes place (after the adsorption flushing has taken place) in the negative pressure area into it, whereby in a particularly advantageous manner the more strongly adsorbent component is enriched in the adsorber and the vacuum pump less strongly due to pressure jumps is claimed when switching from one adsorber to the next. Likewise the accumulation of the product gas is thereby evened out over time.
Das Fließbild der Anlage ist in Fig. 3 dargestellt. Den Steuerablaufplan zeigt Fig. 4 in der auch der Verlauf des Drucks in Adsorber 101 während eines vollständigen Druckwechset zyklus dargestellt ist.The flow diagram of the plant is shown in FIG. 3. The tax schedule FIG. 4 also shows the profile of the pressure in adsorber 101 during a complete Pressure change cycle is shown.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der Anlage am Durchlaufen der verschiedenen Schritte während eines Druckwechselzyklus von Adsorber 101 beschrieben. Die anderen Adsorber mit ihren entsprechenden Ventilen durchlaufen zeitlich versetzt dieselben Schritte wie Adsorber 101. Dies ist direkt aus Fig. 4 zu ersehen.The following shows how the system works when it passes through the various steps during a pressure swing cycle of adsorber 101 described. The other adsorbers with their corresponding valves pass through staggered in time the same steps as adsorber 101. This can be seen directly from FIG.
Das Rohgas (Einsatzgas) strömt während des Beladungsvorgangs über die Rohgasleitung 105 sowie das Ventil 111 in den Adsorber 101. Das weitgehend von der stärker adsorbierenden Komponente befreite Abgas strömt über Ventil 115 in die Abgasleitung 110. Die Beladung wird zu einer vorgegebenen Zeit abgebrochen, bei der das stärker adsorbierende Gas noch nicht verstärkt in die Abgasleitung gelangt. Nachfolgend wird Adsorber 101 mit einem Gas gespült', das mit Hilfe der Vakuumpumpe 160 aus Adsorber 104 abgesaugt wird. Während dieses Vorgangs sind die Ventile 143, 112 und 115 geöffnet. Das Gas hat praktisch Produktgasqualität, wenn es in Adsorber 101 eintritt. Diesen verläßt ein Gas, dessen Gehalt an der stärker adsorbierenden Komponente unter dem des Rohgases liegt. Nach Abschluß der Spülung nach einer vorgegebenen Zeit wird der Druck im Adsorber in zwei Stufen abgesenkt. In der ersten Stufe erfolgt der Druckausgleich mit dem evakuierten Adsorber 104 über die geöffneten Ventile 116 und 147. Dabei strömt ein Gas über Leitung 109 von Adsorber 101 in Adsorber 104, dessen Gehalt an der stärker adsorbierenden Komponente im Mittel über dem Gehalt im Rohgas liegt. Dieser Druckausgleich wird nach einer vorgegebenen Zeit abgebrochen. Dann hat sich in beiden Adsorbern ein annähernd gleicher Druck eingestellt, der zwischen dem Rohgasdruck und dem bei der Evakuierung erreichten Enddruck liegt. Im folgenden Schritt wird Adsorber 101 durch Öffnen von Ventil 113 über Leitung 106 mit der Vakuumpumpe 160 verbunden. Dabei sinkt der Druck mit der Zeit bis auf einen Enddruck ab. Aus dem Adsorber wird ein Gas abgesaugt, das Produktgasqualität aufweist. Dieses Gas gelangt aus Vakuumpumpe 160 zu einem Teil in die Produktgasleitung 106, zum anderen Teil wird es zum Spülen von Adsorber 102 verwendet, in den es über das Drosselventil 150, Leitung 107 und Ventil 122 gelangt. Nach Beendigung der Evakuierung von Adsorber 101 wird zu einer vorgegebenen Zeit mit der Erhöhung des Drucks in diesem Adsorber auf Beladungsdruck begonnen.The raw gas (feed gas) flows over during the loading process the raw gas line 105 and the valve 111 in the adsorber 101. That largely of the more strongly adsorbing component freed exhaust gas flows through valve 115 into the Exhaust pipe 110. The loading is interrupted at a predetermined time, at which the more strongly adsorbing gas has not yet reached the exhaust gas line. Adsorber 101 is then purged with a gas, which is generated with the aid of the vacuum pump 160 is sucked from adsorber 104. During this process, the valves 143, 112 and 115 open. The gas is practically product gas quality when it is in adsorber 101 enters. This leaves a gas, the content of which is stronger adsorbent component is below that of the raw gas. After the flush is complete After a specified time, the pressure in the adsorber is reduced in two stages. In the first stage, the pressure is equalized with the evacuated adsorber 104 via the opened valves 116 and 147. A gas flows from here via line 109 Adsorber 101 in adsorber 104, its content of the more strongly adsorbing component is on average above the content in the raw gas. This pressure equalization is after a given time canceled. Then an approximately identical one has been found in both adsorbers Pressure set between the raw gas pressure and that reached during evacuation Final pressure. In the following step, adsorber 101 is activated by opening valve 113 connected to the vacuum pump 160 via line 106. The pressure decreases with the Time down to a final pressure. A gas is sucked out of the adsorber, the product gas quality having. Some of this gas comes from vacuum pump 160 into the product gas line 106, on the other hand it is used to flush adsorber 102, in which it is over the throttle valve 150, line 107 and valve 122 arrives. After the evacuation is finished of adsorber 101 is at a predetermined time with the increase in pressure in this adsorber started on loading pressure.
Diese Druckerhöhung erfolgt in zwei Stufen. In der ersten Stufe erfolgt ein Druckausgleich mit Adsorber 102 bei geöffneten Ventilen 117 und 126 über Leitung 109. In der zweiten strömt Rohgas bei geöffnetem Ventil 111 in den Adsorber. Bei letzterem Schritt erhöht sich der Druck von dem bereits erwähnten Zwischendruck wieder auf Rohgasdruck. Danach wird wieder mit der Beladung in der bereits oben beschriebenen Weise begonnen.This pressure increase takes place in two stages. In the first stage takes place a pressure equalization with adsorber 102 with open valves 117 and 126 via line 109. In the second, raw gas flows into the adsorber when valve 111 is open. at In the latter step, the pressure increases from the intermediate pressure already mentioned back to raw gas pressure. Then again with the loading in the already above described way started.
Versuchsdaten: Adsorptionsmittel : Kohlenstoffmolekularsieb mit einer BET-Oberfläche von 1100 m2/g Beladungsdruck : 1,05 bar Einsatzgas : 16,7 Vol.-% CO2 83,3 Vol.-% N2 Adsorbervolumen 1 1 m3 Vorgehensweise : Version 2 Gasvolumina im Normzustand CO2(m3) N2(m3) Gesamtgas(m3) 1. Druckaufbau 0,29 1,45 1,74 (Einsatzgas) 2. Adsorption 3,79 18,90 22,69 (Einsatzgas) 3. Spülung 10,67 ---- 10,67 (Produktgas) 4. Desorption 14,20 --- 14,20 (Produktgas) Nettoproduktgas 3,53 --- 3,53 (99,9 Vol.-% CO2) Abgas: 0,55 20,35 20,90 (2,63 Vol.-% CO2) Ausbeute = (Produktgasmenge):(Einsatzgasmenge) = 0,87 Version 3 Bei dieser Version ist nur eine Vakuumpumpe erforderlich. Es wird in besonders vorteilhafter Weise ausgenutzt, daß nach Beendigung des Spülvorgangs die Konzentration der stärker adsorbierenden Komponente im Adsorber noch weiter erhöht werden kann, so daß weniger Spülgas erforderlich ist oder ein Gas mit einer höheren Reinheit gewonnen werden kann. Ferner wird die Vakuumpumpe mit weniger starken Drucksprüngen belastet, da zu Beginn der Evakuierung bereits ein Druck vorliegt, der unter dem Rohgasdruck ist. Dadurch gelingt es zusätzlich, die über den Evakuierungsvorgang anfallenden Produktgasstrom zu vergleichmäßigen.Experimental data: Adsorbent: carbon molecular sieve with a BET surface area of 1100 m2 / g loading pressure: 1.05 bar feed gas: 16.7% by volume CO2 83.3 vol .-% N2 adsorber volume 1 1 m3 Procedure: Version 2 gas volumes under normal conditions CO2 (m3) N2 (m3) total gas (m3) 1st pressure build-up 0.29 1.45 1.74 (feed gas) 2. Adsorption 3.79 18.90 22.69 (feed gas) 3. Purging 10.67 ---- 10.67 (product gas) 4.Desorption 14.20 --- 14.20 (product gas) Net product gas 3.53 --- 3.53 (99.9% by volume CO2) Flue gas: 0.55 20.35 20.90 (2.63% by volume CO2) Yield = (amount of product gas) :( amount of feed gas) = 0.87 Version 3 With this version only one vacuum pump is required. It is used in a particularly advantageous manner that after the flushing process has ended the concentration of the more strongly adsorbing component in the adsorber even further can be increased so that less purge gas is required or a gas with a higher purity can be obtained. Furthermore, the vacuum pump is less powerful Pressure jumps loaded, as there is already pressure at the beginning of the evacuation, which is under the raw gas pressure. This also makes it possible to manage the evacuation process to equalize the resulting product gas flow.
Das Fließbild der entsprechenden Anlage ist in Fig. 5 dargestellt, der Steuerablaufplan in Fig. 6. In letzterer ist auch der Verlauf des Drucks in Adsorber 201 über einen vollständigen Druckwechselzyklus dargestellt.The flow diagram of the corresponding plant is shown in Fig. 5, the control flow chart in FIG. 6. In the latter, the course of the pressure is also shown in Adsorber 201 shown over a complete pressure swing cycle.
Das Einsatzgas liegt bei einem Druck vor, der leicht über dem Umgebungsdruck liegt, so daß unter Berücksichtigung des Druckverlusts in der Anlage das Abgas mit Umgebungsdruck abströmen kann. Diese Festlegung des Drucks ist allerdings nicht zwingend für die Verfahrensweise. Das Produktgas wird bei einem Druck gewonnen, der je nach Vakuumpumpe mehr oder weniger über dem Umgebungsdruck liegt. Nachfolgend wird die Funktionsweise der Anlage über einen vollständigen Druckwechselzvklus erklärt. Die Beschreibung beschränkt sich auf Adsorber 201, da die anderen AdsQrber 202-204 zeitlich versetzt dieselben Schritte durchlaufen.The feed gas is at a pressure that is slightly above ambient pressure is so that, taking into account the pressure loss in the system, the exhaust gas with Ambient pressure can flow off. However, this setting of the pressure is not mandatory for the procedure. The product gas is obtained at a pressure which, depending on the vacuum pump, is more or less above the ambient pressure. Below the functionality of the system is explained using a complete pressure change cycle. The description is limited to Adsorber 201, since the other AdsQrber 202-204 go through the same steps at different times.
Das Rohgas (Einsatzgas) strömt über Leitung 251 bei geöffnetem Ventil 211 in den Adsorber 201, in dem Rohgasdruck vorliegt. Die stärker adsorbierende Komponente wird während dieses Beladungsvorgangs weitgehend adsorbiert, so daß über Ventil 215 ein so gut wie vollständig von der adsor1>i#r###d#n Komponente befreites Gas in die Abgasleitung 258 strömt.The raw gas (feed gas) flows through line 251 when the valve is open 211 in the adsorber 201, in which the raw gas pressure is present. The more adsorbent Component is largely adsorbed during this loading process, so that over Valve 215 is almost completely freed from the adsor1> i # r ### d # n component Gas flows into the exhaust pipe 258.
Die Beladung wird beendet, bevor die Konzentration der stärker adsorbierenden Komponente im Abgas merklich ansteigt. Danach wird der Adsorber gespült mit einem Gas, das während der Evakuierung von Adsorber 204 gewonnen wird. Dazu ist an Adsorber 204 das Ventil 242 geöffnet. Das Gas wird über die Vakuumpumpe 260, das Drosselventil 259 bei geöffnetem Ventil 213 durch Adsorber 201 gedrückt. Über das geöffnete Ventil 215 gelangt ein Gas in die Abgasleitung 258, dessen Gehalt an der zu gewinnenden, stärker adsorbierenden Komponente geringer ist als im Rohgas. Nach Abschluß dieses Spülvorgangs, der bei Rohgasdruck abläuft, erfolgt ein Druckausgleich zwischen Adsorber 201 und dem evakuierten Adsorber 203. Dazu sind die Ventile 216 und 234 geöffnet. Während des Druckausgleichvorgangs wird ein Gas aus Adsorber 201 in Adsorber 203 gesaugt, dessen Konzentration an der stärker adsorbierenden Komponente noch wesentlich unter der Rohgaskonzentration liegt. Im nächsten Schritt wird der Adsorber 201 evakuiert von einem Druck aus, der zwischen dem Rohgasdruck und dem Enddruck der nachfolgenden Evakuierung liegt. Während der Evakuierung ist Ventil 212 geöffnet. Das Gas gelangt über Leitung 252 durch die Vakuumpumpe 260 in die Produktgasleitung 261. Ein Teil des Gases kann während der Gesamtdauer der Evakuierung oder während eines Teils der Evakuierungsdauer zum Spülen von Adsorber 202 verwendet werden, wozu Ventil 223 und 225 an Adsorber 202 geöffnet sind. Bei der Evakuierung sinkt der Druck im Adsorber 201 von dem bereits erwähnten Zwischendruck auf einen Enddruck ab, der zwischen 10 und 600 mbar je nach Anwendung und Auslegung der Pumpe 260 liegen kann. Nach Beendigung der Evakuierung, die mit der Produktion identisch ist, erfolgt nach einer Totzeit der Druckaufbau in Adsorber 201 in zwei Schritten. Im ersten Schritt wird ein Druckausgleich des Adsorbers 201 mit Adsorber 203 durchgeführt, wozu die Ventile 214 und 236 geöffnet sind. Von dem sich dabei einstellenden Zwischendruck aus erfolgt der zweite Teil des Druckaufbaus mit Rohgas. Dieses strömt über Leitung 251 bei geöffnetem Ventil 211 in Adsorber 201. Danach beginnt der Druckwechsel von neuem.The loading is stopped before the concentration of the more strongly adsorbent Component in the exhaust gas increases noticeably. The adsorber is then flushed with a Gas recovered from adsorber 204 during evacuation. This is an adsorber 204 the valve 242 opened. The gas is via the vacuum pump 260, the throttle valve 259 pressed by adsorber 201 with valve 213 open. About the open valve 215 a gas enters the exhaust pipe 258, the content of which is the stronger adsorbent component is less than in the raw gas. After completing this During the flushing process, which takes place at raw gas pressure, pressure is equalized between the adsorber 201 and the evacuated adsorber 203. For this purpose, the valves 216 and 234 are open. During the pressure equalization process, a gas from adsorber 201 becomes adsorber 203 sucked, the concentration of which in the more strongly adsorbing component is still significant is below the raw gas concentration. In the next step, the adsorber 201 is evacuated from a pressure between the raw gas pressure and the final pressure of the subsequent Evacuation lies. Valve 212 is open during evacuation. The gas arrives via line 252 through the vacuum pump 260 into the product gas line 261. One part of the gas can be used for the entire duration of the evacuation or for part of it the evacuation time can be used for purging adsorber 202, including valve 223 and 225 on adsorber 202 are open. During evacuation, the pressure in the falls Adsorber 201 from the already mentioned intermediate pressure to a final pressure which can be between 10 and 600 mbar depending on the application and design of the pump 260. After the end of the evacuation, which is identical to the production, takes place after a dead time, the pressure build-up in adsorber 201 in two steps. In the first step a pressure equalization of the adsorber 201 with adsorber 203 is carried out, including the Valves 214 and 236 are open. From the resulting intermediate pressure the second part of the pressure build-up takes place with raw gas. This flows through a line 251 with the valve 211 open in adsorber 201. The pressure change from new.
Versuchsdaten: Adsorptionsmittel : Kohlenstoffmolekularsieb mit einer BET-Oberfläche von 1100 m²/g Beladungsdruck : 1,05 bar Einsatzgas : 16,7 Vol.-% CO2 83,3 Vol.-% N2 3 Adsorbervolumen : 1 m Vorgehensweise : Version 3 Gasvolumina im Normzustand CO2(m3) N2(m3) Gesamtgas(m3) 1. Druckaufbau 0,32 1,60 1,92 (Einsatzgas) 2. Adsorption 3,99 19,90 23,89 (Einsatzgas) 3. Spülung 8,07 ---- 8,07 (Produktgas) 4. Desorption 12,18 --- 12,18 (Produktgas) Nettoproduktgas 4,11 --- 4,11 (99,9 Vol.-% CO2) Abgas: 0,20 21,50 21,70 (0,90 Vol.-% CO2) Ausbeute = (Produktgasmenge):(Einsatzgasmenge) = 0,95 Version 4 Bei dieser Version wird eine Vakuumpumpe eingesetzt. Die Beladung erfolgt bei erhöhtem Druck, wobei das Rohgas bereits bei erhöhtem Druck vorliegen kann bzw. auf diesem Druck mittels vorgeschaltetem Kompressor zu verdichten ist. Die Adsorption auf erhöhtem Druck bringt den besonderen Vorteil mit sich, daß die Baugröße der Adsorber verringert werden kann, da mehr Gas pro Volumeneinheit Adsorptionsmittel adsorbiert werden kann. Ferner ermöglicht der nachfolgend beschriebene Entspannungsschritt im Gleichstrom zur Adsorption eine weitere gezielte Anreicherung der stärker adsorbierenden Komponente im Adsorber, so daß ein Spülschritt, wie er bei den Versionen 1 bis 3 erforderlich war, hier unter Umständen entfallen kann.Experimental data: Adsorbent: carbon molecular sieve with a BET surface area of 1100 m² / g Loading pressure: 1.05 bar Feed gas: 16.7% by volume CO2 83.3% by volume N2 3 Adsorber volume: 1 m Procedure: Version 3 gas volumes under normal conditions CO2 (m3) N2 (m3) total gas (m3) 1st pressure build-up 0.32 1.60 1.92 (feed gas) 2. Adsorption 3.99 19.90 23.89 (feed gas) 3. Purge 8.07 ---- 8.07 (product gas) 4.Desorption 12.18 --- 12.18 (product gas) Net product gas 4.11 --- 4.11 (99.9% by volume CO2) Flue gas: 0.20 21.50 21.70 (0.90% by volume CO2) Yield = (amount of product gas) :( amount of feed gas) = 0.95 Version 4 This version uses a vacuum pump. The loading takes place at increased pressure, with the raw gas already at increased pressure can exist or to compress at this pressure by means of an upstream compressor is. The adsorption at elevated pressure has the particular advantage that the size of the adsorber can be reduced because there is more gas per unit volume Adsorbent can be adsorbed. Furthermore, enables the one described below Relaxation step in cocurrent to adsorption, a further targeted enrichment the more strongly adsorbent component in the adsorber, so a flushing step like him was required for versions 1 to 3, may be omitted here.
Das Fließbild der Anlage ist in Fig. 7 dargestellt, den Steuerablaufplan zeigt Fig. 8, in der auch der Verlauf des Drucks in Adsorber 301 während eines vollständigen Druckwechset zyklus dargestellt ist.The flow diagram of the plant is shown in Fig. 7, the control flow chart FIG. 8 shows the pressure curve in adsorber 301 during a complete Pressure change cycle is shown.
Das Einsatzgas liegt bei einem Druck vor, der über dem Umgebungsdruck liegt. Vorzugsweise wird der Druck über 2 bar liegen. Das Produktgas wird bei einem Druck gewonnen, der je nach Vakuumpumpe mehr oder weniger über dem Umgebungsdruck liegt. Nachfolgend wird die Funktionsweise der Anlage anhand der Schaltungen für Adsorber 301 über einen vollständigen Druckwechselzyklus erklärt. Die anderen Adsorber durchlaufen zeitlich versetzt dieselben Schritte.The feed gas is at a pressure that is above ambient pressure lies. The pressure will preferably be above 2 bar. The product gas is at a Pressure gained which, depending on the vacuum pump, is more or less above the ambient pressure lies. The functionality of the system based on the circuits for Adsorber 301 explained about a complete pressure swing cycle. The other adsorbers go through the same steps at different times.
Das Rohgas strömt während des Beladungsvorgangs über die Rohgasleitung 351 und das Ventil 311 in den Adsorber 301 und verläßt diesen über Ventil 315. Das weitgehend von der stark ker adsorbierenden Komponente befreite Gas strömt über Ventil 315 in die Abgasleitung 359, in der das Drosselventil 360 eingebaut ist. Letzteres hat die Funktion, den Druck in den Adsorbern während der Beladungsschritte konstant zu halten.The raw gas flows through the raw gas line during the loading process 351 and the valve 311 in the adsorber 301 and leaves it via valve 315. The Gas largely freed from the strongly adsorbing component flows over Valve 315 in the exhaust line 359 in which the throttle valve 360 is installed. The latter has the function of reducing the pressure in the adsorbers during the loading steps keep constant.
Die Beladung wird einige Zeit, bevor die Konzentration der stärker adsorbierenden Komponente im Abgas merklich steigt, abgebrochen. Der Beladung schließt sich eine Entspannung des Adsorbers 301 an, wozu bei geschlossenem Ventil 311 Ventil 316 geöffnet bleibt. Während der Entspannungsphase, die nach einer vorgegebenen Zeit oder bei Erreichen eines vorgegebenen Druckes, welcher über Umgebungsdruck liegt, abgebrochen wird, strömt ein Gas, das weitgehend frei von der stärker adsorbierenden Komponente ist, in die Abgasleitung 359. Im nächsten Schritt erfolgt ein Druckausgleich zwischen Adsorber 301 und 303 wozu die Ventile 317 und 334 geöffnet sind. Dabei senkt sich der Druck im Adsorber 301 bis auf einen Wert ab, der in der Regel unter dem Umgebungsdruck liegt. Nachfolgend kann der Adsorber 301 mit einem Gas gespült werden, das während der Evakuierung von Adsorber 304 anfällt. Der Druck während der Spülung kann bei Umgebungsdruck oder auch leicht darunter oder darüber eingestellt werden. Während der Spülphase gelangt das über Ventil 342 durch die Vakuumpumpe 357 abgesaugte Gas nach Durchströmen des Drosselventils 356 über Leitung 353 und Ventil 313 in den Adsorber 301. Aus diesem strömt ein Gas, dessen Gehalt an der stärker adsorbierenden Komponente über dem Gehalt im Rohgas liegt, über das geöffnete Ventil 315 und Leitung 358 zurück vor den Verdichter 350. Nach Beendigung der Spülung wird der Druck in Adsorber 301 abgesenkt.The loading becomes some time before the concentration of the stronger adsorbent component in the exhaust gas increases noticeably, canceled. The loading closes A relaxation of the adsorber 301 occurs, including valve 311 when the valve is closed 316 remains open. During the relaxation phase, which according to a predetermined Time or when a specified pressure is reached, which is above ambient pressure is aborted, a gas flows that is largely free of the more strongly adsorbing Component is, in the exhaust pipe 359. In the next step, a pressure equalization takes place between adsorber 301 and 303, for which purpose the valves 317 and 334 are open. Included the pressure in the adsorber 301 drops to a value which, as a rule, falls below the ambient pressure. The adsorber 301 can then be purged with a gas that accumulates during the evacuation of adsorber 304. The pressure during the flushing can be set at ambient pressure or also slightly below or above will. During the rinsing phase, this is passed through the vacuum pump via valve 342 357 sucked gas after flowing through the throttle valve 356 via line 353 and Valve 313 in the adsorber 301. From this flows a gas whose content of the stronger adsorbing component is above the content in the raw gas, above the opened Valve 315 and line 358 back before compressor 350. After flushing is complete the pressure in adsorber 301 is lowered.
Dazu wird bei geöffnetem Ventil 312 über Leitung 352 Gas mit Hilfe der Vakuumpumpe 357 abgesaugt. Von diesem Gas, das Produktgasqualität aufweist, gelangt während eines Teiles der Evakuierungsdauer oder auch während der gesamten Evakuierungsdauer ein fest eingestellter Anteil des Gases über Ventil 356, Leitung 353 und Ventil 323 zum Spülen in Adsorber 302. Nach Beendigung der Evakuierungsphase, die mit der Produktion identisch ist, erfolgt der Druckaufbau auf Beladungsdruck in zwei Stufen. In der ersten Stufe erfolgt ein Druckausgleich mit Adsorber 303, der im Zustand nach der Gleichstromentspannung vorliegt. Dazu sind die Ventile 314 und 337 geöffnet. Der Druckausgleich wird nach einer vorgegebenen Zeit abgebrochen. Dann hat sich in beiden Adsorbern ein Druck eingestellt, der in der Regel unter Umgebungsdruck liegt.For this purpose, with the valve 312 open, gas is supplied via line 352 with the aid the vacuum pump 357 sucked off. From this gas, which has product gas quality, arrives during part of the evacuation period or during the entire period Evacuation time a fixed proportion of the gas via valve 356, line 353 and valve 323 for flushing in adsorber 302. After the end of the evacuation phase, which is identical to production, the pressure build-up takes place on loading pressure in two stages. In the first stage there is a pressure equalization with adsorber 303, which is in the state after the DC relaxation. The valves 314 are for this purpose and 337 open. The pressure equalization is canceled after a specified time. Then a pressure has set in both adsorbers that is usually below Ambient pressure.
Der nachfolgende Druckaufbau erfolgt bei geöffnetem Ventil 311 mit Rohgas. Danach beginnt ein neuer Zyklus in der beschriebenen Art mit einer erneuten Beladung des Adsorbers.The subsequent pressure build-up takes place with the valve 311 open Raw gas. Then a new cycle begins in the manner described with a new one Loading of the adsorber.
Versuchsdaten: Adsorptionsmittel : Kohlenstoffmolekularsieb mit einer 2 BET-Oberfläche von 1100 m Beladungsdruck : 3,0 bar Einsatzgas : 16,7 Vol.-% CO2 83,3 Vol.-% N2 Adsorbervolumen : 1 m3 Vorgehensweise : Version 4 Gasvolumina im Normzustand CO2 (m³) N2(m³) Gesamtgas(m³) 1. Druckaufbau 1,15 5,76 6,91 (Einsatzgas) 2. Adsorption 5,93 29,58 35,51 (Einsatzgas) 3. Spülung 6,68 ---- 6,68 (Produktgas) 4. Desorption 13,48 --- 13,48 (Produktgas) Nettoproduktgas 6,80 --- 6,80 (99,9 Vol.-3 CO2) Abgas: 0,28 35,34 35,62 (0,8 Vol.-% CO2) Ausbeute = (Produktgasmenge):(Einsatzgasmenge) = 0,96 Versuchsdaten: Adsorptionsmittel : Silicagel Beladungsdruck : 3,0 bar Einsatzgas : 16,7 Vol.-% CO2 83,3 Vol.-% N2 Adsorbervolumen : 1 Vorgehensweise : Version 4 Gasvolumina im Normzustand CO2(m3) N2(m3) Gesamtgas(m3) 1. Druckaufbau 0,80 3,98 4,78 (Einsatzgas) 2. Adsorption 5,23 26,09 31,32 (Einsatzgas) 3. Spülung 7,14 ---- 7,14 (Produktgas) 4. Desorption 12,51 --- 12,51 (Produktgas) Nettoproduktgas 5,37 --- 5,37 (99,9 Vol.-% CO2) Abgas: 0,66 30,07 30,73 (2,2 Vol.-% CO2) Ausbeute = (Produktgasmenge):(Einsatzgasmenge) = 0,89 Vergleichsbeispiel (gemäß DE-Patentanmeldung P 32 22 560.1 -Beispiel 1) Adsorptionsmittel : Kohlenstoffmolekularsieb mit einer 2 BET-Oberfläche von 1100 m Beladungsdruck : 1,2 bar Einsatzgas : 16,7 Vol.-% CO2 83,3 Vol.-% N2 Adsorbervolumen : 1 m³ Gasvolumina im Normzustand CO2(m³) N2(m³) Gesamtgas(m³) 1. Druckaufbau 0,85 4,25 5,10 (Einsatzgas) 2. Adsorption 4,09 20,40 24,49 (Einsatzgas) 3. Spülung 18,37 ---- 18,37 (Produktgas) 4. Desorption 22,50 --- 22,50 (Produktgas) Nettoproduktgas 4>13 --- 4,13 (99,9 Vol.-% CO2) Abgas: 0,81 24,65 25,46 (2,2 Vol.-% CO2) Ausbeute = (Produktgasmenge):(Einsatzgasmenge) = 0,84 - Leerseite -Experimental data: Adsorbent: carbon molecular sieve with a 2 BET surface area of 1100 m loading pressure: 3.0 bar feed gas: 16.7% by volume of CO2 83.3 vol .-% N2 adsorber volume: 1 m3 Procedure: Version 4 gas volumes im Standard condition CO2 (m³) N2 (m³) Total gas (m³) 1st pressure build-up 1.15 5.76 6.91 (feed gas) 2. Adsorption 5.93 29.58 35.51 (feed gas) 3. Purging 6.68 ---- 6.68 (product gas) 4. Desorption 13.48 --- 13.48 (product gas) Net product gas 6.80 --- 6.80 (99.9 vol-3 CO2) Flue gas: 0.28 35.34 35.62 (0.8% by volume CO2) Yield = (amount of product gas) :( amount of feed gas) = 0.96 Test data: Adsorbent: silica gel loading pressure : 3.0 bar Feed gas: 16.7% by volume CO2 83.3% by volume N2 Adsorber volume: 1 procedure : Version 4 gas volumes in the standard state CO2 (m3) N2 (m3) total gas (m3) 1. Pressure build-up 0.80 3.98 4.78 (feed gas) 2nd adsorption 5.23 26.09 31.32 (feed gas) 3rd purge 7.14 ---- 7.14 (product gas) 4. Desorption 12.51 --- 12.51 (product gas) Net product gas 5.37 --- 5.37 (99.9% by volume CO2) exhaust gas: 0.66 30.07 30.73 (2.2% by volume CO2) yield = (Amount of product gas): (amount of feed gas) = 0.89 Comparative example (According to DE patent application P 32 22 560.1 Example 1) Adsorbent: carbon molecular sieve with a 2 BET surface area of 1100 m, loading pressure: 1.2 bar, feed gas: 16.7 Vol .-% CO2 83.3 Vol .-% N2 Adsorber volume: 1 m³ gas volume in standard condition CO2 (m³) N2 (m³) total gas (m³) 1. Pressure build-up 0.85 4.25 5.10 (feed gas) 2. Adsorption 4.09 20.40 24.49 (feed gas) 3. Purge 18.37 ---- 18.37 (product gas) 4. Desorption 22.50 --- 22.50 (product gas) Net product gas 4> 13 --- 4.13 (99.9% by volume CO2) Exhaust gas: 0.81 24.65 25.46 (2.2 vol .-% CO2) Yield = (product gas amount) :( feed gas amount) = 0.84 - blank page -
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