DE3413861C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Adsorber mit einem mit Adsorptionsmittel gefüllten Adsorberbehälter, der aus einem zylindrischen und senkrecht angeordneten Druckbehälter, der an seinen Enden durch gewölbte Böden geschlossen ist, besteht, mit einem im Adsorberbehälter konzentrisch angeordneten, mit Adsorptionsmittel angefüllten zylindrischen Innenbehälter, so daß sich zwei konzentrisch umeinander angeordnete Adsorptionszonen, die gleiche oder verschiedene Adsorptionsmittel und/oder -querschnitte aufweisen, ergeben.The invention relates to an adsorber with a Adsorbent-filled adsorber container, which consists of a cylindrical and vertically arranged pressure vessel, the is closed at the ends by arched floors, exists, with a concentric in the adsorber tank arranged, filled with adsorbent cylindrical inner container, so that two concentric adsorption zones arranged around one another, the same or various adsorbents and / or cross-sections exhibit.
Adsorber, die für die Gastrennung eingesetzt werden, bestehen üblicherweise aus einem vertikal angeordneten zylindrischen Behälter, der eine Adsorptionsmittelschüttung und an seinem oberen sowie unterem Ende Gaszuführungsleitungen bzw. Gasabzugsleitungen enthält. Bei vielen dieser Trennprozesse sind mehrere, separat voneinander abzutrennende Komponenten vorhanden, so daß mehrere Adsorber hintereinander geschaltet sind, was in der Praxis häufig zur Hintereinanderschaltung ganzer Adsorptionsanlagen, die jeweils mehrere parallel betriebene Adsorber enthalten, führt. Außerdem ergeben sich in vielen Fällen große Bauhöhen von Adsorbern, was sowohl konstruktive als auch betriebstechnische Probleme aufwirft. Adsorbers used for gas separation usually consist of a vertically arranged cylindrical container holding an adsorbent fill and at its upper and lower ends Contains gas supply lines or gas discharge lines. At many of these separation processes are multiple, separate Components to be separated from one another are present, so that several adsorbers are connected in series, which in the Practice often for cascading whole Adsorption systems, each of which operates several in parallel Contain adsorber, leads. In addition, arise in many Cases large heights of adsorbers, both constructive as well as operational problems.
Aus der GB-PS 20 03 743 ist eine Vorrichtung bekannt, die einen mit Adsorptionsmittel gefüllten Adsorberbehälter aufweist, in dem ein ebenfalls mit Adsorptionsmittel gefüllter Innenbehälter so angeordnet ist, daß sich zwei konzentrisch umeinander angeordnete Adsorptionszonen ergeben. Der innere Adsorberbehälter ist an einem Ende gasdicht mit dem äußeren Adsorberbehälter verbunden, während am anderen Ende des Innenbehälters eine offene Verbindung zwischen den beiden Adsorptionszonen besteht. In dem Bereich, in dem beide Behälter gasdicht miteinander verbunden sind, sind beide Adsorptionszonen mit mindestens je einer Gaszuführungs- bzw. Gasabzugsleitung verbunden.From GB-PS 20 03 743 a device is known which an adsorber container filled with adsorbent has in which also with adsorbent filled inner container is arranged so that there are two Adsorption zones arranged concentrically around one another surrender. The inner adsorber tank is at one end gas-tightly connected to the outer adsorber container while an open connection at the other end of the inner container exists between the two adsorption zones. By doing Area in which both containers are gas-tight with each other are connected, both adsorption zones with at least each connected to a gas supply or gas discharge line.
Aus der US-PS 37 91 105 ist eine Vorrichtung bekannt, mittels der Öl aus ölhaltigen, gasförmigen Fluiden herausgefiltert wird. Hierbei wird das ölhaltige Fluid durch einen ersten Filter geführt, in dem sich das Öl ansammelt. Mit zunehmender Dichte sinkt das Öl im senkrecht angeordneten Filter nach unten und wird in einem unterhalb des Filters angebrachten Sammelbecken aufgefangen. Das nahezu gänzlich vom Öl befreite gasförmige Fluid steigt anschließend durch einen zweiten Filter, der konzentrisch um den ersten Filter angeordnet ist, nach oben. Beide Filterzonen enthalten das gleiche Filtermaterial, das jedoch in der Strömungsrichtung des gasförmigen Fluids eine zunehmende Dichte aufweist. Das in der zweiten Filterzone herausgefilterte Öl tropft ebenso der Schwerkraft folgend nach unten und wird im obengenannten Sammelbecken aufgefangen. Über eine Flüssigkeitsabzugsleitung kann das so gewonnene Öl aus der Filtervorrichtung entnommen werden.From US-PS 37 91 105 a device is known by means of the oil from oily, gaseous fluids is filtered out. Here, the oil-containing fluid passed through a first filter in which the oil accumulates. With increasing density, the oil sinks vertically arranged filter down and is in a below collecting tank attached to the filter. The gaseous fluid almost completely freed from oil increases then through a second filter that is concentric is arranged around the first filter, upwards. Both Filter zones contain the same filter material that however, one in the flow direction of the gaseous fluid has increasing density. That in the second filter zone Filtered out oil also drips following gravity down and is in the above-mentioned collecting basin caught. This can be done via a liquid drain line Oil thus obtained can be removed from the filter device.
Beide bekannten Vorrichtungen weisen in erster Linie konstruktive Vorteile, wie geringere Bauhöhen und -kosten sowie Einsparung eines weiteren Druckbehälters auf.Both known devices primarily have constructive advantages, such as lower heights and costs and savings on another pressure vessel.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, die die Abtrennung einer oder mehrerer Komponenten aus einem Gasstrom mit einer konstruktiv einfachen Adsorptionsanlage gestattet, sowie gegenüber den bekannten Vorrichtungen verfahrenstechnische Vorteile besitzt.The invention is therefore based on the object Develop device that separates one or multiple components from a gas stream with one constructively simple adsorption system allowed, as well procedural compared to the known devices Has advantages.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Adsorptionszonen am unteren Ende gasdicht gegeneinander abgegrenzt und am oberen Ende gegeneinander geöffnet sind, wobei der Bereich des Adsorberbehälters, in dem die offene Verbindung zwischen den beiden Adsorptionszonen besteht, mit einer aus dem Adsorberbehälter herausführenden Leitung verbunden ist, daß am unteren Ende des Druckbehälters im Bereich des Übergangs vom zylindrischen Teil in den gewölbten Boden ein Tragrost angeordnet ist, auf dem der Innenbehälter so angeordnet ist, daß der Tragrost die vom Innenbehälter umschlossene Adsorptionszone vom unterhalb des Tragrosts liegenden Bereich dicht abschließt und die äußere Adsorptionszone durch gasdurchlässige Öffnungen mit dem unterhalb des Tragrosts liegenden Bereich des gewölbten Bodens verbunden ist, daß eine Leitung durch den Bereich des Bodens in die vom Innenbehälter umschlossene Adsorptionszone und eine weitere Leitung in den Bereich des gewölbten Bodens unterhalb des Tragrosts führt.This object is achieved in that the adsorption zones delimited from each other in a gas-tight manner at the lower end and at upper end are opened against each other, the area of the adsorber tank in which the open connection between the two adsorption zones, with one out the line leading out of the adsorber container is connected, that at the lower end of the pressure vessel in the area of Transition from the cylindrical part into the curved bottom Support grid is arranged on which the inner container so is arranged that the supporting grate from the inner container enclosed adsorption zone from below the support grid sealing area and the outer area Adsorption zone through gas permeable openings with the area of the arched area below the supporting grate Bottom is connected that a pipe through the area of the bottom into that enclosed by the inner container Adsorption zone and another line in the area of arched floor leads below the support grid.
Da bei der erfindungsgemäßen Adsorberkonstruktion nur mehr der äußere Adsorberbehälter druckfest ausgeführt sein muß, kann der Innenbehälter dagegen beispielsweise als einfacher gasdichter Blechzylinder ausgebildet sein, da er keinen nennenswerten Druckdifferenzen ausgesetzt ist. Since only in the adsorber construction according to the invention the outer adsorber tank must be pressure-resistant, the inner container, on the other hand, can be simpler, for example be designed gas-tight sheet metal cylinder, since it does not significant pressure differences is exposed.
Obwohl die Formen des Innenbehälters sowie des Adsorber behälters nicht kritisch sind, wird es doch als konstruktiv sowie strömungstechnisch günstig angesehen, daß beide Behälter vertikal angeordnete zylindrische und konzentrisch zueinander angeordnete Mäntel aufweisen.Although the shapes of the inner container as well as the adsorber container are not critical, it is considered constructive as well as fluidically viewed that both Containers arranged vertically cylindrical and concentric have mutually arranged coats.
Die beiden Adsorptionszonen können sowohl von der Form als auch von der Art her unterschiedliche Adsorptionsmittel enthalten. So kann es beispielsweise günstig sein, in den beiden Adsorptionszonen das gleiche Adsorptionsmittel in unterschiedlicher Korngröße einzusetzen, etwa grobkörniges Adsorptionsmittel für die Gleichgewichtszone und feinkörni ges Adsorptionsmittel für die Adsorptionszone, in die die Massenübergangszone fällt. Beim Einsatz verschiedener Adsorptionsmittel in den beiden Adsorptionszonen können zwei verschiedene Trennaufgaben in einem einzigen Adsorber durchgeführt werden. Insbesondere ist es dabei möglich, bisher erforderliche separate Adsorberstationen zur Vorreinigung zu vermeiden bzw. in die eigentliche Adsorptionsanlage zu integrieren.The two adsorption zones can be of both the shape and also different types of adsorbents contain. For example, it can be cheap in the the same adsorbent in both adsorption zones different grain size, such as coarse-grained Adsorbent for the equilibrium zone and fine grain ges adsorbent for the adsorption zone into which the Mass transition zone falls. When using different Adsorbents in the two adsorption zones can two different separation tasks in a single adsorber be performed. In particular, it is possible previously required separate adsorber stations for Avoid pre-cleaning or in the actual Integrate adsorption system.
Die Adsorptionszonen können unterschiedliche Strömungsquer schnitte für die reinigenden bzw. zu zerlegenden Gase aufweisen. Bei einem Gasgemisch, das beide Adsorptionszonen in Reihe durchströmt, ist dies beispielsweise dann günstig, wenn große Anteile des Gasgemisches adsorbiert werden. In einem solchen Fall nimmt die durch das Adsorptionsmittel strömende Gasmenge im Bereich der Massenübergangszone erheblich ab, so daß auch die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Adsorbers abnimmt. Es ist deshalb häufig günstig, die zweite durchströmte Adsorberzone mit geringerem Querschnitt auszustatten, weil dadurch eine Einsparung an Adsorptionsmittel möglich ist. The adsorption zones can have different flow crossings cuts for the gases to be cleaned or disassembled exhibit. For a gas mixture that has both adsorption zones flowed in series, this is then, for example, favorable, when large portions of the gas mixture are adsorbed. In in such a case, the adsorbent takes away flowing gas in the area of the mass transition zone considerably, so that the flow rate decreases within the adsorber. It is therefore common favorable, the second flow through adsorber zone to equip a smaller cross-section, because of that Savings in adsorbent is possible.
In einer ersten erfinderischen Anwendung werden die Adsorber zur adsorptiven Reinigung von zwei gleichen Gasströmen, die unterschiedliche Verunreinigungen enthalten, eingesetzt. Dazu wird jeder der Gasströme durch eine der Adsorptionszonen geführt und die gereinigten Gaströme gemeinsam aus dem Bereich der offenen Verbindung zwischen den Adsorptionszonen abgezogen.In a first inventive application, the Adsorber for adsorptive cleaning of two of the same Gas flows that have different impurities included, used. To do this, each of the gas flows through one of the adsorption zones and the cleaned Gas flows together from the area of open connection subtracted between the adsorption zones.
Eine weitere erfinderische Ausgestaltung ermöglicht eine adsorptive Reinigung von Luft, insbesondere eine Abtrennung von Wasserdampf und Kohlendioxid aus Luft, wobei die zu reinigende Luft in Reihe durch die beiden Adsorptionszonen geführt und zur Regenerierung des beladenen Adsorbers ein heißes Regeneriergas parallel durch beide Adsorptionszonen geführt wird.A further inventive embodiment enables one adsorptive cleaning of air, especially a separation of water vapor and carbon dioxide from air, the too cleaning air in series through the two adsorption zones out and for the regeneration of the loaded adsorber hot regeneration gas in parallel through both adsorption zones to be led.
Diese erfinderische Anwendung kann beispielsweise bei der Reinigung von Luft, sprich der Abtrennung von Wasserdampf und Kohlendioxid aus Luft vor einer kryogenen Luftzerlegung erfolgen. Dabei ist es wesentlich, daß die Luft während einer Adsorptionsphase in Reihe durch die beiden Adsorp tionszonen geführt wird und während einer Regenerierphase ein heißes Spülgas die beiden Adsorptionszonen parallel durchströmt und regeneriert. Eine solche Verfahrensführung ist insbesondere in Verbindung mit einer Thermopuls- Regenerierung vorteilhaft. Bei der Thermopuls-Regenerierung wird ein heißes Spülgas so durch einen beladenen Adsorber geleitet, daß sich in der Adsoptionsmittelschüttung eine relativ eng begrenzte Temperaturfront ausbildet, die durch den Adsorber geschoben wird. Die Regenerierzeiten dieses Verfahrens liegen typischerweise im Bereich von etwa einer Stunde, während übliche thermische Regeneriermethoden eine erheblich längere Zeit für die Desorption benötigen, beispielsweise vier bis zwölf Stunden. This inventive application can, for example, in the Purification of air, i.e. the separation of water vapor and carbon dioxide from air before cryogenic air separation respectively. It is essential that the air during an adsorption phase in series by the two adsorp tion zones and during a regeneration phase a hot purge gas parallel the two adsorption zones flows through and regenerates. Such a procedure is especially in connection with a thermopulse Regeneration beneficial. With thermopulse regeneration becomes a hot purge gas through a loaded adsorber passed that a in the adsorbent bed forms a relatively narrow temperature front through which the adsorber is pushed. The regeneration times of this Processes typically range from about one Hour, while usual thermal regeneration methods a take considerably longer time for desorption, for example four to twelve hours.
Ein Nachteil der Thermopuls-Regenerierung war bisher darin zu sehen, daß nur bei kurzen Schütthöhen des Adsorptionsmittels befriedigende Regenerierergebnisse erzielt wurden, während andererseits kurze Schütthöhen schlechte Beladungswerte während der Adsorption ergaben. Der Einsatz des erfindungsgemäßen Adsorbers gestattet es nun, beide Nachteile auszuschalten, da beim Serienbetrieb der Adsorptionszonen während einer Adsorptionsphase eine hinreichend lange Schütthöhe vorliegt und andererseits nur relativ kurze Schütthöhen, nämlich jeweils nur etwa die Hälfte der gesamten Schütthöhe separat zu regenerieren sind.A disadvantage of thermopulse regeneration was previously in it to see that only at short dumping heights of the Adsorbent satisfactory regeneration results were achieved, while on the other hand short dumping heights poor loading values during adsorption. The use of the adsorber according to the invention allows this well, to eliminate both disadvantages, since in series operation of the adsorption zones during an adsorption phase there is a sufficiently long dumping height and on the other hand only relatively short dumping heights, namely only about Half of the total dumping height must be regenerated separately.
Eine weitere erfinderische Ausgestaltung beschreibt ein Verfahren zur adsorptiven Abtrennung von mindestens zwei, unterschiedlich stark adsorbierbaren Verunreinigungen aus einem Gasstrom, bei dem beladenes Adsorptionsmittel durch Überleiten eines heißen Spülgases regeneriert wird. Dabei wird der Gasstrom während einer Adsorptionsphase in Reihe durch beide Adsorptionszonen geführt und während einer Regenerierphase heißes Spülgas parallel durch die beiden Adsorptionszonen geleitet, wobei das aus einer Adsorptions zone abgezogene Regeneriergas im Kreislauf geführt und das aus der anderen Adsorptionszone abgezogene Regeneriergas abgeführt wird.A further inventive embodiment describes a Process for the adsorptive separation of at least two, different levels of adsorbable impurities a gas stream in which loaded adsorbent through Passing a hot purge gas is regenerated. Here the gas flow becomes in series during an adsorption phase passed through both adsorption zones and during one Regeneration phase hot purge gas in parallel through the two Adsorption zones passed, which is from an adsorption zone withdrawn regeneration gas in the circuit and that Regeneration gas withdrawn from the other adsorption zone is dissipated.
Eine weitere erfinderische Anwendung verwendet den erfindungsgemäßen Adsorber zur adsorptiven Zerlegung eines Gasgemisches, bei dem während einer Adsorptionsphase ein erstes Produktgas und während einer Regenerierphase ein zweites Produktgas sowie ein Restgas gewonnen werden. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch während einer Adsorptionsphase in Reihe durch die beiden Adsorptionszonen geführt wird, daß eine Adsorptionsphase beendet wird, nachdem die zuerst vom Gasgemisch durchströmte Adsorptionszone bis zum Gleichgewicht mit adsorbierbaren Komponenten beladen ist, aber bevor die Adsorptionsfront das Austrittsende der zweiten Adsorptionszone erreicht, daß die bis zum Gleichgewicht beladene Adsorptionszone daraufhin mit einem an der adsorbierten Komponente angereicherten Gasstrom unter Verdrängung von nichtadsorbierbaren Komponenten enthaltendem Hohlraumgas aufgesättigt wird, daß danach die aufgesättigte Adsorptionszone im Gegenstrom zur Strömungsrichtung des Gasgemisches während einer Adsorptionsphase entspannt und daß das dabei anfallende Entspannungsgas mindestens teilweise als zweites Produktgas gewonnen wird. Dabei kann zusätzlich während der Gegenstrom entspannung in der aufgesättigten Adsorptionszone eine Gleichstromentspannung der anderen Adsorptionszone erfolgen.Another inventive application uses the Adsorber according to the invention for adsorptive decomposition of a Gas mixture in which during an adsorption phase first product gas and during a regeneration phase second product gas and a residual gas can be obtained. This method is characterized in that the Gas mixture in series during an adsorption phase the two adsorption zones is guided that one Adsorption phase is ended after the first of Adsorption zone through which gas mixture flows up to Equilibrium is loaded with adsorbable components, but before the adsorption front reaches the exit end of the reached second adsorption zone that up to Adsorption zone loaded with equilibrium one enriched in the adsorbed component Gas flow displacing non-adsorbable Cavity gas containing components is saturated, that afterwards the saturated adsorption zone in countercurrent to the direction of flow of the gas mixture during a Adsorption phase relaxes and that the resultant Relaxation gas at least partially as a second product gas is won. It can additionally during the counterflow relaxation in the saturated adsorption zone DC relaxation of the other adsorption zone.
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