DE3782767T2 - Verfahren und vorrichtung zur trennung einer gasmischung durch adsorption. - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur trennung einer gasmischung durch adsorption.

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DE3782767T2 DE8787401216T DE3782767T DE3782767T2 DE 3782767 T2 DE3782767 T2 DE 3782767T2 DE 8787401216 T DE8787401216 T DE 8787401216T DE 3782767 T DE3782767 T DE 3782767T DE 3782767 T2 DE3782767 T2 DE 3782767T2
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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung eines Gasgemisches durch Adsorption, wobei man auf jeden von mindestens drei Adsorbern einen Zyklus von ununterbrochenen, folgenden Tätigkeiten einwirken läßt, wobei die Zyklen unter Verschiebung von einem zum anderen um eine Phasenverschiebung verschoben sind, die gleich der Dauer eines Zyklus, geteilt durch die Anzahl der Adsorber ist:
  • a) eine isobare Produktionstätigkeit bei hohem Druck des Zyklus, im Gleichstrom genannt;
  • b) eine erste Druckverminderung im Gleichstrom durch mindestens eine Gleichgewichtseinstellung zwischen dem Adsorber unter Druckverminderung und mindestens einem anderen Adsorber unter Nachverdichten im Gegenstrom, wobei jede Gleichgewichtseinstellung eine "direkte" Gleichgewichtseinstellung ist, welche die Überleitung des Gases, das aus einem Adsorber unter Druckverminderung stammt, direkt und unmittelbar in einen Adsorber unter Nachverdichten sicherstellt;
  • c) eine zweite Druckverminderung durch Teilentleerung im Gleichstrom zu einem Speicherbehälter hin;
  • d) unmittelbar nach dem Schritt (c), eine dritte Druckverminderung, die abschließend ist, im Gegenstrom bis auf den Niederdruck des Zyklus;
  • e) ein Spülen im Gegenstrom bei dem niedrigen Druck durch Gas, das aus dem Speicherbehälter entnommen wurde, und dies während einer Dauer, die größer ist als die des Schrittes (c);
  • f) eine erste Nachverdichtung im Gegenstrom durch mindestens eine Gleichgewichtseinstellung vom Typ gemäß (b);
  • g) unmittelbar gefolgt von einer abschließenden Nachverdichtung im Gegenstrom bis auf den hohen Druck des Zyklus durch einen Gasdurchsatz, der vom Produktionsdurchsatz entnommen ist;
  • gekennzeichnet durch die Kombination folgender Maßnahmen:
  • Ein Verfahren dieses Typs wird in der europäischen Patentanmeldung EP-A-0.108.005 auf den Namen der vorliegenden Anmelderin beschrieben.
  • Die Erfindung zielt darauf ab, die angewandte Technologie noch zu vereinfachen, wobei im wesentlichen erlaubt wird, in der gleichen Weise mit einer noch reduzierten Anzahl von Adsorbern zu arbeiten, und dieser Gegenstand der Erfindung wird erreicht, indem man außerdem die Kombination folgender Merkmale anwendet:
  • h) Die Summe der Dauer der Entieerung nach (c), der abschließenden Druckverminderung nach (d) und des Spülens nach (e) ist kleiner als die Phasenverschiebung;
  • i) die Gesamtzahl der Adsorber ist kleiner oder gleich 1 + x + y, wobei x die Zahl der Adsorber ist, die gleichzeitig in isobarer Produktion sind, und y die Zahl der direkten Gleichgewichtseinstellungen ist;
  • l) während der Phase (c) ist der Speicherbehälter ausschließlich mit dem Adsorber im Verlaufe des Entieerens verbunden, und während der Phase (e) ist der Speicherbehälter ausschließlich mit dem Adsorber im Verlaufe des Spülens verbunden;
  • m) eine Entleerungs-Druckverminderungstätigkeit durch teilweise Entleerung gemäß (c), die einen Adsorber angeht, wird nach der Phase (d) von einer Spültätigkeit gemäß (e) gefolgt, die ausschließlich denselben Adsorber angeht.
  • Diese Handlungsweise zeigt, wie man später sehen wird, den Vorteil der Vereinfachung, die im Hinblick auf andere Dokumente des Standes der Technik angekündigt wurden. Beispielsweise wird in dem amerikanischen Patent Nr. 4,482,361, welches nicht den Zyklustyp nach der Tätigkeitskombination a bis g betrifft, der Pufferbehälter nicht für die Elution benutzt und man findet nicht das Charakteristikum "h" wieder, gemäß welchem die Summe der Entleerungsdauer nach c) des Enddruckes gemäß d) und des Spülens gemäß e) niedriger ist als die Phasenverschiebung, noch die Charakteristika "l" und "m".
  • Die EP-A-022.603 beschreibt nicht das Charakteristikum "i" und sie zielt vor allem darauf ab, die Produktionsqualität durch eine Verkomplizierung der Technologie (man braucht z.B. sieben Adsorber und zwei Behälter für einen Zyklus mit zwei direkten Gleichgewichtseinstellungen nach den Figuren 1 bis 4 des Dokumentes) zu verbessern.
  • Die Erfindung hat im Gegenteil zum Ziel, das Verfahren gemäß EP-A-0.108.005 ohne Leistungsverlust zu vereinfachen.
  • Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, die als Beispiel unter Bezugnahme auf beigefügte Zeichnungen folgt, in welchen:
  • - die Figur 1 ein Diagramm des Druckes in Funktion von der Zeit für einen Adsorber bzw. für den Pufferbehälter respektive in einem Zyklus, bei dem vier Adsorber verwendet werden, zeigt
  • - die Figuren 2 bis 4 und 6 bis 9 analog der Figur 1 Diagramme von fünf bei der Erfindung angewandten Ausführungsformen sind;
  • - die Figur 5 ein Schema der kompletten Anlage ist.
  • Unter Bezugnahme auf die Figur 1 weist eine Anlage vier Adsorber auf, und man hat in durchgezogenem und dickem Strich die Druckveränderung für den Adsorber Nr. 1 gezeigt, und die anderen drei die durch die Ziffern Nr. 2 bis Nr. 4 gekennzeichnet sind.
  • In üblicher Weise bezeichnen die auf den Diagrammen durch Pfeile orientierten Linien die Bewegungen und die Ziele der gasförmigen Ströme: Wenn die Pfeile parallel zur Ordinatenachse laufen, zeigen sie außerdem eine Längszirkulation in einem Adsorber an: Wenn ein Pfeil nach der Richtung der kreuzenden Ordinaten orientiert ist, wird der Strom in dem Adsorber im Gegenstrom genannt, d.h. gemäß der Fließrichtung während der Produktionstätigkeit; wenn der nach oben gerichtete Pfeil unterhalb der Linie liegt, die den Druck in dem Adsorber anzeigt, besagt dies, daß der Strom in den Adsorber durch das Ende des Eintritts des Adsorbers eindringt; wenn der Pfeil, der nach oben gerichtet ist, oberhalb der Linie liegt, die den Druck anzeigt, verläßt der Strom den Adsorber durch das Ende des Ausganges des Adsorbers, wobei die Enden für den Eintritt und den Ausgang immer definiert werden als die des Eintritts des zu behandelnden Gases bzw. des Austritts des in der isobaren Produktionstätigkeit abgezogenen Gases; wenn ein Pfeil in Richtung der kreuzenden Ordinaten zeigt, wird der Strom in dem Adsorber Gegenstrom genannt, d.h. in umgekehrter Richtung des Fließens während der Produktionsstufe. Wenn der nach unten gerichtete Pfeil unterhalb der Linie liegt, die den Adsorberdruck bezeichnet, verläßt der Strom den Adsorber durch das Ende des Eintrittes des Adsorbers; wenn der nach unten gerichtete Pfeil oberhalb der Linie liegt, die den Druck bezeichnet, dringt der Strom in den Adsorber durch das Ende des Ausganges des Adsorbers ein. Die Pfeile, die in kreuzende Richtung der Abszissen orientiert sind, bezeichnen das Transportfließen von einem Adsorber zu einem anderen, mit Notierung der Nummer des Adsorbers (in runden Klammern), zu welchem der gasförmige Strom gerichtet ist, wenn der Pfeil von einer Linie des Stromes ausgeht, entsprechend für einen Gasaustritt eines Adsorbers oder eines Reservebehälters, durch den Buchstaben R markiert, und mit Notierung der Nummer des Adsorbers (in runden Klammern), von welchem der gasförmige Strom kommt, wenn der Pfeil eine Linie des gasförmigen Stromes erreicht, entsprechend einer Einführung des Gases in einen Adsorber. Die gemäß den Abszissen ausgerichteten Pfeile sind durch unterbrochene Linien verbunden, wodurch gezeigt wird, daß sich der gasförmige Strom zu einem anderen Adsorber richtet oder von einem anderen Adsorber kommt, als dem Adsorber Nr. 1.
  • In den folgend beschriebenen Verfahren kombiniert man verschiedene Tätigkeiten, alle an sich bekannt, im Laufe eines Zyklus, von immer mit T bezeichneter Dauer, und aufgegliedert in eine bestimmte Zahl von Phasen, die gleich der Zahl der in zyklischer Tätigkeit befindlichen Adsorber ist, wobei jede Dauer gleich S = T/n ist (n ist die Zahl der Adsorber und die man mit S&sub1;, S&sub2;, ... Sn bezeichnet). Die Dauer einer Zyklustätigkeit kann gemäß diesen Fällen größer, gleich oder kleiner als die Dauer einer Phase sein. Die Tätigkeiten können in einer oder mehreren Stufen stattfinden. Wenn eine Phase mehrere Schritte aufweist, wird die Dauer des Schrittes dargestellt, indem man die Dauer der bezeichneten Phase mit Hilfe der laufenden Nummern 1, 2, 3, usw.... unterteilt. Wenn eine Phase Sx drei Stufen aufweist, ist die Dauer derselben z.B. gekennzeichnet durch Sx.1, Sx.2, Sx.3.
  • Die einem Schritt entsprechenden gasförmigen Ströme werden durch das Symbol f dargestellt gemäß einem Buchstaben, der den Tätigkeitstyp darstellt und gemäß einer laufenden Nummer der Stufe im Laufe dieser Tätigkeit.
  • Die Tätigkeiten, die das Verfahren bilden, sind alle von einem der sechs folgenden Typen:
    • 1.Typ:
  • Die konstante Produktion bei P des produzierten Gases, genannt isobare Produktion, wobei die Zirkulation des Gases in dem Adsorber in Gleichstrom, bezeichnet durch fp, durch Zufuhr des Gemisches und Abziehen des produzierten Gases verwirklicht wird. Wenn sich diese isobare Produktion auf mehrere Phasen erstreckt, wird sie in mehrere Schritte unterteilt, die durch eine fortlaufende Nummer gemäß der Reihenfolge der Phasenfolge auseinandergehalten werden, z.B. fp1, fp2 für die der Phasendauer korrespondierenden Schritte S&sub1; und S&sub2;.
  • Wenn die Produktionstätigkeit nur einen einzigen Schritt fp aufweist, wird die Produktion an der Anlage mit n Adsorbern in fortlaufender Weise durch einen einzigen Adsorber sichergestellt, jeder abwechselnd mit Permutation der Periode S. Wenn die Produktionstätigkeit mehrere Stufen fp1, fp2, ... aufweist, ist die Produktion in fortlaufender Weise gleichzeitig durch soviele Adsorber gesichert, wie es Produktionsschritte in dem Grundzyklus gibt. Zum Beispiel hat, wenn man sich auf Figur 1 bezieht, der Zyklus zwei Produktionsschritte; wenn der Adsorber Nr. 1 bei S&sub1; gemäß fp1 in Produktion ist, ist gleichzeitig der Adsorber Nr. 4 bei S&sub2; gemäß fp2 in Produktion; wenn der Adsorber Nr. 1 bei S&sub2; gemäß fp2 in Produktion ist, ist gleichzeitig der Adsorber Nr. 2 bei S&sub1; gemäß fp1 in Produktion; und so nacheinander.
    • 2. Typ:
  • Eine oder mehrere Gleichgewichtseinstellungen zwischen zwei Adsorbern, und in diesem Fall verläßt der gasförmige Strom den Adsorber im Laufe des Nachverdichtens durch das Ausgangsende, d.h. daß er immer im Gleichstrom ist, während dieser Strom, der in den anderen Adsorber im Laufe des Wiederdruckhaltens eindringt, durch das Ende des Austritts eintritt, d.h. sich im Gegenstrom in diesen Adsorber ergießt. Man bezeichnet eine solche Gleichgewichtseinstellung durch die Pfeile fe - f'e, indem man fe als das Gas bezeichnet, das aus dem Adsorber unter Druckverminderung stammt und f'e als das Gas bezeichnet, welches zum Adsorber unter Wiederdruckhalten geht. Wenn mehrere Gleichgewichtseinstellungen stattfinden, teilt man den Pfeilen fe - f'e eine tiefgesetzte Zahl 1, 2 oder 3 zu, wodurch bezeichnet wird, ob es sich um die erste, zweite oder dritte Gleichgewichtseinstellung handelt. So bezeichnet der Index fe2 - f'e2 eine zweite Gleichgewichtseinstellung mit fe2, dem gasförmigen Strom entsprechend, der aus dem Adsorber mit Druckverminderung kommt; und f'e2 entspricht dem gasförmigen Strom, der zu dem Adsorber unter Nachverdichtung geht;
    • 3. Typ:
  • Teilentleerung eines Adsorbers zu einem Speicherbehälter R hin, eine Tätigkeit, die man mit fR bezeichnet, die sich immer im Gleichstrom vollzieht;
    • 4. Typ:
  • Enddruckabsenkung bis zu dem Minimaldruck des Zyklus eines Adsorbers, die immer im Gegenstrom erfolgt, d.h. durch das Ende des Eintritts und die man mit fa bezeichnet;
    • 5. Typ:
  • Spülen oder Elution eines druckverminderten Adsorbers, welches ausgehend von Gas erfolgt, welches dem Speicherbehälter R entnommen wurde, und wobei der Adsorber im Gegenstrom bei dem Minimaldruck des Zyklus gespült wird, also vom Ende des Austritts zum Ende des Eintritts hin und was durch fb bezeichnet ist;
    • 6. Typ:
  • Endnachverdichten im Gegenstrom durch Entnahme eines Teils des Gases, welches bei der Produktion in einem oder mehreren Adsorbern erzeugt wurde und was man mit fd - f'd bezeichnet, wobei man das Gas, das aus dem Adsorber bei der Produktion stammt, mit fd und das Gas, das in den Adsorber unter Nachverdichten eintritt, mit f'd bezeichnet. Wenn die Entnahmen an mehreren Produktionsschritten durchgeführt werden, unterscheidet man sie durch eine fortlaufende Nummer, die der Nummer des Produktionsschrittes zugeordnet wird, z.B. fd1 - f'd1, fd2 - f'd2 für die Produktionsschritte 1 und 2.
  • Was die Drücke anbetrifft, bezeichnet man durch:
  • . P den Maximaldruck des Zyklus;
  • . p den Minimaldruck des Zyklus;
  • . p&sub1;, p&sub2;, p&sub3;, ... die ersten gegebenenfalls zweiten, dritten Zwischendrücke zwischen P und p;
  • . PR und pR die Maximal- und Minimaldrücke in dem Speicherbehälter R unter Hinweis, bei bestimmten Diagrammen, auf die Nummern der Adsorber, die den Behälter R speisen (unterhalb des horizontalen Striches ausgehend von R notiert) und unter Hinweis auf die Nummern der Adsorber, die durch den Speicherbehälter R gespeist werden (oberhalb von dieser Linie notiert). So ist in Figur 1, wo man vier Adsorber mit einem Zyklus einer Periode T, die aus vier Phasen der Dauer S&sub1;, S&sub2;, S&sub3;, S&sub4;, gleich T/4 zusammengesetzt ist, der Adsorber Nr. 1 folgenden aufeinanderfolgenden Tätigkeiten unterworfen:
  • - Isobare Produktion im Gleichstrom bei Druck P in zwei Schritten der Dauer S&sub1; bzw. S&sub2; mit Speisung des zu behandelnden Gases und Abziehen des erzeugen Gases nach fp1 fp2 und mit Ableitung einesteils eines Teilstromes fd1, der zum Adsorber Nr. 2 gerichtet ist, um teilweise sein Endnachverdichten zu sichern, und mit Ableitung anderenteils eines Teilstromes fd2, der zum Adsorber Nr. 3 gerichtet ist, um teilweise sein Endnachverdichten sicherzustellen. Die Produktionstätigkeit des Grundzyklus erfolgt in zwei Schritten, die Produktion an der Vorrichtung mit vier Adsorbern, die den Zyklus durchführt, wird gleichzeitig fortlaufend bei zwei Adsorbern gesichert.
  • - Die Gleichgewichtseinstellung bei einem einzigen Schritt der Dauer S3.1 zwischen dem Adsorber Nr. 1 und dem Adsorber Nr. 4 durch teilweise Druckverminderung fe im Gleichstrom des Adsorbers Nr. 1 und teilweises Nachverdichten f'e im Gegenstrom des Adsorbers Nr. 4. Der Druck des Adsorbers Nr. 1 fällt von dem Druck P zum Druck p&sub1;, während der Druck des Adsorbers Nr. 4 vom Minimaldruck p zu p&sub1; steigt.
  • - Teilentleerung im Gleichstrom nach fR der Dauer S3.2 des Adscrbers Nr. 1 zum Behälter R hin, der seinen Druck vom Minimaldruck pR zum Maximaldruck PR wachsen sieht, wobei der Druck des Adsorbers Nr. 1 von dem ersten Zwischendruck p&sub1; zu dem zweiten Zwischendruck p&sub2; fällt;
  • - Enddruckverminderung, z.B. Lüften, im Gegenstrom nach fa der Dauer S3.3, wobei der Druck des Adsorbers Nr. 1 von dem ersten Zwischendruck p&sub2; auf den Minimaldruck p des Zyklus sinkt;
  • - Spülen oder Elution im Gegenstrom nach fb der Dauer S3.4 mit dem vom Behälter R entnommenen Gas;
  • - teilweises Nachverdichten im Gegenstrom durch Gleichgewichtseinstellung mit dem Adsorber Nr. 2 nach f'e der Dauer S4.1 vom Minimaldruck p bis zum ersten Zwischendruck des Zyklus p&sub1;;
  • - Endverdichten im Gegenstrom nach f'd1 und f'd2 der Dauer S4.2 vom Druck p&sub1; zum Maximaldruck P des Zyklus, durch gleichzeitige Entnahmen am Produktionsstrom am Ausgang des Adsorbers Nr. 3 und Nr. 4.
  • Der Zyklus für den Adsorber Nr. 1 beginnt wieder in der oben beschriebenen Art, und die drei anderen Adsorber Nr. 2, Nr. 3, Nr. 4 folgen exakt denselben Tätigkeiten mit einer Verschiebung von T/4, während der Druck in dem Behälter R abwechselnd von dem Druck pR zu dem Druck PR geht. So nimmt, während der Dauer S3.2, der Behälter R das aus dem Adsorber Nr. 1 kommende Gas nach fR auf und der Behälterdruck erreicht PR. Schließlich wird während der Dauer S3.4 das in R gespeicherte Gas entnommen, um die Elution des Adsorbers Nr. 1 gemäß fb durchzuführen, und der Druck des Behälters R sinkt wieder.
  • Bezieht man sich auf die Figur 2, dann hat eine Anlage hier sieben Adsorber mit einer isobaren Produktionsdauer, die sich auf drei Phasen erstreckt, nämlich eine gleichzeitige Produktion an drei Adsorbern. Hier gibt es drei Druckverminderungen im Gleichstrom durch Gleichgewichtseinstellung, von denen die ersten zwei nach fe1 und nach fe2 während den Dauern S4.1 und S4.2 der Phase S&sub4; durchgeführt werden, während die Phase S&sub5; die dritte Druckverminderung durch Gleichgewichtseinstellung nach fe3 während der Dauer S5.1, das teilweise Entleeren fR während der Dauer S5.2, die Enddruckverminderung fa während der Dauer S5.3, das Spülen fb bei dem Minimaldruck des Zyklus p während der Dauer S5.4 beinhaltet, wobei das Spülgas, welches aus dem Behälter R stammt, aus der teilweisen Entleerung des Adsorbers Nr. 1 während der Unteretappe S5.2 kommt.
  • Unter Bezugnahme auf die Figur 3 weist die Anlage hier fünf Adsorber auf, von denen zwei gleichzeitig in isobarer Produktion sind. Hier erfolgt die erste Druckverminderung durch Gleichgewichtseinstellung fe1 bei S3.1, und ist bei S3.2 von einem in Isolierungbringen des Adsorbers Nr. 1 (weder Eintritt noch Austritt des Gases in diesen Adsorber) gefolgt, und ist selbst gefolgt von einem Schritt bei S3.3, während welchem die zweite Druckverminderung durch Gleichgewichtseinstellung bei fe2 erfolgt.
  • Die Schritte der teilweisen Entleerung fR, des auf Atmosphärebringen fa, des Spülens fb und des ersten Nachverdichtens durch Gleichgewichtseinstellung f'e2 erfolgen während der Phase S&sub4;, bei S4.1, S4.2, S4.3 bzw. S4.4. Das zweite Nachverdichten durch Gleichgewichteinstellung f'e1 und das Endnachverdichten f'd1 und f'd2 erfolgen während der Phase S&sub5; bei S5.1 bzw. S5.2
  • Bezieht man sich auf die Figur 4, so hat eine Anlage hier sechs Adsorber, von denen zwei in isobarer Produktion mit drei aufeinanderfolgenden Druckverminderungen durch Gleichgewichtseinstellung sind, von denen zwei, Bei und f'e2 während der Phase S&sub3; erfolgen, während die Phase S&sub4; die dritte Druckverminderung durch Gleichgewichtseinstellung fe3, die teilweise Entleerung fR in dem Behälter R, die Enddruckverminderung fa und das Spülen fb mit dem Gas, das aus der vorhergegangenen teilweisen Spülung des Adsorbers Nr. 1 in den Behälter R, beinhaltet.
  • In der Figur 5 wurde ein Schema einer Anlage gezeigt, die den in Figur 4 gezeigten Zyklus mit sechs Adsorbern Nr. 1, 2, 3, 4, 5, 6 benutzt, wobei jeder der Adsorber mit behandeltem Gas durch eine Leitung 100 versorgt wird, die durch ein Elektroventil 101, 102, 103, 104, 105, 106 an ein Versorgungseintrittsende 111, 112, 113, 114, 115 und 116 angeschlossen ist, welches selbst durch Ventile 121, 122, 123, 124, 125 und 126 mit einer direkten Lüftungsleitung 127 einesteils und durch die Ventile 131, 132, 133, 134, 135, 136 mit einer Lüftungsleitung 137 verbunden ist, die ein Regulierungsventil 138 beinhaltet. Der Produktionsaustritt 141, 142, 143, 144, 145, 146 der Adsorber ist verbunden:
  • - einesteils durch Elektroventile 151, 152, 153, 154, 155, 156 mit einer Leitung 157 mit Regulierungsventil 158, welche zum Behälter R hinführt;
  • - andererseits durch die Elektroventile 161, 162, 163, 164, 165, 166 mit einer Leitung 167 mit Regulierungsventil 168, welche ebenfalls zum Behälter R hinführt;
  • - durch die Elektroventile 171, 172, 173, 174, 175, 176 mit einer Leitung 177, die selbst mit einer Leitung 187 verbunden ist, die durch die Elektroventile 181, 182, 183,184, 185, 186 mit den Austrittsenden 141 bis 146 verbunden ist.
  • Das Austrittsende 141 ist mit dem Austrittsende 144 durch ein Elektroventil 191 verbunden; das Austrittsende 142 ist mit dem Austrittsende 145 durch ein Elektroventil 192 verbunden; das Austrittsende 143 ist mit dem Austrittsende 146 durch ein Elektroventil 193 verbunden. Eine Produktionsleitung 200 ist über ein Regulierungsventil 207 jeweils durch die Elektroventile 201, 202, 203, 204, 205, 206 mit den Ausgängen 141, 142, 143, 144, 145, 146 einesteils und andernteils durch Elektroventile 211, 212, 213, 214, 215, 216 direkt mit den Ausgängen 141, 142, 143, 144, 145 und 146 verbunden.
  • Man stellt leicht fest, daß eine solche Anlage geeignet ist, die verschiedenen Operationszyklen zu benutzen, und man zeigt als Beispiel, indem man sich auf die benutzten Aufzeichnungen bezieht, Figur 4: Die verschiedenen Tätigkeiten an jedem der Adsorber Nr. 1 bis 6 während eines ersten Zeitabschnittes der Dauer T/6, der der Dauer einer Phase entspricht.
  • a) Der Adsorber Nr. 1 ist in der Phase S&sub1; des ersten Produktionsschrittes nach fp1 durch die Öffnung der Ventile 101 und 211 gesichert;
  • b) der Adsorber Nr. 2 ist in der Phase S&sub6; und durchläuft nacheinander die Schritte, die S6.1 und S6.2 entsprechen. Der Schritt S6.1, welcher das Nachverdichten des Adsorbers Nr. 2 nach f'e1 durch die erste Gleichgewichtseinstellung fe1 - f'e1 zwischen den Adsorbern Nr. 5 und Nr. 2 durchführt, ist durch die Öffnung des Ventiles 192 gesichert. Der Schritt S6.2, der das Endnachverdichten (f'd1) und (f'd2) durchführt, ist durch die Öffnung des Ventiles 202 quer durch das Regulierungsventil 207 gesichert. Das Gas wird an der Produktionslinie 200 abgenommen, welche durch den Adsorber Nr. 1 in der ersten Produktionsphase, wie in a) gezeigt, und durch den Adsorber Nr. 6 in der zweiten Produktionsphase versorgt ist, wie es bei f) gezeigt wird;
  • c) der Adsorber Nr. 3 befindet sich in der Phase S&sub5; und durchläuft nacheinander die zwei Schritte, die S5.1 und S5.2 entsprechen. Der Schritt S5.1, der das Nachverdichten des Adsorbers Nr. 3 gemäß f'e3 durch die dritte Gleichgewichtseinstellung fe3 - f'e3 zwischen den Adsorbern Nr. 4 und Nr. 3 durchführt, ist durch die Öffnung der Ventile 184 und 173 gesichert. Der Schritt S5.2, der das Nachverdichten des Adsorbers Nr. 3 nach f'e2 durch die zweite Gleichgewichtseinstellung fe2 - f'e2 zwischen den Adsorbern Nr. 5 und Nr. 3 durchführt, ist durch die Öffnung der Ventile 185 und 173 gesichert;
  • d) der Adsorber Nr. 4 befindet sich in Phase S&sub4; und durchläuft nacheinander die vier Schritte, die S4.1, S4.2, S4.3, S4.4 entsprechen. Der Schritt S4.1, der die Druckverminderung des Adsorbers Nr. 4 nach fe3 durch die dritte Gleichgewichtseinstellung fe3 - f'e3 zwischen den Adsorbern Nr. 4 und Nr. 3 durchführt, wird durch das Öffnen der Ventile 184 und 173 gesichert, wie in c) gezeigt. Der Schritt S4.2, der die Druckverminderung fR mit Speicherung in dem Behälter R durchführt, vollzieht sich durch das Öffnen des Ventiles 164 quer durch das Regulierungsventil 168. Der Schritt S4.3, der die Enddruckverminderung fa durchführt, wird durch das Öffnen des Ventiles 134 quer durch das Regulierungsventil 138 sichergestellt. Der Schritt S4.4, der die Elution fb des Adsorbers, ausgehend von dem in dem Behälter R gespeicherten Gases durchführt, wird durch die Öffnung des Ventiles 154 und 124 quer durch das Regulierungsventil 158 sichergestellt;
  • e) der Adsorber Nr. 5 befindet sich in der Phase S&sub3; und durchläuft nacheinander die zwei Schritte, die S3.1 und S3.2 entsprechen. Der Schritt S3.1, der die Druckverminderung des Adsorbers Nr. 5 nach fe1 durch die erste Gleichgewichtseinstellung fe1 - f'e1 zwischen den Adsorbern Nr. 5 und Nr. 2 durchführt, wird durch die Öffnung des Ventiles 192 gesichert, wie in b) gezeigt. Der Schritt S3.2 der die Druckverminderung des Adsorbers Nr. 5 nach fe2 durch die zweite Gleichgewichtseinstellung fe2 - f'e2 zwischen den Adsorbern Nr. 5 und 2 durchführt, ist durch die Öffnung der Ventile 185 und 173 sichergestellt, wie in c) gezeigt;
  • f) der Adsorber Nr. 6 befindet sich in der Phase S&sub2; und durchläuft den zweiten Schritt der Produktion fp2, welche durch die Öffnung der Ventile 106 und 216 sichergestellt ist.
  • Im Laufe des Zeitablaufes durch aufeinanderfolgende Abschnitte der Dauer T/6 werden dieselben Schritte an jedem der Adsorber mit Verschieben der Nummer der Adsorber realisiert, die durch die Operationen betroffen sind. So werden für den zweiten Zeitabschnitt der Dauer T/6 die in a), b), c), d), e), f) beschriebenen Tätigkeiten jeweils an den Adsorbern Nr. 2, Nr. 3, Nr. 4, Nr. 5, Nr. 6 und Nr. 1 durchgeführt und so folglich mit der Öffnung der den durchgeführten Tätigkeiten entsprechenden Ventile.
  • Nach der Figur 6 benutzt ein Zyklus fünf Adsorber, von denen drei gleichzeitig in isobarer Produktion stehen. Ein Adsorber ist also während der Phasen S&sub1;(fp1) S&sub2;(fp2) S&sub3;(fp3), in Produktion, in Druckverminderung (fe, fR, fa) und in der Spülung (fb) während der Phase S&sub4;, dann in Nachverdichten (f'e, f'd3, f'd2, f'd1) während der Phase S&sub5;.
  • Nach der Figur 7 benutzt ein Zyklus sechs Adsorber, die zyklisch die drei isobaren Produktionsschritte während der Phasen S&sub1;, S&sub2;, S&sub3; durchlaufen.
  • - Zwei Druckverminderungen durch Gleichgewichtseinstellung (fe1) und (fe2), die durch eine Druckstufe während der Phase S&sub4; voneinander getrennt sind
  • - eine Enddruckverminderung (fa), ein Spülen (fb) und eine erste Gleichgewichtseinstellung des Nachverdichtens (f'e2) während der Phase S&sub5;
  • - ein Nachverdichten (Gleichgewichtseinstellung f'e1 und Ableiten der Produktion f'd3, f'd2, f'd1) während der Phase S&sub6;.
  • Nach der Figur 8 werden vier Adsorber benutzt mit einem einzigen Adsorber in isobarer Produktion und zwei Gleichgewichtseinstellungen. Die summierte Dauer der aufeinanderfolgenden Tätigkeiten fe2, fR, fa und fb ist gleich der Dauer einer Phase.
  • Nach der Figur 9 werden fünf Adsorber benutzt mit einem einzigen Adsorber in isobarer Produktion und drei Gleichgewichtseinstellungen. Die summierte Dauer der aufeinanderfolgenden Tätigkeiten fe3, fR, fa und fb ist gleich der Dauer einer Phase.
  • Bei allen den oben beschriebenen Durchführungen sieht man Restgas vor, d.h. den Adsorbern im Gegenstrom während der Schritte der Enddruckverminderung fa und des Spülens fb entnommen. Die summierte Dauer der Schritte fa und fb ist geringer als die Dauer einer Phase; das Abziehen der Reste verläuft also diskontinuierlich. Folglich kann es interessant sein, für jeden der oben beschriebenen Zyklen ein kontinuierliches Abziehen und mit einem Durchsatz so konstant wie möglich, vorzusehen. Um dies zu erreichen ist es wünschenswert, ein Abziehen im Gegenstrom während einer Dauer zu erlangen, welche äquivalent der Dauer einer kompletten Phase ist, d.h. für die beschriebenen Durchführungen zwei zusätzliche Abzüge im Gegenstrom durchzuführen.
  • Man schlägt zwei Ausführungsformen dieser zwei zusätzlichen Entnahmen vor:
  • - Ausführungsform A: Die beiden zusätzlichen im Gegenstrom erfolgten Entnahmen werden an den zwei Schritten unmittelbar aufstromig der Schritte fa und fb durchgeführt, d.h., eine, durch fc2 im Verlauf des Schrittes der teilweisen Entleerung fR zum Behälter R dargestellt und der andere durch fc1 im Verlauf der Druckverminderung fe, die der letzten Gleichgewichtseinstellung entspricht, dargestellt.
  • - Ausführungsform B: Die beiden zusätzlichen im Gegenstrom durchgeführten Entnahmen werden durchgeführt, die eine, an dem Schritt unmittelbar aufstromig von dem Schritt fa, d.h. an dem Schritt fR und gemäß fc2 wie oben ausgeführt, und die andere durch fc3 dargestellt, an dem Schritt unmittelbar abstromig von dem Schritt fb, d.h. an dem ersten Nachverdichten f'e, welches der letzten Gleichgewichtseinstellung entspricht.
  • Unter Bezugnahme auf die oben in den Figuren 1 bis 4 und 6 bis 9 beschriebenen Durchführungen, in welchen die Tätigkeiten fc1 und fc2 derAusführungsform A in unterbrochenen Linien und die Tätigkeiten fc2 und fc3 der Ausführungsform B gestrichelt dargestellt sind, erhält man folgende abgewandelte Zyklen:
    • Figur 1:
  • - Ausführungsform A:
  • fc1 während fe
  • fc2 während fR
  • - Ausführungsform B:
  • fc2 während fR
  • fc3 während f'e
    • Figur 2:
  • - Ausführungsform A:
  • fc1 während fe3
  • fc2 während fR
  • - Ausführungsform B:
  • fc2 während fR
  • fc3 während f'e3
    • Figur 3:
  • - Ausführungsform A:
  • fc1 während fe2
  • fc2 während fR
  • - Ausführungsform B:
  • fc2 während fR
  • fc3 während f'e2
    • Figur 4:
  • - Ausführungsform A:
  • fc1 während fe3
  • fc2 während fR
  • - Ausführungsform B:
  • fc2 während fR
  • fc3 während f'e3
    • Figur 6:
  • - Ausführungsform A:
  • fc1 während fe
  • fc2 während fR
  • - Ausführungsform B:
  • fc2 während fR
  • fc3 während f'e
    • Figur 7:
  • - Ausführungsform A:
  • fc1 während fe2
  • fc2 während fR
  • - Ausführungsform B:
  • fc2 während fR
  • fc3 während f'e2
    • Figur 8:
  • - Ausführungsform A:
  • fc1 während fe2
  • fc2 während fR
  • - Ausführungsform B:
  • fc2 während fR
  • fc3 während f'e2
    • Figur 9:
  • - Ausführungsform A:
  • fc1 während fe3
  • fc2 während fR
  • - Ausführungsform B:
  • fc2 während fR
  • fc3 während f'e3

Claims (17)

1. Verfahren zum Trennen eines Gasgemisches durch Adsorption, bei dem man auf jeden von mindestens vier Adsorbern einen Zyklus von ununterbrochenen, folgenden Tätigkeiten einwirken läßt, wobei die Zyklen eines Adsorbers bezüglich dem folgenden um eine Phasenverschiebung verschoben sind, die gleich der Dauer eines Zyklus, geteilt durch die Anzahl der Adsorber ist:
a) eine isobare Produktionstätigkeit bei hohem Druck des Zyklus, im Gleichstrom genannt;
b) eine erste Druckverminderung im Gleichstrom durch mindestens eine Gleichgewichtseinstellung zwischen dem Adsorber unter Druckverminderung und mindestens einem anderen Adsorber unter Nachverdichten im Gegenstrom, wobei jede Gleichgewichtseinstellung eine "direkte" Gleichgewichtseinstellung ist, welche die Überleitung des Gases, das aus einem Adsorber unter Druckverminderung stammt, direkt und unmittelbar in einen Adsorber unter Nachverdichten sicherstellt;
c) eine zweite Druckverminderung durch Teilentleerung im Gleichstrom zu einem Speicherbehälter hin;
d) unmittelbar nach dem Schritt c) eine dritte Druckverminderung, die abschließend ist, im Gegenstrom bis auf den Niederdruck des Zyklus;
e) ein Spülen im Gegenstrom bei dem niedrigen Druck durch Gas, das aus dem Speicherbehälter stammt, und dies während einer Dauer, die größer ist als die des Schrittes c);
f) eine erste Nachverdichtung im Gegenstrom durch mindestens eine Gleichgewichtseinstellung vom Typ gemäß b);
g) unmittelbar gefolgt von einer abschließenden Nachverdichtung im Gegenstrom bis auf den hohen Druck des Zyklus durch einen Gasdurchsatz, der vom Produktionsdurchsatz entnommen ist;
gekennzeichnet durch die Kombination folgender Maßnahmen:
h) die Summe der Dauer der Entleerung nach c), der abschließenden Druckverminderung nach d) und des Spülens nach e) ist kleiner als die Phasenverschiebung;
i) die Gesamtzahl der Adsorber ist kleiner oder gleich 1 + x + y, wobei x die Zahl der Adsorber ist, die gleichzeitig in isobarer Produktion sind, und y die Zahl der direkten Gleichgewichtseinstellungen ist;
l) während der Phase c) ist der Speicherbehälter ausschließlich mit dem Adsorber im Verlaufe des Entleerens verbunden, und während der Phase e) ist der Speicherbehälter ausschließlich mit dem Adsorber im Verlaufe des Spülens verbunden;
m) eine Entleerungs-Druckverminderungstätigkeit durch teilweise Entleerung gemäß c), die einen Adsorber angeht, wird nach der Phase d) von einer Spültätigkeit gemäß e) gefolgt, die ausschließlich denselben Adsorber angeht.
2. Trennverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei Adsorber gleichzeitig in isobarer Produktion gibt, wobei die Zahl der Adsorber von vier bis sechs ist, während die Zahl der Gleichgewichtseinstellungen eins ist für eine Gesamtzahl von Adsorbern gleich vier, zwei ist für eine Gesamtzahl von Adsorbern gleich fünf und drei ist für eine Gesamtzahl von Adsorbern gleich sechs.
3. Trennverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es drei Adsorber gleichzeitig in isobarer Produktion gibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Gleichgewichtseinstellungen eins ist für eine Gesamtzahl von Adsorbern gleich fünf, zwei ist für eine Gesamtzahl von Adsorbern gleich sechs und drei ist für eine Gesamtzahl von Adsorbern gleich sieben.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es nur einen Adsorber in isobarer Produktion gibt, wobei die Anzahl Adsorber gleich vier oder fünf ist, während die Anzahl von Gleichgewichtseinstellungen zwei ist für eine Gesamtzahl von Adsorbern gleich vier und drei ist für eine Gesamtzahl von Adsorbern gleich fünf.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man gleichzeitig zur Teilentleerung im Gleichstrom zum Behälter hin gemäß c) ein Abziehen von Gas im Gegenstrom durchführt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man gleichzeitig zur Druckverminderung im Gleichstrom im Verlaufe der Gleichgewichtseinstellung gemäß b), welche unmittelbar der Teilentleerung gemäß c) vorangeht, ein Abziehen von Gas im Gegenstrom durchführt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man gleichzeitig zur teilweisen Nachverdichtung im Gegenstrom im Verlaufe der Gleichgewichtseinstellung gemäß f), die unmittelbar dem Spülen gemäß e) folgt, ein Abziehen von Gas im Gegenstrom durchführt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die Verfahrensschritte nach den Ansprüchen 5 und 6 aufweist.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die Verfahrensschritte gemäß den Ansprüchen 5 und 7 aufweist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die teilweise Nachverdichtung im Gegenstrom im Verlaufe der Gleichgewichtseinstellung gemäß f), die unmittelbar der abschließenden Nachverdichtung gemäß g) vorangeht, gleichzeitig mit Gas ausführt, welches aus dem in Gleichgewichtseinstellung Bringen zwischen zwei Adsorbern stammt, und mit Gas, welches von der Produktion entnommen ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man das Spülen im Gegenstrom gemäß e) gleichzeitig mit Gas durchführt, welches von dem Speicherbehälter stammt, und mit Gas, welches von der Produktion entnommen ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruck der Atmosphärendruck ist und daß das Entleeren der Entnahmen im Gegenstrom im Freien durchgeführt ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Entleeren der Entnahmen im Gegenstrom in einem Restgaskollektor erfolgt, dessen Druck sich im allgemeinen von dem atmosphärischen Druck unterscheidet, und daß der Niederdruck des Zyklus der Druck des Restgaskollektors ist.
14. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie für die Reinigung von Wasserstoff verwendet wird, der eine oder mehrere unerwünschte Komponenten enthält, insbesondere N&sub2;, O&sub2;, A, CO, CO&sub2;, Kohlenwasserstoffe und andere Verunreinigungen.
15. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es für die Behandlung von Erdgas verwendet wird.
16. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es für die Beseitigung von in Helium enthaltenen Verunreinigungen verwendet wird.
17. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es für die Anreicherung an Sauerstoff oder die Trennung von Sauerstoff von Luft verwendet wird.
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