DE3843150A1 - Vorrichtung zur gewinnung von kohlenwasserstoffen aus hochkonzentrierten gasstroemen - Google Patents
Vorrichtung zur gewinnung von kohlenwasserstoffen aus hochkonzentrierten gasstroemenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus
hochkonzentrierten Gasströmen.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren und Vorrichtungen
zum Abscheiden von Lösemitteln aus Abluft und anderen
lösemittelhaltigen Gasen bekannt. Ein solches Verfahren
und eine entsprechende Anlage sind bereits in der
europäischen Patentanmeldung 02 15 472 (= DE 35 33 313)
vorgeschlagen worden. Die in dieser Patentanmeldung genannte
Vorrichtung besteht aus zumindest einem Behälter mit
wasserdampfadsorbierender Molekularsiebpackung und zumindest
einem weiteren Behälter mit Lösemittel adsorbierender
Molekularsiebpackung. Bei dieser Anlage wird die Abluft
zunächst durch eine den Wasserdampf und anschließend durch
eine ausschließlich die Lösemitteldämpfe adsorbierende
Molekularsiebpackung hindurch geleitet. Die beiden
Molekularsiebpackungen werden durch Erhitzen mittels Luft
oder Intergas regeneriert. Die ausschließlich
wasserdampfadsorbierende Molekularsiebmischung wird zur
Atmosphäre hin und die ausschließlich
Lösemitteldämpfe adsorbierende Molekularsiebpackung in
einem geschlossenen Kreislauf regeneriert. Innerhalb des
geschlossenen Kreislaufs werden die Lösemitteldämpfe in
einem Kondensationswärmeraustauscher kondensiert und
aufgefangen und zur Wiederverwendung zurückgeführt.
Die Adsorption von mit organischen Stoffen beladener Abluft
an Kohlefasern ist weiterhin aus wlb - Wasser, Luft und
Betrieb - 5/86 S. 40-42 bekannt. Hierbei wird mit
Lösemittel beladene Abluft vom Ventilator über einen
Vorfilter zur Staubabscheidung gesaugt und gelangt über
einen Verteilerkanal und über ein geöffnetes Ventil zu einem
kohlefaserhaltigen Element. Die Abluft durchströmt das
Element von außen nach innen und tritt nach oben gereinigt
aus. Zur gleichen Zeit wird das Nachbarelement mit Dampf
im umkehrten Sinne von innen nach außen desorbiert. Das
Dampf-Lösemittel-Gemisch gelangt anschließend in einen
Kondensator, wo es verflüssigt wird. Danach wird es in
einen Abscheider zur Trennung des Lösemittels vom Wasser
geleitet.
Die geschilderten Verfahren nach dem Stand der Technik sind
für die Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus
hochkonzentrierten Gasströmen nicht geeignet. Entsprechende
Adsorptionsanlagen würden einen großen Raum- und Zeitbedarf
erfordern. Insbesondere müßte man mit möglichst großen
Adsorbensvolumina arbeiten, damit das Adsorbens sich nicht
zu schnell mit Kohlenwasserstoffen zusetzt und nicht zu
häufig regeneriert werden muß. Bei herkömmlichen
Adsorbentien sind daher die Zeitspannen für die einzelnen
Chargen zu gering, um zu einem wirtschaftlichen Erfolg zu
kommen. Auf der anderen Seite würde der Einsatz von
mehreren mit Adsorbens gefüllten Reaktoren eine
entsprechend aufwendige Meß-Steuer-Regelungstechnik
erfordern. Hinzu kommt, daß der Raum- und Zeitaufwand für
derartige Anlagen besonders groß ist. Auf der anderen Seite
ist es nicht möglich, bei Einsatz von Membranen für die
Gasseparation alle Kohlenwasserstofffraktionen aus dem
konzentrierten Gasstrom zu entfernen.
Die vorliegende Erfindung hat sich nunmehr die Aufgabe
gestellt, eine Vorrichtung zur Gewinnung aus
Kohlenwasserstoffen aus hochkonzentrierten Gasströmen zur
Verfügung zu stellen, bei der die genannten Nachteile nicht
auftreten.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Vorrichtung aus
mindestens einem Gasseparator und einem Adsorber besteht.
Erfindungsgemäß wird eine Anordnung bevorzugt, bei der zwei
Gasseparatoren und ein Adsorber eingesetzt werden.
Letzterer wird vorzugsweise im Gaskreislauf zwischen den
Gasseparatoren angeordnet. Für die Gasseparatoren kommen
handelsübliche Membranen in Betracht. Hierzu zählen
Ethylzellulose, Silicongummi, Polyimid,
Polyethylenterephthalat, Polyamid 6 und Polyvinylidenfluorid.
Die Gasseparatoren sind mit Zuleitungen für das
kohlenwasserstoffhaltige Gas und mit Leitungen für das
zumindest teilweise von Kohlenwasserstoffen befreite Gas
versehen. Diese Leitungen dienen gleichzeitig der
Verbindung zwischen Adsorber und Gasseparator.
Die Verbindungsleitung zwischen Adsorber und diesem
nachgeschalteten Gasseparator ist vorzugsweise mit einem
Kühler und einem Abscheider versehen. Außerdem können ein
Druckventil und eine Vakuumpumpe vorhanden sein.
Für die Adsorption sind insbesondere Molekularsiebe
geeignet, da sie aufgrund ihrer kristallinen Struktur mit
genau definiertem Porendurchmesser die Möglichkeit bieten,
spezifische Lösemittel selektiv heraus zu filtern. Für jedes
Lösemittel kann ein maßgeschneiderter Molekularsiebtyp
gewählt werden. Solche Molekularsiebe sind beispielsweise in
Oberfläche-Surface Nr. 4, 1986, S.T.P.P. Januar/Februar Vol.
23, 1987, Seite 28-29 und der europäischen Patentanmeldung
02 15 472 beschrieben. Besonders bevorzugt werden
Natrium-Aluminium-Silicate. Ebenso kommen als Adsorbens
Aktivkohle, Aluminiumoxid und/oder Silicagel in Betracht.
Ganz besonders werden erfindungsgemäß hydrophobierte
Molekularsiebe bevorzugt. Die Auslegung der Adsorber erfolgt
über definierte Beladeraten, abgestimmt auf die
Betriebsparameter der Produktionsanlage, wie Gasmenge und
Gehalt an Kohlenwasserstoffen.
Für die Regeneration ist der Adsorber mit einer Zuleitung
für Regenerationsgas, einem Heizkreislauf und einem
Kühlkreislauf versehen. In dem Heizkreislauf wird mittels
eines Heizers durch ein Kreislaufgebläse in Umlauf
gehaltenes Regenerationsgas erhitzt und zum Beheizen des
Adsorbers verwendet.
Vor Beginn einer jeden Adsorptionsphase muß das Adsorbens
wieder auf Betriebstemperatur abgekühlt werden. Zu diesem
Zweck ist der Adsorber mit einem Kühlkreislauf ausgestattet.
Erfindungsgemäß sind Kühlkreislauf und Heizkreislauf
ineinander integriert, so daß durch einfaches Umschalten von
Ventilen in demselben Kreislauf gekühlt oder geheizt werden
kann. Daher ist nur ein Kreislaufgebläse erforderlich.
In einer erfindungsgemäß besonders bevorzugten
Ausführungsform werden zwei Adsorber neben einem
Gasseparator eingesetzt, welchem zwecks Erzeugung eines
Überdrucks ein Kompressor vorgeschaltet ist. Während des
Betriebs wird in einem Adsorber stets eine Adsorption
durchgeführt, während in dem zweiten Adsorber eine
Desorption stattfindet. Als Regenerationsgas wird das durch
die Adsorption gewonnene von Kohlenwasserstoffen befreite
Gas verwendet. Zu diesem Zweck wird stets ein Teilstrom des
aus dem auf Adsorption geschalteten Adsorbers austretenden
Gases abgezweigt und in den auf Desorption geschalteten
Adsorber eingespeist. Das infolge der Desorption mit
Kohlenwasserstoffen aus dem desorbierten Adsorber beladene
Gas wird über einen Kühler und Abscheider wieder in den
Gaspermeationskreislauf eingeschleust. Hierbei kann die
erfindungsgemäße Vorrichtung überraschend einfach in der
Weise ausgestaltet sein, daß für Gaspermeation und
Adsorption nur ein gemeinsamer Kühler und ein gemeinsamer
Tropfenabscheider angeordnet ist.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein
Verfahren zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus
hochkonzentrierten Gasen in einem mehrstufigen Prozeß.
Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Abtrennung der einzelnen Fraktionen mittels Gaspermeation
und Adsorption erfolgt. Hierzu wird das zu behandelnde Gas
über einen ersten Gasseparator, über einen Adsorber und über
einen zweiten Gasseparator geleitet.
Die Separation der Gase erfolgt durch Membranen. Hierbei
wirkt ein unter Druck stehendes Gasgemisch auf eine Membran
ein und wird infolge unterschiedlicher Löslichkeit der
Komponenten in der Membran getrennt. Die Diffusion durch
die Membran folgt dem Druckgradienten. Erfindungsgemäß wird
der Druckgradient mit Hilfe einer Unterdruckpumpe erzeugt.
Nach anschließendem Abkühlen kann die betreffende
Kohlenwasserstofffraktion in flüssiger Form durch einen
Abscheider gewonnen werden.
In bestimmten Zeitabständen muß das Adsorptionsbett
regeneriert werden. Auch diese Regeneration kann in dem
selben System erfolgen. Hierfür wird erfindungsgemäß ein
Regenerationsgas über eine Leitung dem Adsorber zugeführt.
Als Regenerationsgas werden vorzugsweise Luft oder Inertgase
eingesetzt. Üblicherweise wird Stickstoff verwendet. Das
Regenerationsgas wird mittels eines Kreislaufgebläses über
einen Heizer geleitet und dort erhitzt. Das erhitzte
Regenerationsgas wird in den Adsorber zurückgeführt. Mit
zunehmender Erwärmung desorbiert das Adsorbens. Die
Kohlenwasserstoffe werden mit dem Regenerationsgasstrom aus
dem Adsorber abgeführt. Nach Abschluß der Desorption wird
der Heizkreislauf auf Kühlen umgeschaltet, bis der Adsorber
wieder Betriebstemperatur erlangt hat und die
Adsorptionsphase wieder gestartet werden kann.
Das mit Kohlenwasserstoffen angereicherte Regenerationsgas
wird über einen Kühler und einen Abscheider in der Regel
drucklos der zweiten Gaspermeation zugeleitet. Besonders
gut wird der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Verfahrens
durch Einsatz einer Vakuumpumpe, mit deren Hilfe in
der Verbindungsleitung zwischen Adsorber und Gasseparator
ein Unterdruck erzeugt werden kann.
Schließlich wird das Restkohlenwasserstoffe enthaltende
Regenerationsgas einer zweiten Gasseparation unterworfen.
Danach enthält das Gas nur noch Spuren von
Kohlenwasserstoffen. Dieses gereinigte Gas kann sodann
wieder in den Produktionskreislauf eingespeist werden.
Die Abtrennung der einzelnen Fraktionen kann erfindungsgemäß
auch mittels eines Gasseparators und zweier diesem
nachgeordneten Adsorber erfolgen, nachdem in einem dem
Gasseparator vorgeschalteten Kompressor zunächst ein
Überdruck erzeugt worden ist (bis zu 50 bar). Hierbei strömt
das vom Gasseparator kommende Gas nur einen der beiden
Adsorber an. Das diesen nach erfolgter Adsorption
verlassende gereinigte Gas wird teilweise abgezweigt und im
Gegenstrom durch den zweiten Adsorber geschickt, so daß das
von Kohlenwasserstoffen befreite Gas als Desorptionsmittel
wirkt. Das mit Kohlenwasserstoffen aus dem Adsorber beladene
Gas wird sodann dem Gaspermeationskreislauf wieder
zugeführt. Sobald die Desorption abgeschlossen ist, kann auf
Adsorption wieder umgeschaltet werden, wobei zugleich der
andere Adsorber auf Desorption eingestellt wird. Aufgrund
dieser erfindungsgemäßen Anordnung ist es nicht mehr
notwendig für die Desorption den Reinigungsprozeß zu
unterbrechen. Vielmehr kann im kontinuierlichen Betrieb die
Entfernung der Kohlenwasserstoffe aus den Gasströmen
erreicht werden. Ebensowenig ist ein Erhitzen und Abkühlen
des Adsorptionsbettes erforderlich, da das System allein mit
Druckwechsel arbeitet. Die Drücke liegen zwischen 1 und 50
bar.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Vorrichtung können insbesondere zur Rückgewinnung von
organischen Lösemitteln, chlorierten und nicht-chlorierten
Kohlenwasserstoffen und Aromaten eingesetzt werden. Ein
besonders wichtiges Einsatzgebiet ist die Rückgewinnung von
Benzin.
Im folgenden wird die erfindungsgemäße Anlage unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert:
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Anlage mit zwei
Gasseparatoren und einem Adsorber dargestellt.
In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Anlage mit einem
Gasseparator und zwei Adsorbern dargestellt.
In Fig. 3 sind die in Fig. 2 dargestellten Adsorber
gesondert dargestellt.
In der Anlage gemäß Fig. 1 wird hochkonzentriertes
kohlenwasserstoffhaltiges Gas dem Tank 30 entnommen und über
ein Kreislaufgebläse 31 durch die Leitung 23 dem
Gasseparator 1 zugeführt. Die Unterdruckpumpe 7 des
Gasseparators bewirkt die Einstellung eines Druckgradienten.
Vorzugsweise kann ein Druck von 0,1 bar eingestellt werden.
Infolge des Druckgradienten diffundiert Gas durch die
Membran des Gasseparators. In dem Kühler 8 werden die
gasförmigen Komponenten abgekühlt und im Abscheider 10 in
flüssiger Form gewonnen. Erfindungsgemäß wird bis zu 1°C
abgekühlt.
Über die Leitung 12 werden die Kohlenwasserstoffbestandteile
dem Adsorber zugeführt, die nicht durch die Membran des
Gasseparators diffundiert sind und nicht im Abscheider 10
abgeschieden worden sind. In dem Adsorber werden die
restlichen Kohlenwasserstoffbestandteile adsorbiert. Über
die Leitung 13 verläßt schließlich gereinigtes Gas den
Adsorber.
Über die Leitung 21 wird dem Adsorber Regenerationsgas
zugeführt. Dieses wird in dem Heizkreislauf 14 auf bis zu
200°C erhitzt und so lange durch das Adsorberbett
geleitet, bis dieses durchwärmt ist. Durch das
Kreislaufgebläse 15 wird das Gas ständig im Kreislauf
gehalten. Das durch den Adsorber strömende erhitzte
Regenerationsgas treibt die an dem Adsorbens anhaftenden
Kohlenwasserstoffbestandteile aus. Die Wirkung beruht
darauf, daß mit steigender Temperatur sich die Bindekräfte
der Kohlenwasserstoffe an das Adsorptionsmittel lösen und
auf diese Weise das Regenerationsgas mit Kohlenwasserstoffen
sich anreichert. Die Temperaturen liegen erfindungsgemäß
zwischen 70 und 200°C. Ein bevorzugter Temperaturbereich
ist 80 bis 140°C.
Der erfindungsgemäße Adsorber ist vorzugsweise als
druckfestes Gefäß ausgestaltet, da das Verfahren
vorzugsweise unter Druck arbeitet. Hierbei treten Drücke
zwischen 2 und 10 bar auf. Der übliche Arbeitsbereich des
erfindungsgemäßen Verfahrens liegt bei 3 bis 4 bar.
Nach Abschluß der Desorption wird das Adsorptionsbett wieder
abgekühlt. Während der Kühlphase ist das Ventil 19
geschlossen, während die Ventile 20 und 29 geöffnet werden.
Nach Abschluß der Kühlphase kann wieder mit der Adsorption
begonnen werden. Insgesamt werden für die Regeneration des
Adsorptionsbettes ungefähr 4 Stunden, vorzugsweise 1 bis
2 Stunden benötigt. Üblicherweise wird 1,5 Stunden
regeneriert.
Während der Heizphase wird fortwährend mit
Kohlenwasserstoffen beladenes Regenerationsgas über die
Leitung 22 aus dem Adsorber 2 abgeführt. In dem Kühler 25
wird das erhitzte Gas abgekühlt, so daß im Abscheider 26 die
anfallenden flüssigen Kohlenwasserstoffe gewonnen werden
können. Über die Vakuumpumpe 28 kann zusätzlich ein
Unterdruck erzeugt werden. Dieser liegt zwischen 0,1 und 0,8
bar. Überlicherweise arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren
bei 0,5 bar.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
befindet sich in der Zuleitung 22 eine Umgehungsleitung 32
für die Vakuumpumpe 28. Bei dieser Anordnung wird während
des Heizens der mit Kohlenwasserstoffen beladene
Regenerationsgasstrom ausschließlich über die Leitung 32
geleitet. In diesem Zustand wird demzufolge der
Kohlenwasserstoff drucklos abgezogen. Wenn der größte Teil
der Kohlenwasserstoffe desorbiert ist, wird ein Vakuum über
die Vakuumpumpe 28 gezogen und einige Zeit zur
Restdesorption aufrechterhalten. Bei den eingestellten
Drücken von 0,1 bis 0,8 bar wird erfindungsgemäß eine
vollständige Restdesorption erreicht. Besonders gut sind die
Ergebnisse bei 0,5 bar.
Nach der Kondensation mittels Kühlers 25 und Abscheiders 26
wird das Reste von Kohlenwasserstoffe enthaltende
Regenerationsgas einer zweiten Gaspermeation im Gasseparator
3 unterworfen. Durch die Pumpe 6 wird hier der notwendige
Druckgradient erzeugt. Im Kühler 9 wird bis zu 1°C
abgekühlt und mittels Tropfenabscheiders 11 der flüssige
Restkohlenwasserstoff gewonnen. Über die Leitung 24 wird das
von Kohlenwasserstoffen nahezu befreite Regenerationsgas dem
Tank 30 wieder zugeführt. In der Regel sind nach der zweiten
Gaspermeation mit Ausnahme des Propans alle
Kohlenwasserstoffe aus dem Regenerationsgas entfernt.
In der Anlage gemäß Fig. 2 wird - wie in der Anlage gemäß
Fig. 1 - hochkonzentriertes kohlenwasserstoffhaltiges Gas
dem Tank 30 entnommen, durch Kompressor 31 auf einen Druck
von 2-50 bar gebracht und durch die Leitung 23 dem
Gasseparator 1 zugeführt. Durch den Druckgradienten
diffundiert das Gas durch die Membran des Gasseparators. In
dem Kühler 8 werden die gasförmigen Komponenten abgekühlt
und im Abscheider 10 in flüssiger Form gewonnen. Das Gas
wird sodann vom Abscheider 10 über die Leitung 4 a wieder dem
Tank 30 zugeführt.
Über die Leitung 12 werden die Kohlenwasserstoffbestandteile
(vgl. a. Fig. 3), die nicht durch die Membran des
Gasseparators diffundiert sind und nicht im Abscheider 10
abgeschieden worden sind, den Adsorbern zugeführt. Durch
Öffnen des Ventils 36 und gleichzeitiges Schließen der
Ventile 39 und 37 wird erreicht, daß das zu reinigende Gas
über die Zuleitung 12 a in den Adsorber 2 a gelangt. Hier
werden die restlichen Kohlenwasserstoffbestandteile
adsorbiert. Über die Leitung 13 a, die geöffneten Ventile 32
und 33 und die Ableitung 13 verläßt schließlich gereinigtes
Gas den Adsorber 2 a.
Über die Leitung 13 c und das Ventil 34 kann ein Teilstrom
des in dem Adsorber 2 a gewonnenen gereinigten Gases
abgezweigt werden und dem Adsorber 2 b zugeleitet werden.
Hier wirkt es als Regenerationsgas, indem es im Gegenstrom
zur Adsorptionsströmungsrichtung durch den Adsorber
geleitet wird. In der Regel werden etwa 10% des gewonnenen
Reingases abgezweigt. Je nach Bedarf lassen sich jedoch
andere Werte einstellen. Ebenso kann auch eine Regelung
mittels des Reglers 42 in Abhängigkeit von den jeweiligen
Betriebsbedingungen erfolgen.
Während der Desorption des Adsorbers 2 b sind die
Ventile 35, 37 und 39 geschlossen. Das Ventil 38 ist
geöffnet, so daß mit Kohlenwasserstoffen beladenes Gas über
die Ableitung 12 b und über das mittels des Reglers 41
einstellbare Ventil 40 in die Leitung 22 gelangen kann.
Nach Abschluß der Desorption werden die
Ventile 35, 37 und 39 geöffnet, während die Ventile 33, 36
und 38 geschlossen werden. Hierdurch wird erreicht, daß
der aus der Leitung 12 kommende Gasstrom nicht mehr den
Adsorber 2 a, sondern den Adsorber 2 b anströmt. Über die
Leitung 13 c wird nunmehr ein Teil des gewonnenen Reingases
dem Adsorber 2 a zugeleitet, so daß dieser regeneriert wird.
Über die Leitung 12 a gelangt das mit Kohlenwasserstoffen
beladene Gas aus dem Adsorber 2 a in die Leitung 22. Über
diese Leitung wird das Gas in den Gaspermeationskreislauf
eingespeist, wo es über den Kühler 8 und den
Tropfenabscheider 10 geführt wird. Von dem Tropfenabscheider
10 aus gelangt das Gas schließlich über Leitung 4 a in den
Tank 30.
Im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist es bei
der Ausführungsform gemäß Fig. 2 und 3 nicht notwendig,
erhitztes Regenerationsgas für die Desorption zu verwenden,
da die Desorption mit Hilfe von Druckwechsel in den
Adsorbern erreicht wird. Der Heizkreislauf 14 und
Vakuumpumpe 28 können daher entfallen. Da somit keine
Heizenergie erforderlich ist, arbeitet das Verfahren
besonders kostengünstig. Der Wirkungsgrad nimmt mit
sinkender Temperatur sogar zu. Erfindungsgemäß liegen die
Temperaturen zwischen -20 und +55°C. Bevorzugt wird der
Temperaturbereich +10 bis +20°C. Die Drücke liegen im
Bereich von 1 bis 50 bar. Die Konzentrationen in der
Zuleitung 12 a zum Adsorber betragen 1 bis 50 g
Kohlenwasserstoffe pro m3, vorzugsweise 10 bis 20 g
Kohlenwasserstoffe pro m3.
Mit der Vorrichtung gemäß Fig. 2 und 3 lassen sich die
Adsorptionsbetten innerhalb von 10 Minuten regenerieren.
Der Wirkungsgrad der Vorrichtung ist auch deshalb besonders
groß, weil der Reinigungsprozeß nicht für die Regeneration
des Adsorbers unterbrochen werden muß und infolgedessen das
Verfahren kontinuierlich betrieben werden kann.
Kostengünstig wirkt sich schließlich aus, daß die
Kühler 25, 9 sowie die Tropfenabscheider 26 und 11 nicht
mehr vonnöten sind, da Kühler 8 und Tropfenabscheider 10
gleichermaßen der Gaspermeation und der Adsorption
nachgeschaltet sind.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der
folgenden Beispiele näher erläutert:
Aus dem Tank 30 strömt ein Volumenstrom von 1000 m3/h.
Die Konzentration an Kohlenwasserstoffen beträgt
1000 g/m3. Nach der ersten Permeation betrug die
Konzentration nur noch 10 g/m3. Aus dem Abscheider 10
konnten 990 kg Kohlenwasserstoffe pro Stunde in flüssiger
Form gewonnen werden. Das den Adsorber 2 über die Leitung 13
verlassende Gas hatte nur noch eine Konzentration von 150 mg
Kohlenwasserstoffen pro m3. Für die Regeneration des
Adsorbers wurde Stickstoff mit einer Geschwindigkeit von
10 m3/h eingespült. Der in der Leitung 22 eingestellte
Druck betrug 0,5 bar. Das mit den Restkohlenwasserstoffen
beladene Stickstoffgas wurde auf 1°C abgekühlt, so daß im
Tropfenabscheider 26 4 kg Kohlenwasserstoffe pro Stunde
erhalten wurden. Bei der zweiten Gaspermeation wurde im
Kühler 9 ebenfalls auf 1°C abgekühlt. Hierbei fielen
wiederum 4 kg Kohlenwasserstoffe pro Stunde an. Das über die
Leitung 24 dem Tank 30 wieder zugeführte Regenerationsgas
enthielt fast ausschließlich Propan in einer Konzentration
von 200 g/m3.
Die Regeneration des Adsorptionsbettes erfolgte bei einer
Temperatur von ungefähr 120°C. Nach Abschluß der
Desorption wurde das Regenerationgsgas mittels des
Kühlers 18 auf +1°C abgekühlt.
Das aus dem Gasseparator kommende Gas gemäß Beispiel 1 wird
einer Adsorptionsanlage gemäß Fig. 3 zugeführt. Die genauen
Daten des Prozesses können der folgenden Tabelle entnommen
werden, wobei die Werte jeweils an den Meßpunkten 43, 44,
45, 46 und 47 gemäß Fig. 3 ermittelt wurden:
Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß der Volumenstrom in
der Adsorptionsphase um etwa den Faktor 10 höher ist als
in der Desorptionsphase. Adsorption und Desorption werden
unter Druck ausgeführt, während nach Abschluß der Desorption
in Leitung 22 das Gas wieder auf Normaldruck entspannt
wird. Der Druck in der Zuleitung betrug 10 bar und die
Temperatur 35°C. Die Konzentration an Kohlenwasserstoffen
betrug 20 g/m3. Im Verlaufe des Adsorptionsprozesses stieg
die Temperatur auf 53°C. Durch die Adsorption konnte die
Konzentration an Kohlenwasserstoffen auf 0,1 g/m3 gesenkt
werden. Das aus der Desorption kommende Gas hatte einen
Gehalt von 220 g/m3 an Kohlenwasserstoffen. Die Temperatur
in der Desorptionsphase betrug 51°C.
Im Ergebnis wurde mit dieser Anlage ein reineres Gas als
im Beispiel 1 erreicht, obwohl die Eingangskonzentration
an Kohlenwasserstoffen doppelt so hoch ist. Die
Regenerationswerte sind mit denen gemäß Beispiel 1 trotz der
erheblich niedrigeren Temperatur vergleichbar.
Claims (33)
1. Vorrichtung zum Gewinnen von Kohlenwasserstoffen aus
hochkonzentrierten Gasströmen,
dadurch gekennzeichnet, daß sie
aus mindestens einem Gasseparator (1) und mindestens
einem Adsorber (2) besteht.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß sie
aus zwei Gasseparatoren (1, 3) und einem Adsorber
besteht.
3. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Adsorber (2) im Gaskreislauf zwischen den beiden
Gasseparatoren (1, 3) angeordnet ist.
4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß den
Gasseparatoren (1, 3) ein Kühlkreislauf (4, 5) bestehend
aus Unterdruckpumpe (6, 7), Kühler (8, 9) und
Abscheider (10, 11) nachgeschaltet ist.
5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der
erste Gasseparator (1) mit einer Zuleitung (23) für das
kohlenwasserstoffhaltige Rohgas und einer
Verbindungsleitung (12) für die Weiterleitung des
teilweise von Kohlenwasserstoffen befreiten Gases
zum Adsorber (2) versehen ist.
6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der
zweite Gasseparator (3) mit einer
Verbindungsleitung (22) für das vom Adsorber (2)
kommende kohlenwasserstoffhaltige Gas und einer
Ableitung (24) für das von Kohlenwasserstoffen befreite
Gas versehen ist.
7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Adsorber (2)
- a) mit einer Zuleitung (12) für das vom Gasseparator (1) zuströmende vorgereinigte Gas und einer Ableitung (13) für gereinigtes Gas,
- b) einem Heizkreislauf (14) mit Kreislaufgebläse (15) und Heizer (16),
- c) einem Kühlkreislauf (17) mit Kühler (18),
- d) einer Zuleitung (21) für Regenerationsgas und
- e) einer Verbindungsleitung (22) für die Ableitung des kohlenwasserstoffhaltigen Regenerationsgases versehen ist.
8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Heizkreislauf (14) in den Kühlkreislauf (17) derart
integriert ist, daß beide Kreisläufe durch ein einziges
Kreislaufgebläse (15) betrieben werden können und durch
Umschalten von Ventilen (19, 20) jeweils gekühlt oder
geheizt werden kann.
9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Verbindungsleitung (22) zwischen Adsorber (2) und
Gasseparator (3) mit einem Kühler (25) und einem
Abscheider (26) versehen ist.
10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Verbindungsleitung (22) zwischen Adsorber (2) und
Gasseparator (3) mit einem Druckventil (27) und einer
Vakuumpumpe (28) versehen ist.
11. Vorrichtung zum Gewinnen von Kohlenwasserstoffen aus
hochkonzentrierten Gasströmen gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß sie
aus einem Gasseparator (1) und zwei diesem
nachgeordneten Adsorbern (2 a, 2 b) besteht, wobei dem
Gasseparator ein Kompressor (31) vorgeschaltet ist.
12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß in
ihr für Gasseparator (1) und Adsorber (2 a, 2 b) ein
gemeinsamer Kühlkreislauf (4 a) bestehend aus Kühler (8)
und Abscheider (10) angeordnet ist.
13. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Zu- (12 a, 12 b) und Ableitungen (13 a, 13 b) der
Adsorber (2 a, 2 b) untereinander über
Verbindungsleitungen (12 c, 13 c) verbunden sind, in denen
Ventile (32-40) und Regeleinrichtungen (41, 42) zwecks
Schaltung der Adsorber (2 a, 2 b) auf Desorptions- bzw.
Adsorptionsbetrieb sind.
14. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Gasseparator (1) mit einer Zuleitung (23) für das
kohlenwasserstoffhaltige Rohgas und einer
Verbindungsleitung (12) für die Weiterleitung des
teilweise von Kohlenwasserstoffen befreiten Gases zu
den Adsorbern (2 a, 2 b) versehen ist.
15. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Adsorbens eine übliche Molekularsiebpackung ist.
16. Vorrichtung gemäß Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Molekularsiebpackung aus Natriumaluminiumsilicat
besteht.
17. Vorrichtung gemäß Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Adsorbens aus hydrophobierten Molekularsieben besteht.
18. Vorrichtung gemäß Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Adsorbens aus Aktivkohle, Aluminiumoxid und/oder
Silicagel besteht.
19. Verfahren zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus
hochkonzentrierten Gasströmen in mehreren Stufen,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Abtrennung der einzelnen Fraktionen mittels
Gaspermeation und Adsorption erfolgt.
20. Verfahren gemäß Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet, daß das zu
behandelnde Gas
- a) über einen ersten Gasseparator (1),
- b) über einen Adsorber (2) und
- c) über einen zweiten Gasseparator (3) geleitet wird.
21. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 oder 20,
dadurch gekennzeichnet, daß die
durch die Membranen der Gasseparatoren (1, 3) infolge
des durch die Unterdruckpumpen (6, 7) erzeugten
Druckgradienten diffundierenden
Kohlenwasserstofffraktionen mittels Kühlers (8, 9) und
Abscheiders (11, 10) in flüssiger Form gewonnen werden.
22. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 21,
dadurch gekennzeichnet, daß zur
Regeneration des Adsorbens
- a) ein Regenerationsgas über eine Leitung (21) dem Adsorber zuströmt,
- b) durch ein Kreislaufgebläse (15) einem Heizer (16) zugeleitet und dort erhitzt wird,
- c) über eine Leitung (14) das erhitzte Gas in den Adsorber gelangt und das Adsorbens desorbiert wird,
- d) lösemittelhaltiges Regenerationsgas über eine Leitung (22) abfließt und
- e) nach Abschluß der Desorption durch Umschalten der Ventile (19, 20, 29) das umlaufende Regenerationsgas über einen Kühler (18) und durch den Adsorber im Kreislauf geführt wird, bis dieser auf Betriebstemperatur abgekühlt ist.
23. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 22,
dadurch gekennzeichnet, daß das
mit Kohlenwasserstoffen angereicherte Regenerationsgas
über einen Kühler (25) und einen Abscheider (26)
drucklos abgeleitet wird.
24. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, daß durch
eine Vakuumpumpe (28) ein Unterdruck in der
Verbindungsleitung (22) zwischen Adsorber (2) und
Gasseparator (3) erzeugt wird.
25. Verfahren gemäß Anspruch 24,
dadurch gekennzeichnet, daß ein
Unterdruck von 0,1 bis 0,8 bar eingestellt wird.
26. Verfahren gemäß Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet, daß ein
Unterdruck von 0,5 bar eingestellt wird.
27. Verfahren gemäß Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet, daß in
dem Kompressor (31) ein Druck zwischen 2 bis 50 bar
erzeugt wird und anschließend die Abtrennung der
einzelnen Fraktionen mittels eines Gasseparators (1) und
zweier diesem nachgeordneten Adsorber (2 a, 2 b) erfolgt,
wobei stets einer der Adsorber (2 a, 2 b) auf Adsorption
und einer auf Desorption geschaltet ist.
28. Verfahren gemäß Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet, daß
- a) ein Teil des aus einem auf Adsorption geschalteten Adsorbers (2 a, 2 b) strömenden gereinigten Gases als Regenerationsgas in den zweiten auf Desorption geschalteten Adsorber (2 a, 2 b) ohne Temperaturerhöhung und unter Druckwechsel geleitet wird,
- b) das mit Kohlenwasserstoffen beladene Gas über Leitung (22), Kühler (8) und Abscheider (10) geführt wird und
- c) von Kohlenwasserstoffen befreites Regenerationsgas dem Tank (30) wieder zugeleitet wird.
29. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 22 bis 26,
dadurch gekennzeichnet, daß
während der Regeneration auf 70 bis 200°C erhitzt
wird.
30. Verfahren gemäß Anspruch 29,
dadurch gekennzeichnet, daß auf 80
bis 140°C erhitzt wird.
31. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 29 oder 30,
dadurch gekennzeichnet, daß
während des Heizens über ein Druckregelventil (27) ein
Druck von 2 bis 10 bar eingestellt wird.
32. Verfahren gemäß Anspruch 31,
dadurch gekennzeichnet, daß ein
Druck von 3 bis 4 bar eingestellt wird.
33. Verwendung der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 18 zur
Rückgewinnung von organischen Lösemitteln, chlorierten
und nicht-chlorierten Kohlenwasserstoffen und Aromaten,
insbesondere Benzin aus hochkonzentrierten Gasströmen.
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ID=25866406
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