DE3939518A1 - Adsorber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Adsorber zur Reinigung von Gasen mittels Adsorption, der rotationssymmetrisch um eine vertikal verlaufende Mittelachse aufgebaut ist, bestehend aus einem Mantel mit Zu- und Abführeinrichtungen für Gas an Scheitel und Fuß, in dessen Innerem sich wenigstens ein Adsorberbett ringförmigen Querschnitts befindet, welches mit rieselfähigem Adsorptionsmittel gefüllt ist und durch einen inneren und einen äußeren Siebkorb, sowie an seiner Unterseite durch einen, beide Körbe miteinander verbindenden, gasundurchlässigen Boden, gehalten wird.

Adsorber mit rotationssymmetrisch um die Mittelachse liegendem Adsorberbett sind hinlänglich bekannt. So ist in der AT-PS 19 595 ein dort allgemein als Reaktor bezeichneter Adsorber beschrieben, der wenigstens zwei mit radialem Abstand von der vertikalen Mittelachse befindliche Adsorberbetten besitzt, die durch Siebkörbe voneinander getrennt sind und von ihnen gestützt werden. Diese Siebkörbe sind dabei an jedem Ende starr miteinander verbunden. Am unteren Ende bildet diese Verbindung ein gemeinsamer gasundurchlässiger Boden, und ihr oberes Ende ist am Adsorbermantel fixiert. Das Besondere dieser Konstruktion liegt in der Formgebung der die Siebkörbe bildenden Gitter selbst. Diese sind derart mit gasdurchlässigen Öffnungen versehen, das, je nach Orientierung des Gitters, radiale oder axiale Dehnungsfähigkeit besteht. Explizit wird darunter nicht die Wärmedehnungsfähigkeit des Gittermaterials verstanden, sondern auf diese Weise soll erreicht werden, daß die Gitter die Wärmeexpansion und Kontraktion des Adsorptionsmittels im arbeitsbedingten Temperaturzyklus auffangen, ohne daß eine etwaige Relativbewegung von Gittern untereinander zu unerwünschtem Abrieb führen würde. Gleichzeitig soll mit der bekannten Vorrichtung erreicht werden, daß das Adsorptionsmittel immer optimal eingespannt ist. Eine derartige Einspannung ist notwendig, um im Betrieb das Adsorptionsmittel bis über seine Wühlgrenze hinaus belasten zu können.

Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe eine Vorrichtung zu schaffen, die unter Beibehaltung der Vorteile des Standes der Technik eine wesentlich einfachere Lösung des Problems der Vermeidung von Abrieb bietet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß der äußere Siebkorb mit dem Adsorbermantel fest verbunden ist und der innere Korb vertikal beweglich gelagert ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird einer Monoschicht von Adsorptionsmittel im radial zu durchströmenden Adsorberbett der Vorzug gegenüber einer Mehrschicht­ anordnung gegeben. Daraus resultiert eine wesentlich einfachere Adsorberbauweise, da sich die Zahl der Siebkörbe auf zwei reduziert. Diese sind gemäß der Erfindung so angeordnet, daß der äußere Siebkorb das Gewicht von Adsorptionsmittelschüttung, gasundurchlässigem Boden und innerem Siebkorb mitträgt. Da der innere Siebkorb beweglich gelagert ist, führen Wärmebewegungen von äußerem Siebkorb und Adsorptionsmittel nicht zu einer Relativbewegung der Siebkörbe zueinander, wodurch auch kein unerwünschter Abrieb entsteht.

In Ausgestaltung der Erfindung ist der innere Siebkorb derart gestaltet, daß er einen geringeren Durchmesser hat als die Zuleitung im Scheitel des Adsorbermantels und er teilweise in die Zuleitung hineinragt und gleitend darin verschiebbar ist.

Mit dieser erfindungsgemäßen Anordnung des inneren Siebkorbes wird die bewegliche Lagerung auf einfache Weise erreicht. Die Dimensionierung des Siebkorbes ist dabei derart, daß sein in den oberen Zuleitungsstutzen hineinragendes Ende gleitend darin beweglich ist, vergleichbar zweier ineinander schiebbarer Hülsen mit beweglicher Passung. Auf diese Weise kann der innere Siebkorb jeder Bewegung von äußerem Siebkorb und Adsorptionsmittel folgen, die aus deren Wärmeexpansion und Wärmekontraktion resultieren.

In einer anderen erfindungsgemäßen Variante ist der innere Siebkorb über Dehnungswellen mit dem Adsorbermantel verbunden.

Dehnungswellen arbeiten nach dem Kompensatorprinzip und führen im Fall der Erfindung dazu, daß die Wärmebewegung der Körbe und des Adsorptionsmittels durch ihre Stauchung und Dehnung ausgeglichen wird.

Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung ist, daß die Dehnungswellen bei geeigneter Ausführung einen Federeffekt besitzen und bei einer Auslenkung in die eine oder andere Richtung, sowohl einerseits freiwerdende Kräfte kompensieren als auch die Rückkehr in den Grundzustand der Gesamtanordnung begünstigen. Außerdem lastet nicht mehr das Gewicht der Gesamtanordnung auf dem äußeren Siebkorb allein, vielmehr verteilt sich die Belastung auf beide Siebkörbe, da der innere Siebkorb in dieser Variante ebenfalls mit dem Adsorbermantel verbunden ist.

In beiden Varianten der beweglichen Lagerung des inneren Siebkorbes bleibt das Adsorptionsmittel wie in der bekannten Anordnung in radialer Richtung eingespannt. Die erfindungsgemäße Lagerung des inneren Siebkorbes verhindert auch weiterhin eine Relativbewegung der Siebkörbe und des Adsorptionsmittels zueinander und somit unerwünschten Abrieb.

Im weiteren wird vorgeschlagen, die oberen Enden des inneren wie des äußeren Siebkorbes gasundurchlässig zu gestalten, wobei die Höhe der im gasundurchlässigen Teil befindlichen Adsorptionsmittelschicht größer ist als ihre Dicke.

Durch diese besondere Maßnahme werden Leckgasströme vermieden, die zu einer Verunreinigung des Produktes führen könnten. Da die Höhe der, zwischen den gasundurchlässigen Siebkorbabschnitten, eingeschlossenen Adsorptionsmittelschicht vorteilhaft größer gestaltet ist als deren radiale Dicke, wird die sich im Betrieb ausbildende radiale Gasströmung nicht aufgrund günstigeren Strömungswiderstandes in einen adsorptionsmittelfreien Bereich ausweichen.

Bevorzugt sind die Dehnungswellen des inneren Siebkorbes in dessen gasundurchlässigen oberen Ende angeordnet. Die Ausbildung der Dehnungswellen im gasundurchlässigen Teil erhöht deren Stabilität und verbessert sowohl die Trage-, wie ihre Federeigenschaften.

Weiterhin können zur Vermeidung von Abrieb Dämpfungs­ materialien in das Adsorptionsbett-Siebkorb-System integriert werden. Dazu wird, zur Vermeidung von temperaturbedingtem Adsorptionsmittelverschleiß, zwischen einer Siebkorbwand und dem Adsorptionsmittel ein gasdurchlässiges, komprimierbares Material angeordnet. Im einfachsten Fall handelt es sich dabei um eine Matte aus Glasfaservlies, doch es können darüber hinaus auch andere gasdurchlässige komprimierbare Stoffe, wie beispielsweise poröse Schäume bzw. daraus hergestellte Matten, verwendet werden. Bevorzugt werden diese Matten zwischen innerem Siebkorb und dem Adsorptionsmittel angeordnet und zwar indem sie den Siebkorb umschließend mit Haltebändern befestigt werden. In Anwendung auf den frei verschiebbaren inneren Siebkorb mit gasundurchlässigem oberen Ende ist die Matte etwas höher als der gasdurchlässige Teil des Siebkorbes gearbeitet. Im Falle der Anwendung von Siebkörben mit Dehnungswellen, richtet sich die Höhe der Matte nach der Anordnungshöhe der Dehnungswellen, so daß diese von komprimierbarem Material bedeckt sind. Dadurch wird verhindert, daß Adsorptionsmittelpartikel in die Zwischenräume eindringen können und auf diese Weise einerseits die Dehnungseigenschaften negativ beeinflussen können und andererseits die Gefahr ihrer Zermahlung besteht.

Das Prinzip der Erfindung sei im folgenden anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben.

Fig. 2 stellt dabei eine Variante der Fig. 1 dar, worin für gleiche Teile wie in Fig. 1 dieselben Bezugszeichen verwendet werden.

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt einen Adsorber mit zylindrischem Adsorptionsmittelbett, wobei die beiden Varianten der Lagerung des inneren Siebkorbes in dieser Figur einander gegenübergestellt sind. Auf der linken Seite I ist die Lagerung des inneren Siebkorbes mittels Dehnungswellen dargestellt, während die rechte Seite II einen freibeweglichen inneren Siebkorb zeigt.

Das Adsorptionsmittelbett wird gebildet von einem äußeren Siebkorb c, der Adsorptionsmittelschüttung d, dem inneren Siebkorb g sowie dem gasundurchlässigen Boden a. Der äußere Siebkorb c ist mit dem Adsorbermantel starr verbunden und vorzugsweise am oberen Ende gasundurchlässig. Der innere Siebkorb g ist dagegen in axialer Richtung freibeweglich gelagert. Variante I, zeigt die Anordnung von Dehnungswellen h im oberen Abschnitt des inneren Siebkorbes. Auch sie sind vorzugsweise gasundurchlässig. In dieser Variante ist auch der innere Siebkorb g mit dem Adsorbermantel fest verbunden. Die freie Beweglichkeit entlang der Längsachse des Adsorbers ist hier allein durch die Dehnungswellen h gewährleistet, die nach dem Kompensatorprinzip arbeiten. Auf der rechten Seite der Fig. 1 ist Variante II dargestellt, bei der der innere Siebkorb g mit seinem oberen Teil j in den Stutzen am Adsorberscheitel hineinragt und darin verschiebbar ist. In dieser Ausführungsform hängt das Gesamtgewicht der Anordnung a, c, d und g am äußeren Siebkorb c. In der Figur ist zur besseren Kenntlichmachung der obere Teil j des inneren Siebkorbs mit wesentlich geringerem Durchmesser dargestellt als der Stutzen am Adsorber­ scheitel, in der realen Ausführung jedoch sollte der innere Siebkorb entweder an der Innenwand des Stutzens gleitend angeordnet sein, oder es sollte sich zwischen Zuführungsstutzen und innerem Siebkorb eine Gleitdichtung befinden. Auf diese Weise soll verhindert werden, daß Adsorptionsmittelpartikel in den Zwischenraum zwischen Stutzen und Siebkorb eindringen können und dort zerrieben werden oder die Beweglichkeit beeinträchtigen. Bei Variante II sollte vorzugsweise die Höhe y der Adsorptionsmittelschüttung, die zwischen den gasundurchlässigen oberen Teilen der Siebkörbe c und g liegt, größer sein als die Dicke x dieser Schicht, um Leckgasströme zu vermeiden. Weiterhin kann durch Dämpfung radialer Spannungen, hervorgerufen durch temperaturbedingte volumetrische Änderung des Adsorptionsmittels, zwischen dem Adsorptionsmittel d und dem inneren Siebkorb g, eine Matte e aus komprimierbarem Material angebracht sein, die von Bändern f gehalten wird.

Bei der Durchführung eines Verfahrens unter Verwendung des Adsorbers gemäß Fig. 1 wird ein feuchter Gasstrom von unten gegen den gewölbten Boden a geleitet. Dadurch kondensiert ein Großteil des Wassers, läuft zu den Außenseiten hin ab, wird in einer Auffangrinne am Plattenrand aufgefangen und kann über Ableitungsstutzen b abgezogen werden. Das stark entfeuchtete Gas durchströmt daraufhin im wesentlichen radial die Adsorptions­ mittelschicht d, welche in radialer Richtung zwischen äußerem und innerem Siebkorb c und g eingespannt ist. Über den oberen Stutzen wird das unerwünschten Komponenten verarmte Gas abgezogen. Die Beladung des Adsorptions­ mittels mit abzutrennenden Komponenten schreitet von außen nach innen fort und wird solange fortgesetzt, bis wesentliche Teile der Verunreinigung wieder aus der Schüttung austreten. Darauf folgt eine Regenerierung des Adsorptionsmittels durch Überleiten eines Spülgases in umgekehrter Richtung zur Adsorption, um adsorbierte Anteile aus der Schüttung zu entfernen. Bei einer adsorptiven Abtrennung von Wasser wird die Regenerierung zweckmäßig durch Überleiten eines erhitzten Spülgases durchgeführt.

In Fig. 2 ist ein weiterer erfindungsgemäßer Adsorber dargestellt, der sich von dem nach Fig. 1 durch Anordnung eines horizontalen Adsorptionsmittelbettes unterhalb des radial durchströmten unterscheidet. Der zu reinigende Gasstrom tritt, wie in Fig. 1, von unten her ein und wird durch ein horizontales Adsorberbett, bestehend aus den gasdurchlässigen Böden 1, einer Adsorptionsmittelschüttung k sowie wahlweise einer Matte m komprimierbaren Materials oberhalb der Schüttung geleitet. Dieses Adsorberbett dient der Entfeuchtung des Gasstromes, hat also die analoge Funktion des gewölbten Bodens a, mit seiner Sammelrinne und dem Abzug b in der Fig. 1.

Um auch hier das Adsorptionsmittel bis über die Wühlgrenze hinaus belasten zu können, ist es zwischen den Böden 1 eingespannt. Die bei Adsorption und Regeneration auftretenden Temperaturänderungen können aufgrund des starren Aufbaus zu einer Schädigung des Adsorptionsmittels führen, was durch Abdecken der Adsorptionsmittelschicht mit einer Matte m komprimierbaren Materials verhindert werden kann. Nachdem der Gasstrom im horizontalen Adsorberbett entfeuchtet wurde, strömt er in analoger Weise zu Figurenbeschreibung von 1 durch das oberhalb angeordnete radiale Adsorptionsmittelbett, wo er weiter von unerwünschten Komponenten befreit wird. Sind die Adsorptionsmittel beladen, erfolgt deren Regenerierung durch Überleiten von erhitztem Spülgas mittels Einlaß von oben.

Im Betrieb unterliegen die Siebkörbe von radial durchströmten Adsorbern Wärmespannungen infolge unterschiedlicher Temperaturen im Adsorptions- und Regeneriertakt, die zudem noch von Temperaturänderungen aufgrund der mit Ad- und Desorption verbundenen Wärmetönungen überlagert werden. Diese Temperaturfronten wandern, je nach Gasströmungsrichtung, radial von innen nach außen oder umgekehrt. Mit diesen Temperaturänderungen gehen auch Wärmeexpansion und -kontraktion des Adsorptionsmittels einher. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Adsorbers kann den negativen Auswirkungen dieser Effekte wirkungsvoll entgegengetreten werden.

Claims (4)

1. Adsorber zur Reinigung von Gasen mittels Adsorption, der rotationssymmetrisch um eine vertikal verlaufende Mittelachse aufgebaut ist, bestehend aus einem Mantel mit Zu- und Abführeinrichtungen für Gas an Scheitel und Fuß, in dessen Innerem sich wenigstens ein Adsorberbett ringförmigen Querschnitts befindet, welches mit rieselfähigem Adsorptionsmittel gefüllt ist und durch einen inneren und einen äußeren Siebkorb, sowie an seiner Unterseite durch einen, beide Körbe miteinander verbindenden, gasundurchlässigen Boden gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Siebkorb mit dem Adsorbermantel fest verbunden ist und der innere Korb vertikal beweglich gelagert ist.

2. Adsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Siebkorb einen geringeren Durchmesser hat als die Zuleitung im Scheitel des Adsorbermantels und er teilweise in die Zuleitung hineinragt und gleitend darin verschiebbar ist.

3. Adsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Siebkorb über Dehnungswellen mit dem Adsorbermantel verbunden ist.

4. Adsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Enden des inneren wie des äußeren Siebkorbes gasundurchlässig sind, wobei die Höhe der im gasundurchlässigen Teil befindlichen Adsorptionsmittelschicht größer ist als ihre Dicke.