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Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von Dämpfen und Gasen mittels
ruhender Adsorptionsmittel Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung von
Dämpfen und Gasen mittels ruhender Adsorptionsmittel. Bei den bisher zu diesem Zweck
in Gebrauch befindlichen Verfahren arbeitet man in der Weise, daß die Dämpfe oder
Gase durch die in den Adsorptionsbehältern ruhenden Mittel hindurchgeführt werden,
wobei sich die Adsorptionsmittel mit den abzuscheidenden Bestandteilen beladen.
Die mit den abgeschiedenen Stoffen beladenen Adsorptionsmittel werden sodann durch
Austreiben mit Wasserdampf wieder von ihnen befreit. Die Entfernung dieser Bestandteile
erfolgt anschließend an die Beladung der Adsorptionsmittel in dem gleichen Behälter.
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Es fallen nun in der Praxis häufig solche Gase und Dämpfe an, die
neben leicht austreibbaren Stoffen, wie z. B. Benzol, Benzin u. dgl., auch solche
Stoffe enthalten können, die, wie z. B. Schwefel, Naphthalin und andere hochsiedende
oder anders geartete Stoffe, nur schwer unter Einhaltung normaler Ausdämpfbedingungen
zu entfernen sind.
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Bei der Behandlung solcher. Gase oder Dämpfe durch ruhende Adsorptionsmittel
ergibt sich der Nachteil, daß infolge der auf der Kohle verbleibenden schwer entfernbaren
Stoffe in kurzer Zeit eine Verminderung der nutzbaren Beladungsfähigkeit der Kohle
eintritt. Will man diese Stoffe ebenfalls aus den Adsorptionsmitteln entfernen,
entweder durch Erhöhung der Ausdämpftemperatur und Verlängerung der Ausdämpfperiode
oder auf eine andere geeignete Weise, so muß man eine Wiedergewinnung der leicht
entfernbaren aufgeladenen Stoffe im unreinen Zustande oder lang dauernde Ausdämpfperioden
oder andere Nachteile in Kauf nehmen. Es sind demnach -mit der bisherigen Arbeitsweise
wirtschaftlich ungünstig sich auswirkende Nachteile verbunden.
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Nach der Erfindung wird die bisherige Arbeitsweise so abgeändert,
daß man die Austreibung im Adsorptionsbehälter selbst nur teilweise und nur in bezug
auf die von den Adsorptionsmitteln aufgenommenen, leichter austreibbaren Bestandteile
vornimmt. Die Austreibung im Adsorptionsbehälter selbst erfolgt also unter Einhaltung
der normalen
Austreibebedingungen unter bewußter Vernachlässigung
der auf den Adsorptionsmitteln ebenfalls. befindlichen schwerer austreibbaren Stoffe
Nach erfolgter normaler Abdämpfung werden die Adsorptionsmittel aus dem Adsorptionsraum
herausgenommen, und in einer anderen Vorrichtung wird die-Endbehandlung durchgeführt.
Diese kann z. B. bei höherer Temperatur, z. B. bei 5000 C, oder durch geeignete
Extraktion erfolgen.
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In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, die Herausnahme der Adsorptionsmittel
aus dem Adsorber und Weiterbehandlung in einem anderen Behälter erst nach mehreren
Beladungs- und Austreibeperioden vorzunehmen. Dies z. B. in solchen Fällen, in denen
der Gehalt der zu behandelnden Dämpfe oder Gase an hochsiedenden 0. dgl. Stoffen
nicht so sehr hoch ist, so daß es zweckmäßig ist, sie durch mehrfache Beladung mit
anschließender Austreibung der leichter austreibbaren Stoffe anzureichern.
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Die Arbeitsweise nach der Erfindung besitzt wesentliche Vorteile.
Ein Vorteil liegt z. B. darin, daß man in der Lage ist, die leicht siedenden oder
anders gearteten schwer austreibbaren Stoffe getrennt für sich zu gewinnen. Ein
weiterer Vorteil liegt darin, daß der Adsorptionsraum in verhältnismäßig kurzen
Zeitabständen wieder zur Verfügung steht. Weiterhin wird durch die neue Arbeitsweise
eine Schädigung der Kohle verhindert.
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Trotzdem ist die Ausnutzbarkeit der Kohle weitergehend als bisher,
da sie im steten Kreislauf immer wieder voll aufnahmefähig für die Beladung in den
Prozeß zurückkehrt.
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Nachfolgende Vergleichsbeispiele mögen dem besseren Verständnis der
Erfindung dienen.
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Beispiel I 100 000 cbm Braunkohlenschwelgas mit 25 g pro Kubikmeter
Benzin und 15,2 g pro Kubikmeter Schwefelwasserstoff werden in üblicher Weise in
einer Adsorptionsanlage unter Hindurchleiten durch Kohle zum Zwecke der Abscheidung
des Benzins behandelt. Für die Adsorption des Benzins ist bei einer Io°10igen Zusatzbeladung
der Kohle eine Kohlenmenge von 24 t erforderlich. -Mit dem Benzin wird von der Kohle
auch der Schwefelwasserstoff adsorbiert und bei Anwesenheit von Sauerstoff im Gas
zu Schwefel umgesetzt. Außer mit dem im Gas vorhandenen Benzin wird somit die Kohle
noch mit 7,5 Olo Schwefel beladen. Dämpft man nun nach der üblichen Methode mit
Wasserdampf aus, so werden hierdurch 2,5 t Benzin gewonnen, während der Schwefel
im wesent- -lichen auf der Kohle verbleibt und sich bei mehrmaliger Beladung und
Ausdämpfung allmählich so stark anreichert, daß die Kohle kein Benzin mehr aufnimmt
und unbrauchbar wird. Nur bei der ersten Beladung ist die Kohle voll aufnahmefähig.
Ihre Aufnahmefähigkeit vermindert sich mit der Anzahl der Beladungen.
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Im Gegensatz zu dieser üblichen Arbeitsweise wird nach dem Verfahren
der Erfindung die Kohle nach der Beladung mit Wasserdampf zur Gewinnung des Benzins
ausgedämpft, sodann aus dem Adsorptionsbehälter entnommen und in einem besonderen
Behälter einer Extraktion unter Rück,aewinnung des Schwefels unterworfen, während
der Adsorptionsbehälter mit einer neuen Kohlefüllung für die Beladung wieder zur
Verfügung steht. Es wird also bei dem Verfahren nach der Erfindung jede Beladung
mit voll aufnahmefähiger Kohle ausgeführt. Sodann werden aaßer dem Benzin noch I,43
t Schwefel gesondert für sich gewonnen. Nach der Extraktion des Schwefels kehrt
die Kohle wieder für die Beladung in die Adsorptionsbehälter zurück.
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Beispiel 2 I000 cbm Leuchtgas mit 30 g pro Kubikmeter Benzol und
0,5 g pro Kubikmeter Naphthalin werden zum Zweck der Abscheidung des Benzols mit
Kohle behandelt. Bei einer to°10igen Zusatzbeladung der Kohle sind hierzu 300 kg
Kohle erforderlich. Neben dem Benzol wird von der Kohle noch das Naphthalin aufgenommen,
bei einmaliger Beladung also 0,5 kg Naphthalin. Das Benzol wird durch Aus dämpfen
wieder zurückgewonnen. Das Naphthalin wird jedoch bei der gewöhnlichen Aus dämpfung
nur zum geringen Teil mit dem Benzol ausgetrieben und verbleibt zum größten Teil
in der Kohle.
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Die Folge hiervon ist, daß nach etwa 100 Ansdämpfungen mit einer Beladung
der Kohle mit etwa 50 kg Naphthalin gerechnet werden muß, was aber mit einem Unwirksamwerden
der Kohle gleichbedeutend ist.
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Verfährt man nach der Erfindung so, daß man nach einer geringen Zahl
von Beladungen und Ausdämpfungen die Kohle in einem Behälter zur Entfernung des
Naphthalins behandelt, so würde man nach z. B. 20 Ausdämpfungen 10 kg Naphthalin
aus der Kohle gewinnen können und im übrigen die Kohle wieder aufnahmefähig machen.
Nach 20maliger Beladung und Ausdämpfung geht die Aufnahmefähigkeit der Kohle von
10 °jo auf 7 O/o zurück.
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Auch in diesem Falle wird durch Sonderbehandlung der Kohle dann,
wenn eine gewisse Beladung der Kohle mit Naphthalin eingetreten ist, der Adsorptionsbehälter
entleert und mit voll aufnahmefähiger regenerierter
Kohle wieder
gefüllt. Die Vorteile hierbei sind die gleichen wie die im Anschluß an das vorhergehende
Beispiel geschilderten.
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Eine wesentliche Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des vorstehend
beschriebenen Verfahrens wird noch erzielt durch die Verwendung besonders gestalteter
Adsorptionsbehälter, und zwar ist es für die Ausführung des Verfahrens zweckmäßig,
die erste Stufe, bestehend aus Adsorption und Austreibung und gegebenenfalls Teilregeneration
in Behältern auszuführen, deren Füll- und Austragsöffnungen im Querschnitt so groß
und z. B. durch leicht lösbare Verschlüsse so gestaltet sind, daß eine schnelle
Entleerung und Füllung der Adsorber möglich ist.
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Die bisherigen Behälter hatten zum Füllen und Entleeren gewöhnliche
Mannlöcher. Diese waren umständlich zu öffnen oder so an der Seite angeordnet, daß
eine vollkommene Entleerung nur in umständlichen Verfahren gescheren konnte. Verwendet
man aber große bzw. leicht und schnell zu öffnendeVerschlüsse (z. B. Morton-Verschlüsse
oder Flügelschrauben) oder mehrere, auch kleinere Füll-und Entleerungsöffnungen
oder zur Entleerung eine oder mehrere Öffnungen am (waagerecllten oder schrägen)
Boden, so vollzieht sich der Austausch des Inhalts günstiger.
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Wie wichtig eine solche Gestaltung der Adsorptionsbehälter ist, geht
aus nachfolgender Zusammenstellung hervor.
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20 Ausdämpfungen und Beladungen entsprechen etwa 5 Betriebstagen
für eine A-Isohlenanlage. Erfolgt die Entleerung mit den bisher üblichen Adsorbern,
so ist eine Unterbrechung von etwa 2 Tagen notwendig, um den Adsorber wieder verwendungsfähig
zu machen, d. h. man müßte eine Reserve von 7Adsorbern für 5 Adsorber haben, oder
wenn für eine Anlage 10 Adsorber im Bebetrieb nötig sind, wären 14 Stück wegen der
langen Dauer der Auswechslung der Kohle nötig. Verwendet man jedoch Adsorber in
der in der Beschreibung gekennzeichneten Art, so kann man die Entleerung und Füllung
in einem halben Betriebstage vornehmen. Es wären dann nur 4 Reserveadsorber nötig,
d.h. statt 10 Stück im ganzen II Stück.
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Die Anlagekosten sind natürlich durch die Ersparnis von 3 Adsorbern
in diesem Falle wesentlich niedriger.
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Es sind eine Anzahl Vorrichtungen durchgebildet worden, welche die
Einhaltung der Bedingungen des Verfahrens gestatten und deren wesentlichste Formen
nachstehend als Beispiele beschrieben werden.
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Als einfachster Typ kommt ein Behälter in Betracht, welcher in runder
oder eckiger Form stehend angeordnet ist (Abb. I) ; dasAdsorptionsgut lagert über
der FilterschichtF.
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Die seitlichen großen Öffnungen werden durch Klappen=4, 2'verschlossen.
Letztere geben nach oben hochgezoven, seitlich weggeklappt, seitlich verschoben
oder bei der runden Form entsprechend durch Seitwärtsdrehung die Öffnungen frei.
Die Füllung erfolgt durch den großen Einlauf E. Nach Beendigung der Füllung, welche
unter gewissen Bedingungen in einem Arbeitsgang mit dem Abschütten des Materials
durchgeführt werden kann, wird das Material im Behälter oben glattgestrichen.
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Die nächste Ausführungsform besitzt gleichfalls einen stehenden Behälter.
Der Unterschied gegenüber der ersten Form besteht darin, daß das Gas zwar ebenfalls
das Adsorptionsmittel von unten nach oben oder umgekehrt durchstreicht (Abb. 2),
daß das Ausschütten aber durch Niederklappen des den Behälter nach unten abschließenden
Filterbodens stattfindet, so daß die Kohle, schräg über diesen rutschend, seitlich
abgezogen wird. Die Nachfüllung erfolgt wiederum durch große Öffnungen E im Deckel.
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Eine weitere stehende Anordnung zeigt Abb. 3. Hierbei ist der Filterboden
mit einer Anzahl Löcher versehen; diese werden durch Stopfen oder Deckel verschlossen,
die z. B. auf einem gemeinsamen Rost sitzen können.
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Sie werden durch geeignete Vorrichtungen nach oben und somit in oder
gegen die Löcher gedrückt und zwecks Entleerung des Behälters in eine tiefere Stellung
gebracht oder seitlich verschoben (oder beides zusammen). so daß das Adsorptionsgut
durch die Löcher nach unten herausstürzt.
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Die Anordnung des Behälters kann auch waagerecht erfolgen. Ein Beispiel
solcher Ausführungsform zeigt Abb. 4, wo ein läng licher, viereckiger Behälter dargestellt
ist.
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Das Gas durchstreicht das Adsorptionsgut in im wesentlichen senkrechter
Richtung. Das Entleeren des Behälters erfolgt durch türartiges Aufklappen des Filterbodens,
wobei die aufgeklappte Bodentür die Rutschneigung für das auslaufende Gut bilden
kann. Die Zeichnung zeigt eine besondere Form in Gestalt zweier auseinanderklappbarer
Filterflügel. Unter Umständen läßt sich das Adsorptionsgut durch Querwände in Teile
trennen, welche nacheinander ausgewechselt werden können. Die Querwände können auch
richtunggebend oder trennend für das Gas sein. In letzterem Falle lassen sich bei
Einbau geeigneter Umführungen oder durch Entfernen bzw. Einsetzen von Teilen der
Trennwände Parallelschaltung oder Hintereinanderschaltung der Teile oder Umkehrung
der Strömungsrichtung erreichen, wobei z. B. bessere Ausnützung der sonst ungünstig
beladenen
Teile oder einstellbare fraktionierte Beladung möglich
ist. Die Übertragung dieses Prinzips auch auf die anderen Ausführungsformen ist
von Fall zu Fall- durch entsprechende Anordnung leicht tnöglich.
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Die Kennzeichnung einer weiteren Anordnung (Abb.G) wird dadurch gegeben,
daß eine vordere und eine hintere FilterwandF, B' senkrecht oder ungefähr senkrecht
angeordnet sind, wobei der Gasstrom den Adsorberraum waagerecht durchstreicht. Der
Austausch des Adsorptionsgutes erfolgt in ähnlicher Weise wie bei Anordnung 4 durch
Öffnen von Klappen oder Türen bzw. Deckel des Behälters.
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Eine liegende drehbare Anordnung erläutert Abb. 7. Durch waagerecht
gelegte Filterschichten, F als Filter, F' als Filterdeckel, strömt z. B. Gas durch
das Adsorptionsmittel.
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Die Füll- bzw. Austragöffnungen sind seitlich an der Längswand des
Behälters angeordnet, so daß sie bei dessen Drehung um seine Längsachse nach unten
bzw. nach oben zu liegen kommen und die verfahrensgemäße schnelle Auswechslung des
Adsorptionsgutes gestatten. -Abb. 8 charakterisiert eine ähnliche Anordnung. Auch
hier ruht das Adsorptionsgut in einem liegenden Zylinder, nur daß hierbei der Gasdurchtritt
waagerecht, parallel zur Längsachse des Zylinders, erfolgt. Eine Drehung des Zylinders
um die Längsachse während des Betriebes, z. B. einmal nach rechts und einmal nach
links, gestattet eine Umlagerung des Adsorptionsgutes, wodurch ein Ausgleich des
Filterwiderstandes und damit Erzielung gleichmäßiger Beladungshöhe der Kohle gewährleistet
ist. In vielen Fällen ist es erwünscht, sowohl bei der Beladung als auch bei der
Regeneration (z. B. der Ausdämpfung) dieselbe Strömungsrichtung, z. B. von oben
nach unten, zu wählen, während es anderseits günstig ist (z. B. mit Rücksicht auf
die verschiedenen Beladungshöhen der einzelnen Schichten des Adsorptionsmittels),
beide Prozesse wiederum in entgegengesetzter Richtung zu führen. Beiden Forderungen
wird man nun durch Verwendung einer Vorrichtung ähnlich Abb. 7 gerecht. Es ist ersichtlich,
daß durch Drehung eines solchen Behälters bzw. seines Inhalts, z. B. um I800, die
Richtung beim Ausdämpfen, auf die Kohle bezogen, entgegengesetzt der Strömungsrichtung
beim Adsorbieren gemacht wird, daß aber trotzdem beide Prozesse die Strömungsrichtung
von oben nach unten (um bei obigem Beispiel zu bleiben) beibehalten.
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Die Ausführung (Abb. 5) stellt eine andere Form dar. Füllung und
Auslauf geschieht bei den VerschlüssenE und A, die, wie gezeichnet, senkrecht oder
aber auch waagerecht bzw. schräg sein können. Das Gut lagert beim Betrieb zwischen
einer schrägen unteren und schrägen oberen Filterwand F bzw.', durch die das Gas
strömt.
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Die für evtl. indirekte Beheizung vorzusehenden Heizsysteme, welche
in den Zeichnungen der vorbeschriebenen Ausführungsformen nur angedeutet sind, können
je nach den besonderen Verhältnissen die verschiedensten Formen erhalten. Desgleichen
können statt der Filterwände auch jalousieartige Wände gewählt werden, der Behälterinhalt
sinngemäß in mehrere Schichten unterteilt sein oder die Eigentümlichkeiten der vorbeschriebenen
Konstruktionsformen kombiniert werden.
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Es ist ferner erwünscht, die Vollkommenheit der Entleerung bzw. Gleichmäßigkeit
der Füllung durch Durchblasen von Luft oder Gas während dieser Arbeit zu verbessern.
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Hierbei tritt starke Staubentwicklung auf, ferner kann das Zufließen
des Füllgutes durch den Gasdruck verhindert werden. Diese Übelstände werden in bekannter
Weise vermieden, indem man die an die Füll- und Entleerungsöffnungen anzuschließenden
Falle und Entleerungsvorrichtungen, welche beweglich oder fest an oder in den Adsorbern
angebracht sein können, als Schleusen ausbildet, oder indem man die Öffnungen während
des Durchblasens mit festen, z. B. Blech-, oder beweglichen, z. B. Gummituchhauben
u. dgl. abschließt, die noch so angeordnet sein können, daß die Regelung oder Verteilung
der einzufüllenden oder abzuziehenden Menge bei geschlossener Schleuse bzw. abgedeckter
Haube erfolgen kann.
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PATENTANSPRECHE : I. Verfahren zur Trennung von Dämpfen und Gasen
mittels ruhender Adsorptionsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß die Austreibung
der Dämpfe oder Gase wie auch die Regeneration des Adsorptionsmittels nur zum Teil
im Adsorptionsraum erfolgt und in getrenntem Arbeitsprozeß beendet wird.