DE60210490T2

DE60210490T2 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung eines gases durch adsorption, insbesondere zur reingung von atmosphärischer luft

Info

Publication number: DE60210490T2
Application number: DE60210490T
Authority: DE
Inventors: Marc Wagner; Norbert Niclout
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2001-10-09
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2022-10-10
Also published as: US6984258B2; JP4234598B2; US20060156922A1; DE60210490D1; EP1436067A1; FR2830463A1; ATE322329T1; US20040244594A1; EP1436067B1; CN1255204C; FR2830463B1; CN1564704A; JP2005504627A; WO2003031027A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln eines Gases durch Adsorption in einem Adsorber des Typs, der die Schritte aufweist, die in Folgendem bestehen:

(a) Komprimieren des zu behandelnden Gases,
(b) das zu behandelnde Gas, das aus dem Schritt (a) hervorgeht, durch einen Adsorber in Adsorptionsphase zirkulieren lassen, und
(c) einen Regenerationsfluidstrom durch den Adsorber in Regenerationsphase fließen lassen und
(c1) während eines ersten Teils der Regenerationsphase des Adsorbers in einem Wärmeaustauscher einen indirekten Wärmeaustausch zwischen dem zu behandelndem Gas, das aus dem Schritt (a) stammt, einerseits und dem Regenerationsfluidstrom andererseits so einrichten, dass das aus dem Schritt (a) stammende zu behandelnde Gas, das für den Schritt (b) bestimmt ist, abgekühlt wird und das für den Schritt (c) bestimmte Regenerationsfluid erwärmt wird,
(c2) während eines zweiten Teils der Regenerationsphase des Adsorbers das Regenerationsfluid in dem Adsorber durchgehen lassen, ohne es dem Wärmeaustausch des Schritts (c1) zu unterziehen, und
(d) eine Hilfskühlung des zu behandelnden Gases während des Schritts (c2) durchführen.

Ein Verfahren dieses Typs ist aus US-A-5 593 475 bekannt.
Die Erfindung gilt insbesondere für das Trennen von atmosphärischer Luft durch Destillation, wobei das Trennen einen Schritt des Komprimierens der Luft für einen späteren Kühlschritt dieser Luft aufweist, sowie einen Schritt des Reinigens von Wasser und Kohlenstoff der Luft durch Zirkulation in einem Adsorber, um das Bilden von Eis und/oder Trockeneis in dem Wärmeaustauscher zu vermeiden, der die Luft auf die kryogenen Destillationstemperaturen bringt.
Wenn das betrachtete Verfahren zum Behandeln eines Gases nicht gelegentlich ist, sondern im Gegenteil dazu bestimmt ist, wiederholt zu werden ja sogar ununterbrochen zu funktionieren, muss der Adsorber regelmäßig regeneriert werden.
Dazu ist es bekannt, ein Regenerationsgas zu verwenden, das man in dem Adsorber zirkulieren lässt. Man verwendet daher mindestens zwei Adsorber, die alternativ in Adsorptionsphase und in Regenerationsphase sind.
Bei der angestrebten Anwendung erzeugt das kryogene Destillieren ein Restgas, das trocken und des Kohlenstoffs entledigt ist und daher den Adsorber regenerieren kann.
Der mittlere verfügbare Durchfluss an Regenerationsfluid kann eingeschränkt werden. Man kann auch wünschen, den Verbrauch absichtlich einzuschränken.
Es ist daher bekannt, das Regenerationsvermögen des Regenerationsfluids zu verbessern, indem man es erwärmt, zum Beispiel durch elektrische Heizmittel oder mit Wasserdampf, bevor man es den Adsorber durchqueren lässt.
Diese Lösung ist jedoch insofern kostspielig, als sie Energie verbraucht.
Um die Menge an verbrauchter Energie und/oder verbrauchtem Regenerationsfluid zu verringern, schlägt EP-A-0 456 575 (3) für ein gleiches Ergebnis hinsichtlich der Quantität und der Qualität der Behandlung des zu behandelnden Gases ein Verfahren des oben genannten Typs vor, bei dem ein Wärmeaustausch zwischen dem verdichteten Gas und dem Regenerationsfluid des Adsorbers vorgesehen ist.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, dieses bekannte Verfahren zu perfektionieren, um es ihm zu erlauben, die Regeneration in zwei aufeinander folgenden Schritten durchzuführen, einer mit Regenerationsfluid, das erwärmt wird, ohne einen zusätzlichen Austauscher hinzuzufügen, der andere mit nicht erwärmtem Regenerationsfluid.
Dazu hat die Erfindung ein Verfahren zum Behandeln des oben genannten Typs zur Aufgabe, dadurch gekennzeichnet, dass: das Verfahren ferner einen Schritt aufweist, der darin besteht, zusätzlich das Regenerationsfluid, das aus dem Schritt (c1) stammt, mittels einer Zufuhr an Hilfswärme zu erwärmen, bevor man dieses Regenerationsfluid durch den Adsorber laufen lässt.
Gemäß weiteren Merkmalen dieses Verfahrens

– besteht der Hilfskühlschritt (d) darin, das zu behandelnde Gas durch eine Hilfskältequelle abzukühlen,
– besteht der Schritt (d) des Hilfsabkühlens darin, das zu behandelnde Gas durch mindestens einen Teil des Regenerationsfluidstroms, der den Adsorber durchquert hat, abzukühlen,
– führt man das Hilfsabkühlen in dem Wärmeaustauscher durch,
– führt man das Abkühlen außerhalb des Wärmeaustauschers durch,
– erhält man einen Durchfluss an zu behandelndem Gas und Regenerationsfluid in dem Wärmeaustauscher während des Hilfskühlschritts (d) aufrecht,
– umfasst das Verfahren ferner einen Schritt, der darin besteht, zusätzlich das zu behandelnde Gas, das aus dem Schritt (c1) stammt, abzukühlen, bevor man dieses zu behandelnde Gas durch den Adsorber laufen lässt,
– ist das zu behandelnde Gas atmosphärische Luft, hat der Schritt (b) die Aufgabe, die zu behandelnde Luft, die aus dem Schritt (a) stammt, von Wasser und Kohlenstoff zu reinigen, wobei das Verfahren einen zusätzlichen Schritt aufweist, der darin besteht, durch Destillation die Luft abzuscheiden, die aus dem Schritt (b) stammt, um mindestens einen ihrer' Bestandteile sowie ein Restgas zu erzeugen, und wobei das Restgas das Regenerationsfluid bildet.

Die Erfindung hat auch eine Vorrichtung zum Behandeln eines Gases durch Adsorption des Typs zur Aufgabe, der Folgendes aufweist:

– einen Verdichter des zu behandelnden Gases, dessen Förderseite angepasst ist, um mit dem Eingang mindestens eines Adsorbers im Laufe einer Adsorptionsphase dieses Letzteren zu verbinden,
– Mittel, um ein Regenerationsfluid in dem Adsorber im Laufe einer Regenerationsphase dieses zirkulieren zu lassen, und
– Mittel zum Erwärmen des Regenerationsfluids, das in den Regenerationsadsorber eintritt,

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Die Erfindung wird besser bei der Lektüre der folgenden Beschreibung verstanden, die allein beispielhaft er folgt und sich auf die anliegenden Zeichnungen bezieht, auf welchen:
1 schematisch eine Vorrichtung ähnlich der darstellt, die in EP-A-0 456 575, oben erwähnt, 3, beschrieben ist,
2 schematisch eine noch unveröffentlichte Variante dieser Vorrichtung darstellt,
3 schematisch eine Trennanlage von Luft auf kryogenem Weg darstellt, die die Vorrichtung der 1 enthält, und
4 bis 6 schematisch drei Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellen.
Die Vorrichtung 1, die in 1 veranschaulicht ist, umfasst einen Verdichter 2, einen Wärmeaustauscher 3 und eine Adsorptionseinheit 4. Eine erste Kanalisation 5 bildet einen Kreislauf für das Zirkulieren des zu behandelnden Gases, der den Verdichter 2, den Wärmeaustauscher 3 und die Adsorptionseinheit 4 verbindet. Sie ist so eingerichtet, dass das zu behandelnde Gas, das von dem Verdichter 2 angesaugt wird, von diesem umgewälzt wird und dann den Wärmeaustauscher 3 und die Adsorptionseinheit 4 durchquert.
Eine zweite Kanalisation 6, die dazu bestimmt ist, ein Regenerationsfluid zu transportieren, verbindet den Wärmeaustauscher 3 und die Adsorptionseinheit 4. Sie ist so eingerichtet, dass das Regenerationsfluid zuerst den Wärmeaustauscher 3, dann die Adsorptionseinheit 4 durchquert.
Die Adsorptionseinheit 4 umfasst erste und zweite identische Adsorber 7 und 8 sowie eine Vorrichtung zum Umschalten, nicht dargestellt, die in einer ersten Position den ersten Adsorber 7, der dabei in Adsorption funktioniert, mit der ersten Kanalisation 5 einerseits, und den zweiten Adsorber 8 mit der zweiten Kanalisation 6 andererseits verbindet, wobei dieser zweite Adsorber 8 von dem Regenerationsfluid, das ihn durchqueret, regeneriert wird. In einer zweiten Position der Umschaltvorrichtung werden diese zwei Adsorber 7 und 8 umgetauscht, wobei der erste 7 in Regeneration ist, während sich der zweite 8 in einem aktiven Adsorptionszustand befindet.
Natürlich kann die Adsorptionseinheit 4 mehr als zwei Adsorber aufweisen. Sie kann auch nur einen einzigen aufweisen, wobei die Vorrichtung 1 zum Behandeln eines Gases durch Adsorption mit mindestens einem Puffervolumen versehen ist, um ihr das ununterbrochene Funktionieren zu erlauben.
In 1 ist die Adsorptionseinheit 4 veranschaulicht, während die Umschaltvorrichtung in ihrer ersten Position steht.
Vorteilhafterweise ist der Austauscher 3, wie man in 1 sehen kann, ein Austauscher des Typs mit Gegenströmung.
Ferner ist dieser Wärmeaustauscher 3, der dazu bestimmt ist, zwei Gase indirekt in Wärmeaustauschbeziehung zu bringen, nützlicherweise des Typs mit gelöteten Platten.
Das Regenerationsfluid zirkuliert im Inneren der zweiten Kanalisation 6, so dass es zuerst den Wärmeaustauscher 3 und dann die Adsorptionseinheit 4 durchquert.
Die Vorrichtung 1 zum Behandeln eines Gases durch Adsorption, die oben beschrieben wurde, ist zum ununterbrochenen Funktionieren bestimmt.
Das zu behandelnde Gas tritt in die Vorrichtung 1 über den Einlass 9 des zu behandelnden Gases ein, der der Ansaugung des Verdichters 2 entspricht. Es wird dann von diesem Verdichter 2 verdichtet und erfährt daher eine Temperaturerhöhung. Seine Temperatur ist daher höher als die des Regenerationsfluids, das durch den Einlass 10 für Regenerationsfluid in die Behandlungsvorrichtung 1 eintritt.
Das zu behandelnde Gas und das Regenerationsfluid treten jeweils getrennt in den Wärmeaustauscher 3 ein, bei dessen Durchqueren sie indirekt mit Gegenströmung in Wärmeaustausch gebracht werden, so dass das Regenerationsfluid erwärmt und das zu behandelnde Gas gleichzeitig abgekühlt wird.
Am Ausgang des Wärmeaustauschers 3 laufen das zu behandelnde Gas und das Regenerationsfluid jeweils getrennt durch zwei getrennte Eingänge in die Adsorptionseinheit 4. Im Inneren der Adsorptionseinheit 4 durchqueren das zu behandelnde Gas und das Regenerationsfluid jeweils den einen und den anderen der zwei Adsorber 7 und 8 gemäß der Position der Umschaltvorrichtung. Der von dem zu behandelnden Gas durchquerte Adsorber ist aktiv und funktioniert in Adsorption, so dass mindestens ein bestimmtes Element, das in dem zu behandelnden Gas vorhanden ist, adsorbiert wird. Gleichzeitig wird der von dem Regenerationsfluid durchquerte Adsorber in Gegenstrom in Bezug zur Zirkulationsrichtung des zu behandelnden Gases in Adsorptionsphase regeneriert.
Bei einem späteren Schritt werden die zwei Adsorber 7 und 8 von der Umschaltvorrichtung umgeschaltet, so dass der Adsorber, der in Adsorption war, regeneriert wird, während der, der in Regeneration war, aktiv wird und mindestens einen bestimmten Bestandteil des zu behandelnden Gases, das ihn durchquert, adsorbiert.
Der Gebrauch von mindestens zwei Adsorbern erlaubt daher ein ununterbrochenes Funktionieren wie bekannt.
Das behandelte Gas tritt, nachdem es einen der zwei Adsorber durchquert hat, aus der Bearbeitungsvorrichtung 1 über einen Ausgang 11 des behandelten Gases aus, wo es im verdichteten und durch Adsorption gereinigten Zustand verfügbar ist.
Das Regenerationsgas seinerseits entweicht in 12 aus der Behandlungsvorrichtung 1.
Die Behandlungsvorrichtung 1' eines Gases, die in 2 veranschaulicht ist, weist im Wesentlichen die gleichen Elemente wie die in 1, die oben besprochen wurde, dargestellte auf.
Nur der Wärmeaustauscher 3 wurde durch einen Wärmeaustauscher 3' mit Dreifachzirkulation, der unten besprochen wird, ersetzt. Die gleichen Bezugszeichen werden für gemeinsame Elemente der zwei Ausführungsvarianten der Erfindung beibehalten, wobei diese gemeinsamen Elemente in den beiden Fällen gleich zueinander angeordnet sind.
Die Vorrichtung umfasst ferner Mittel 13 zum zusätzlichen Erwärmen des Regenerationsfluids.
In der Tat kann sich das Erwärmen des Regenerationsfluids durch Wärmeaustausch mit dem zu behandelnden Gas als für die komplette Regeneration eines Adsorbers während des gesamten Adsorptions-Regenerationszyklus unzureichend erweisen. Eine erste Lösung kann darin bestehen, den Durchfluss des Regenerationsfluids zu erhöhen. Alternativ oder zusätzlich zu dieser ersten Lösung kann vorgesehen werden, die Regenerationskapazität des Regenerationsfluids zu steigern, indem die zusätzlichen Heizmittel 13 verwendet werden.
Der Wärmeaustauscher 3' mit Dreifachzirkulation nimmt den Platz des Wärmeaustauschers 3 ein.
Die Mittel 13 zum zusätzlichen Erwärmen umfassen eine Hilfswärmequelle 14, zum Beispiel elektrisch, die durch einen Kreislauf 15 mit dem warmen Teil des Wärmeaustauschers 3' verbunden ist. Der Kreislauf 15 bildet eine geschlossene Schleife für das Zirkulieren eines Kühlmittels zwischen der Hilfswärmequelle 14 und dem Wärmeaustauscher 3'.
Nicht dargestellte Mittel setzen das Kühlmittel im Inneren des Kreislaufs 15 in Bewegung. Vorteilhafterweise ist wie dargestellt die Zirkulation des Kühlmittels im Inneren des Wärmeaustauschers 3' in die Richtung entgegengesetzt zu dem Strömen des Regenerationsfluids für ein Funktionieren des Wärmeaustauschers mit Gegenströmung ausgerichtet.
Die Konfiguration des Wärmeaustauschers mit Dreifachzirkulation 3', die in 2 veranschaulicht ist, ist so, dass das Regenerationsfluid zuerst durch Wärmeaustausch in Gegenströmung nur mit dem zu behandelnden Gas in dem kalten Teil 103' des Wärmeaustauschers erwärmt wird, dann in einer zweiten Periode durch Wärmeaustausch in Gegenströmung nur mit dem Kühlmittel in dem warmen Teil 203' des Wärmeaustauschers erwärmt wird.
Diese Variante gibt das Funktionieren der Bearbeitungsvorrichtung 1 der 1 wieder, das jedoch einen zusätzlichen Schritt aufweist, bei dem das Regenerationsfluid, nachdem es durch Wärmeaustausch mit dem zu behandelnden Gas erwärmt wurde, wieder einem Wärmeaustausch mit den zusätzlichen Heizmitteln 13 unterzogen wird, um seine Temperatur noch zu erhöhen und daher seine Regenerationsfähigkeit zu steigern. Mit diesem Ziel übertragen die Heizmittel 14 eine gewisse Wärmemenge an das Kühlmittel, das seinerseits diese Wärmemenge dem Regenerationsfluid auf der Ebene des Wärmeaustauschers mit Dreifachzirkulation 3' weitergibt.
Als Variante können die Heizmittel 14 direkt auf der zweiten Kanalisation 6 angeordnet sein, die das Regenerationsfluid transportiert, wobei der Wärmeaustauscher mit Dreifachzirkulation 3' daher zu einem einfachen Wärmeaustauscher 3 des Typs der 1 wird.
Ferner können bei der einen oder der anderen der zwei Varianten, die oben beschrieben wurden, zusätzliche Kühlmittel des zu behandelnden Gases vorgesehen werden, die vorteilhafterweise zwischen dem Wärmeaustauscher 3 oder 3' und der Adsorptionseinheit 4 angeordnet werden, wie gestrichpunktet in 3A und 3A' in den 1 und 2 angezeigt. Der so erzielte zusätzliche Kühlschritt des zu behandelnden Gases begünstigt die Adsorptionserscheinung.
3 stellt schematisch eine Lufttrennanlage auf kryogenem Weg zum Erzeugen insbesondere von Sauerstoff dar. Sie umfasst, kopfseitig angeordnet, die Bearbeitungsvorrichtung 1 der 1, die an das angeschlossen ist, was man gewöhnlich Cold Box 16 nennt.
Die Cold Box 16 weist eine Wärmeaustauschleitung 17 mit Gegenströmung und eine doppelte Destillationssäule 18 auf. Die Doppelsäule 18 weist einen Einlass 19 zur Zufuhr von Luft ihrer Mitteldrucksäule und einen Ausgang 20 zur Produktion von gasförmigem Sauerstoff sowie einen Ausgang 21 für das Restgas (unreiner Stickstoff) auf, die auf ihrer Niederdrucksäule vorgesehen sind. Der Einlass 19 und die Ausgänge 20 und 21 sind jeweils mittels Kanalisationen 22, 23 und 23A an den Luftausgang 24, an den Sauerstoffeingang 25 und an den Restgaseingang 26 des kalten Endes des Wärmeaustauschers 17 angeschlossen. Die weiteren Teile der Cold Box 16 sind als solche bekannt und wurden nicht dargestellt.
Der Einlass 9 der Behandlungsvorrichtung 1 ist mit einem Einlass für atmosphärische Luft verbunden. Der Ausgang 11 dieser Vorrichtung 1, auf dem man ver dichtete, trockene und des Kohlenstoffs entledigte Luft zurückgewinnt, ist mit dem der Eingänge des Wärmeaustauschers 17 an dessen warmem Ende, das mit dem Ausgang 24 kommuniziert, verbunden.
Das Restgas, das in 23 aus der Doppelsäule 18 austritt, hat wie bekannt einen leichten Überdruck, was es ihm erlaubt, eine gewisse Anzahl von Elementen zu durchqueren, in welchen sein Druck bis zu seinem endgültigen Ableiten in die Umgebung sinkt. Am Wärmeaustauscherausgang 17 weist das Restgas 19 die Qualitäten eines Regenerationsgases insofern auf, als es trocken, des Kohlenstoffs entledigt und dekomprimiert ist. Ferner ist der Wärmeaustauscherausgang 17, durch den das Restgas austritt, mit dem Eingang 10 für das Regenerationsgas der Behandlungsvorrichtung 1 verbunden, wobei das Restgas als Regenerationsfluid verwendet wird. Zu bemerken ist, dass das Restgas auf dieser Ebene eine kleinere Temperatur hat als die der Luft, die den Verdichter 2 verlässt. Daher wird es bei seinem Durchqueren des Wärmeaustauschers 3 erwärmt, was seine Regenerationskapazität steigert.
Das Funktionieren der Bearbeitungsvorrichtung 1 ist ansonsten unverändert.
Die Zirkulation der Fluide im Inneren der Trennanlage für Luft auf kryogenem Weg, die oben beschrieben wurde, wird durch den Antriebsdruck bewirkt, der von dem Verdichter 2 erzeugt wird.
Zuerst bemerkt man, dass, wenn man den Adsorber auf dem Verlauf des zu behandelnden Gases nach dem Verdichter anordnet, die Adsorptionserscheinung aufgrund des Verdichtens dieses zu behandelnden Gases begünstigt wird. Der Temperaturanstieg dieses zu behandelnden Gases aufgrund dieses Verdichtens hätte jedoch seinerseits das Verringern der Adsorptionseffizienz zur Folge.
Das Einführen eines Wärmeaustauschers 3, der einerseits das Ziel hat, die Temperatur des Regenerationsfluids zu steigern, und andererseits die Temperatur des zu behandelnden Gases zu verringern, erlaubt es besonders wirtschaftlich, einen doppelten Gewinn an der Effizienz des Adsorptions- und Regenerationszyklus zu verwirklichen. Das Steigern der Temperatur des Regenerationsfluids begünstigt nämlich das Regenerieren des Adsorbers, und die Effizienz der Adsorption wird aufgrund des Abkühlens des zu behandelnden Gases während seines Durchquerens des Wärmeaustauschers 3 verbessert.
Als Variante kann der Wärmeaustauscher 3 oder 3' gekreuzte Strömungen haben, was eine bessere Optimierung der Rohrleitungen und/oder der Lastverluste und/oder der Ableitung der Kondensate erlauben kann.
4 stellt eine erfindungsgemäße Behandlungsvorrichtung dar, die sich von der in 2 in zwei Aspekten unterscheidet.
Einerseits ist der kalte Teil 103' mit einem Hilfskühlkreislauf 27 versehen, der selbst von einer äußeren Kältequelle 28 gekühlt wird. In diesem Kreislauf zirkuliert das Kühlmittel im Gegenstrom zu dem zu behandelnden Gas.
Andererseits ist die Leitung 10 vor ihrem Eintritt in das kalte Ende des Wärmeaustauschers 3' mit einem Ventil 29 und von diesem stromaufwärts mit einer Abzweigung 30 versehen, die zur oberen Öffnung des einen oder anderen der Adsorber 7 und 8, der mit einem Ventil 31 ausgestattet ist, führt.
Wenn der Adsorber in Regeneration (hier der Adsorber 8) von dem warmen Regenerationsfluid durchlaufen werden muss, wird das Ventil 31 geschlossen, das Ventil 29 geöffnet, der Kühlkreislauf 27 ist nicht in Betrieb, und der Heizkreislauf 13 ist in Betrieb. Die Funktionsweise ist daher gleich wie die weiter oben für 2 beschriebene.
Wenn der Adsorber 8 in einer späteren Phase der Regeneration von kaltem Regenerationsmittel durchlaufen werden muss, kehrt man die Ventile 29 und 31 um, so dass das Regenerationsfluid direkt über die Leitung 30 in den Adsorber läuft.
Gleichzeitig wird der Heizkreislauf gestoppt, und der Kühlkreislauf 27 wird in Betrieb genommen. Es ist daher dieser Letztere, der das Kühlen der verdichteten Luft, die den Wärmeaustauscher 3' durchquert, sicherstellt.
Derart variiert das Wärmesystem des Wärmeaustauschers 3' wenig, was Wärmeermüdungserscheinungen verringert, insbesondere wenn es sich um einen Austauscher des Typs mit gelöteten Aluminiumplatten handelt.
Die Variante der 5 unterscheidet sich von der vorhergehenden durch das Weglassen des Kühlkreislaufs 27 sowie durch das Installieren der Kältequelle 28 auf einer Abzweigung 32 der Leitung 5, die stromaufwärts beginnt und stromabwärts von dem Wärmeaustauscher 3' mündet. Diese Abzweigung ist mit einem Ventil 33 versehen, und ein weiteres Ventil 34 wird auf der Leitung 5 zwischen dem kalten Teil des Wärmeaustauschers 3' und der Mündung der Abzweigung 32 hinzugefügt. Ferner wird eine Leitung 35 von der Leitung 6 abgezweigt. Zwei Ventile 36 und 37, die jeweils auf den Leitungen 35 und 6 vorgesehen sind, erlauben es, das Regenerationsfluid, das aus dem Wärmeaustauscher 3' stammt, entweder zu dem Adsorber in Regeneration oder zur Ableitung zu lenken.
Es ist daher kaltes Regenerationsfluid, das den Adsorber 8 in Regeneration durchfließt, wobei das Ventil 34 geschlossen ist, während das Regenerationsfluidventil 33 offen ist, so dass die Luft von der Kälte quelle 28 gekühlt wird. Um den gleichen Vorteil der Verringerung der Wärmeermüdung des Wärmeaustauschers wie in dem Fall der 4 zu erzielen, hält man durch den Wärmeaustauscher 3' während der Regeneration des Adsorbers 8 durch kaltes Regenerationsfluid einen schwachen Durchsatz an zu behandelndem Gas und Regenerationsfluid aufrecht, wobei dieses Letztere über die Leitung 35 durch Betätigen der Ventile 36 und 37 abgeleitet wird.
Die Variante der 6 unterscheidet sich von der vorhergehenden einerseits durch das Weglassen der Elemente 28, 32, 33 und 34, und andererseits durch das Hinzufügen einer Leitung 38, die die Leitung 12 am kalten Ende des Kühlfluiddurchgangs des Wärmeaustauschers 3' verbindet. Diese Leitung 38 ist mit einem Ventil 39 versehen, und ein weiteres Ventil 40 ist in der Leitung 12 stromabwärts der Leitung 35 vorgesehen.
Bei dieser Variante schließt man das Ventil 40 und öffnet man das Ventil 39, wenn kaltes Regenerationsfluid den Adsorber 8 in Regeneration durchquert, so dass das Regenerationsfluid, das aus dem Adsorber austritt, den Wärmeaustauscher 3 durchquert. Dieser Durchfluss dient wie zuvor zum Kühlen des verdichteten zu behandelnden Gases, denn es wird über die Leitung 35 abgeleitet.
Ebenso wie in den Fällen der 4 und 5 verringert man die Wärmeermüdungserscheinungen des Wärmeaustauschers.
In den 4 bis 6 weist die Vorrichtung ferner Mittel 13 zum zusätzlichen Erwärmen des Regenerationsfluids auf.
Das Erwärmen des Regenerationsfluids durch Wärmeaustausch mit dem zu behandelnden Gas erweist sich nämlich als für die komplette Regeneration eines Adsorbers im Laufe des gesamten Adsorptions-Regenerationszyklus unzureichend. Eine erste Lösung kann darin bestehen, den Durchfluss des Regenerationsfluids zu erhöhen. Alternativ oder zusätzlich zu dieser ersten Lösung ist vorgesehen, die Regenerationskapazität des Regenerationsfluids zu steigern, indem man die Mittel 13 zum zusätzlichen Erwärmen verwendet.
Der Wärmeaustauscher 3' mit Dreifachzirkulation tritt an die Stelle des Wärmeaustauschers 3 der 1.
Die Mittel zum zusätzlichen Erwärmen 13 umfassen eine Hilfswärmequelle 14, zum Beispiel eine elektrische, die durch einen Kreislauf 15 mit dem warmen Teil des Wärmeaustauschers 3' verbunden ist. Der Kreislauf 15 bildet eine geschlossene Schleife für die Zirkulation eines Kühlmittels zwischen der Hilfswärmequelle 14 und dem Wärmeaustauscher 3'.
Nicht dargestellte Mittel setzen das Kühlmittel im Inneren des Kreislaufs 15 in Bewegung. Vorteilhafterweise und wie dargestellt, ist die Zirkulation des Kühlmittels im Inneren des Wärmeaustauschers 3' in die entgegengesetzte Richtung zu dem Strömen des Regenerationsfluids für ein Funktionieren des Wärmeaustauschers mit Gegenströmung ausgerichtet.
Die Konfiguration des Wärmeaustauschers mit Dreifachzirkulation 3', die in den 4 bis 6 veranschaulicht ist, ist derart, dass das Regenerationsfluid zuerst durch Wärmeaustausch in Gegenströmung nur mit dem zu behandelnden Gas in dem kalten Teil 103' des Wärmeaustauschers erwärmt wird, und dann von Wärmeaustausch mit Gegenströmung allein mit dem Kühlmittel in dem warmen Teil 203' des Wärmeaustauschers erwärmt wird.

Claims

Verfahren zum Behandeln eines Gases durch Adsorption in einem Adsorber (7, 8) des Typs, der die Schritte aufweist, die darin bestehen: (a) das zu behandelnde Gas zu verdichten, (b) das zu behandelnde Gas, das aus dem Schritt (a) hervorgeht, durch einen Adsorber (7, 8) in Adsorptionsphase zirkulieren zu lassen, und (c) einen Regenerationsfluidstrom durch den Adsorber (7, 8) in Regenerationsphase fließen zu lassen, (c1) während eines ersten Teils der Regenerationsphase des Adsorbers in einem Wärmeaustauscher (3, 3') einen indirekten Wärmeaustausch zwischen dem zu behandelnden Gas, das aus dem Schritt (a) stammt einerseits, und dem Regenerationsfluidstrom andererseits so einzurichten, dass das aus dem Schritt (a) stammende zu behandelnde Gas, das für den Schritt (b) bestimmt ist, abgekühlt wird und das für den Schritt (c) bestimmte Regenerationsfluid erwärmt wird, (c2) während eines zweiten Teils der Regenerationsphase des Adsorbers das Regenerationsfluid in dem Adsorber (7, 8) durchgehen zu lassen, ohne es dem Wärmeaustausch des Schritts (c1) zu unterziehen, und (d) eine Hilfskühlung des zu behandelnden Gases während des Schritts (c2) durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner einen Schritt aufweist, der darin besteht, das Regenerationsfluid, das aus dem Schritt (c1) stammt, mittels einer Zufuhr von Hilfswärme zu erwärmen, bevor man dieses Regenerationsfluid durch den Adsorber (7, 8) laufen lässt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (d) des Hilfskühlens darin besteht, das zu behandelnde Gas durch eine Hilfskältequelle (28) abzukühlen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (d) des Hilfskühlens darin besteht, das zu behandelnde Gas durch mindestens einen Teil des Regenerationsfluidstroms, der den Adsorber durchquert, abzukühlen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man das Hilfsabkühlen in dem Wärmeaustauscher (3') durchführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man das Kühlen außerhalb des Wärmeaustauschers (3') durchführt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Durchfluss des zu behandelnden Gases und des Regenerationsfluids in dem Wärmeaustauscher (3') während des Schritts (d) des Hilfskühlens aufrechterhält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner einen Schritt aufweist, der darin besteht, das zu behandelnde Gas, das aus dem Schritt (c1) hervorgeht, zusätzlich abzukühlen, bevor man dieses zu behandelnde Gas durch den Adsorber (7, 8) laufen lässt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zu behandelnde Gas atmosphärische Luft ist, und dass der Schritt (b) die Aufgabe hat, die zu behandelnde Luft, die aus dem Schritt (a) hervorgeht, von Wasser und Kohlendioxid zu reinigen, und dass das Verfahren einen zusätzlichen Schritt aufweist, der darin besteht, durch Destillation die aus dem Schritt (b) hervorgehende Luft abzuscheiden, um mindestens einen ihrer Bestandteile sowie ein Restgas zu erzeugen, und dass das Restgas das Regenerationsfluid bildet.
Gerät zur Behandlung eines Gases durch Adsorption, des Typs, der Folgendes aufweist: – einen Verdichter (2) des zu behandelnden Gases, dessen Förderseite an den Eingang mindestens eines Adsorbers (7, 8) im Laufe einer Adsorptionsphase dieses angeschlossen werden kann, – Mittel, um ein Regenerationsfluid in dem Adsorber (7, 8) im Laufe einer Regenerationsphase dieses zirkulieren zu lassen, und – Mittel zum Erwärmen des Regenerationsfluids, das bei der Regeneration in den Adsorber (7, 8) eintritt, wobei die Mittel zum Erwärmen einen Wärmeaustauscher (3, 3') aufweisen, der das Regenerationsfluid mit dem Gas, das aus dem Verdichter (2) hervorgeht, indirekt in Wärmeaustauschbeziehung bringen kann, und wobei das Gerät ferner Abzweigmittel (30) aufweist, um das Regenerationsfluid in den Adsorber (7, 8) in Regeneration zu leiten, ohne über den Wärmeaustauscher (3') zu laufen, und Hilfskühlmittel (28; 38), um das zu behandelnde Gas abzukühlen, wenn die Abzweigmittel (30) aktiviert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erwärmen ferner eine Hilfswärmequelle (14) aufweisen, die ein zusätzliches Erwärmen des Regenerationsfluids durchführen kann.
Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfskühlmittel eine Hilfskältequelle (28) für mindestens den kalten Teil des Wärmeaustauschers (3') aufweisen.
Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfskühlmittel eine Abzweigung (32) des Kreislaufs (5) des zu behandelnden Gases aufweisen, die auf die Klemmen des Wärmeaustauschers (3') montiert ist, versehen mit einer Hilfskältequelle (28).
Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfskühlmittel eine Leitung (38) zum Rückführen des Regenerationsfluids innerhalb des Wärmetauschers (3'), das den Adsorber (7, 8) in Regeneration durchquert hat, aufweisen.
Gerät nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfswärmequelle (14) mindestens den warmen Teil des Wärmeaustauschers (3') zusätzlich erwärmen kann.
Gerät nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner zusätzliche Kühlmittel (3A; 3A') des zu behandelnden Gases aufweist, die zwischen dem Wärmeaustauscher (3; 3') und dem Adsorber (7, 8) angeordnet sind.
Gerät nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Einheit, die von dem Verdichter (2) zu dem Adsorber (7, 8) führt, am Kopf einer Luftabscheideanlage durch Destillieren befindet, um mindestens einen der Bestandteile der Luft zu erzeugen, und dass der Adsorber (7, 8) dazu bestimmt ist, die zu behandelnde Luft von Wasser und Kohlendioxid zu reinigen, und dass das Regenerationsfluid aus einem Restgas besteht, das von dieser Abscheideanlage erzeugt wird.