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Vorrichtung zur Ausnutzung der Wärme von Abgasen aus Adsorptionsprozessen
Bei Adsorptionsanlagen zur Gewinnung bzw.
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Wiedergewinnung organischer Gase oder Dämpfe bzw. vergaster Stoffe,
die mit großoberflächigen Körpern, wie z. B. Aktivkohle, Silicagel u. dgl., betrieben
werden, findet die Entbindung der adsorbierten Stoffe aus dem Adsorptionsmittel
durch Erwärmung und Spülung mit Wasserdampf und anderen Medien statt. Zur sich daran
anschließenden Wiederbelebung der Adsorptionsmittel nimmt man außerdem noch eine
Trocknung und Kühlung derselben vor, wobei Gase zur Durchführung der Wärme bzw.
zum Abführen derselben Verwendung finden.
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Die bei den Adsorptionsprozessen, insbesonderebei derWasserdampfspülung,
anfallenden Gase bzw. Dämpfe enthalten eine beträchtliche Menge fühlbarer Wärme,
deren Wiederverwertung in der sonst bei heißen Industrieabgasen üblichen Weise auf
Schwierigkeiten stößt, da sie zwar einen ziemlichen Wärmeinhalt besitzen, aber mit
verhältnismäßig geringen und sehr schwankenden Temperaturen anfallen. Auch erfolgt
ihr Anfall periodisch. Sie bieten somit weder eine Gewähr für einen gleichmäßigen
Wärmeanfall noch eine Gewähr dafür, daß die Wärme, die sie abzugeben imstande sind,
genügt, um an anderer Stelle nutzbar wieder verwendet zu werden. Die Folge ist dann
auch, daß man bisher noch keinen geeigneten Weg gefunden hat, die fühlbare Wärme
der Abgase von Adsorptionsanlagen nutzbar zu verwerten.
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Die Erfindung gewährleistet die Wiederverwendung derWärme derAbgase
aus Adsorptionsprozessen in ebenso einfacher wie wirksamer Weise. Die Erfindung
besteht darin, daß an den Gasaustritts- bzw. -eintrittsseiten im Adsorberinnern
an sich bekannte wärmespeichernde Stoffe dem Adsorptionsmittel so vor- bzw. nachgeschaltet
sind, daß die Gase oder Dämpfe bei ihrem Eintritt bzw. vor ihrem Verlassen des Adsorbers
durch sie hindurchstreichen müssen.
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Die Erfindung erhöht die Wirtschaftlichkeit von Adsorptionsprozessen
insofern, als sie auf einfachste Weise dazu führt, daß der Wärmeinhalt der Dämpfe
bzw. Gase des einen Arbeitsganges dem nachfolgenden Arbeitsgange zugute gebracht
wird. Als Beispiel möge der Teil des Adsorptionsprozesses dienen, der die Spül-
und Trocknungsperiode umfaßt. Die Spüldämpfe werden in Richtung z. B. von oben nach
unten und die Trockengase von unten nach oben durch den Adsorber geführt, in dem
an der Spüldampfaustrittsseite gemäß Erfindung eine oder mehrere Schichten wärmespeichernder
Stoffe, z. B. eine oder mehrere Schichten Steine, angeordnet sind.
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Da die Steine zunächst kälter sind als die anfangs mit nur séhr tiefer
Temperatur abstreichenden Dämpfe, so wird auch die zunächst mit niederer Temperatur
anfallende Wärme ausgenutzt. Mit der Dauer des Spülvorganges nehmen die wärmespeichernden
Schichten immer mehr Wärme auf, und die Temperatur erhöht sich, bis Temperaturgleichgewicht
zwischen
dem Spüldampf und den wärmespeichernden Stoffen besteht. Nach Beendigung der Spülperiode
werden in entgegengesetzter Richtung wie die Spüldämpfe Trockengase, z. B. Luft,
durch den Adsorber geführt.
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Während diese Gase bisher durch besondereVorrichtungen erhitzt wurden,
kann diese besondere Erhitzung bei Verwendung eines Adsorbers gemäß Erfindung fortfallen.
Die Trockengase, z. B. Luft, können kalt zur Anwendung kommen.
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Sie erhitzen sich in der heißen wärmespeichernden Schicht unter Aufnahme
der an diese abgegebenen Spülgaswärme und treten sodann, ihre Aufgabe erfüllend,
in das feuchte Adsorptionsmittel ein.
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Je nach der Menge und dem Wärmeinhalt des verwendeten Spüldampfes
und je nach der Beschaffenheit und der Menge der wärmespeichernden Stoffe sind die
zu erzielenden Wirkungen mehr oder weniger günstig.
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Zweckmäßig ist es, die wärmespeichernden Stoffe in Form von Einzelelementen
mit Zwischenraum zwischen den Elementen anzuordnen.
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In diesem Fall kann kein Wärmeaustausch zwischen den einzelnen Elementen
eintreten, sondern jeweils nur eine so große Menge der vorhandenen wärmespeichernden
Stoffe ausgenutzt werden, als dem Wärmeinhalt und der Temperatur der anfallenden
Gase entspricht. Dieses kann gerade bei Adsorptionsprozessen mit ihren schwankenden
Temperaturverhältnissen von Bedeutung werden. Da man keinen Wärmeabfluß in kältere
Zonen zu fürchten hat, können auch geringere Wärmemengen nutzbar gespeichert werden.
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Die zu verwendenden Speicherstoffe sind an sich bekannt. Es können
flüssige Mittel, wie z. B. Wasser, oder feste Stoffe, wie z. B. Metall, Steine usw.,
zur Wärmespeicherung dienen.
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Unter Umständen können noch Anordnungen getroffen sein, die eine
zusätzliche Erhitzung oder auch eine Kühlung der Gase oder Dämpfe gestatten, um
auf diese Weise das Medium auf eine höhere oder tiefere Temperatur zu bringen, als
es mit Hilfe der aufgespeicherten Wärme allein möglich ist.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung durch die Abb. I bis 3 beispielsweise
dargestellt.
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In allen Abbildungen ist I ein Adsorber, in dessen unterem Teil wärmespeichernde
Stoffe 2 angeordnet sind. Mit 3 ist das Adsorptionsmittel bezeichnet. 4 ist die
Eintrittsstelle und 5 die Austrittsstelle für die Spülgase. Der Trockengaseintritt
befindet sich bei 6, der Abzug bei 7.
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8 stellt eine Vorrichtung zum Auffangen etwa kondensierter Bestandteile
dar. Im Falle der Ausführungsform der Abb. I besteht die wärmespeichernde Schicht
2 aus lose aufgeschütteten Stoffen, z. B. Gestein.
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Abb. 2 stellt eine Ausführungsform dar, bei der die wärmespeichernden
Mittel in Einzelelemente unterteilt sind. Außerdem zeigt diese Ausführungsform als
Beispiel eiueZusatzbeheizung 9, die oberhalb der wärmespeichernden Schicht angebracht
ist.
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Abb. 3 schließlich zeigt eine Ausführungsform, bei der Flüssigkeit,
z. B. Wasser, als Speicherstoff verwendet wird. Auch hier ist der Speicherstoff,
in diesem Falle Flüssigkeit, in einzelne Speicherelemente unterteilt und eine zusätzliche
Beheizung vorgesehen. Die Zusatzbeheizung 10 ist im Falle der Abb. 3 elektrisch.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Speicherstoffe bzw. -elemente eine glatte
unporöse Oberfläche besitzen. Es kann dies wesentlich sein bei Nutzbarmachung der
Spülgaswärme der Wasserdampfspülung. Ist die Oberfläche der wärmespeichernden Stoffe
glatt bzw. die wärmespeichernde Schicht von geringer Porosität, so wird verhindert,
daß die Speicherschicht zu große Mengen Feuchtigkeit aufnimmt. Es ist dies von Bedeutung
für den nachfolgenden Trockenprozeß, da zugroßeFeuchtigkeitsmengen beim Durchblasen
der zu erwärmenden Trockengase infolge der Verdunstung unter Umständen einen so
starken Temperattlrabfall zur Folge haben, daß nur eine wirtschaftlich ungenügende
Menge nutzbarer Wärme verbleibt.
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Ein Arbeitsbeispiel mit einem gemäß Erfindung mit wärmespeichernder
Schicht versehenen Adsorber sei nachfolgend gegeben: Ein Adsorber, welcher I000
kg Kohle enthält, die mit 250 kg Benzol beladen sind, wird zwecks Austreibung des
Benzols mit 600 kg Spüldampf gespült. Aus dem Adsorber treten bei einer Temperatur,
welche rasch von 8o auf 95", dann auf annähernd 1000 ansteigt, 480 kg Wasserdampf
mit 250 kg Benzoldampf aus. Der Rest von 120 kg Wasserdampf verbleibt zunächst in
der Kohle.
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In dem austreibenden Dampfgemisch sind etwa 280 000 WE enthalten,
welche bei Temperaturen über 80" nutzbar sind. Der Adsorber ist mit einer als Wärmespeicher
dienenden Vorrichtung ausgerüstet, welche 8 000 kg feste Speichermasse von einer
durchschnittlichen spezifischen Wärme von o,3I enthält. Diese Masse ist vom vorausgegangenen
Prozeß zum großen Teil auf 20 bis 40° abgekühlt, nur ein kleiner Teil hat eine höhere
Temperatur. Beim Durchleiten des Benzolwasserdampfgemisches erwärmt sich die Speichermasse
auf über 900.
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Die Erwärmung geht anfangs rasch, später langsam vor sich, wobei die
hohe Temperatur zonenweise nach dem Austritt des Benzolwasserdampfgemisches fortschreitet.
Ein großer Teil des Benzolwasserdampfgemisches wird hierbei kondensiert und abgeleitet.
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Nach Beendigung der Spülung und nachdem das Kondensat von der Speichermasse
abgetropft ist, wird in entgegengesetzter Richtung Luft durch das Aggregat durchgeblasen.
Zur
Verdampfung der in der Kohle verbleibenden I20 kg Wasser sind
einschl. des Wärmeaufwandes zur Lösung der adsorptiven Verbindung etwa 84000 WE
notwendig. Ein Teil davon wird aus der bei der Abkühlung der Kohle selbst frei werdenden
Wärme gedeckt, der größere Teil wird durch die in der Wärmespeichervorrichtung erwärmte
Luft zugeführt, welche dann an Wasserdampf angereichert, jedoch teilweise abgekühlt,
austritt.
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Bis zur genügenden Trocknung werden 6 800 cbm Luft von etwa 80" benötigt,
welche die erforderlichen 6o 000 WE an die Kohle abgeben. Die übrige in der Luft
enthaltene Wärme verläßt den Adsorber mit Temperaturen zwischen 30 und 70" und kann,
falls erwünscht, für weitere Zwecke des Prozesses verwendet werden. Die 8 000 kg
Speichermasse hatten ungefähr 140 000 WE aufgenommen und geben nutzbar an die Luft
nach Abzug der Verluste I26 000 WE wieder ab, wodurch sie sich gleichzeitig wieder
abkühlen. Da ein Wärmeaustausch innerhalb der Wärmespeichermassen selbst vermieden
war, ist die Temperatur der den Speicher verlassenden Trocknunsluft stets hoch,
im Anfang 95" und am Ende 70 bis 80O.
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Durch die Wärmespeicherung nach der Erfindung ist ein großer Teil
der im Spüldampf enthaltenen und sonst verlorengehenden Wärme ausgenutzt, und die
für Lufterhitzung sonst praktisch erforderlich gewesenen I40 000 WE sind gespart.
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Die Erfindung kann nicht verglichen werden mit einem bekannten Vorschlag
zur Abscheidung der leicht kondensier- oder absorbierbaren von schwer kondensier-
oder absorbierbaren Anteilen heißer und komprimierter Gasgemische, der dahingeht,
die Wärme und Druckenergie der heißen und komprimierten Gasgemische in einer Arbeitsmaschine
in mechanische Energie umzuwandeln. Bei diesem Vorschlag handelt es sich nicht um
die Nutzbarmachung der fühlbaren Wärme von Abgasen aus Adsorptionsprozessen, die
mit nur verhältnismäßig niedriger Temperatur anfallen. Auch beinhaltet der Vorschlag
keinerlei Wärmespeicherung. Das gleiche gilt von einem anderen bekannten Vorschlag,
der darin besteht, die kondensierte Wärme der Spülgase' bei Adsorptionsprozessen
in einem Verdampfer zur Erzeugung eines Teils des Spüldampfes nutzbar zu machen.
Das Wesen der Erfindung liegt in der Kombination eines Adsorbers mit einer Schicht
von an sich zur Wärmespeicherung bekannten Stoffen, in einer Art, die die Nutzbarmachung
des Wärmeinhaltes der bei Adsorptionsprozessen in einem Teil des Prozesses anfallenden
Wärme für die darauffolgende Prozeßstufe gestattet. Die Erfindung löst ein beachtliches
Problem auf dem Adsorptionsgebiet, mit dessen Abgas man trotz ihres erheblichen
Wärmeinhaltes wegen ihrer verhältnismäßig geringen Temperatur nichts anzufangen
wußte.
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PATENTANSPRÜCBE: I. Vorrichtung zur Ausnutzung der Wärme von Abgasen
aus Adsorptionsprozessen, dadurch gekennzeichnet, daß an den Gasaustritts- bzw.
-eintrittsseiten im Adsorberinnern an sich bekannte wärmespeichernde Stoffe dem
Adsorptionsmittel so vor- bzw. nachgeschaltet sind, daß die Gase oder Dämpfe bei
ihrem Eintritt bzw. vor ihrem Verlassen des Adsorbers durch sie hindurchstreichen
müssen.