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Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen eines Gasstromes, der
Wasserdampf und Kohlendioxid umfassende Unreinheiten aufweist.
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Sauerstoff und Stickstoff werden kommerziell hauptsächlich durch die
Rektifikation von Luft erzeugt. Es ist notwendig, Wasserdampf und
Kohlendioxid von der Luft oberstromig der Rektifikation zu entfernen. In
modernen Anlagen für die Trennung von Luft durch Rektifikation wird diese
Reinigung durch Adsorption erreicht. Ein eintretender Strom einer
komprimierten Luft wird durch eine erste Adsorptionsmittelschicht, die
vorzugsweise Wasserdampf adsorbiert, und eine zweite
Adsorptionsmittelschicht geleitet, die vorzugsweise Kohlendioxid adsorbiert. Typischerweise
wird, während ein Paar von derartigen Schichten dazu verwendet wird,
um eintretende Luft zu reinigen, ein anderes Paar regeneriert, so daß
ermöglicht wird, daß stets zumindest ein Paar an Schichten zur
Verwendung beim Reinigen der eintretenden Luft verfügbar ist.
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Für Lufttrennungsanlagen besteht die Forderung, stetig ansteigenden
Sauerstoffanforderungen zu begegnen. Infolgedessen werden die an den
vorbereitenden adsorbtiven Reinigungsschritt gerichteten Anforderungen
stetig größer.
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In der Praxis neigt man aus einer Anzahl von Gründen zu Begrenzungen
der Größe der Behälter, in denen die Adsorptionsmittelschichten enthalten
sein können. Demgemäß kann eine große Lufttrennungsanlage, die
typischerweise zumindest 1000 Tonnen pro Tag an Sauerstoff erzeugt,
verschiedene Adsorptionsbehälter erfordern. Es besteht daher eine Notwen
digkeit, Adsorptionsverfahren so zu verbessern, um zu ermöglichen, daß
die Produktivität des Adsorptionsprozesses pro Bettvolumeneinheit erhöht
wird.
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Bei einem herkömmlichen Adsorptionsprozeß zum Reinigen von Luft, bei
dem die Luft axial von dem Boden zu dem Kopf durch eine erste Schicht
aus Adsorptionsmittelpartikeln strömt, die vorzugsweise Wasserdampf
adsorbieren, und dann durch eine zweite Schicht aus
Adsorptionsmittelpartikeln strömt, die vorzugweise Kohlendioxid adsorbieren, fluidisieren
übermäßige Luftgeschwindigkeiten die Adsorptionsmittelschichten. Es
besteht somit eine Grenze für die Luftgeschwindigkeit und als ein Ergebnis
davon eine Grenze für die Rate, bei der Luft durch einen
Adsorptionsmittelbehälter einer gewählten Größe geleitet werden kann.
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Sobald die Adsorptionsmittelschichten vollständig mit adsorbierten
Unreinheiten beladen sind, wird eine Regeneration der Schichten
herkömmlicherweise durch einen gegenstromigen Durchfluß eines relativ heißen
Regenerationsgases durch die Betten durchgeführt. Da Kohlendioxid dazu
neigt, daß es weniger stark als Wasserdampf adsorbiert wird, werden
Unzulänglichkeiten in den Regenerationsschritt als ein Ergebnis davon
eingeführt, daß das Regenerationsgas die mit Wasserdampf beladene
Adsorptionsmittelschicht so lange nicht erreicht, bis es durch die mit
Kohlendioxid beladene Schicht verlaufen ist. Demgemäß besteht eine
Verschwendung von thermischer Regenerationsenergie und die
Gesamtregenerationszeit ist länger, als sie andernfalls sein könnte.
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In dem US-Patent 4 627 856 ist ein verbesserter Regenerationsschritt
offenbart. Bei dem in der US-A 4 627 856 beschriebenen Prozeß existiert ein
unteres Bett, das eine untere Schicht aus Aluminiumoxidgel und eine
obere Schicht aus Zeolith 13X-Molekularsieb umfaßt, und ein oberes Bett,
das einen Zeolith 13X-Molekularsieb umfaßt. Während der
Adsorptionsphase wird Wasserdampf in der unteren Schicht des unteren Bettes
adsorbiert. Eine Kohlendioxidadsorption wird in der oberen Schicht des
unteren Bettes begonnen und in dem oberen Bett beendet. Eine
Regeneration mittels eines heißen Gases wird dadurch bewirkt, daß dieses Gas
von dem Kopf zu dem Boden durch zuerst das obere Bett und dann durch
das untere Bett geleitet wird. Nach einer gewahlten Zeitperiode, wenn eine
Regeneration des oberen Bettes beendet worden ist, umgeht das
Regenerationsgas dieses Bett und verläuft direkt zu dem unteren Bett. Es wird eine
Verringerung der Regenerationszeit und Einsparungen an thermischer
Energie erreicht. Die US-A 4 627 856 ist jedoch nicht auf das Problem
gerichtet, die Adsorptionsphase des Reinigungsprozesses zu verbessern.
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Es wird auch Bezug auf die DE-A-3 413 861, insbesondere Seite 11, Zeile
6 und folgende und die Figuren genommen. Seite 11, Zeilen 6 - 14
veranschaulichen in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 eine Reinigung von Luft
durch Leiten des Luftstromes aufwärts durch ein Adsorptionsmittel, das
vorzugsweise Wasser adsorbiert (dies ist offensichtlich), und abwärts
durch ein Adsorptionsmittel, das CO&sub2; adsorbiert. Die Regeneration läuft
parallel ab (siehe Seite 11, Zeilen 12 - 14), wie es auch gemäß der Fig. 8
oder 9 gezeigt ist. Als ein Ergebnis davon ist die Gasströmung während
der Regenerationsphase durch die beiden Betten nicht gegenstromig.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Reinigen eines
Zufuhrgasstromes, der Wasserdampf und Kohlendioxid umfassende
Unreinheiten aufweist, gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
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Die Erfindung kann an einer Vorrichtung ausgeführt werden, die
nacheinander umfaßt: ein erstes Partikelbett, das ein erstes Adsorptionsmittel
umfaßt, das in der Lage ist, vorzugsweise Wasserdampf von dem
Zufuhrgasstrom zu adsorbieren, und ein zweites Partikelbett, das ein zweites
Adsorptionsmittel umfaßt, das in der Lage ist, vorzugsweise Kohlendioxid
von dem Zufuhrgasstrom zu adsorbieren; und ein Mittel, um zu bewirken,
daß der Zufuhrgasstrom aufwärts durch das erste Bett und abwärts
durch das zweite Bett strömt, um so zu ermöglichen, daß eine Adsorption
von Wasserdampf und Kohlendioxid stattfindet; und ein Mittel, um zu
bewirken, daß ein Regenerationsgas abwärts durch das erste Bett und
aufwärts durch das zweite Bett strömt, um so zu ermöglichen, daß vorher
adsorbierter Wasserdampf und vorher adsorbiertes Kohlendioxid desorbiert
wird.
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Vorzugsweise sind die ersten und zweiten Betten in dem gleichen Behälter
untergebracht. Wenn es erwünscht ist, kann ein Behälter mehr als ein
Paar an Betten unterbringen, wobei die Anordnung so gestaltet ist, daß,
während ein Paar an Betten regeneriert wird, das andere dazu verwendet
wird, Zufuhrgas zu reinigen. Die Betten können in dem Behälter vertikal
beabstandet sein und der Behälter weist deshalb eine vertikale
Längsachse auf, oder können alternativ dazu horizontal beabstandet sein und der
Behälter weist deshalb eine horizontale Längsachse auf.
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Das Zufuhrgas ist vorzugsweise Luft.
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Vorzugsweise weist das erste Bett eine Durchschnittspartikelgröße auf, die
größer als die des zweiten Bettes ist. Mit ansteigender Partikelgröße
können
höhere Gasgeschwindigkeiten durch das erste Bett toleriert werden.
Die Adsorptionsrate von Wasserdampf pro Volumeneinheit des ersten
Bettes steigt mit ansteigender Gasgeschwindigkeit bei konstanter
Durchschnittspartikelgröße an. Obwohl die Wasserdampf-Adsorptionskapazität
pro Volumeneinheit des ersten Bettes mit ansteigender Partikelgröße
abnimmt, ist dies kein besonders bemerkenswerter Effekt, wenn das erste
Adsorptionsmittel aktiviertes Aluminiumoxid umfaßt. (Alternativ dazu
kann das erste Adsorptionsmittel beispielsweise Siliziumoxid umfassen).
Vorzugsweise liegt die Durchschnittspartikelgröße des aktivierten
Aluminiumoxids im Bereich von 0,25-0,375 cm (0,10 bis 0,15 Inch).
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Vorzugsweise wird im wesenflichen kein Kohlendioxid in dem ersten Bett
adsorbiert. Obwohl aktiviertes Aluminiumoxid oder Siliziumoxid
Wasserdampf bevorzugt zu Kohlendioxid adsorbiert, ist jedes Adsorptionsmittel in
der Lage, Kohlendioxid zu adsorbieren, vorausgesetzt, daß ausreichend
Adsorptionsmittel verfügbar ist.
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Es ist wünschenswert, die Adsorption von Wasserdampf in dem ersten
Bett zu beenden.
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Durch die Anordnung, daß das Trägergas abwärts durch das zweite Bett
strömt, wird eine Fluidisierung dieses Bettes vermieden, sogar, wenn die
Durchschnittspartikelgröße in dem zweiten Bett derart ist, daß die
Gasgeschwindigkeit durch dieses ausreichen würde, um das zweite Bett zu
fluidisieren, bei dem die Strömungsrichtung aufwärts gerichtet ist. Es ist
deshalb vorteilhaft, eine relativ kleine Durchschnittspartikelgröße für das
zweite Bett zu wählen. Eine derartige kleine Durchschnittspartikelgröße
hilft auch, die Masse an zweitem Adsorptionsmittel niedrig zu halten, die
erforderlich ist, um eine gegebene Leistung zu erbringen. Die Wahl einer
kleinen Durchschnittspartikelgröße für das zweite Adsorptionsmittel
relativ zu dem ersten Adsorptionsmittel ist auch deshalb vorteilhaft, da der
Druckverlust durch die Betten kleiner ist, als er sein würde, wenn überall
ein Adsorptionsmittel der kleineren Durchschnittspartikelgröße verwendet
wird. Überdies ist es vorzuziehen, die im wesentlichen gleiche
Gasgeschwindigkeit durch das zweite Bett wie durch das erste Bett zu
verwenden. Eine relativ hohe Gasgeschwindigkeit ist vorteilhaft, da die
Adsorptionsrate von Kohlendioxid pro Volumeneinheit an zweitem Bett mit
ansteigender Gasgeschwindigkeit bei konstanter Durchschnittspartikelgröße
ansteigt. Vorzugsweise umfaßt das zweite Bett einen Zeolith
13X-Molekularsieb, dessen Durchschnittspartikelgröße vorzugsweise im Bereich von
0,125 - 0,1875 cm (0,050 bis 0.075 Inch) liegt.
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Da das zweite Adsorptionsmittel im Vergleich zu dem ersten
Adsorptionsmittel im wesentlichen relativ leicht zu regenerieren ist, besteht eine
Menge Möglichkeiten, eine Regenerationsgasgeschwindigkeit durch das zweite
Bett zu wählen, die ausreichend niedrig ist, um dessen Fluidisierung
während des Regenerationsschrittes zu vermeiden. Die Wahl einer relativ
kleinen Durchschnittspartikelgröße für das zweite Bett macht es möglich, das
Volumen des zweiten Bettes niedrig zu halten, das erforderlich ist, um
eine gegebene Adsorptionsleistung zu erbringen.
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Dadurch, daß das Zufuhrgas durch die ersten und zweiten Betten mit
relativ hoher Geschwindigkeit (im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren)
geleitet wird, ist es möglich, einen oder beide der folgenden Vorteile zu
erzielen: erstens kann im Vergleich mit einer herkömmlichen Anordnung
von Adsorptionsbetten die Querschnittsfläche der beiden Betten verringert
werden, wodurch eine Verringerung der Größe oder Anzahl von
verwendeten Behältern möglich gemacht wird; und zweitens, wird eine
Verringerung der Dauer des Adsorptionsschrittes ermöglicht.
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Vorzugsweise strömt nichts von dem Regenerationsgas, das durch das
zweite Bett verläuft, durch das erste Bett. Demgemäß werden
vorzugsweise getrennte Regenerationsgasströme verwendet, um die ersten und
zweiten Betten zu regenerieren, obwohl derartige getrennte Ströme von der
gleichen Regenerationsgasquelle entnommen werden können. Demgemäß
ist es im Vergleich zu einem herkömmlichen Prozeß möglich, die Dauer
des Regenerationsschrittes zu verringern, da das Gas, das dazu verwendet
wird, das erste Bett zu regenerieren, keine Wärme an einen oberstromigen
Ort zu dem ersten Bett abgibt. Als Folge kann die Anzahl an Zyklen, von
denen jeder einen Adsorptionsschritt und einen nachfolgenden
Regenerationsschritt umfaßt, der in einer Periode von beispielsweise 24 oder 48
Stunden ausgeführt werden kann, im Vergleich zu herkömmlichen
Prozessen, die Betten der gleichen Größe verwenden, erhöht werden.
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Typischerweise wird das Zufuhrgas bei einer Temperatur im Bereich von 5
bis 40º C und bei einem Druck im Bereich von 2 bis 20 bar gereinigt, und
das Regenerationsgas weist eine Temperatur im Bereich von 60 bis 250º C
auf. Der Regenerationsdruck kann der gleiche wie der Adsorptionsdruck
oder geringer als der Adsorptionsdruck sein.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung wird nun beispielhaft unter
Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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Fig. 1 ein schematisches Fließdiagramm ist, das die Adsorption von
Unreinheiten von Luft in einem zylindrischen
Adsorptionsbehälter veranschaulicht, der eine vertikale Achse aufweist und
zwei getrennte Adsorptionsmittelbetten enthält;
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Fig. 2 ein schematisches Fließdiagramm ist, das die Regeneration
der in Fig. 1 gezeigten Adsorptionsbetten veranschaulicht;
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Fig. 3 ein schematisches Fließdiagramm ist, das den Betrieb eines
zylindrischen Adsorptionsbehälters veranschaulicht, der eine
vertikale Achse aufweist und vier getrennte
Adsorptionsmittelbetten enthält;
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Fig. 4 ein schematisches Fließdiagramm ist, das den Betrieb eines
zylindrischen Adsorptionsmittelbehälters veranschaulicht, der
eine horizontale Achse aufweist und zwei getrennte
Adsorptionsmittelbetten enthält, um Unreinheiten von einem
Zufuhrluftstrom zu entfernen;
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Fig. 5 ein schematisches Fließdiagramm ist, das die Regeneration
der in Fig. 4 gezeigten Adsorptionsmittelbetten
veranschaulicht; und
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Fig. 6 ein schematisches Fließdiagramm ist, das den Betrieb eines
zylindrischen Adsorptionsmittelbehälters veranschaulicht, der
eine horizontale Achse aufweist und vier getrennte
Adsorptionsmittelbetten zum Reinigen von Luft enthält.
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In den Zeichnungen sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet.
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In Fig. 1 enthält ein im wesentlichen zylindrischer Adsorptionsbehälter 2
ein erstes unteres Bett 4 aus Partikeln 4 aus aktiviertem Aluminiumoxid,
und ein zweites oberes Bett 6 aus Partikeln aus Zeolith
13X-Molekularsieb. Das Bett 4 weist eine Durchschnittspartikelgröße von 0,3125 cm
(0,125 Inch) auf und das Bett 6 weist eine Durchschnittspartikelgröße von
0,1563 cm (0,0625 Inch) auf. Eine horizontale Abteilung 8 quer durch das
Innere der Behälter verhindert, daß Gas von dem Bett 4 durch den
Behälter zu dem Bett 6 strömt oder umgekehrt.
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Beim Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung strömt Zufuhrluft
typischerweise bei einem Druck in der Größenordnung von 4 bis 15 bar
(absolut) und bei annähernd Umgebungstemperatur in das Bett 4 von
dessen Boden. Die Luft strömt aufwärts durch das Bett 4. Wenn sie derart
aufwärts strömt, wird davon Wasserdampf bevorzugt zu Kohlendioxid und
den Hauptbestandteilen (Sauerstoff, Stickstoff und Argon) der Luft
adsorbiert. Getrocknete Luft verläßt den Kopf des Bettes 4, strömt aus dem
Behälter 2 aus und tritt an dem Kopf des Behälters 2 wieder ein. Die
getrocknete Luft strömt dementsprechend durch das Bett 6 von dessen Kopf
zu dessen Boden. Die Molekularsiebpartikel adsorbieren Kohlendioxid von
der Luft. Dementsprechend verläßt eine Strömung aus gereinigter Luft,
von der im wesentlichen ihr gesamter ursprünglicher Wasserdampf- und
Kohlendioxidgehalt entfernt worden ist, den Boden des Bettes 6 und
strömt aus dem Behälter 2 bei einem Druck, der etwas unter dem
Einlaßdruck liegt, und bei einer Temperatur heraus, die im wesentlichen die
gleiche wie die Einlaßtemperatur ist. Wenn es erwünscht ist, die Luft zu
trennen, strömt die gereinigte Luft durch zumindest einen Wärmetauscher
(nicht gezeigt), um sie annähernd auf ihre Sättigungstemperatur zu
kühlen, und die somit gekühlte Luft wird rektifiziert, um sauerstoffreiche und
stickstoffreiche Produkte zu bilden.
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Im Laufe der Zeit wird das Bett 4 mit adsorbiertem Wasserdampf beinahe
gesättigt (d.h. vollständig beladen) und das Bett 6 wird mit adsorbiertem
Kohlendioxid beinahe gesättigt (d.h. vollständig beladen). Die relativen
Tiefen der Betten 4 und 6 sind derart ausgebildet, daß diese Ereignisse im
wesentlichen gleichzeitig auftreten. Kurz vor der Sättigung wird die
Verbindung zwischen dem Behälter 2 und der Zufuhrluft gestoppt. (Eine
sogenannte "Adsorptionsfront" schreitet schrittweise von dem oberstromigen
Ende in Richtung des unterstromigen Endes jedes Bettes fort. Die
Adsorption wird gestoppt, bevor die Adsorptionsfront das unterstromige
Ende erreicht; andernfalls findet ein "Durchbruch" von Unreinheiten aus den
Betten statt).
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Die Betten 4 und 6 werden dann auf eine Weise regeneriert, die in Fig. 2
der Zeichnungen veranschaulicht ist. Es wird ein Regenerationsgasstrom
typischerweise bei einem Druck im Bereich von 1,5 bis 5 bar (absolut) und
bei einer Temperatur im Bereich von 80 bis 250º C verwendet. Das
Regenerationsgas wird vorzugsweise dadurch gebildet, daß ein Teil des
stickstoffreichen gasförmigen Produktes der Rektifikation entnommen wird und
dieser auf eine erwünschte Temperatur erwärmt wird. Die
Regenerationsgasströmung wird unterteilt. Ein Teil des Regenerationsgases wird in den
Behälter 2 in den Raum zwischen dem Kopf des Bettes 4 und der
Abteilung 8 eingeführt und strömt abwärts durch das Bett 4. Das
Regenerationsgas bewirkt, daß Wasserdampf von den Adsorptionsmittelpartikeln in
dem Bett 4 desorbiert wird, und es ist über eine längere Zeitperiode in der
Lage, den im wesentlichen gesamten vorher adsorbierten Wasserdampf zu
entfernen. Die Abwärtsfließregeneration des ersten Bettes stellt sicher,
daß, sollte irgendwelches desorbiertes Wasser kondensieren, es nicht
während eines nachfolgenden Adsorptionsschrittes an das zweite Bett
übertragen wird.
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Der zweite Teil des Regenerationsgases wird in den Behälter 2 an einen
Bereich zwischen dem Boden des Bettes 6 und der Abteilung 8 geleitet.
Der zweite Teil des Regenerationsgases strömt deshalb aufwärts durch das
Bett 6 zu dessen Kopf und wird aus dem Behälter 2 entlüftet. Das
Regenerationsgas, das durch das Bett 6 strömt, dient dazu, um Kohlendioxid von
dem Zeolith-Molekularsieb zu desorbieren, und über eine längere
Zeitperiode wird das gesamte bei dem vorherigen Adsorptionsschritt adsorbierte
Kohlendioxid desorbiert.
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Typischerweise ist die Strömungsgeschwindigkeit des Regenerationsgases
durch das zweite Bett 6 derart angepaßt, daß sie kleiner, als die durch das
erste Bett 4 ist, um sicherzustellen, daß in dem Bett 6 keine Fluidisierung
der relativ kleinen Partikel stattfindet.
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Bei einem typischen Aufbau zum Reinigen von Luft existiert zumindest ein
Paar von Behältern 2, um so zu ermöglichen, daß Luft kontinuierlich
gereinigt wird. Während eines Teiles der Periode, in der ein Behälter dazu
verwendet wird, um Wasserdampf und Kohlendioxid von der Zufuhrluft zu
adsorbieren, werden die Adsorptionsmittelbetten in dem anderen Behälter
regeneriert. Somit kann, sobald sich die Betten in dem einen Behälter
einer
Sättigung nähern, die Zufuhrluft an den regenerierten Behälter
geschaltet werden.
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In Fig. 3 ist eine alternative Anordnung gezeigt, in der zwei Paare 14 und
16 von Adsorptionsmittelbetten in dem gleichen im wesentlichen
zylindrischen Behälter 12 enthalten sind. Das erste Paar 14 der Betten umfaßt
ein unteres Bett 4 aus Partikeln aus aktiviertem Aluminiumoxid, und ein
oberes Bett 6 aus Zeolith 13X Molekularsiebpartikeln. Es existiert eine
Abteilung 18 quer durch den Behälter 12 zwischen den Betten 4 und 6
des unteren Paares 14 solcher Betten, die eine Gasströmung durch diesen
hindurch verhindert. In Fig. 3 ist das untere Paar 14 der Betten beim
Reinigen von Zufuhrluft gezeigt. Der Betrieb des unteren Paares 14 der
Betten zum Reinigen der Luft ist analog zum Betrieb der Betten 4 und 6, der
vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben wurde.
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Das obere Paar 16 der Betten umfaßt ein erstes unteres Bett 4 aus
Partikeln aus aktiviertem Aluminiumoxid und ein zweites oberes Bett 6 aus
Zeolith 13X Molekularsiebpartikeln. Eine Abteilung 20 verhindert, daß
Gas durch den Behälter von dem Bett 4 des unteren Paares 14 der Betten
zu dem Bett 2 des oberen Paares 16 strömt und umgekehrt. Eine
Abteilung 22 verhindert eine Gasströmung durch den Behälter von dem ersten
Bett 4 des oberen Paares zu dem zweiten Bett 6 und umgekehrt. Wie in
Fig. 3 gezeigt ist, ist das obere Paar 16 der Betten für eine Regeneration
angeordnet. Die Regeneration wird auf eine Weise durchgeführt, die
analog zu der ist, die vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben
wurde. Wenn sich das untere Paar 14 der Betten einer Sättigung nahert,
kann das obere Paar 16 dazu verwendet werden, Wasserdampf und
Kohlendioxid von der Zufuhrluft zu adsorbieren und das untere Paar 14 wird
regeneriert. Dementsprechend ist eine kontinuierliche Reinigung von
Zufuhrluft möglich.
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In Fig. 4 der Zeichnungen ist ein im allgemeinen zylindrischer Behälter 30
gezeigt, dessen Längsachse horizontal ausgedehnt angeordnet ist. Der
Behälter 30 enthält ein erstes Bett 4 aus Partikeln aus aktiviertem
Aluminiumoxid und ein zweites Bett 6 aus Zeolith 13X Molekularsiebpartikeln.
Die Betten 4 und 6 sind durch eine Abteilung 32 voneinander getrennt.
Die Betten 2 und 4 sind in Fig. 4 in einem Modus gezeigt, in dem
Zufuhrluft durch Adsorption von Wasserdampf gereinigt wird, wenn die Luft
aufwärts durch das Bett 4 strömt, und durch Adsorption von Kohlendioxid
gereinigt wird, wenn die Luft abwärts durch Bett 6 strömt. Der Betrieb der
Betten ist analog zu dem der Betten 4 und 6, der unter Bezugnahme auf
Fig. 1 der Zeichnungen beschrieben ist.
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Fig. 5 veranschaulicht die Regeneration der in Fig. 4 gezeigten Betten. Ein
Regenerationsgasstrom strömt abwärts durch das Bett 4, um
Wasserdampf auszutreiben; ein zweiter Regenerationsgasstrom strömt aufwärts
durch das Bett 6, um Kohlendioxid auszutreiben. Der Betrieb dieses
Regenerationsschrittes ist analog zu dem, der vorstehend unter Bezugnahme
auf Fig. 2 der Zeichnungen beschrieben wurde.
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In Fig. 6 ist ein im allgemeinen zylindrischer Behälter 40 gezeigt, dessen
Längsachse horizontal angeordnet ist. Der Behälter enthält ein erstes Paar
14 von Adsorptionsmittelbetten 4 und 6 und ein zweites Paar 16 von
solchen Adsorptionsmittelbetten. Die Betten sind in einer horizontalen Reihe
mit einer Abteilung 42 zwischen jedem Bett und einem benachbarten Bett
angeordnet. Der Behälter 40 ist in Fig. 6 so gezeigt, daß das erste Paar 14
der Betten Wasserdampf- und Kohlendioxidunreinheiten von der
Zufuhrluft adsorbiert und das zweite Paar 16 regeneriert wird. Der Betrieb der in
Fig. 6 gezeigten Vorrichtung ist somit analog zu dem, der vorstehend unter
Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben wurde.
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Da die Zeichnungen schematisch sind und Richtungen der Gasströmung
veranschaulichen, ist der tatsächliche physikalische Aufbau der Behälter,
die die Adsorptionsmittelbetten enthalten, nicht veranschaulicht. Der
Aufbau der Behälter kann jedoch herkömmlich ausgeführt sein, wobei
herkömmliche Ventilanordnungen, herkömmliche Bettaufnahmemittel und
herkömmliche Gasverteilungsmittel verwendet sind. Die Abmessungen
jedes Adsorptionsmittelbettes können in Übereinstimmung mit
herkömmlichen Konstruktionsprozeduren gewählt werden, die in der Technik gut
bekannt sind, und typischerweise wird die Tiefe des ersten
Adsorptionsmittelbettes kleiner als die des zweiten Adsorptionsmittelbettes sein.
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Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen der
Adsorptionsvorrichtung weist das Bett oder die Betten 4 jeweils eine Tiefe von 0,7 m und
eine Masse von 12 Tonnen auf und besteht aus Partikeln aus
Adsorptionsmittel in der Form von Kügelchen aus aktiviertem Aluminiumoxid, das
eine Durchschnittsgröße von 0,125 Inch (3,175 mm) aufweist; und weist
das Bett oder die Betten 6 jeweils eine Tiefe von 1,7 m und eine Masse von
22 Tonnen auf und besteht aus Partikeln aus Adsorptionsmittel in der
Form von Kügelchen aus Zeolith 13 X Molekularsieb, der eine
Durchschnittsgröße von 8 x 12 Maschen, das sind 1,59 mm, aufweist. Eine
geeignete, kommerziell erhältliche Form von aktiviertem Aluminiumoxid für
eine Verwendung zum Bilden des Bettes oder der Betten 4 ist
ALCOA F200 aktiviertes Aluminiumoxid. Eine geeignete, kommerziell
erhältliche Form von Zeolith 13 X Molekularsieb zum Bilden des Bettes oder
der Betten 6 ist UOP-Zeolith 13 X APG Molekularsieb. Der in den Fig. 1
und 2 gezeigte Behälter 2 weist einen Durchmesser von 5 m auf, wie auch
der in Fig. 3 gezeigte Behälter 2. Der in den Fig. 4 und 5 gezeigte Behälter
30 kann eine Länge von 9,24 m von einem Ende zu dem anderen Ende
seiner zylindrischen Wand (d.h. die in den Fig. 4 und 5 gezeigte
Entfernung AB) und einen Innendurchmesser von fünf Metern aufweisen. Der in
Fig. 6 gezeigte Behälter 40 kann eine Länge von 18,5 m von einem Ende
zu dem anderen Ende seiner zylindrischen Wand (d.h. die in Fig. 6
gezeigte Entfernung CD) und einen Innendurchmesser von fünf Metern
aufweisen.
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Bei einem Beispiel des Betriebs von irgendeinem der Adsorptionsbehälter,
die in dem Absatz unmittelbar zuvor beschrieben wurden, kann eine
Strömung von 200 000 Standard m³ pro Stunde an Luft bei einem Druck
von 15 bar absolut und einer Temperatur von 25 ºC, die 400 Volumen pro
Million an Kohlendioxid enthält, gereinigt werden, um ein Trockengas zu
erzeugen, das 1 Volumen pro Million an Kohlendioxid enthält. Bei einem
typischen Betriebszyklus beträgt die Adsorptionszeit 4 Stunden. Die
Betten werden dann in ihrem Druck während eines Teiles einer "Wechsel"-
Periode von 30 Minuten Dauer auf einen gewählten Regenerationsdruck
gemindert. Die Regeneration wird unter Verwendung eines Trockengases,
das im wesentlichen frei von Kohlendioxid ist, bei einer Temperatur von
150 ºC für eine Anfangsperiode von 1,5 Stunden durchgeführt. Die
Regenerationsgasströmung während dieser Periode beträgt von 15 bis 20 % der
Strömungsrate der eintretenden Luft. Typischerweise werden 67 % der
Regenerationsgasströmung durch das Bett aus aktiviertem
Aluminiumoxid und 33 % einer solchen Strömung durch das Zeolithbett geleitet. Das
Regenerationsgas kann Stickstoff oder gereinigte Luft sein. Wenn es das
letztgenannte ist, beträgt die Regenerationsgasströmung vorzugsweise
15 % (d.h. 30000 sm³/hr) der Zufuhrluft. Am Ende der Anfangsperiode
der Regeneration dauert die Regenerationsgasströmung bei einer
unveränderten Rate an, umgeht aber Mittel, die vorher verwendet wurden, um
sie zu erwärmen. Diese Regenerationsgasströmung tritt somit in den
Adsorptionsbehälter bei ungefähr Umgebungstemperatur ein und wird somit
die Temperatur der Betten verringern. Die Strömung des
Regenerationsgases bei Umgebungstemperatur dauert für zwei Stunden an. Dann findet
eine andere Wechselperiode von 30 Minuten statt, bei der während eines
Teiles davon die Betten erneut mit Trockenluft auf den Adsorptionsdruck
von 15 bar absolut unter Druck gesetzt werden.
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Typischerweise wird, während ein Paar von Betten Unreinheiten
adsorbiert, ein anderes Paar von Betten regeneriert. Die Wechselperiode am
Ende der Adsorption in einem Paar von Betten ist derart angepaßt, daß sie
mit der Wechselperiode an dem Ende der Regeneration des anderen
Paares von Betten übereinstimmt. Die übereinstimmenden Wechselperioden
sind derart angepaßt, daß die Erzeugung von gereinigter Luft
kontinuierlich stattfindet. Bei einer Anordnung dauert die Erzeugung von gereinigter
Luft in einem Paar von Betten an, während das andere Paar erneut unter
Druck gesetzt wird. Die Zufuhrluft wird dann zwischen beiden Paaren von
Betten aufgeteilt und gereinigte Luft wird dann von beiden Bettenpaaren
erzeugt. Das erneut unter Druck gesetzte Paar wird als nächstes auf
Vollproduktion von gereinigter Luft geschaltet und gleichzeitig wird die
Druckminderung des anderen Paares ausgeführt, die an dem Ende der
Wechselperiode beendet ist.