DE69729364T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Gasen mittels Druckwechseladsorption - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Gasen mittels Druckwechseladsorption Download PDF

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Druckwechseladsorptions-(PSA)-Luftzerlegungsverfahren und -systeme. Im einzelnen bezieht sie sich auf die PSA-Luftvorreinigung.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Der Betrieb von Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen erfordert große Mengen an vorbehandelter Luft. Zur Vermeidung des Gefrierens an dem kalten Einsatzende der Anlage muss die Konzentration von Verunreinigungen wie z. B. CO2 und H2O auf weniger als 1 ppm abgesenkt werden. Zusätzlich muss die Konzentration von solchen Kohlenwasserstoffen, die eine geringe Löslichkeit in kryogenen Flüssigkeiten aufweisen wie z. B. Acetylen und bestimmte C3-C8-Kohlenwasserstoffe sehr niedrig und typischerweise auf weniger als 1 ppb gehalten werden, um jegliche Sicherheitsrisiken auszuschalten. Zur Zeit werden sowohl Temperaturwechseladsorptions-(TSA-)- und Druckwechseladsorptions-(PSA)-Vorreiniger in Luftvorreinigungsanwendungen benutzt.
  • TSA-Vorreiniger verwenden eine relativ kleine Menge an erwärmtem Spülgas, um die Adsorptionsbetten zu regenerieren. Das typische Verhältnis von Spülung zu Einsatz ist ≤ 10%. Bei der Entfernung der hauptsächlichen Verunreinigungsstoffen wie z. B. CO2, H2O und den meisten Kohlenwasserstoffen von einem Lufteinsatz erweisen sie sich als äußerst effektiv. Jegliches in dem Einsatz vorhandene CO und H2 wird im allgemeinen hinüber in das Produkt befördert. Wenn eine Entfernung des CO und H2 notwendig ist, wird eine sequenzielle Oxidation des CO und H2 mittels katalytischer Umwandlung ausgeführt. Aufgrund der in TSA-Vorreinigern während der Desorption verfügbaren hohen thermischen Antriebskräfte werden starke Adsorptionsmittel wie z. B. 5A- oder 13X-Zeolith verwendet. Mit diesen Adsorptionsmitteln fällt die Betriebsbeanspruchung und -selektivität der hauptsächlichen Verunreinigungsstoffe derart aus, dass CO2 vor Acetylen und anderen Kohlenwasserstoffen, die für den Betrieb von Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen schädlich sind (z. B. C3 bis C8), in den Produktstrom durchbricht.
  • Zur Erhöhung der Kapazität dieser Adsorptionsmittel wird das Einsatzgas üblicherweise abgeschreckt. Obgleich das TSA-Verfahren eine relativ niedriges Verhältnis von Spülung zu Einsatz aufweist, trägt die Notwendigkeit der Erwärmung der Spülung und der Abschreckung des Einsatzes zu sowohl den Kapital- wie den Betriebskosten der Anlagen bei.
  • PSA-Vorreiniger verwenden zur Regenerierung der Adsorptionsbetten eine Spülung bei Umgebungstemperatur. Das typische Verhältnis von Spülung zu Einsatz beträgt 40–60%. Aufgrund der während der Desorption vorliegenden niedrigeren Antriebskräfte wird ein schwächeres Adsorptionsmittel wie z. B. aktiviertes Aluminiumoxid benutzt.
  • Obgleich die Betriebsbeanspruchungen dieser Adsorptionsmittel niedriger als diejenigen der Zeolithe sind, fallen sie immer noch signifikant aus. Weiterhin haben die Erfinder ermittelt, dass bei der Verwen dung von aktiviertem Aluminiumoxid C2H2 vor dem CO2 in den Produktstrom durchbricht. Dies führt zu einer gefährlichen Betriebsbedingung in einem Tieftemperatur-Luftzerlegungsverfahren, welches das Vorreinigerprodukt als Einsatz benutzt. Zusätzlich kann, obgleich die mit einem PSA-Vorreiniger in Verbindung stehenden Kapitalkosten niedriger ausfallen als bei einem TSA-Vorreiniger, der gesamte Energiebedarf höher sein. Im einzelnen erfordert der PSA-Zyklus Energie verbrauchende Ausblasvorgänge während der Druckabschlagung der Adsorptionsbetten. Im Vergleich zu einem TSA-Zyklus stellt dies einen signifikanten Faktor dar, da im Unterschied zu einem TSA-Verfahren, das einen Zyklus nur alle 3 bis 6 Stunden durchläuft, dies bei einem PSA-Verfahren alle 15–30 Minuten der Fall ist.
  • Hinsichtlich obiger Betrachtungen besteht beim Stand der Technik ein Bedarf nach dem Entwurf eines PSA-Adsorptionsmittelbettes, das die günstigen Desorptionscharakteristika von aktiviertem Aluminiumoxid aufweist, wobei die Acetylenselektivität und sowie die den stärker gehaltenen Zeolithen zugeordneten Beanspruchungen aufrechterhalten werden. Weiterhin besteht ein Bedarf nach der Minimierung von Ausblasverlusten zur Verringerung der Betriebsenergie. Hier sind verschiedene Alternativen vorgeschlagen worden.
  • Hitachi offenbart in DE-A-30 45 451 ein Zweibett-Adsorptionsmittelsystem. Das erste Adsorptionsmittel ist 13X, das zur Adsorbierung hoher Konzentrationen von sowohl H2O wie CO2 verwendet wird, wodurch die Koadsorption von Stickstoff unterdrückt wird. Das zweite Adsorptionsmittel ist aktiviertes Aluminiumoxid, das Stickstoff nicht sehr stark koadsorbiert und zur Vervollständigung der H2O- und CO2-Adsorption verwendet wird. Durch die Minimierung der Stickstoffkoadsorption in den Betten werden Ausblasverluste während der Druckabschlagung ebenfalls minimiert.
  • Kumar beschreibt in US-A-4 711 645 einen PSA-Vorreiniger, der zur Adsorbierung von H2O aktiviertes Aluminiumoxid verwendet und zur Adsorbierung von CO2 13X benutzt. Die Verwendung von aktiviertem Aluminiumoxid zur Adsorbierung von H2O führt zu einem niedrigeren Temperaturanstieg in dem Einsatz als wenn 13X für das gesamte Bett benutzt werden würde. Dies erhöht die effektive Kapazität der 13X-Zone zur Adsorbierung von CO2. Andere von Kumar für die zweite Zone vorgeschlagene Zeolithe sind 5A, CaA, CaX und Na-Mordenit.
  • Jain verwendet in US-A-5 232 474 ebenfalls eine Lage aus aktiviertem Aluminiumoxid, gefolgt von einer Lage aus 13X. Hier wird beansprucht, dass die Lage aus aktiviertem Aluminiumoxid zur Adsorbierung des gesamten H2O und der Mehrheit des CO2 verwendet wird. Der Zweck der stromabwärtigen 13X-Lage besteht in der Entfernung von Kohlenwasserstoffen und restlichem CO2 von dem Gasstrom. Spezifisch angeführt ist, dass die 13X-Lage nicht dazu gedacht ist, große Mengen an CO2 zu entfernen. Dieser PSA-Zyklus ist für einen Betrieb mit Adsorptionsbetten entworfen, die Adsorptionsmittelkügelchen mit einem kleineren Durchmesser enthalten und über keinen konventionellen Druckausgleichschritt verfügen.
  • EP-A-0 453 202 offenbart einen Druckwechseladsorptionsgasreiniger und ein Verfahren zum Reinigen eines Gasstroms gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 7. In dem vorgängigen Reiniger und Reinigungsverfahren werden Wasserdampf- und Kohlendioxidverunreinigungen von Luft unter Verwendung eines Adsorptionsmittelbettes mit einer anfänglichen Lage aus aktiviertem Aluminiumoxid und wahlweise einer weiteren Lage aus einem Zeolith entfernt, die für die Adsorption von Kohlendioxid als nützlich erachtet wird und vorzugsweise aus 13X-Zeolith besteht, um restliches Wasser und Kohlendioxid abzuführen, das durch die anfängliche Lage aus aktiviertem Aluminiumoxid nicht entfernt worden ist.
  • Aufgaben der Erfindung
  • Hinsichtlich obiger Feststellungen besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung eines verbesserten PSA-Vorreinigungsverfahrens und -systems.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines flexiblen PSA-Vorreinigungsverfahrens und -systems, das im Vergleich zu beim Stand der Technik bestehenden Systemen eine effizientere Entfernung von Verunreinigungen sicherstellt.
  • Eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines PSA-Vorreinigungsverfahrens und -systems, das weniger Energie als beim Stand der Technik vorliegende Systeme verbraucht.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines PSA-Vorreinigungsverfahrens und -systems, das unter den hier angeführten Betriebsbedingungen auf inhärente sichere Weise zu betreiben ist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Erfindung weist einen PSA-Gasvorreiniger und ein Verfahren für die Entfernung von in einem Einsatzgasstrom vorhandenen Wasser und anderen Verunreinigungsstoffen gemäß den Ansprüchen 1 bzw. 7 auf. Der Vorreiniger der Erfindung verfügt über ein Bett aus Adsorptionsmittelmaterial, das mindestens zwei unterschiedliche Lagen von Adsorptionsmitteln aufweist, wobei mindestens eines der Adsorptionsmittel vergleichsweise stark und mindestens ein anderes der Adsorptionsmittel vergleichsweise schwach mit Bezug auf die Adsorption des Wassers und der anderen Verunreinigungsstoffe ist.
  • In bevorzugten Ausführungsformen ist das vergleichsweise starke Adsorptionsmittel NaY und das vergleichsweise schwache Adsorptionsmittel ist aktiviertes Aluminiumoxid.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile ergeben sich für den Fachmann anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und anhand der beiliegenden Zeichnung, in der 1 ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform der Erfindung ist.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Das hier beschriebene PSA-Vorreiniger-Adsorptionsmittelbett ermöglicht eine verbesserte Leistung (z. B. längere Adsorptionsschrittzeiträume und geringere Ausblasverluste), was zu einer effizienteren Entfernung der Verunreinigungsstoffe führt. Aufgrund des Systems und des Verfahrens der Erfindung bricht CO2 weiterhin vor C2H2 durch das Bett in den Produktstrom durch, wodurch sichere Betriebsbedingungen bereitgestellt werden. Zusätzlich haben Tests ergeben, dass dieses Verfahren über einen breiten Bereich an Betriebsbedingungen einschließlich des Adsorptionsdrucks und der Einsatztemperatur anwendbar ist. Diese Erfindung kann auf die nachstehend beschriebene Weise bewerkstelligt werden.
  • Das Wesen dieser Erfindung besteht in der Verwendung von zwei separaten Lagen von Adsorptionsmitteln mit unterschiedlichen Eigenschaften, um eine bessere Trennung und eine Leistung mit niedrigeren Kosten zu erreichen, als dies die beiden Adsorptionsmittel getrennt voneinander bewerkstelligen könnten. Die thermischen Effekte des Verfahrens auf das stärkere Adsorptionsmittel werden abgemildert, sodass sowohl die Adsorptions- wie die Desorptionsleistung des Adsorptionsmittels verbessert werden und die Menge an Spülgas, die notwendig ist, um den Zyklus selbstreinigend ausfallen zu lassen, verringert wird. Es sei darauf hingewiesen, dass sich der Begriff "selbstreinigend" beim Stand der Technik im allgemeinen auf denjenigen Umstand bezieht, bei welchem Adsorbate während eines Zyklus in ausreichendem Maß gespült werden, sodass ihre mittlere Restbeladung, z. B. die Menge an Adsorbat, die an dem Adsorptionsmittel zurückgehalten wird, nicht über die Zeit hinweg zunimmt.
  • NaY wird im Vergleich zu Adsorptionsmitteln wie z. B. 13X, 5A, CaA, CaX und Na-Mordenit im allgemeinen als ein schwaches Adsorptionsmittel betrachtet. Zum Beispiel beträgt seine Kapazität für N2, O2 und CO2 weniger als die Hälfte der Kapazität von 13X. Dies bedeutet, dass NaY weniger Ausblasverluste aufweist und eine geringere Spülung als diese stärkeren Adsorptionsmittel erfordert.
  • Im Vergleich zu aktiviertem Aluminiumoxid ist NaY jedoch ein starkes Adsorptionsmittel. Isothermische Durchbruchtests haben gezeigt, dass die Gleichgewichtskapazität von NaY für Acetylen um das etwa zehnfache größer als diejenige von aktiviertem Aluminiumoxid ist. Weiterhin adsorbiert NaY bevorzugt Acetylen gegenüber CO2 bei den in dem Einsatz von PSA-Vorreinigern vorhandenen Konzentrationen. Diese Konzentrationen betragen typischerweise weniger als 1 ppm.
  • Unglücklicherweise zeigten diese Tests auch, dass NaY für die effektive Desorption von Acetylen eine umfangreichere Spülung als aktiviertes Aluminiumoxid benötigte. Die erhöhte Spülungsforderung fällt in adiabatischen Betten, bei denen während des Ausblasens Temperaturwechsel auftreten, sogar noch größer aus.
  • Hinsichtlich der obigen Eigenschaften weist die Erfindung die Verwendung eines vergleichsweise stärkeren Adsorptionsmittels (vorzugsweise NaY) und eines vergleichsweise schwächeren Adsorptionsmittels (Teilchen aus aktiviertem Aluminiumoxid) in getrennten Lagen oder Zonen innerhalb des Bettes auf. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das stärkere Adsorptionsmittel an dem wärmeren Produktende des Bettes angeordnet. Dies mildert die thermischen Effekte des PSA-Verfahrens ab, indem die Stickstoffkoadsorption während des Einsatzschrittes reduziert und die Menge an für die Desorption notwendigem Spülgas abgesenkt wird. Weiterhin beträgt in einer Lage, die z. B. 20% NaY enthält, die Durchbruchkapazität des mit Lagen versehenen Bettes mehr als das Doppelte der Durchbruchkapazität einer Lage aus reinem aktiviertem Aluminiumoxid. Alle diese Merkmale führen zu günstigen Auswirkungen auf die Betriebskosten des PSA-Vorreinigungszyklus.
  • Zusätzlich ist das vergleichsweise starke Adsorptionsmittel mit Bezug auf mindestens das Acetylen bzw. die C3-C8-Kohlenwasserstoffe selbstreinigend, und zwar bei einer geringeren Spülung als dies für 13X erforderlich wäre.
  • Die obige Ausführungsform ist in 1 illustriert. In dem in dieser Figur dargestellten Bett wird eine Lage aus aktiviertem Aluminiumoxid zur Entfernung des größten Teils des H2O und CO2 aus dem Einsatzstrom verwendet, und eine kleinere Lage an NaY wird zur Entfernung der restlichen Verunreinigungen aus dem Einsatz benutzt. Die Richtung der Fluidströmung ist durch die Pfeile angegeben.
  • 1 stellt ein PSA-Vorreiniger-Adsorptionsmittelbett gemäß der Erfindung dar. In 1 ist der untere Kopf mit inerten keramischen Kugeln 7 befüllt, die sowohl als Strömungsverteiler wie als Bettabstützung fungieren. Ein Sieb 8 aus rostfreiem Stahl stützt das Adsorptionsmittelbett ab. Das Bett selbst besteht aus zwei Lagen. Die untere und größere Lage ist aktiviertes Aluminiumoxid 9; die kleinere obere Lage ist NaY 10. Die Oberfläche des oberen Bettes ist durch ein zweites Sieb 11 aus rostfreiem Stahl begrenzt, das durch eine zusätzliche Lage an keramischen Kugeln 12 an Ort und Stelle gehalten wird, die den oberen Kopf auffüllen. Die in den Kopfräumen befindlichen keramischen Kugeln 12 können größensortiert sein, um eine verbesserte Verteilung bereitzustellen.
  • Beim Betrieb der Erfindung ist die Auswahl des geeigneten Adsorptionsmittels für das Produktende des Bettes für die Erfindung kritisch. Das ausgewählte Adsorptionsmittel muss Acetylen und andere Kohlenwasserstoffe stark adsorbieren und es muss selektiv für Kohlenwasserstoffe gegenüber CO2 sein, sodass CO2 immer vor diesen Kohlenwasserstoffen (z. B. Acetylen), die für den Anlagenbetrieb gefährlich sind, durch das Bett durchbricht. Weiterhin sollte das Adsorptionsmittel N2 oder O2 bei den Verfahrensbetriebsbedingungen nicht stark koadsorbieren. Wäre dies der Fall, würde die Kühlung während der Druckabschlagung aufgrund der Adsorptionswärme nicht unterdrückt werden. Dies würde dazu führen, dass die Adsorbate während des Desorptionsschrittes stärker an dem Adsorptionsmittel gehalten werden würden, wodurch folglich eine umfangreichere Spülung notwendig werden würde.
  • Die Verwendung einer geeignet bemessenen Lage von NaY in dem warmen (Produkt)-Ende eines PSA-Vorreinigers, die zur Entfernung des größten Teils des CO2 und H2O aktiviertes Aluminiumoxid verwendet, verbessert die Ökonomie des Zyklus signifikant. Ebenfalls erhöht sie die Rückhaltedauer des Acetylens in dem Bett und stellt sicher, dass die CO2-Front zuerst durchbricht.
  • In der Erfindung ist die in den Betten verwendete Menge an NaY eine ökonomische Frage. Die Optimierung des Zyklus hängt teilweise von den relativen Energiekosten, der Menge an zu entfernenden Kohlenwasserstoffen und von der Betriebseffizienz der zu unterhaltenden Luftzerlegungsanlage ab.
  • Das bevorzugte Verhältnis von NaY zu aktiviertem Aluminiumoxid liegt zwischen 10% NaY/90% aktiviertem Aluminiumoxid und 90% NaY/10% aktiviertem Aluminiumoxid.
  • Ein bevorzugteres Verhältnis beträgt zwischen 10% NaY/90% aktiviertem Aluminiumoxid und 50% NaY/50% aktiviertem Aluminiumoxid. Das bevorzugteste Verhältnis beträgt zwischen 10% NaY/90% aktiviertem Aluminiumoxid und 30% NaY/70% aktiviertem Aluminiumoxid. Die obigen Verhältnisse treffen für die Menge an aktiviertem Aluminiumoxid in der ersten Lage im Vergleich zu der Menge an NaY in der zweiten Lage zu.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass stärkere Adsorptionsmittel durch beim Stand der Technik bekannte Verfahren neu entworfen werden könnten, um Adsorptionsmittel mit den Eigenschaften von NaY zu erzeugen. Derartige Verfahren können, ohne sich darauf zu begrenzen, die Veränderung des SiO2/Al2O3-Verhältnisses, des Kristallgehalts, des Prozentsatzes an Bindemittel und an restlichem H2O-Gehalt einschließen. Zum Beispiel könnten 13X und 5A auf die oben beschriebene Weise modifiziert werden, um ein Adsorptionsmittel mit einer reduzierten Stickstoffkoadsorption und einer ausreichenden Kapazität für die stärker gehaltenen Adsorbate (z. B. C2H2, CO2) zu ergeben.
  • Bei der Verwendung von NaY als das stärkere Adsorptionsmittel muss es vor dem Einsatz vollständig getrocknet und trocken gehalten werden. Vorzugsweise sollten die Wasserbeladungen auf das NaY auf einem Wert gehalten werden, der gleich oder weniger als 4 Gew.-%, bevorzugter weniger als 2 Gew.-% und am bevorzugtesten weniger als 0,8 Gew.-% beträgt. Das aktivierte Aluminiumoxid kann während des Betriebs der Erfindung geladen und vor Ort getrocknet werden.
  • Die Teilchenverteilung in dem Bett muss gleichförmig ausfallen, um das Inkontakttreten sämtlicher Verunreinigungsstoffe sicherzustellen. Eine gleichförmige Strömungsverteilung und gleichförmige Druckcharakteristika in dem Bett sind zur Sicherstellung der geeigneten Leistung notwendig. Die Verwendung von Teilchenladern, die in dem auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragenen US-A-5 324 159 beschrieben sind, lässt eine gleichförmige Beladung der Behälter relativ einfach ausfallen.
  • Die Steuerung der Drehzahl der Verteilerarme ermöglicht eine Einstellung der Packungsdichte.
  • Als ein Beispiel würde ein Zweibett-PSA-Luftvorreiniger, der zur Zufuhr von Produkt mit CO2 ≤ 0,25 ppm, H2O ≤ 0–1 ppm und C2H2 ≤ 1 ppb ausgelegt ist und die gleiche wie in 1 dargestellte Konfiguration aufweist, unter den nachfolgenden Parametern betrieben werden bzw. die folgenden Charakteristika aufweisen: Einsatzbedingungen
    Einsatzstrom = 2,286 bis 4,877 standard m3 pro h/m2 (7.500 bis 16.000 SCFH/FT2) Luft, die 0,33 ppm C2H2 enthält
    Temperatur = 10 bis 49°C (50 bis 120°F)
    Druck = 6,89 bis 9,65 bar (100 bis 140 psia)
    Adsorptionszeit = 7 bis 35 Minuten
    Regenerierungsbedingungen
    Verhältnis von Spülung zu Einsatz = 40 bis 60%
    Temperatur = Umgebungstemperatur (Bett)
    Druck = atmosphärisch
    Spülzeit = zwischen etwa dem 1 bis 1,5-fachen der Adsorptionszeit.
  • Adsorptionsmittel
    • LaRouche A-201 (7 × 12 Kügelchen) aktiviertes Aluminiumoxid
    • UOP NaY (1,59 mm (1/16 inch))-Extrudat)
  • Betten (spezifisches Beispiel)
    • Gesamte Betttiefe = 1,9 m (6,25 Fuß)
    • Lage aus aktiviertem Aluminiumoxid = 1,5 m (5,00 Fuß)
    • NaY-Lage = 0,4 m (1,25 Fuß)
  • Vorzugsweise könnte der PSA-Vorreiniger gemäß der Erfindung bei einer Einsatztemperatur von etwa 4 bis 49°C (40 bis 120°F), einem Einsatzdruck von etwa 2,1 bis 16,5 bar (30 bis 240 psia) und einem Regenerierungsdruck von etwa Atmosphärendruck betrieben werden.
  • Die Leistungsvorteile der Erfindung unter Verwendung von NaY fallen am höchsten aus, wenn die Betriebstemperatur 38°C (100°F) übersteigt und das Verhältnis von Spülung zu Einsatz gleich oder größer als 50% ist.
  • Die Verfahren der Erfindung begrenzen sich nicht auf die in der Figur dargestellte Einzelbettkonfigura tion. Der Entwurf effizienter Adsorberbetten für Druckwechseladsorptionszyklen und der Betrieb dieser Zyklen wird durch beim Stand der Technik wohlbekannte Anordnungen beeinflusst. Zum Beispiel kann die Erfindung unter Verwendung von einem oder mehreren Betten angewendet werden, die außer Phase arbeiten. Weitere Ausführungsformen beinhalten, obgleich weniger bevorzugt, eine Ausführungsform, bei der die NaY-Lage irgendwo in dem Bett angeordnet werden kann, wo die H2O-Konzentration gering genug ist, um die selektive Adsorption von C2H2 über CO2 zu ermöglichen, sowie eine Ausführungsform, bei der das gesamte Bett aus NaY besteht. Wie oben erwähnt arbeitet NaY am besten in dem wärmeren trockeneren Produktende des Bettes.
  • Die Erfindung weist gegenüber bekannten PSA-Vorreinigern verschiedene Vorteile auf. Als erstes ermöglicht die Erfindung eine vollständige Entfernung von C2H2 aus Luft auf weniger als 1 ppb. Dies stellt einen zuverlässigen Betrieb der assoziierten Luftzerlegungsanlageneinrichtung sicher.
  • Weiterhin sorgt die Erfindung für einen konsistenten Durchbruch der CO2-Adsorptionsfront vor dem C2H2-Durchbruch. Dies stellt eine relativ einfache Anordnung zur Bestimmung bereit, ob das Verfahren sicher ist, da die Vorreinigereinsatzschritte üblicherweise vor dem Beginn des CO2-Adsorptionsfrontdurchbruches beendet werden.
  • Zusätzlich sind die gesamten Betriebskosten des mit Lagen versehenen PSA-Bettes niedriger als diejenigen eines einzelnen Aluminiumoxid-Adsorptionsmittelbettes. Dies kommt teilweise durch die längeren Adsorptionsschrittzeiträume und somit durch die kleineren auftretenden Ausblasverluste zustande. Schließlich erfordert das System keine zusätzliche Systemhardware und kann in bestehenden Behältern implementiert werden. Spezifische Merkmale der Erfindung sind in einer oder mehreren der Zeichnungen lediglich der Einfachheit halber dargestellt, da jedes Merkmal mit anderen Merkmalen gemäß der Erfindung kombiniert werden kann. Für den Fachmann verstehen sich alternative Ausführungsformen, die beabsichtigte Weise in den Rahmen der Ansprüche eingeschlossen sind.

Claims (7)

  1. Druckwechseladsorptionsgasreiniger für die Adsorption von Verunreinigungen, die in einem Einsatzgasstrom vorhanden sind bei einem hohen Adsorptionsdruck und für die Desorption der Verunreinigungsstoffe bei einem niedrigerem Desorptionsdruck, wobei die Verunreinigungen Wasser, Acetylen, CO2 und/oder C3-C8-Kohlenwasserstoffe sind und wobei der Reiniger versehen ist mit: einem Adsorptionsbehälter, der ein Bett von Adsorptionsmittel enthält, welches in der Lage ist, in dem Einsatzgasstrom vorhandene Verunreinigungen selektiv bei dem hohen Adsorptionsdruck zu adsorbieren und die Verunreinigungsstoffe bei dem niedrigem Desorptionsdruck zu desorbieren, wobei der Adsorptionsbehälter ein Einsatzende für das Einleiten des Gasstromes in diesem und ein Produktende für das Gewinnen des gereinigten Gasstromes von diesem aufweist, wobei das Bett von Adsorptionsmittel mindestens zwei Lagen von Adsorptionsmittel aufweist, wobei mindestens eines der Adsorptionsmittel vergleichsweise stark ist und mindestens ein anderes der Adsorptionsmittel vergleichsweise schwach mit Bezug auf die Adsorption der Verunreinigungsstoffe ist, wobei das vergleichsweise schwache Adsorptionsmittel aktiviertes Aluminiumoxid ist, dadurch gekennzeichnet, dass das vergleichsweise starke Adsorptionsmittel (a) NaY ist, oder (b) aus der aus 13X, 5A, CaA, CaX oder Na-Mordenit bestehenden Gruppe ausgewählt ist; wobei das Adsorptionsmittel ausgehend von seiner ursprünglichen Form modifiziert wurde, um NaY mit Bezug auf das bevorzugte Adsorbieren von Acetylen und/oder C3-C8-Kohlenwasserstoffen gegenüber CO2 zu entsprechen, und mit weniger Spülen als es für 13X- Adsorptionsmittel erforderlich wäre mit Bezug auf das Acetylen und/oder die C3-C8-Kohlenwasserstoffe selbstreinigend ist.
  2. Reiniger nach Anspruch 1, bei welchem das vergleichsweise starke Adsorptionsmittel NaY ist und wobei das Verhältnis von NaY zu aktiviertem Aluminiumoxid zwischen 10% zu 90% und 90% zu 10% liegt.
  3. Reiniger nach Anspruch 1, bei welchem das vergleichsweise starke Adsorptionsmittel NaY ist, und wobei das Verhältnis von NaY zu aktiviertem Aluminiumoxid zwischen 10% zu 90% und 50% zu 50% liegt.
  4. Reiniger nach Anspruch 1, bei welchem das vergleichsweise starke Adsorptionsmittel NaY ist und wobei das Verhältnis von NaY zu aktiviertem Aluminiumoxid zwischen 10% zu 90% und 30% zu 70% liegt.
  5. Reiniger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Einsatzgas Luft ist.
  6. Reiniger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Lage aus vergleichsweise schwachem Adsorptionsmittel zwischen dem Einsatzende des Bettes und der Lage aus vergleichsweise starkem Adsorptionsmittel angeordnet ist.
  7. Verfahren zum Reinigen eines Gasstroms, wobei im Zuge des Verfahrens der Gasstrom durch einen Druckwechseladsorptionsbehälter geleitet wird, der ein Bett von Adsorptionsmittel enthält, welches in der Lage ist, in dem Einsatzgasstrom vorhandene Verunreinigungsstoffe bei einem hohen Adsorptionsdruck selektiv zu adsorbieren und die Verunreinigungsstoffe bei einem niedrigem Desorptionsdruck zu desorbieren, wobei der Adsorptionsbehälter ein Einsatzende für das Einleiten des Einsatzgasstroms in diesen und ein Produktende für das Gewinnen eines gereinigten Gasstroms von diesem aufweist, wobei die Verunreinigungsstoffe Wasser, Acetylen, CO2 und/oder C3-C8-Kohlenwasserstoffe sind und wobei das Bett von Adsorptionsmittel mindestens zwei Lagen von Adsorptionsmittel aufweist, wobei eines der Adsorptionsmittel vergleichsweise stark und mindestens ein anderes der Adsorptionsmittel vergleichsweise schwach mit Bezug auf die Adsorption der Verunreinigungsstoffe ist, wobei das vergleichsweise schwache Adsorptionsmittel aktiviertes Aluminiumoxid ist, dadurch gekennzeichnet, dass das vergleichsweise starke Adsorptionsmittel (a) NaY ist, oder (b) aus der aus 13X, 5A, CaA, CaX oder Na-Mordenit bestehenden Gruppe ausgewählt ist; wobei das Adsorptionsmittel ausgehend von seiner ursprünglichen Form modifiziert wurde, um NaY mit Bezug auf das bevorzugte Adsorbieren von Acetylen und/oder C3-C8-Kohlenwasserstoffen gegenüber CO2 zu entsprechen, und mit weniger Spülen als es für 13X-Adsorptionsmittel erforderlich wäre mit Bezug auf das Acetylen und/oder die C3-C8-Kohlenwasserstoffe selbstreinigend ist.
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