DE69817274T2

DE69817274T2 - Verfahren für die Trennung einer Gasmischung mittels Druckwechseladsorption

Info

Publication number: DE69817274T2
Application number: DE69817274T
Authority: DE
Inventors: Pierre Petit
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: 1997-07-09
Filing date: 1998-06-24
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2018-06-25
Also published as: CN1212174A; JPH11114352A; CA2242528A1; EP0890387A1; DE69817274D1; US6010556A; FR2765810A1; EP0890387B1; FR2765810B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verfahren zur Trennung von gasförmigen Gemischen mittels Druckwechseladsorption in Adsorptionseinrichtungen, umfassend mindestens einen Adsorber, der einen an eine Drehmaschine anschließbaren Eingang und einen an eine Produktionsgaskapazität und eine Zykluskapazität anschließbaren Ausgang aufweist, in einem Zyklus aufeinanderfolgend umfassend eine Produktionsphase, eine Regenerationsphase und eine Druckerhöhungsphase.
Ein Verfahren dieses Typs ist in dem Dokument EP-A-0 743 987 im Namen der Anmelderin beschrieben.
Die vorliegende Erfindung soll ein verbessertes Verfahren vorschlagen, das eine Erhöhung der spezifischen Energie ohne Verringerung der Produktivität ermöglicht.
Dazu umfasst nach einem Merkmal der Erfindung die Regenerationsphase einen Anfangsschritt der Druckminderung, in der Gas im Gleichstrom aus dem Adsorber abgezogen und zu der Zykluskapazität befördert wird, und einen ersten Teilschritt umfassend, in dem die zu trennende Gasmischung gleichzeitig im Gleichstrom zu dem Adsorber befördert wird.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung umfasst die Phase der Druckerhöhung einen Anfangsschritt der Druckerhöhung des Adsorbers im Gegenstrom durch Gas, das von einer der Kapazitäten stammt, und einen ersten Teilschritt umfassend, in dem Gas gleichzeitig im Gegenstrom aus dem Adsorber abgezogen wird.
Nach einem Aspekt der Erfindung entspricht das Ende der ersten Teilschritte einer Drehrichtungsumkehr der Drehmaschine, d. h. dem Übergang der Drehgeschwindigkeit der Drehmaschine zu Null, die von einem Verdichtungsmodus in einen Ansaugmodus übergeht oder umgekehrt.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die als darstellendes, aber keineswegs einschränkendes Beispiel dient und sich auf die beiliegenden Zeichnungen bezieht, wobei:
1 eine schematische Ansicht einer Adsorptionseinrichtung durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist;
2 schematisch einen Zyklus eines erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt;
3 ein Diagramm in Korrelation mit jenem der 2 ist, das die Veränderungen der Drehgeschwindigkeit der Drehmaschine während der Phasen des Zyklus der 2 zeigt.
In 1 ist eine Gastrennungseinrichtung durch Adsorption des sogenannten Typs VSA zu sehen, wie in dem oben erwähnten Dokument EP-A-0 743 087 beschrieben. Bei der als Beispiel dargestellten Ausführungsart umfasst die Einrichtung im Wesentlichen einen Adsorber 1 von allgemeiner vertikaler Ausführung, der einen Einzug 2 umfasst, der ständig mit einer umkehrbaren Drehmaschine 3, typischerweise einer Roots-Maschine oder einer Maschine mit mehreren Lappen, verbunden ist.
Der Adsorber 1 umfasst einen Ausgang 4, der selektiv über ein Ventil 5 mit einer Zykluskapazität 6 und über ein Ventil 7 mit dem Eingang 8 einer Kapazität zur Gaserzeugung 9 verbunden ist, die einen an einen Benutzerkreis anschließbaren Ausgang 10 aufweist.
Wie in 2 dargestellt, wird eine Einrichtung nach 1 gemäß einem Zyklus eingesetzt, der die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte umfasst:

a) (t₀-t₁): einen Schritt der reinen Druckerhöhung durch Einleiten einer verdichteten gasförmigen Mischung am Eingang 2 (im Gleichstrom) durch die Maschine 3, die als Verdichter ohne Gasextraktion durch den Ausgang 4 (Ventile 5 und 7 geschlossen) funktioniert,
b) (t₁-t₃): eine Erzeugungsphase bis zum hohen Zyklusdruck, bei der die zu trennende Gasmischung weiterhin im Gleichstrom in den Adsorber eingeleitet wird, während die nicht in dem Adsorber zurückgehaltene Gasfraktion durch den Ausgang 4 extrahiert und zu der Kapazität 9 geleitet wird, wobei das Ventil 7 offen ist;
c + d) (t₃-t₅): einen Anfangsschritt der Druckminderung, in dem in dem oberen Teil des Adsorbers verfügbares Gas im Gleichstrom durch den Ausgang 4 extrahiert und zu der Kapazität 6 geleitet wird, wobei das Ventil 5 offen ist (wobei das Ventil 7 geschlossen ist);
e) (t₅-t₇): einen Schritt der reinen Druckminderung im Gegenstrom über den Eingang 2, wobei die Drehmaschine 3 als Pumpe funktioniert (wobei die Ventile 5 und 7 geschlossen sind);
f) (t₇-t₉): einen Eluierungsschritt, der den vorhergehenden Schritt e) der Ableitung im Gegenstrom verlängert, mit ferner einer Spülung des Adsorbers im Gegenstrom mit Gas, das von der Kapazität 6 stammt, wobei das Ventil 5 offen ist;
g + h) (t₉-t₁₂): einen Anfangsschritt der Druckerhöhung mit Einleitung eines Produktionsgases, das von der Kapazität 9 stammt, durch den Eingang 4 im Gegenstrom, wobei das Ventil 7 offen ist.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist, wie in 3 zu sehen, während des Schrittes a) und ungefähr einer ersten Hälfte des Schrittes b) die Geschwindigkeit der Drehmaschine 3, die als Verdichter funktioniert, konstant (Nominalgeschwindigkeit + R_n).
Zu einem Zeitpunkt t₂ zwischen t₁ und t₃ wird der Antrieb der Drehmaschine unterbrochen, und die Drehgeschwindigkeit dieser letztgenannten nimmt bis zu einem Zeitpunkt t₄ zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₅ ab, d. h. während des Anfangsschrittes der Druckminderung, während dessen die Geschwindigkeit gleich Null wird. Zum Zeitpunkt t₄ wird die festgestellte Drehmaschine in die andere Richtung angetrieben, um als Pumpe zu funktionieren. Ihre Drehgeschwindigkeit nimmt nun bis zu einem Zeitpunkt t₆ nach dem Zeitpunkt t₅ zu, d. h. zu Beginn der Phase der reinen Druckminderung e). Von diesem Zeitpunkt t₆ bis zu einem Zeitpunkt t₈ zwischen t₇ und t₉, d. h. nach einem ersten Teil des Eluierungsschrittes f), wird sie konstant gehalten (Nominalgeschwindigkeit – R_n).
Zum Zeitpunkt t₈ wird der Antrieb der Drehmaschine unterbrochen, und die Drehgeschwindigkeit dieser letztgenannten nimmt bis auf Null zu einem Zeitpunkt t₁₀ zwischen den Zeitpunkten t₈ und t₁₂ ab, d. h. während eines ersten Teils des ersten Schrittes der Wiederverdichtung.
Zum Zeitpunkt t₁₀ beginnt die Drehmaschine, in die andere Richtung angetrieben zu werden, um wieder als Verdichter zu funktionieren, und ihre Geschwindigkeit nimmt rasch zu, bis sie die Nominalgeschwindigkeit Rn erreicht.
Zum Zeitpunkt t₁₁, der ebenfalls zwischen den Zeitpunkten t₈-t₁₂ liegt, wird die Drehgeschwindigkeit der Drehmaschine bis zum Zeitpunkt t₂ beibehalten, wie vorher zu sehen war.
Wie in 2 zu sehen, zeigt sich diese Antriebs-, Entspannungs- und Wiederantriebssequenz der Drehmaschine in der Tatsache, dass sich der erste Schritt der Druckminderung c + d) in einen ersten Teilschritt c) (t₃-t₄), in dem gleichzeitig mit der Extraktion der nicht zurückgehaltenen Gasfraktion im Gleichstrom zu der Zykluskapazität 6 weiterhin eine zu trennende Gasmischung im Gleichstrom in einer Menge eingeleitet wird, die sich bis zum Zeitpunkt t₄ auf Null verringert, und in einen zweiten Teilschritt d) (t₄-t₅) aufgliedert, in dem gleichzeitig mit der Extraktion im Gegenstrom, wobei die Drehmaschine begonnen hat, sich als Pumpe zu drehen, eine bis zum Zeitpunkt t₅ progressiv ansteigende Extraktion stattfindet, wonach das Ventil 5 bis zum Zeitpunkt t₇ geschlossen wird.
Auf ähnliche Weise gliedert sich der erste Schritt der Druckerhöhung g–h) (t₉-t₁₂) in einen ersten Teilschritt g) (t₉-t₁₀) auf, in dem gleichzeitig mit der Einleitung von Produktionsgas, das von der Kapazität 9 stammt, im Gegenstrom eine Ableitung durch den Eingang 2 im Gegenstrom in einer Menge erfolgt, die sich zum Zeitpunkt t₁₀ auf Null verringert, zu dem sich die Drehmaschine umkehrt und als Verdichter zu funktionieren beginnt, wobei die Druckerhöhung in einem zweiten Teilschritt unter Einleitung eines Produktionsgases, das von der Kapazität 9 stammt, im Gegenstrom durch die beiden Enden und einer zu trennenden Gasmischung bis zur vollen Leistung der Drehmaschine, die als Verdichter bis zum Zeitpunkt t₂ funktioniert, erfolgt.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für die Erzeugung von Sauerstoff durchschnittlicher Reinheit aus der Luft auf einem Adsorber des Typs Zeolith anwendbar. Der Zyklus der 2 entspricht typischerweise einem Zyklus von einer Dauer von weniger als 90 Sekunden, typischerweise von ungefähr 70 bis 80 Se kunden, mit einem hohen Zyklusdruck, der nicht größer als 1,5 × 10⁵ Pa ist, und einem niedrigen Zyklusdruck, der nicht größer als 0,5 × 10⁵ Pa ist.

Claims

Verfahren zur Trennung einer Gasmischung mittels Druckwechseladsorption in einer Adsorptionseinrichtung, umfassend mindestens einen Adsorber, der einen an eine Drehmaschine anschließbaren Eingang und einen an eine Produktionsgaskapazität und eine Zykluskapazität anschließbaren Ausgang aufweist, in einem Zyklus aufeinanderfolgend umfassend eine Produktionsphase, eine Regenerationsphase und eine Druckerhöhungsphase, dadurch gekennzeichnet, dass die Regenerationsphase einen Anfangsschritt (c–d) der Druckminderung umfasst, in der Gas im Gleichstrom aus dem Adsorber abgezogen und zu der Zykluskapazität (6) befördert wird, und einen ersten, Teilschritt (c) umfassend, in dem die zu trennende Gasmischung gleichzeitig im Gleichstrom zu dem Adsorber befördert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfangsschritt der Druckminderung (c–d) einen zweiten Teilschritt (d) umfasst, in dem Gas gleichzeitig im Gegenstrom aus dem Adsorber entzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen dem ersten (c) und dem zweiten (d) Teilschritt einer Drehrichtungsumkehr der Drehmaschine (3) entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerhöhungsphase einen Anfangsschritt (g–h) der Druckerhöhung des Adsorbers im Gegenstrom durch Gas umfasst, das von einer der Kapazitäten stammt, und einen ersten Teilschritt (g) umfassend, in dem Gas gleichzeitig im Gegenstrom aus dem Adsorber abgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfangsschritt (g–h) der Druckerhöhung einen zweiten Teilschritt (h) umfasst, in dem die zu trennende Gasmischung gleichzeitig im Gleichstrom zu dem Adsorber befördert wird.
Verfahren nach Anspruch 4 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen dem ersten (g) und dem zweiten (h) Teilschritt der Druckerhöhung einer Drehrichtungsumkehr der Drehmaschine (3) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas zur Druckerhöhung im Gleichstrom bei mindestens dem zweiten Teilschritt (h) des Anfangsschrittes (g–h) der Druckerhöhung von der Produktionsgaskapazität (9) stammt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regenerationsphase einen Endschritt (f) der Eluierung durch Gas umfasst, das von der Zykluskapazität (6) stammt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regenerationsphase ferner einen Zwischenschritt (e) der reinen Druckminderung im Gegenstrom des Adsorbers umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8 und Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der Drehmaschine im Wesentlichen im größten Teil des Zwischenschrittes (e) der Druckminderung und am Anfang des Eluierungsschrittes (f) konstant ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerhöhungsphase einen Schritt (a) der reinen Druckerhöhung im Gleichstrom durch eine zu trennende Gasmischung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der Drehmaschine im Wesentlichen während des Schrittes (a) der reinen Druckerhöhung und eines ersten Teils des Produktionsschrittes (b) konstant ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zyklusdauer (t₀-t₁₂) kürzer als 90 Sekunden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung von Sauerstoff aus der Luft.