DE69929509T2

DE69929509T2 - Verfahren zur Trennung von Gasgemischen mittels Druckwechseladsorption

Info

Publication number: DE69929509T2
Application number: DE69929509T
Authority: DE
Inventors: Christian Monereau; Yves Engler; Guillaume De Souza; Pierre Olivier Dolle
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: 1998-08-04
Filing date: 1999-07-28
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2019-07-29
Also published as: EP0978305A1; EP0978305B1; CA2279268C; DE69929509D1; CN1243763A; FR2782020A1; FR2782020B1; ES2257016T3; CA2279268A1; US6224651B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Trennverfahren durch druckmodulierte Adsorption eines Gasgemischs., bei dem man für den oder jeden Adsorber einen Druckmodulationszyklus anwendet, der eine Abfolge von Schritten umfasst, die Phasen des Adsorbierens, des Dekomprimierens/Regenerierens und des Wiederansteigens des Drucks definieren.
Die Erfindung kann mit allen druckmodulierten Adsorptionszyklustypen angewandt werden, zum Beispiel mit den folgenden Zyklen:

– den so genannten VSA-Zyklen (Vacuum Swing Adsorption), bei welchen die Adsorption im Wesentlichen bei Luftdruck erfolgt und der Mindestdruck des Zyklus deutlich niedriger ist als dieser Luftdruck und typisch in der Größenordnung von 250 bis 500 mbar. Diese Zyklen werden im Allgemeinen mittels Einheiten zu drei Adsorbern durchgeführt.
– den transatmosphärischen Zyklen, MPSA genannt, die sich von den vorhergehenden durch die Tatsache unterscheiden, dass die Adsorption bei einem deutlich größeren Druck als der Luftdruck erfolgt und typisch in der Größenordnung von 1,3 bis 2 bar. Diese Zyklen werden im Allgemeinen mittels Einheiten zu 2 Adsorbern umgesetzt.
– den so genannten PSA-Zyklen (Pressure Swing Adsorption), bei welchen die Adsorption bei einem deutlich größeren Druck als der Luftdruck erfolgt, typisch in der Größenordnung von 3 bis 50 bar, während der Mindestdruck des Zyklus im Wesentlichen gleich ist entweder mit dem Luftdruck oder mit einer Druck von einigen bar.

Unten wird auf diese letztere Anwendung Bezug genommen, und es wird das Akronym PSA als generische Bezeichnung der Einheit dieser Zyklen verwendet. Ferner sind die angegebenen Drücke Absolutdrücke.
Unter dem Ausdruck „druckmodulierte Adsorption" oder auch PSA (Pressure Swing Adsorption) versteht man hier die verschiedenen Zyklen, die vorgeschlagen wurden, um zum Beispiel Wasserstoff ausgehend von einem Dampf-Reforming-Synthesegas durch selektive im Wesentlichen isotherme Adsorption zu erzeugen, wobei der Druck jedes Adsorbers zwischen einem Hochdruck und einem Niederdruck schwankt. Der Hochdruck des Zyklus kann größer oder gleich dem Luftdruck sein, während der Niederdruck des Zyklus gleich oder kleiner dem Luftdruck sein kann. Diese Verfahren umfassen verschiedene Kombinationen von Schritten des Adsorbierens, Dekomprimierens/Regenerierens und Wiederkomprimierens der Adsorber.
Im Folgenden bezeichnen die Begriffe „Eingang" und „Ausgang" ferner Eingangs- und Ausgangsenden eines Adsorbers in Adsorptionsphase, der Ausdruck „Gleichstrom" bezeichnet die Zirkulationsrichtung des Gases in dem Adsorber während dieser Adsorptionsphase, und der Ausdruck „Gegenstrom" bezeichnet die umgekehrte Zirkulationsrichtung.
So genannte PSA-Anlagen, das heißt Anlagen, die es erlauben, die oben erwähnten PSA-Zyklen umzusetzen, sind zunehmend erfolgreich, insbesondere in den Gebieten der Wasserstoffreinigung, der Erdgasaufbereitung, der Trennung der Gase der Luft, der Rückgewinnung von Lösemitteln und des Fraktionierens von Synthesegasen.
Dieser Erfolg führt PSA-Anlagenhersteller dazu, Anlagen zu bauen, die gewiss leistungsfähiger sind, die aber auch immer komplexer sind.
Das führt zu der Tatsache, dass die Anlagen eine Vielzahl von Adsorbern aufweisen, mit welchen eine große Anzahl von Schiebern verbunden ist.
Zum Beispiel umfasst eine PSA-Anlage, die in dem Dokument US-A-4 834 780 beschrieben ist, sechs Adsorber und siebenunddreißig Schieber, und eine weitere, die in dem Dokument US-A-4 475 929 beschrieben ist, umfasst zehn Adsorber und siebenundsechzig Schieber.
Das Dokument EP-A-0 819 463 beschreibt die Einrichtung von Totzeiten mit Isolation von Adsorbern, um die erzeugte Gasmenge zu justieren. Dieses Dokument zieht keine dazu gehörige Druckmessung in Betracht und a fortiori auch keine Druckschwankungsmessung.
Das Dokument US-A-5 407 465 beschreibt eine PSA-Anlage, die mit Temperatur- und Druckfühlern in den Adsorbern für eine Überwachung des Trennprozesses des gasförmigen Gemischs ausgestattet ist.
Da das gute Abwickeln des Zyklus jedoch von Öffnungs- und Schließsequenzen der Schieber abhängt, die es erlauben, den vorgesehenen Druckzyklus zu erzielen, versteht man daher problemlos, dass die Betriebsstörung eines dieser Schieber, die bei jedem Zyklus gehandhabt werden, schwerwiegende Probleme im Betrieb einer PSA-Anlage verursachen kann.
Beispielhaft muss man insbesondere zwei Betriebsstörungsfälle hinsichtlich der Schieber unterschieden:

1) eine erste Betriebsstörung kann in einem mechanischen Blockieren des Schiebers bestehen, das dazu führt, dass sich der Schieber trotz eines auferlegten Öffnungsbefehls (oder umgekehrt) entweder nicht öffnet oder nur sehr langsam schließt.

Solche Störfälle können von Endschaltern erfasst werden, die auf der Ebene der Schieber installiert werden, und die eventuell mit Verzögerungen verbunden werden.
Da dieser Störungstyp ferner im Allgemeinen große Unausgewogenheiten im Zyklus von Drücken der verschiedenen Adsorber verursacht, lässt sich ein solcher Vorfall relativ leicht identifizieren.

2) Eine zweite Betriebsstörung kann sich aus einem Abdichtfehler eines geschlossenen Ventils ergeben, was zu internen Lecks entweder zwischen Adsorbern oder zwischen einem Adsorber und der Produktionsleitung oder der Restgasleitung führt.

Im Gegensatz zum mechanischen Blockieren sind die Lecks eines nicht dichten Schiebers an einer Einheit im Betrieb schwer zu erkennen.
Sie ergeben nichtsdestotrotz einen Rückgang der Leistungen der PSA-Anlage, der entweder auf ein unausgewogenes Funktionieren der Adsorber oder direkt auf einen Produktionsverlust zu der Restgasleitung zurückzuführen ist.
Um Schieber, die die in Schließstellung einen Abdichtungsfehler aufweisen, zu erkennen, nutzt man herkömmlich periodische Instandhaltungsstillstände der Anlage, um Dichtheitstests durchzuführen.
Diese Prüfungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie lang und mühselig sind. Ferner können diese Prüfungen aufgrund der Stillstandsdauern der Anlage nur in beabstandeten Zeitintervallen durchgeführt werden.
Da nun dieser Produktionsverlust, der durch einen Dichtheitsfehler eines Schiebers verursacht wird und sich durch einen Rückgang um einige Prozent der Extraktionsleistung ausdrückt, mehrere Monate dauern kann, kann die Gewinneinbuße groß sein.
Die Erfindung zielt darauf ab, diesen verschiedenen Nachteilen abzuhelfen, indem sie ein Verfahren vorschlägt, das es erlaubt, einen Abdichtungsfehler eines Schiebers im Laufe eines Betriebszyklus einer PSA-Anlage zu erkennen.
Dazu hat die Erfindung ein Trennverfahren durch druckmodulierte Adsorption eines Gasgemischs zur Aufgabe, bei dem man für den oder jeden Adsorber einen Druckmodulationszyklus anwendet, der eine Abfolge von Schritten umfasst, die Phasen des Adsorbierens, des Dekomprimierens/Regenerierens und des Druckwiederanstiegs definieren, dadurch gekennzeichnet, dass der Zyklus ferner zumindest vorübergehend mindestens einen Schritt des Isolierens des Adsorbers umfasst, während dessen man die Druckschwankung in dem isolierten Adsorber misst.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:

– der Isolierschritt wird bei einem Zwischendruck zwischen dem Hochdruck und dem Niederdruck des Zyklus ausgeführt,
– man vergleicht die gemessene Druckschwankung mit einem vorausbestimmten Schwellenwert und man aktiviert einen Alarm, wenn die Druckschwankung den vorausbestimmten Schwellenwert überschreitet,
– die Dauer des Isolationsschritts beträgt zwischen 0,5 % und 5 % der Gesamtdauer des Zyklus,
– die Dauer des Isolationsschritts ist größer als 5 Sekunden und liegt vorzugsweise zwischen 10 und 20 Sekunden,
– der Schritt des Isolierens eines Adsorbers wird zwischen zwei Schritten des Ausgleichens der Drücke zwischen Adsorbern durchgeführt,
– der Isolierschritt wird nach einem ersten Dekompressionsschritt mit Gleichstrom des Adsorbers und vor einem Eluierungsschritt durchgeführt, insbesondere sofort nach dem ersten Dekompressions schritt mit Gleichstrom,
– der Isolierschritt wird nach einem ersten Wiederkompressionsschritt und vor dem Schritt des abschließenden Wiederkomprimierens eines Adsorbers durchgeführt, insbesondere sofort vor diesem Letzteren,
– der Unterschied zwischen dem Hochdruck und dem Niederdruck des Zyklus ist größer oder gleich 6 bar, vorzugsweise größer oder gleich 10 bar.

Die Erfindung hat ferner das Anwenden des wie oben definierten Verfahrens an das Wasserstoffreinigen eines Gasgemisches zur Aufgabe, insbesondere eines Gemischs, das zwei oder mehrere verschiedene Gase der Gruppe H₂, N₂, CO, CH₄, CO₂ umfasst, an das Heliumreinigen eines Gasgemischs, insbesondere eines Gemischs, das zwei oder mehrere verschiedene Gase der Gruppe He, N₂, O₂ und Ar umfasst, oder an das Luftzerlegen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, die beispielhaft, ohne einschränkenden Charakter unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen gegeben wird, auf welchen:
1 schematisch eine erfindungsgemäße Anlage darstellt,
2 ein Diagramm ist, das das erfindungsgemäße Verfahren mit Hilfe der Anlage der 1 umgesetzt darstellt, und
3 schematisch eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.
Die in 1 dargestellte Anlage ist eine Anlage, die zum Erzeugen von Wasserstoff unter relativ hohem Druck, typisch in der Größenordnung von 15 bis 30 bar bestimmt ist.
Diese Produktion erfolgt durch selektive Adsorption ausgehend von einem Zuführgasgemisch mittels vier Adsorbern, die jeweils die Referenzen I, II, III und IV tragen. Das Zuführgas ist zum Beispiel ein Dampf-Reforming-Synthesegas und wird mit konstantem Durchfluss durch eine Versorgungsleitung 1 gefördert, an die der Eingang jedes Adsorbers I bis IV über einen jeweiligen Einstellschieber 11, 21, 31, 41 verbunden ist.
Der Ausgang jedes Adsorbers I bis IV ist über einen jeweiligen Einstellschieber 12, 22, 32 und 42 mit einer Wasserstoffproduktionsleitung 2 verbunden.
Ferner ist der Ausgang jedes Adsorbers I bis IV einerseits über einen jeweiligen Einstellschieber 13, 23, 33 und 43 mit einer Leitung 3 zum Ausgleichen der Drücke zwischen Adsorbern und andererseits über einen jeweiligen Einstellschieber 14, 24, 34 und 44 mit einer Eluierungsleitung 4 verbunden.
Unter „Ausgleichen von Drücken zwischen Adsorbern" versteht man einen Gastransfer zwischen Adsorbern, um die Drücke auszugleichen, die in diesen Adsorbern herrschen. Dieses Ausgleichen kann entweder total sein, so dass am Ende des Ausgleichens der Druck in den zwei Adsorbern, die in Kommunikation gebracht werden, gleich ist, oder teilweise, so dass am Ende des Ausgleichens der Druck in den zwei Adsorbern, die in Kommunikation gebracht werden, unterschiedlich ist.
Die Anlage umfasst ferner eine Entleerungsleitung 5 für Restgas, mit der der Eingang jedes Adsorbers I bis IV durch einen jeweiligen Einstellschieber 15, 25, 35 und 45 verbunden ist.
Schließlich umfasst die Anlage eine dritte Ausgleichleitung 6 von Drücken zwischen Adsorbern, mit der der Ausgang jedes Adsorbers I bis IV über einen jeweiligen Einstellschieber 16, 26, 36 und 46 verbunden ist. Diese dritte Leitung 6 ist eine Leitung zum abschließenden Wiederkomprimieren. Dazu ist sie durch eine Abzweigung 87 mit der Produktionsleitung 2 verbunden.
Ferner ist der Ausgang jedes Adsorbers I, II, III, IV mit einer dazu gehörigen Überwachungseinheit 100 verbunden.
Jede Überwachungseinheit 100 umfasst Mittel 102 zum Messen der Druckschwankung, wobei diese Mittel zum Beispiel aus einem Druckfühler, einem Speicher 104 eines voraus definierten Druckschwankungsschwellenwerts, aus Mitteln 106 zum Vergleichen der gemessenen Druckschwankung mit dem gespeicherten Schwellenwert bestehen und, gesteuert durch die Vergleichsmittel 106, aus Mitteln 108 zum Senden eines Alarms, wenn die Druckschwankung den gespeicherten Schwellenwert überschreitet.
Die Anlage umfasst ferner verschiedene nicht dargestellte Mittel zum Steuern und Prüfen, die in der Technik gut bekannt sind, die angepasst sind, um den druckmodulierten Adsorptionszyklus (Pressure Swing Adsorption oder PSA), der in 2 dargestellt ist, umzusetzen.
Auf dieser 2, in der die Zeiten t in Abszissen und die Absolutdrücke in Ordinaten eingetragen sind, zeigen durch Pfeile ausgerichtete Striche die Bewegungen und Zielorte der Gasströme an.
Für jeden Adsorber I bis IV wurde ein Viertel eines kompletten Zyklus dargestellt, das heißt zwischen t = 0 und t = T/4, und die Diagramme für die Adsorber I bis IV sind nebeneinander dargestellt.
Wenn die Pfeile in dieser Figur zu der Achse der Ordinaten parallel sind, zeigen sie ferner die Zirkulationsrichtung in einem Adsorber an: wenn ein Pfeil in die Richtung der zunehmenden Ordinaten zeigt (zur Oberseite des Diagramms), ist die Richtung des Stroms in dem Adsorber ein Gleichstrom. Befindet sich der nach oben gerichtete Pfeil unter dem Strich, der den Druck in dem Adsorber anzeigt, dringt der Strom in den Adsorber durch das Eingangsende des Adsorbers ein; wenn sich der nach oben gerichtete Pfeil über dem Strich befindet, der den Druck anzeigt, verlässt der Strom den Adsorber durch das Ausgangsende des Adsorbers, wobei die Eingangs- und Ausgangsenden des Adsorbers jeweils die des von dem betreffenden Adsorber zu behandelnden und des von diesem Adsorber in der Adsorptionsphase abgezapften Gases sind. wenn ein Pfeil in die Richtung der sinkenden Ordinaten zeigt (zur Unterseite des Diagramms), läuft die Richtung des Stroms in dem Adsorber im Gegenstrom. Wenn sich der nach unten zeigende Pfeil unter dem Strich befindet, der den Druck des Adsorbers anzeigt, verlässt der Strom den Adsorber über das Eingangsende des Adsorbers; befindet sich der nach unten gerichtete Pfeil über dem Strich, der den Druck anzeigt, dringt der Strom in den Adsorber über das Ausgangsende des Adsorbers ein, wobei das Eingangs- und das Ausgangsende immer das des zu behandelnden Gases und des in der Adsorptionsphase abgezapften Gases sind.
Ferner wurden auf den Pfeilen Symbole von Schiebern mit ihren Bezugszeichen dargestellt. Diese Schieber entsprechen den Schiebern der Anlage der 1. Wenn ein solches Symbol auf einen Pfeil gezeichnet ist, bedeutet das, dass der angezeigte Schieber im durchlaufenden Zustand ist und Gas durch ihn fließt.
In dem betrachteten Beispiel liegt der Hochdruck PM des Zyklus in der Größenordnung von 27 bar, und der Niederdruck Pm des Zyklus ist nahe 1,7 bar.
Die Phasenzeit T/4 beträgt zum Beispiel 180 s.
Zu bemerken ist, dass zur Übersichtlichkeit der Zeichnung die Proportionen der Drücke in 2 nicht eingehalten wurden.
Um die Strömungen des Gases in der Anlage, die gleichzeitig stattfinden, zu erklären, wird der erste komplette Viertelzyklus unter Bezugnahme auf den Adsorber I beschrieben, das heißt zwischen einem Augenblick t = 0 und einem Augenblick t = T/4, wobei T die Dauer eines kompletten Zyklus ist, der zweite Viertelzyklus unter Bezugnahme auf Adsorber II, der dritte Viertelzyklus unter Bezugnahme auf Adsorber III und der letzte Viertelzyklus unter Bezugnahme auf den Adsorber IV. Um einen kompletten Zyklus für einen einzigen Adsorber zu erzielen, braucht man nur die Viertelzyklen der anderen Adsorber zu verketten. Um zum Beispiel den kompletten Zyklus des Adsorbers I zu erzielen, verkettet man in den Schritten des Zyklus zwischen 0 und T/4 die Zyklusschritte des Adsorbers II zwischen T/4 und T/2, die des Adsorbers III zwischen T/2 und 3T/4, und die des Adsorbers III zwischen 3T/4 und T. So erzielt man einen identischen Zyklus für alle Adsorber, jedoch zeitlich jeweils um T/4, T/2 und 3T/4 versetzt.
Ferner ist jeder Viertelzyklus in drei Perioden mit einer Dauer von jeweils Δt₁ (zwischen t = 0 und t = t'), τ und Δt₂ (zwischen t = t' + τ und t = T/4) unterteilt, wobei die Summe der drei Perioden gleich T/4 ist.
Schritte des Zyklus während Δt₁:
Adsorber I:
Während der Periode Δt₁ befindet sich der Schieber 11 im durchgehenden Zustand, und der Adsorber I befindet sich in einem ersten Gleichstrom-Adsorptionsschritt, in dem das zu behandelnde gasförmige Gemisch über die Leitung 1 und am Eingang des Adsorbers I in der Nähe des Drucks PM eingeführt wird und im Gleichstrom durch diesen zirkuliert. Ferner befindet sich der Schieber 12 im durchgehenden Zustand, damit der Produktionswasser stoff am Ausgang des Adsorbers I abgezapft und in die Produktionsleitung 2 gesendet wird.
Adsorber II und IV:
Während Δt₁ erfährt der Adsorber II einen ersten Dekompressionsschritt mit Gleichstrom durch Ausgleichen von Drücken mit dem Adsorber IV in der Phase des ersten Wiederkomprimierens mit Gegenstrom. Dazu ist der Schieber 23 im durchgehenden Zustand, so dass der aus dem Adsorber II abgezapfte Wasserstoff in der Leitung 3 und über den Schieber 43 in den Adsorber IV fließt.
Im Laufe dieses Schritts sinkt der Druck des Adsorbers II von PM auf einen Zwischenwert PE, Ausgleichsdruck genannt. Ebenso steigt der Druck des Adsorbers IV von Pm auf den Zwischenwert PE.
Adsorber III:
Während Δt₁ erfährt der Adsorber III einen Gegenstrom-Dekompressionsschritt, bei dem der Schieber 35 im durchgehenden Zustand ist und das vom Eingang des Adsorbers III abgezapfte Gas über die Leitung 5 abgeleitet wird.
Schritte des Zyklus während τ:
Adsorber I und IV:
Während der Periode τ befindet sich der Adsorber I in einem zweiten Gleichstrom-Adsorptionsschritt, der sich von dem vorhergehenden während Δt₁ nur durch die Tatsache unterscheidet, dass ein Wasserstoffdurchfluss, der von der Produktionsleitung 2 entnommen wird, über den Schieber 46 im durchgehenden Zustand im Gegenstrom in den Adsorber IV im abschließenden Wiederkompressionsschritt von PE auf PM geschickt wird.
Adsorber II:
Nach dem ersten Dekompressionsschritt, während Δt₁, ist der Adsorber II während einer Zeit τ isoliert, das heißt, dass sich alle Schieber 21 bis 26, die mit dem Adsorber II verbunden sind, im geschlossenen Zustand befinden.
Bei diesem Isolierschritt mit der Dauer τ, wobei τ zwischen 0,5 % und 5 % der Gesamtdauer des Zyklus liegt, misst man die Druckschwankung in dem Adsorber II und vergleicht man über Mittel 106 die gemessene Druckschwankung mit dem vorausbestimmten Schwellenwert, der in dem Speicher 104 gespeichert ist.
Wenn alle Schieber 21 bis 26, die zu dem Adsorber II gehören, im geschlossenen Zustand dicht sind, ist die Druckschwankung des isolierten Adsorbers II gleich Null, und das Diagramm der Drücke zeigt eine Totstufe.
Wenn einer oder mehrere der Schieber 21 bis 26, die zu dem Adsorber gehören, jedoch einen Abdichtungsfehler aufweist, ist die Druckschwankung des isolierten Adsorbers II nicht gleich Null, und das Diagramm der Drücke zeigt ein gewisses Gefälle. Wenn eine solche gemessene Druckschwankung den in dem Speicher 104 gemessenen Schwellenwert überschreitet, steuern die Mittel 106 die Mittel 108 zum Senden eines Alarms, um einen Bediener, der mit der Überwachung des Betriebs der Anlage beauftragt ist, zu warnen.
Vorzugsweise beträgt die Dauer des Isolierschritts eines Adsorbers mehr als 5 Sekunden und vorzugsweise zwischen 10 und 20 Sekunden.
Da die Adsorber I bis IV nacheinander im Laufe eines Betriebszyklus isoliert werden, kann man den Abdichtzustand aller Schieber der Anlage ohne die Notwendigkeit eines Stillstands zur Instandhaltung der PSA-Anlage prüfen.
Dieser Isolierschritt während einer Zeit τ kann ununterbrochen in einem PSA-Zyklus oder nur vorübergehend vorgesehen werden, zum Beispiel, während sich die PSA-Anlage im Nennbetrieb oder im reduzierten Betrieb befindet.
Adsorber III:
Während τ erreicht der Adsorber III den Niederdruck des Zyklus Pm, der Schieber 35 ist im durchgehenden Zustand, und das am Eingang des Adsorber III abgezapfte Gas wird über die Leitung 5 abgeführt.
Als Variante sieht man vor, den Schieber 43 während des Isolationsschritts mit der Dauer τ im offenen Zustand zu lassen, was es erlaubt zu prüfen, ob der Schieber 23 einen Abdichtfehler aufweist oder nicht, denn der Druck in der Leitung 3 ist dann größer als der Druck des isolierten Adsorbers.
Zyklusschritte während Δt₂:
Adsorber I und IV:
Während der Periode Δt₂ befindet sich der Adsorber I in einem dritten Adsorptionsschritt, der gleich ist wie der vorhergehende während τ, das heißt, dass ein aus der Produktionsleitung 2 entnommener Wasserstoffdurchfluss über den Schieber 46 im durchgehenden Zustand im Gegenstrom in den Adsorber IV im abschließenden Wiederkompressionsschritt von PE auf PM geschickt wird.
Adsorber II und III:
Während Δt₂ erfährt der Adsorber II einen Schritt des zweiten Gleichstrom-Dekomprimierens, bei dem das an seinem Ausgang abgezapfte Gas im Gegenstrom in den Adsorber III geschickt wird, der sich in der Eluierungsphase befindet.
Dazu befindet sich der Schieber 24 auf dem durchgehenden Zustand, so dass der aus dem Adsorber II abgezapfte Wasserstoff über die Leitung 4 in den Adsorber III fließt, der in Eluierungsphase ist.
Der Schieber 35 bleibt im durchgehenden Zustand, und das vom Eingang des Adsorbers III abgezapfte Gas wird über die Leitung 5 abgeleitet.
3 zeigt eine Variante des in 2 dargestellten Verfahrens. Diese Variante unterscheidet sich durch die Tatsache, dass es während Δt₂ der Adsorber IV ist, der nach einem ersten Wiederkompressionsschritt während Δt₁ und vor dem abschließenden Wiederkompressionsschritt isoliert wird, um das Druckschwankungsmessen durch die Mittel 104 zu erlauben, um den Abdichtzustand der dazu gehörenden Schieber 41 bis 46 zu prüfen. Der abschließende Wiederkompressionsschritt dauert Δt₂ – τ.
Der Isolierschritt kann ferner bei einer Phase eingefügt werden, in der sich der Adsorber auf dem Druck PM oder auf dem Druck Pm befindet. Das wird jedoch nicht empfohlen, denn in diesem Fall können Abdichtfehler jeweils zu dem Hochdruck- und dem Niederdrucknetz nicht erfasst werden.
Natürlich gilt die Erfindung auch für Anlagen, die eine andere Anzahl von Adsorbern als vier aufweisen und/oder mehr als eine Ausgleichsoperation von Drücken zwischen Adsorbern im Laufe des Dekomprimierens enthalten. Sie gilt auch für Anlagen, die zum Beispiel Zwischenspeicherbehälter zum Ausgleichen von Drücken zwischen zwei Adsorbern verwenden. Diese Zwischenspeicherbehälter können auch mit Druckfühlern ausgestattet werden, um Druckschwankungen zu erkennen, die einen Abdichtfehler eines oder mehrerer Schieber bei einem Isolierschritt anzeigen.
Ferner kann das Verfahren auch an das Wasserstoffreinigen mit einem PSA-Zyklus angewandt werden, der einen Unterschied zwischen dem Hochdruck PM und dem Niederdruck Pm größer als 6 bar aufweist, wie auch zum Beispiel an das Heliumreinigen mit einem PSA-Zyklus, der einen Unterschied zwischen dem Hochdruck PM und dem Niederdruck Pm größer als 10 bar aufweist.
Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren auch an das Trennen von Gasgemischen angewandt werden, die zwei oder mehrere verschiedene Gase der Gruppe H₂, N₂, CO, CH₄, CO₂ oder auch Gasgemische umfassen, die zwei oder mehrere verschiedene Gase der Gruppe He, N₂, O₂ und Ar enthalten.
Außerdem wird als Variante vorgesehen, die Leitungen 3 und 4 der PSA-Einheit der 1 mit Druckfühlern auszustatten, die es erlauben, Lecke aufgrund eines Abdichtfehlers eines Schiebers leichter zu erkennen.
Ferner ist zu bemerken, dass die Druckschwankung aufgrund eines Abdichtfehlers für einen Adsorber mit einem gegebenen Volumen bei einem Isolierschritt umso signifikanter ist und die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens umso vorteilhafter ist als:

– die Dauer des Isolationsschritts lang ist,
– der Druckunterschied zwischen den verschiedenen Anlagenleitungen während des Isolationsschritts groß ist, und/oder
– der oder die Hauptbestandteile des Gasgemischs gering adsorbierbar ist/sind.

Claims

Verfahren zum Trennen durch druckmodulierte Adsorption eines Gasgemischs, bei dem man für den oder jeden Adsorber einen Druckmodulationszyklus anwendet, der eine Abfolge von Schritten umfasst, die Phasen des Adsorbierens, des Dekomprimierens/Regenerierens und des Wiederansteigens des Drucks definieren, dadurch gekennzeichnet, dass der Zyklus ferner zumindest vorübergehend mindestens einen Schritt des Isolierens des Adsorbers (II; IV) umfasst, während dessen man die Druckschwankung in dem isolierten Adsorber misst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationsschritt bei einem Zwischendruck zwischen dem Hochdruck (PM) und dem Niederdruck (Pm) des Zyklus durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die gemessene Druckschwankung mit einem vorausbestimmten Schwellenwert vergleicht, und dadurch, dass man einen Alarm aktiviert, wenn die Druckschwankung den vorausbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des Isolationsschritts zwischen 0,5 % und 5 % der Gesamtdauer des Zyklus beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des Isolationsschritts größer ist als 5 Sekunden und vorzugsweise zwischen 10 und 20 Sekunden liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Isolierens eines Adsorbers (II; IV) zwischen zwei Schritten des Ausgleichens der Drücke zwischen Adsorbern (II; IV) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationsschritt nach einem ersten Dekompressionsschritt mit Gleichstrom des Adsorbers (II) und vor einem Auswaschschritt durchgeführt wird, insbesondere sofort nach dem ersten Dekompressionsschritt mit Gleichstrom.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationsschritt nach einem ersten Wiederkompressionsschritt und vor dem Schritt des abschließenden Wiederkomprimierens eines Adsorbers (IV) durchgeführt wird, insbesondere sofort vor diesem Letzteren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied zwischen dem Hochdruck (PM) und dem Niederdruck (Pm) des Zyklus größer oder gleich 6 bar, vorzugsweise größer oder gleich 10 bar ist.
Anwenden des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auf das Wasserstoffreinigen eines Gasgemisches, insbesondere eines Gemisches, das zwei oder mehrere verschiedene Gase der Gruppe H₂, N₂, CO, CH₄, CO₂ umfasst.
Anwenden des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 an das Heliumreinigen eines Gasgemisches, insbesondere eines Gemisches, das zwei oder mehrere verschiedene Gase der Gruppe He, N₂, O₂ und Ar umfasst.
Anwenden des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 an das Luftzerlegen.