DE825393C

DE825393C - Verfahren zur Abtrennung von Stoffen aus Gasen mittels Adsorptionsmitteln

Info

Publication number: DE825393C
Application number: DEP12001A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Krah
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1951-12-17

Description

Verfahren zur Abtrennung von Stoffen aus Gasen mittels Adsorptionsmitteln Der erfolgreiche Betrieb einer Adsorptionsanlage ist neben dem Einsatz der richtigen Adsorptionsmittel, leispielsveise geeigneter Aktivkohlesorten, von einer guten Regenerierung des dsorptionsmittels abhängig, die so geleitet werden soll, daß auch die hochsiedenden Anteile der adsorbierten Stoffe nach jeder Beladung möglichst weitgehend aud dem Adsorptionsmittel ausgetrieben werden. Hierdurch wird ein unerwünschter allmählicher nnstieg der Restbeladung, d. h. des bei der l) esorl) tion auf dem Adsorptionsmittel zurück bleil>enden Restes der adsorbierten Stoffe, vermieden und eine günstige Zusatzbeladung gewährleistet.
Diese Forderung ist praktisch dann erfüllt, wenn bei Diskontinuierlichen Verfahren im stationären System unter Ausnutzung des Extraktionseffektes mit NVasserdampf regeneriert wird. Bei diesem bekannten Verfahren, bei dem der Dampf die ruhenden Schichten des Adsorptionsmittels von oben nach unten durchströmt, werden die adsorbierten Stoffe aus dem Adsorptionsmittel nach und nach sehr vollständig ausgetrieben. Hat der Desorptionsvorgang die untersten Schichten des Adsorptionsmittels erreicht, so sind die darüberliegenden Schichten bereits praktisch von adsorbierten Stoffen frei, so daß auch die untersten Schichten schließlich mit Dampf behandelt werden, der adsorbierte Stoffe nicht enthält. Dieser Vorteil entfällt, wenn bei anderen Verfahren das Adsorptionsmittel in ständigem Strom durch die Behandlungsräume gefährt wird. Doch sind diesetkontinuierlichen Verfahren, insbesondere wenn große Gasmengen zu bewältigen sind, wärmewirtschaftlich vorteilhafter.
Wird bei den kontinuierlichen Verfahren das beladene Adsorptionsmittel im Gleichstrom mit dem Austreibedampf durch die Desorption geführt, so gelangt der Dampf bei seinem Eintritt zuerst mit dem beladenen, aus der .Ndsor1tion zufließenden Adsorptionsmittel in Berührung. Gegen Ende des Desorptionsvorganges wird also das Adsorptionsmittel nicht von reinem Dampf, sondern von einem Gemisch von Dampf und desorbierten Stoffen durchströmt, was eine praktisch vollständige Desorption unmöglich macht.
Führt man den Dampf und das Adsorptionsmittel im Gegenstrom zueinander durch die Desorption, so wirkt zwar der von unten nach oben strömende Dampf ähnlich günstig wie bei den diskontinuierlichen Verfahren, doch kann dann nicht die Extraktionswirkung dieser Verfahren erreicht werden, die darin besteht, daß die aus den obersten Schichten ausgetriebenen Stoffe mit dem Spüldampf in die tiefer liegenden, noch kälteren Schichten gelangen, in diesen wieder kondensieren und dadurch die Abtrennung der höhersiedenden adsorbierten Anteile aus den tieferen Schichten begünstigen. Mangels dieser Wirkung tritt bei der kontinuierlichen Gegenstromdesorption ebenfalls eine allmähliche Erhöhung der Restbeladung des Adsorptionsmittels und eine vorzeitige Schädigung des Adsorptionsmittels ein.
Durch die Erfindung gelingt es, die Vorteile der diskontinuierlichen Verfahren hinsichtlich der Regenerierung mit den Vorteilen der kontinuierlichen Verfahren zu verbinden. Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem das Adsorptionsmittel den Adsorber kontinuierlich durchläuft, während es im Desorber chargenweise ausgedämpft wird. Folgt auf die Desorption eine Trocknung und gegebenenfalls Kühlung des Adsorptionsmittels, so wird es durch diese Behandlungsstufen zweckmäßig ebenfalls kontinuierlich hindurchgeführt. Vorteilhaft findet zwischen Adsorption und Desorption eine Speicherung des beladenenAdsorptionsmittels statt, wobei die gespeicherte Menge etwa einer Füllung des für die Desorption vorgesehenen Behandlungsraumes entsprechen oder größer sein kann.
Die Behandlungsräume oder Behälter, die zur Durchführung der Erfindung dienen, werden vorzugsweise turmartig übereinander angeordnet, damit das Adsorptionsmittel in fallender Bewegung die einzelnen Verfahrensstufen durchlaufen kann und nur für die Rückführung im Kreislauf aus dem untersten in den obersten Behandlungsraum eine Fördereinrichtung notwendig wird. Der Adsorber wird vorzugsweise mit einem Austragsrost ausgestattet, der portionsweise die unterste Schicht des beladenen Adsorptionsmittels in den Speicherungsraum austrägt, während etwa die gleiche Menge aus der Rückförderung oben in den Adsorber gegeben wird. Diese Austragsvorrichtung kann z. B. gemäß Patent 658 109 ausgebildet sein.
Insbesondere bei der Behandlung von Gasen unter Druck kann es vorteilhaft sein, im Adsorber eine Nachbeladung mittels Gasen vorzunehmen, die vom Kondensator für die desorbierten Stoffe kommend mit Benzin und Gasol angereichert sind und auf dem beladenen Adsorptionsmittel eine gewisse Selektion durch Verdrängung der Inertgase und eine Vorerwärmung des Adsorptionsmittels durch Adsorptionswärmeentwicklung bewirken. Diese Gase werden vorteilhaft außerhalh des Stromes der zu behandelnden Gase gehalten, was dadurch ermöglicht werden kann, daß diese in geeignetem Abstand über dem Austragsrost zugeführt werden und daß die aus dem Kondensator kommenden Gase unten in den Speicherraum eingeführt und genügend tief unter der Zuführung für die zu behandelnden Gase wieder aus dem beladenen Adsorptionsmittel abgezogen werden, um z. B., gegebenenfalls nach Erwärmung, durch das in Desorption befindliche Adsorptionsmittel geleitet zu werden.
Als Adsorptionsmittel kann Aktivkohle, Silicagel o. dgl. in jeweils geeigneter Qualität und Körnung benutzt werden.
Die Erfindung sei an Hand der Zeichnungen beschrieben.
Abb. I zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch in senkrechtem Schnitt; in Abb. 2 ist eine andere Ausführungsform in der gleichen Weise dargestellt, die insbesondere für ein Arbeiten unter Druck geeignet ist.
Die Vorrichtungen nach den Abb. 1 und 2 bestehen aus dem Adsorber 1 mit dem Austragsrost 2, dem Speicher 3, dem Desorber 4, dem Trockner 5 und den Einrichtungen für die Kreislaufführung des Adsorptionsmittels. Zur Behandlung der desorbierten Stoffe dienen der Kondensator 6 und der Abscheider 7.
Mittels des Austragsrostes 2, auf dem das in Beladung befindliche Adsorptionsmittel ruht, wird periodisch gleichmäßig jeweils die untere Adsorptionsmittelschicht in den Speicher 3 befördert.
Unter den Rost wird nach Abb. I bei 1 1 das zu behandelnde Gas (Rohgas) geführt. Das behandelte Gas (Reingas) verläßt den Adsorber bei 12. Der Speicherraum 3, der beispielsweise mindestens die Hälfte der stündlich durchgesetzen Adsorptionsmittelmenge aufnehmen kann, ist unten mit einem Kegelverschluß 8 versehen. In bestimmtem Zeitabschnitt, z. B. jeweils nach 30 Minuten, öffnet sich der Verschluß 8, und das gespeiellerte. Ndsorptio1lsmittel gelangt in den darunter befindlichen Desorber 4, der in seinem Boden den konisch ausgebildeten Auflagerost g hat, der ebenfalls mit einem Kegel 10 verschließbar ist. Das Öffnen und Schließen der beiden Kegel 8 und 10 kann mit der Betätigung des Austragsrostes 2 verbunden bzw. von dieser gesteuert oder mit ihr gekuppelt werden.
Im Desorber wird die Charge mit trockenem Wasserdampf (Spüldampf) unter Ausnutzung des Extraktionseffektes von oben nach unten ausgedämpft. Der Spüldampf tritt bei 15 ein, durchstreicht das Adsorptionsmittel im Desorber, gelangt anschließend durch das Heizelement I3 im Trockner 5 und wird weiter in den Kondensator 6 geleitet, in dem die imDesorber aus demAdsorptionsmittel ausgetriebenen Stoffe verflüssigt werden.
Ein Rest von Gasen und Dämpfen wird im Kondensator nicht niedergeschlagen. Er wird aus dem Kondensator 6 und dem Abscheider 7 zweckmäßig unten in den Speicher 3 bei 20 eingeführt, so daß die schwerer ge'vinnlaren Anteile der zu behandelnden Gase, die in den unkondensierten Gasen und Dämpfen enthalten sind, von dem Adsorptionsmittel erneut aufgenommen werden können und mit diesem wieder zurück in den Desorber gelangen.
Nachdem das Adsorptionsmittel z. B. während 30 Alimlten im Desorber behandelt wurde, öffnet sich der untere Verschluß Io des Desorbers und das ausgedämpfte heiße Adsorptionsmittel rutscht in den darunter befindlichen Trockner 5. In diesem kann statt des Heizelementes I3 auch ein sonst üblicher Wärmespeicller angeordnet sein. Durch den Trockner 5 wird im Gegenstrom zum Adsorptionsmittel ein Gaskreislauf geführt, welcher zweckmäßig von dem Gebläse I6 für die pneumatische Adsorptionsmittelförderung bewegt werden kann. Das Kreislaufgas wird aus dem Trockner bei 17 abgeführt, gelangt in den Gaskühler I8 und dann zurück in den Trockner. Am unteren Ende des Trockners befindet sich eine verstellbare Blende 14 0. dgl. zur Regelung der durchrieselnden Adsorptionsmittelinenge, die annähernd der Austragsmenge des Austragsrostes 2 entspricht. Das aus dem Trockner austretende Adsorptionsmittel wird in den Adsorber zurückgeführt, beispielsweise pneumatisch, mit Hilfe des Gebläses I6, wobei es durch den Aufgabetrichter 19 in den Adsorber zurückgelangt. Der Aufgabetrichter 19 kann nach Art eines Zyklons oder eines anderen Abscheiders ausgebildet sein, in dem sich Fördergas und Adsorptionsmittel trennen. Für den Betrieb der pneumatischen Fördereinrichtung wird zweckmäßig Reingas verwendet, welches im Kreislauf in das Geliläse I6 zurückgeführt werden kann.
Man kann den Adsorber auch unterhalb des Trockners anordnen und im geraden Durchgang mit Reingas trocknen. Dann ist jedoch ein Kühler für die gesamte Gasmenge erforderlich, wenn das Gas mit normaler Temperatur zur Weiterveravendung gelangt. Das beladene Adsorptionsmittel kann mit Rohgas oder Wasserdampf pneumatisch in den Speicher oder Desorber gefördert werden. der sich hierbei oberhalb des Trockners befindet. Wird bei der Trocknung ein Gaskreislauf verwendet, so ist weseiitlich weniger Gas zu kühlen. Weiterhin bietet ein Gaskreislauf die WIöglichlkeit, die Trocknungsintensität belielig einzustellen, wobei für die Wärmezufuhr zur Trocknung auch noch ein Erhitzer vorgesehen sein kann, durch den das aus dem Kühler kommende Kreislaufgas geführt wird.
Dieser Erhitzer 23 (Abb. 2) kann die Heizvorrichtun 13 ersetzen oder zusammen mit dieser angewendet werden. tßeispielsweise können im Betriebszustand bei einer nesorptionsdauer von etwa 30 Minuten zwei Desorberfüllungen dem stündlichen Durchsatz an Adsorptionsmitteln entsprechen. Der Adsorber enthält dann zusammen mit dem Speicher 3 bis 31/2 und der Trockner 1½ bis 2 Desorberfüllungen. Die gesamte Adsorptionsmittelfüllung wird demnach etwa in 3 Stunden einmal umgewälzt. Ntit Rücksicht auf die Beladungshöhe des Adsorptiousmittels einerseits und die Ausbeute andererseits kann die Desorptionszeit verkürzt oder verlängert werden, wodurch sich die stünd ich umgewälzte ;dsorptionsmittelrnetge entsprechend verändert.
Zwecks weitgehender Ausnutzung des Extraktionseffektes beim Ausdämpfen wird die Adsorptionsmittelsäule im Desorber vorteilhaft möglichst hoch bemessen, z. B. zu 2 m oder mehr.
Die Zufuhr des Spüldampfes braucht während der Entleerung und Füllung des Desorbers nicht unter brochen zu werden, woraus sich der Vorteil einer gleichmäßigen Dampfentnahme ergibt.
Die Trocknung des Adsorptionsmittels wird im Trockner zweckmäßig vollständig zu Ende geführt, so daß durdh das dem Adsorber zugeführte Adsorptionsmittel die Feuchtigkeit des Reingases nicht erhöht wird. Man kann aber einen Teil der Trocknung auch während der pneumatischen oder in anderer bekannter Weise ausgebildeten Förderung des Adsorptionsmittels aus dem Trockner in den Adsorber vornehmen, oder die Trocknung des Adsorptionsmittels in dem obersten Teil des Adsorbers beenden.
Die Kühlung des Adsorptionsmittels kann bereits im untersten Teil des Trodkners und gegebenenfalls während der pneumatischen Förderung des Adsorptionsmittels vorgenommen werden. Der Temperaturausgleich des Adsorptionsmittels vor der Beladung geschieht dann im oberen Teil des Adsorbers. Eine Temperaturerhöhung des Reingases, die damit verbunden sein könnte, kann durch stärkere Kühlung in dem untersten Teil des Trockners in engen Grenzen gehalten oder ganz vermieden werden.
Die für die Behandlung von unter Druck stehenden Gasen, z. B. solchen, die aus der Synthese von höheren Kohlenwasserstoffen o. dgl. mit einem Druck von z. B. 20 atü hervorgehen, besonders geeignete Apparatur gemäß Abb. 2 ist, was Adsorber, Desorber, Trockner, Kondensation und Kreislauf der Adsorptionsmittel betrifft, im wesentlichen wie die nach Abb. I ausgebildet.
Doch wird das Rohgas nicht, wie in Abb. I dargestellt, unterhalb des Abzugsrostes 2, sondern oberhalb desselben, z. 13. bei 2r, zugeleitet und durchstreicht die oberhalb davon liegende Adsorptionsmittelschicht. Unterhalb derselben und somit außerhalb des Rohgasstromes befindet sich direkt über und unter dem Abzugsrost die Nachbeladeschicht 22, durch welche das mit Benzin und Gasol angereicherte Desorptionsspülgas, vom Kondensator 6 kommend, geführt wird. Hierbei findet auf dem beladenen Adsorptionsmittel eine gewisse Selektion durch Verdrängung der Inertgase und außerdem eine Vorerwärmung des Adsorptionsmittels durch Adsorptionswärmeentwicklung statt.
Die Desorption kann mit gasverdünntem Spüldampf unter dem Druck des Rohgases erfolgen, etwa derart, daß das bei 24 aus der Nachbeladung kommende Gas zusammen mit Wasserdampf oben bei 25 in den Desorber geleitet wird, nachdem es gegebenenfalls im Erhitzer 26 auf geeignete Temperatur gebracht worden ist, wobei eine bedeutend tiefere Ausdämpftemperatur gegenüber der Satt- dampftemperatur eingehalten werden kann, z. B.
1500 C bei 20 atü, und ein günstiger Spüldampfverbrauch erzielt wird.
Will man die Desorption unter niedrigerem Druck als die Adsorption durchführen, was vorteilhaft sein kann, wenn das Rohgas unter Drücken von z. B. 20 bis 25 atü und mehr steht, so werden im Desorber, in dem der Druck z. B. 5 atü beträgt, zweckmäßig statt der Kegelverschlüsse 8 und 10 Schleusen oder ähnliche Einrichtungen angewendet, um das Adsorptionsmittel aus einem Behandlungsraum in den nächsten zu bringen. Die Schleusen haben, wie an sich bekannt, die Aufgabe, den Übertritt von Gasen aus einem Behandlungsraum in den anderen zu verhindern.
Besonders vorteilhaft ist es, die Verweilzeit des Adsorptionsmittels im Trocknungskreislauf zu erhöhen, was eine Reguliermöglichkeit der Adsorptionsmitteltrocknung bei konstantem Gaskreislauf bedeutet.
Die desorbierten Gase und Dämpfe können auch unmittelbar aus dem Desorber in den Kondensator6 geleitet werden. Der Gaskreislauf im Trockner kann sich dann so gestalten, daß aus dem Erhitzer 23 kommende Gase z. B. unten in den Trockner geführt werden. Sie durchströmen das Gut im Trockner und nehmen dabei Feuchtigkeit auf. Aus dem Trockner werden sie in den Kühler I8 geleitet, in dem der im Trockner aufgenommene Dampf kondensiert. Durch den Erhitzer gelangen sie dann wieder in den Trodkner. Eine Kühlung des getrockneten Adsorptionsmittels kann dann während dessen Rückführung in den Adsorber oder in einer besonderen Einrichtung geschehen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E : I. Verfahren zum Abtrennen von Stoffen aus Gasen mit kontinuierlich bewegten Adsorptionsmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmittel während der Adsorption kontinuierlich durch den Adsorptionsraum bewegt wird und daß das Austreiben der adsorbierten Stoffe aus ruhenden Adsorptionsmittelschichten er folgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das beladene Adsorptionsmittel in geeigneten Mengen zwischen Adsorption und Desorption gespeichert wird, wobei zweckmäßig insbesondere bei der Ausführung des Verfahrens unter höherem Druck während der Speicherung die Gase durch das Adsorptionsmittel geleitet werden, die bei der Kondensation der adsorbierten Stoffe nicht verflüssigt werden.
3. Verfahren nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das gespeicherte Adsorptionsmittel geführten Gase unterhalb der Adsorptionsschicht, in die die zu behandelnden Gase eintreten, abgezogen und zweckmäßig nach Erhitzung in das in der Desorption befindliche Adsorptionsmittel eingeleitet werden.
4. Verfahren nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmittel nach der Desorption iii bewegten Schichten getrocknet und gekühlt wird, zweckmäßig unter Verwendung des aus der Desorption hervorgehenden Gemisches von Wasserdampf und d desorbierten Stoffen als Heizmittel bei der Trocknung.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, lid während der Trocknung Gase im Kreislauf durch das. Asorptionsmittel und einen Kühler geführt werden, in dem kondensierbare Stoffe aus leit Kreislaufgasen aligeschieden werden, wobei das Kreislaufgas nach der Kühlung wieder erhitzt werden kann.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet. daß be i bei Rückführung des von den adsorbierten Stoffen befreiten und getrockneten Adsorptionsmittels mittels pneumatischer Förderung zur Adsorption das Gebläse, das das Treibmittel fiir die pneumatische Förderung liefert, geleichzeitig zur Förderung der während der Trocknung durch das Adsorptionsmittel geführten Gase dient.
7. Verfahren flach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Treibmittel für die pneumatische Förderung ein Teil des behandelten Gases verwendet wird.
8. Verfahren nach nspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kiihlung des von den adsorbierten Stoffen befreiten und zweckmäßig getrockneten Adsorptionsmittels unmittelbar anschließend an die Trocknung im unteren Teil des Trockenraumes oder in einem unterhalb des Trockners angeordneten besonderen Raume oder im oberen Teil des dsorptionsraumes vorgenommen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Asorption und die Desorption und zweckmäßig auch die Kühlung und Trocknung sowie die Kondensation der desorbierten Stoffe titer dem gleichen oder annähernd gleichen Druck durchgeführt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dei Durchführung der Desorption unter einem anderen Druck als dem der zu behandelnden Gase die Einführung des beladenen Adsorptionsmittels in die Desorption und sein Austrag aus dieser durch die Druckunterschiede ati frechterhal tende de Schleusen 0. dgl. erfolgt.
II. Verfahren nach Anspruch I bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmittel in denselben abgemessenen Mengen ständig aus dem Adsorptionsraum in den Speicher und aus dem Trocknungs- oder Kühlraum in den Adsorptionsraum geführt wird.
12. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 11, gekennzeichnet durch einen Adsorptionsraum (1) mit kontinuierlich betriebener Austragsvorrichtung (2), einem Speicher (3) für das beladene Adsorptionsmittel, einem Desorptionsraum (5) mit periodisch betätigter Füll- und Austragsvorrichtung (8 und 10) und gegebenenfalls einen Trockenraum oder Trocken- und Kühlraum (5) mit kontinuierlich betriebener Austragsvorrichtuiig (14), wobei dsorptionsraum, Speicher, Desorptionsraum und gegebenenfalls Trockner und Kühler turmartig angeordnet sind und dabei der Adsorptionsraum zuoberst oder zuunterst sich befindet.
13. Vorrichtung naclh Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Trockenraum eine Heizvorrichtung (13) angeordnet ist, die, bezogen auf die Heizmittelführung, einerseits mit dem Desorptionsraum und andererseits mit dem Kondensator für die desorbierten Stoffe verbunden ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 und I3, gekennzeichnet durch Einrichtungen für die Aufrechterhaltung eines Gaskreislaufes durch den Trockner (5).